公路隧道照明节能技术

耐震性能
较差
较好
较好
好
好
荧光灯 85~150
80 60 000
80 3 800 瞬时 瞬时 不明显
好
隧道照明灯具的性能要求是高效节能。 目前应 用于公路隧道的灯具主要有白炽灯、紧凑型荧光灯、 高压汞灯、低压钠灯和高压钠灯等，常用照明光源性 能，如表 1 所示。 低压钠灯虽然光效高于其它光源， 但是它的显色性差， 使用寿命短； 高压钠灯显色性 好 、 寿 命 长 、 光 效 高 ， 是 隧 道 照 明 绿 色 产 品 [9]； 高 压 汞 灯光效不高，而且吸引蚊虫，不能调光。因此，在国内 公路隧道的照明系统中，高压钠灯应用范围最广。同 时， 随着照明技术的快速发展，LED 灯以其固有的 特性（省电、寿命长、耐震动、响应速度快、冷光源等 特 点 ）也 逐 渐 在 隧 道 照 明 系 统 中 得 到 应 用 [10]。
科技成果， 通过以高频感应磁场的方式将能量耦合 到灯泡内，使灯泡的气体雪崩电离形成等离子体。从 理论上说， 它与传统光源最大的不同之处在于无电 极、寿命长、光衰低、高效节能。用电磁感应无极灯代 替传统的高压钠灯照明， 在保证隧道内照明效果的 前提下，可大幅度减少照明耗电量，而且无极灯是超 长寿命光源，可大幅度减少灯具的更换和维修次数、 降低管理费和维修人工费等，降低照明运行成本。
4.1 节能控制装置在隧道照明系统中的应用
在现有照明系统上加装节能控制设备， 这种方 案较为经济和实用。 目前国内销售的照明节能设备 很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。
公路隧道照明节能技术
现代隧道技术
MODERN TUN NELLING TECHNOLOGY
（1） 可控硅斩波型照明节能装置[15] 采用可控硅斩波原理， 通过控制晶闸管可控硅 的导通角, 将电网输入的正弦波电压斩掉一部分， 从而降低输出电压的平均值，达到控压节电的目的。 其优点是：对照明系统的电压调节速度快、精度高， 可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原 件，相对来说体积小、设备轻、成本低。 （2） 自藕降压式调控节能装置[15] 通过一个自藕变压器机芯， 根据输入电压高低 情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低 至 5、10、15、20V 等几个档，从而达到降压节电的目 的。其优点是：克服了可控硅斩波型产品产生谐波的 缺陷， 实现电压的正弦波输出， 结构和功能都很简 单，可靠性也比较高。 （3） 太阳能照明节能装置[16] 目前，太阳能产品在国内的应用越来越广泛，其 优点是可循环利用、无污染、无噪音、建设周期短、维 护简单、寿命长等。太阳能转换为电能有两种基本途 径，一种是把太阳辐射能转换为热能，另一种是通过 光电器件将太阳光直接转换为电能。 从隧道照明角 度看，一般采用“太阳光发电”，即通过转换装置把太 阳光转换成电能利用， 因为光电转换装置通常利用 半导体器件的光伏效应原理进行转换， 因此又称太 阳能光伏技术。 （4） 智能照明调控节能装置[17] 采用 RISC 指令集的高速微处理器对各种信号 进行自适应运算，动态调整电压、电流，进而形成对 电能质量的有效控制和补偿。 根据照明调控系统的 反馈电压和电流动态调整输出，达到启动、软过渡、 稳压、节能的目的。 其优点有优化电力质量、有效保 护电光源、延长使用寿命、智能照明调控、适应性好、 可靠性高、配置灵活等。 智能照明控制原理见图 4。
104 第 47 卷第 2 期(总第 331 期) 2010 年 4 月出版 Vol . 47 ， No . 2 ， Total . No . 33前者的灯具布置同中间段照明相类似， 后者的加强照明采用功率较大的灯具。 由于洞外日 光的投射进入，可利用作为入口段加强照明的部分， 参照设计规范[8]，将离洞口 10 m 以内的加强 照明灯 具予以省略。 在单向交通隧道中， 出口段照明的设 计，其长度可与入口段有所不同，据相关资料证实， 出口段长度取 60 m 比较合适， 可省去几十米入口 段高密度布置的灯具， 由中间段布置较为稀疏的灯 具取代；出口段亮度也可有别于入口段，其亮度取中 间段亮度的 5 倍即可。在长隧道中，由于有充分的适 应（过渡）时间，所以中间段亮度可适当降低[14]。 以往 的灯具照明系统，由于灯具的布置密度比较大，使得 灯光的照射区域相互叠加， 在一定程度上造成了浪 费。如何在满足照明强度要求的前提下，使灯具的布 置密度最小，减少灯具数量，以求达到节能的效果， 也是隧道照明系统实现节能研究的一个方面。
显色指数
95~99
>80
25~85
60~90
75
色 温 /k
2 400~2 900 2 500~6 500 1 900~2 800
3 000~6 500 4 500
启动稳定时间
瞬时
快速
4~5 min
4~10 min
快速
再启时间
瞬时
快速
3 min
10~15 min
快速
闪烁
不明显
高频不明显
明显
明显
不明显
图 3 隧道灯具基本布置方式 Fig.3 Layout scheme of tunnel lighting
图 2 隧道白光 LED 灯
Fig.2 Tunnel white LED light
3.3 隧道照明灯具的布置
在隧道照明系统中， 通过研究照明灯具的光源 特性，以及空间环境对光线亮度的影响，在灯光亮度 满足需求的前提下对灯具进行优化布置， 经实验研 究其节能效果也是非常显著的。 ３．３．１ 隧道照明灯具的基本布置方式
关键词 公路隧道 照明节能 控制技术 智能化 综合化
中 图 分 类 号 ：U453.7；U459.2
文 献 标 识 码 ：A
1引言
隧道照明不同于一般道路照明， 有其明显的特 殊性， 在公路隧道建设及其监控系统中占有重要地 位，是公路隧道营运安全的基本保障。随着我国经济 水平提高和公路建设的发展， 公路隧道建设与日俱 增，隧道照明设施的规模及数量也越来越大，隧道的 运营电费和维护费用也越来越高， 例如山西大运高 速上的雁门关隧道全长约 11 km， 每月的电费开支 将近 30 万元；终 南山公路隧 道全长 36 km，每 月 照 明费用高达 200 万元以上[1]。 但同时，我国对隧道照 明技术的研究与公路隧道的飞速发展极不适应，耗 能大、灯具更换困难、营运费用的日常开支大和安全 系数低等问题日益突出。因此，既安全又经济节能的 隧道照明技术和节能方案应是隧道照明技术的重点 发展方向，其对于缓解电力供应紧张局面、建设节约 型社会更具有现实意义[2]。 本文将从隧道照明光源、 照明灯具的布置方式、 控制技术和系统维护等方面 进行总结， 系统地阐述隧道照明节能技术发展成果 及发展方向。
图 1 电磁感应无极灯 Fig.1 Induction lamp
（2） 白 光 LED （ 图 2） 光 源 [12] 是 2l 世 纪 引 人 瞩 目的绿色光源，是一种功耗低、寿命长(正常发光 6×104～105 h)、抗震动、无辐射的节能环保型光源。
第 47 卷第 2 期(总第 331 期) 2010 年 4 月出版 103 Vol . 47 ， No . 2 ， Total . No . 331 Apr . 2010
3.2 新型照明节能灯具
国内隧道灯具多采用白炽灯、紧凑型荧光灯、高 压钠灯、低压钠灯等，大多存在光带窄、配光质量不 够、能耗高、质量稳定性差、寿命短、档次不高等问 题。 所以， 在公路隧道中采用新型照明灯具对环保 节能和保证隧道经济、 安全运行有着十分重要的意 义[11]。
（1） 电磁感应无极灯(简称无极灯，图 1)是近几 年国内外电光源界着力研发的高新技术产品， 它综 合了功率电子学、等离子学、磁性材料学等领域最新
102 第 47 卷第 2 期(总第 331 期) 2010 年 4 月出版 Vol . 47 ， No . 2 ， Total . No . 331 Apr . 2010
公路隧道照明节能技术
现代隧道技术
MODERN TUN NELLING TECHNOLOGY
高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、隧道 内两侧铺反射率高的装修材料、尽量缩短供电电缆 长度以减少线路损耗、 合理布置配电房的位置、集 中调光控制、减少洞外亮度等措施。 虽然以上措施 在一定程度上有节能效果，但在实际运行中还是存 在着电能浪费的现象，以及营运过程中产生与行车 安全和隧道监控之间的矛盾等问题。 鉴于以上存在 的问题，我国的隧道照明节能技术还有待于不断地
4 隧道照明节能控制技术
隧道照明节能控制系统根据洞口内外安装的光 强度检测器检测到的洞内外的光强数据、 交通量的 变化以及白天、黑夜等情况，控制隧道的照明系统， 调节隧道洞内各段的照明亮度，保证行车安全，并且 在满足照明要求的情况下尽可能地达到节能运行， 同时对洞内照明以及照明控制设备的状况进行监 视。
隧道照明灯具的合理布置就是在最经济的条件 下达到最好的照明效果，除考虑亮度分布外，还要考 虑闪光、诱导性、灯具维修方便等。 照明灯具的布置 方法很多，可安装在拱顶、墙壁或吊装顶棚上，沿隧 道纵向可单排布置，也可双排布置。在双排布置的情 况下，既可成对布置，也可交错布置（图 3），国外还 有在余宽上布置投光照明的成功先例。 为了避免灯 具不连续直射光由侧面进入驾驶室造成“闪光”的不 快感，应尽量不将灯具装在侧面，而装在隧道顶部两 侧或中央，且安装高度应在路面以上 4 m 为宜。 照 明灯具呈线形分布， 在一般情况下路面亮度均匀度 不应小于 35%[13]。
现代隧道技术
MODERN TU NNELLING TECHNOLOGY
公路隧道照明节能技术
自 1998 年以来，全球半导体与照明领域掀起一股白 光 LED“热潮”，使白光 LED 技术不断 创新、飞速发 展，LED 的发光强度和稳定性大幅度提高。 国内外 的研究表明，大功率高亮度的白光 LED 已经逐步在 工程中得以应用，可以预测 ，白光 LED 必将在 未来 隧道照明系统中得到广泛应用。