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关键词:高压钠灯;LED灯;隧道照明;节能环保;高速公路 文献标识码:A
中图分类号:U457 文章编号:1009-2374(2017)10-0129-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.10.064
1 概述
兰州至郎木寺高速公路(S2)临夏至合作段(简称“临合高速”)是地方高速省会放射线兰州至郎木寺(甘川界)高速公路的组成路段,全长98.975公里。全线共设置19座隧道,隧道总长度超过11公里。隧道照明设计内容包括隧道主线照明、隧道引道照明、人行横洞照明、车行横洞照明、紧急停车带照明等。本项目2013年10月份设计图纸评审完成,2014年12月底竣工通车。
2 隧道照明方案
2.1 高压钠灯与LED灯混合方案
按照《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)的要求设计,隧道照明分入口段、过渡1段、过渡2段,中间段和出口段。
隧道入口段和过渡段加强照明采用400W、250W和150W高压钠灯,两侧对称布设;出口段加强照明采用100W高压钠灯,两侧对称布设;基本照明采用50WLED等,两侧交错布设,增加隧道的照明均匀度。
2.2 LED灯方案
按照《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)的要求,考虑当时《公路隧道照明设计细则》很快就要颁布,因此,本项目参考《公路隧道照明设计细则》(总校稿)进行隧道照明设计,隧道照明分入口1段、入口2段、过渡1段、过渡2段、中间段、出口1段和出口2段。有效降低入口段和加强照明段亮度,更加节能。
入口段和过渡段加强照明灯具采用150W、130W、110W及100W的LED灯,并采用黄色光源,出口段加强照明采用50W的LED灯,均两侧对称布设,并采用黄色光源,黄色光源LED灯,可保证隧道洞口的指示性,同时较白色光源穿透性强,在雾天及雨雪天气能同高压钠灯有同样效果;基本照明采用50WLED灯,两侧交错布设,可有效增加隧道的照明均匀度。
从图1可以看出,采用LED灯照明比高压钠灯+LED灯混合照明安装功率减少42.3%。
3 隧道照明方案比较
3.1 技术比选
高压钠灯主要由灯丝、热继电器、放电管、玻璃外壳等组成。
高压钠灯优点:(1)发光效率高(100~130lm/w);(2)穿透性强、不诱虫;(3)单灯功率大,可达到kW等级;(4)光源及灯具技术成熟,生产成本低。
高压钠灯不足之处:(1)色温低,发光颜色为金黄色,显像指数低(20~25);(2)寿命较低,光源寿命为20000h,在电压不稳波动较大时光源寿命将会极大缩短,灯具折旧费用和维护费用较高;(3)功耗大、电源效率低,采用传统高压钠灯作为隧道照明时,照明系统的运营费用往往不堪重负,同时高功耗导致线路敷设成本高;(4)灯具利用系数低(0.35~0.5);(5)不能频繁启动,启动时需要一定启动时间;(6)配光性差;(7)灯具含汞等有毒元素。
LED灯主要由灯具外壳、控制电路、源适配器及光源组成。
LED灯属于半导体器件,是一种固态光源,通过半导体材料中不同载流子之间的交换发光。
LED灯具有如下优点:(1)显像指数高(75~90);(2)可频繁启动,瞬时启动,无延时;(3)LED光源理论寿命50000h,寿命是高压钠灯2.5倍;(4)比高压钠灯节电40%以上,线路敷设成本低;(5)无频闪、宽启动(在85~260V范围内均可启动);(6)不含汞、铅等有毒物质,比较环保;(7)采用模块化设计或者整体设计,维护比较方便;(8)防止灯具的椭圆叠加,无光斑产生;(9)灯具利用系数高(0.7~0.85);(10)调光范围宽(1%~100%无极调节);(11)配光性高,光源指向性好;(12)作为一种新型的绿色照明光源,切合节能环保要求,受到国家大力推荐提倡,前景不可估量。
LED灯目前具有如下不足之处:(1)光电效率(90~120lm/w)较高压钠灯低;(2)灯具成本较高压钠灯高;(3)LED光源属于半导体器件,温度的升高对LED光源寿命产生很大影响,散热问题制约着LED灯功率不能制作很大,故不建议采用大功率LED灯作为隧道照明;(4)穿透性较差,高速公路入口段和出口段需要考虑隧道照明的穿透性能,良好的照明穿透性能将能在一定程度上保证行车安全及防灾疏散效率(本项目加强段采用黄光源LED灯,可有效避免入口段穿透性差的问题);(5)使用在高速公路隧道中仍然需要国家标准规范等层面上的支持。
3.2 经济性比选
3.2.1 灯具投资估算对比。
由图2可知,“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案在灯具方面投资增加投资1506万元。
3.2.2 预算对比。预算对比内容包括隧道供电系统、隧道照明系统和隧道电力监控系统等。
由图3可知“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案增加投资1095万元。
3.2.3 运营费用对比。
由图4可知,“全LED灯”方案比“高压钠灯+LED灯”方案年节省电费为233.3万元。
3.2.4 周期成本对比。
由上表可知,LED灯寿命为6年,而高压钠灯寿命为2年,在6年时间高压钠灯需更换2批,高压钠灯总造价为1112万(不含人工及安装费用)。
3.3 结论
“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案在灯具方面增加投资1506万元,总预算增加投资1095万元,年减少运营费支出233.3万元,6年运营费用减少共计1400万元,周期成本可减少灯具总造价为1112万,总计6年总共可节约费用1417万元。
从以上可看出,虽然从工程造价方面LED灯较高压钠灯一期投资较大,但从长远考虑,LED灯较高压钠灯无论在运营费用及周期维护成本,还是在长远总的费用方面都能节约投资。综合考虑以上因素,临合高速最终采用全LED灯的方案。
4 结语
高压钠灯在隧道照明中有着成熟的应用,LED灯出现后,高速公路领域出现了“高压钠灯+LED灯”的过渡方案,这种方案结合了高压钠灯和LED的优点。随着LED灯技术的成熟和建设成本的降低,尤其是低色温LED灯的成熟,LED灯作为一种新兴的绿色节能光源全面取代传统高压钠灯只是时间问题。
参考文献
[1] 公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1-1999)[S].2000.
[2] 公路隧道照明设计规范(JTGD70-2004)[S].
[3] 公路隧道设计规范(DB35/T 1307-2012)[S].
关键词:高速公路隧道;LED;照明节能;隧道照明系统
中图分类号:U491 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)15-0035-02
近些年,随着我国高速公路的迅速发展,大量以桥隧为主的高速公路里程也逐年增加,公路隧道照明系统作为保证车辆安全通行的同时也使得隧道照明运营开支居高不下。近年来,LED以其低能耗高效率的特点,在照明行业正得到广泛的应用,从显示器背光照明到景观照明再到日常照明,覆盖范围越来越大。作为光源,LED的优势体现在三个方面:节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热来发光,能量转换效率非常高,理论上可以达到白炽灯10%的能耗,相比荧光灯,LED也可以达到50%节能效果。研究如何在基于交通流量、行车速度、可视度、驾驶员视觉特性基础上,实现对LED灯具合理的智能照明无级控制,这对提高隧道照明质量,降低能耗与隧道运营成本,营造安全舒适的隧道行车环境,具有重要的意义。
一、工程概况
金丽温高速公路金华段隧道群共有6个隧道,分别是:水坑隧道(长度为405m)、黄埔坑隧道(长度为157m)、黄坞垄隧道(长度为565m)、黄家垄隧道(长度为360m)、焦岩隧道(长度为470m)、白阳山隧道(长度为477m)。隧道单洞:净宽10.75m,限界净高5m;设计车速:80km/h(即按100m停车视距标准设计)。
根据《公路隧道设计规范》和招标文件要求,本次改造工程按隧道内行车速度80公里/小时对水坑隧道、黄坞垄隧道、黄家垄隧道、焦岩隧道、白阳山隧道等5个隧道的基本段中排照明灯设施进行设计、购置、安装、测试、开通、保修、培训、提供资料等服务。
二、隧道照明系统技术指标
本次照明改造系统为三级负荷,采用《公路隧道设计规范》(JTJ026-90)设计,照明标准应符合隧道通行能力B级――80公里/小时车速,主要设备采用最新颁布的国际通用标准、中国国家标准或能代表最新先进水平的标准进行设计生产。
(一)分级照明
隧道照明分段为:入口段、适应段、过渡段、基本段、出口段,使入口区亮度逐级降低到基本段的亮度要求,同样,为使司机的眼睛尽快适应光线由弱变强,出口段也设有加强照明。本次照明改造工程为中间段(也称基本段)照明改造,因此,没有基本段的隧道就不需要改造,如黄埔坑隧道(长度为157米)。
(二)照明控制
新加装的LED灯组成一个回路,由加装在夜间照明箱内的控制回路进行控制亮灯,并且与箱内的PLC控制器进行连接,达到远程控制的目的。原有中排高压钠灯(仅限基本段)组成一个回路,通过加装开关箱进行手动开关的第二级控制,达到是否接通回路的目的,而是否亮灯,则由原来的白天/夜间照明控制回路进行控制。
(三)照明配光
原设计洞内灯具采用250W、150W二种,根据隧道长度不同采用三排、单排布灯方式。隧道照明系统的配光以隧道参数和光学数据为依据,已满足下列指标:入口段白天照明平均亮度:80cd/O;适应段白天照明平均亮度:50cd/O;过渡段白天照明平均亮度:10cd/O;基本段白天照明平均亮度:4.5cd/O;夜间照明平均亮度:4.5cd/O;我们本次改造的LED中排灯的平均亮度应大于4.5cd/O。
(四)主要设备、材料选型
1.LED灯。LED灯具是本次改造项目的重要设施,根据图纸及招标文件规定的技术指标、性能要求,我们选用上海三思研发的一款以高亮度LED为光源的照明灯。该产品具有亮度高、照度分布好、节能环保、防水防尘、外观时尚等特点,可广泛应用于各种隧道、收费站、加油站、厂房、卖场、仓库、停车场、广场的照明。
2.配电箱改造:断路器采用梅兰日兰的小型断路器,接触器和继电器采用施耐德产品,配电箱内电线由杭州中策公司生产,这样就可以保证照明控制系统运行的安全、可靠。将照明控制系统接入原配电箱PLC控制系统,通过技术升级,可以实现隧道照明的自动化管理。隧道照明控制的自动化管理的前提是:利用成熟可靠的计算机、通讯网络和自动控制技术,才能实现全线照明回路的控制,达到提高高速公路的生产管理自动化水平,减轻高速公路管理人员的劳动强度,降低维护成本,实现系统的先进性目的。开关箱:采用(下转87页上接34页)金华市一开电气成套设备厂,该箱由于只起第二级的回路关断作用,因此,箱内只设梅兰日兰的小型断路器。
三、高速公路隧道照明的节能优化设计
(一)改进分时间隔照明控制模式
一般的隧道照明供电控制模式是按照白天和夜间两级模式予以供电控制,而这种控制模式存在严重的电能浪费现象。我们可以根据工程的实际情况予以讨论,建立更为科学合理的多级照明控制方式,比如说可以采用白天、傍晚、夜间的三级控制模式,分别采用1、1/2、1/3的照明方式,既满足不同时段交通量的使用要求又达到节电的效果,从而降低公路隧道的运营成本。
(二)在隧道照明的设计规划中应该考虑节能问题
在隧道照明系统的设计中,通常入口段和出口段灯具的密度和照度最大,中间段最小,而中间段灯具布设长度一般最大,其他各段灯具的布设长度根据隧道实际长度和实际要求的不同而有所不同,根据《公路隧道通风照明设计规范》的设计要求,隧道照明的设计应考虑车流量、车速和内外亮度三个因素。比如入口段照明通常由基本照明和加强照明两部分组成,前者的灯具布置同中间段照明相似,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去,可利用作为入口段加强照明的部分,参照设计规范,可将离洞口1Om以内的加强照明灯具予以省略。按照规范要求,隧道长度超过1O0m就要设置照明设施,当隧道里安装照明灯具时,如按照全年最大照度设计,单从洞外亮度这一指标分析,只要天气不是晴天,洞内亮度就是多余的,长时间势必造成电能的极大浪费。所以要把隧道内各段照明的长度和照度设计成能够根据实际要求(如洞外亮度)不断调整变化,动态地实现对各段灯具照明的自动控制,才能从根本上杜绝隧道照明能源的浪费,并提高行车安全系数。
(三)检查隧道配电设施,保障电路畅通,提高电能的利用率
一个完整的隧道机电系统对确保隧道良好的通行环境,及早发现隧道内事故及灾害,提高隧道的运营管理水平,确保交通舒适与行车安全具有重要的作用。随着新建的高速公路隧道配置的设备系统功能更加完善,运行更加稳定,高速公路隧道机电系统的构成应满足操作简单、经济实用、先进可靠、可扩展、易维护的原则,要提高隧道运营自动化、信息化、网络化水平,使隧道管理人员能够及时、准确、全面地了解隧道及机电设备的运行情况,以便更加科学、合理、有效地进行隧道运营管理服务。
四、结语
总之,通过金丽温高速公路金华段隧道群各照明区段的照明亮度要求对照明光源的选择和控制系统开展研究,使用LED灯为国家高速公路隧道照明节能提供了切实可行的技术与控制手段,使用LED进行高速公路隧道照明时显著的节能效益,达到节约了电力能源,降低了运营成本的目的,希望能够为类似工程提供借鉴。
参考文献
[1]杨清德,康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[2] 张志红.隧道照明控制与节能技术研究[D].重庆:重庆交通大学,2007.
[3] 周正兵,吕晓峰.隧道LED照明节能80%原因分析[J].交通建设与管理,2008,(4).
【关键词】隧道;照明;节能;优化
重庆三环高速公路永川至江津段黄瓜山特长公路隧道目前已施工完成。按照交通运输部(2012)交政法发419号文件[1]通知要求,在隧道工程中推广采用智能通风照明控制技术,开展隧道绿色照明工程和根据相关任务组织实施节能减排科技专项行动,促进交通运输节能减排科技研发、成果转化和标准化工作,加快推进交通运输节能减排能力建设项目研究的精神。本文以黄瓜山隧道照明系统节能作为探讨对象,参照国内先进经验及已投入运营的陕西秦岭小黄川隧道、贵州黄果树隧道照明系统施工经验,作出一些探讨。
本文主要从洞外亮度优化、先进节能灯具选择和隧道照明系统的智能控制等3个方面阐述隧道照明系统的节能优化。
1 洞外亮度设计优化
1.1 隧道洞口亮度值L20的优化
现行《公路隧道通风照明设计规范》[2]照明设计计算中的一个重要参数是L20(S),即洞外亮度。洞口段加强照明是隧道照明最重要的部分。在1000m以下的中短隧道,加强照明的功率约占整个隧道照明功率的60%~80%,在3000m以上的特长隧道中也要占到30%以上。其取值范围在规范上相差很大,一般设计时取值都偏于保守,导致入口段、过渡段亮度指标偏高,要达到预期亮度指标则需要加密灯具,增大灯具功率,人为地增加L20(S)值,造成能源的浪费。因此,可采用各种技术手段将洞外亮度尽可能降低,以此来降低亮度指标达到节能的目的。比较可行的做法有以下几种:
根据JTJ 0261―1999《公路隧道通风照明设计规范》,加强照明平均亮度需求值主要取决于洞外亮度L20,其计算式如下。
入口段平均亮度:Lth=K×L20 (S)(K表示入口折减系数);
过渡段1平均亮度:Ltr1=0.3× K×L20(S);
过渡段2平均亮度:Ltr2=0.1× K×L20(S);
过渡段3平均亮度:Ltr3=0.035× K×L20(S)。
设计阶段,隧道洞外亮度L20往往无法实测,目前普遍做法是查表取得,取值范围为4000~5000cd/m2。对重庆、贵州、陕西、云南、福建等省市多条高速公路隧道照明设计参数进行了了解,其结果表明,一般情况下该取值可有所降低,其中端墙式洞口可取值为3500~4000cd/m2,削竹式洞口亮度可取值为3000~3500cd/m2。黄瓜山隧道采用削竹式洞门设计方式,洞口亮度实际取值约3100 cd/m2,优化后的照明设施和运营费用比原设计节约15%~20%。
1.2 洞外过度段减光优化
根据黄瓜山隧道口的地形条件,设计采用遮光棚作为减光结构物,遮光棚的立柱尺寸尽量小,以减小光反射,在立柱间可搭配个体较大的绿化树木,在减光的同时增加行车舒适度,并可在一定程度上降低噪音和吸附灰尘。遮光棚上部结构可根据情况选择不同型式,如选用混凝土预制横梁或造型,减光作用好,养护简单、方便;但其体积较大,自重大,会给正常行驶带来压抑感,同时影响下部尺寸,其次,横梁或造型间有空隙,雨雪天会造成路面湿滑,有行车隐患,行车速度低的时候,频闪效应明显。更好的选择方案是采用特种玻璃钢等透光材质进行上部覆盖,优点是,第一、其透光性在减光的同时不会给路面留下阴影,基本消除频闪效应;第二、雨雪天可保持路面不受影响,保证行车安全性,但缺点是造价较高,养护较为复杂,如图1、图2所示。
图1城市隧道遮光棚示意 图2未进行上部覆盖施工的遮光棚示意
洞口挖方边坡根据坡率尽量选择个体较大的植被品种,可显著提高减光效率,碎落台选用低矮灌木可有效降低噪音并有吸附灰尘的作用,如图3所示。路基填方段可采取增加遮阴绿化树木达到减光的效果。
图3 挖方边坡低矮灌木绿化示意
1.3 洞门结构形式选择
洞门尽量采用削竹式或环框式洞门形式,贴近自然,且自身反射率低。当洞口朝向光线异常强烈时,可采用棚洞式洞门型式进行减光处理,如图4所示。
图4 棚洞式洞门型式进行减光处理效果
若确实需采用端墙式洞门,则需对墙面做吸光处理或种植藤本植物,附着在洞门墙表面,如图5所示。
图5 端墙式洞门藤本植物吸光效果
黄瓜山隧道洞门为削竹式设计,在结构上即保证了洞门附近的边坡和仰坡的稳定,同时在景观上又起到了修饰周围景观的作用,还有效地降低了强光反射对人眼的刺激,真正做到了洞门与周围生态环境有机结合。黄瓜山隧道洞门如图6所示。
2 灯具选择和布设
隧道洞内的照明设计需重点考虑以下几个方面:路面亮度、路面亮度均匀度、频闪效应等,现有常规灯具及布设型式(两侧对称布置或非对称布置)均能满足路面亮度要求,但亮度均匀度较差,频闪效应很强。
路面亮度均匀度差会导致路面连续、反复的出现亮带和暗带,使驾驶员产生视觉疲劳,如果再出现个别位置的亮度差异过大则会造成视觉错误进而引发危险。选择灯具时,黄瓜山隧道在设计上采用了扩散角度较大的高压钠灯,同等灯具布设条件下,扩散角度大的灯具会使路面具有更强的均匀性;同时为了提高照明灯具的照明效率,布置灯具时从设计上提高了灯具的安装高度。比如加强照明段和基本照明段,设计采用拱顶侧偏布置方式,将灯具位置向隧道中线靠近,尽量使灯具表面与路面平行,此做法可有效增加路面亮度均匀度并提高亮度利用率,从而加大布灯间距,减少灯具布设数量而节约能源,如图7、图8所示。
图7 现有灯具布置方式 图8 优化后灯具布置方式
频闪效应主要指隧道灯具排列的不连续性使驾驶员受到不断的明暗反复刺激产生的视觉不适,会带来同路面均匀度差一样的严重后果。人眼的频闪不适影响为2.5~15Hz,以重庆地区隧道限速60km/h为例,若要消除频闪的不良影响,布灯间距应小于5m或大于46m。由此可见,隧道进、出口段及过渡段均容易满足此要求,但目前隧道基本照明段的布灯方式难以满足此要求,布灯间距小则其经济性差,而布灯间距大则亮度无法满足亮度要求。因此,黄瓜山隧道在设计上为了减低频闪效应采用了与提高路面亮度均匀度相同的布灯方式(拱顶侧偏布置),同时将灯具设计为高效能的LED灯具,以此来最大限度地解决亮度要求与频闪效应的矛盾。
考虑节能要求在灯具具体选择时,应尽量选择高效、节能的灯具,如LED灯、无极灯等。目前,这2种灯具的技术都已成熟,成本也较早期便宜很多,经济效益明显,尤其LED灯的节能和高效更为明显,加之近期厂方供货价格降低明显,应尽可能考虑采用。
3 隧道照明控制优化
隧道照明系统除了以上措施外,为了提高整个系统的智能控制程度,黄瓜山隧道拟采用隧道照明节能控制系统。
3.1 隧道照明分级
隧道照明按白天晴天、云天、阴天、重阴天、夜间及深夜6级控制进行分类定义,由不同的照明配线回路和照明监控实现。隧道出入口加强照明段用于加强照明的400W、250W和100W高压钠灯白天全部开启,云天间隔减半,阴天再间隔减半,重阴天只开启入口段少量灯具(含应急照明,采用LED调光控制),火灾时开启所有照明灯具;紧急停车带照明和应急照明灯具常开;横通道灯具常闭;洞外路灯在夜间及深夜全开,其余时间全闭。
3.2 隧道照明节能装置
在照明系统设计上增加节能控制装置,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,其中智能照明调控节能装置所占比例较高。
智能照明调控节能装置采用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。
隧道照明节能控制系统通过预设的控制级别,采集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。
4 结语
本文通过从洞外亮度优化、先进节能灯具选择和隧道照明系统的智能控制等3个方面阐述隧道照明系统的节能优化,在助推交通系统节能减排系统的同时,产生节电效益,在一定程度上减少了后期隧道运营成本,应用前景和经济、社会价值明显。由于科学地节能设计、优化了灯具使用的方案、应用新的节能灯具,如LED灯和智能照明节电装置等一系列措施,将使得黄瓜山隧道的照明系统产生了明显的节电效益,预计高速公路开通运行时实际的节能率在20%以上,将给隧道运营方带来很大的经济效益。
参考文献:
[1] 交通运输部(2012)交政法419号文件,交通运输行业“十二五”温室气体排放工作方案.
[2] 交公路发【2000】31号,公路隧道通风照明设计规范.2000.1.2
[3]《高速公路机电系统》翁小雄 著 人民交通出版社 ISBN:9787114036255
[4] JTG F80/2-2004《公路工程质量检验评定标准》 第二分册 机电工程
[5] JTG F60―2009《公路隧道施工技术规范》
[6] JTG D80-2006《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》
隧道机电工程里面的照明工程就是为了提供足够的光照度供人民在隧道中通行,这里里面的入口光线设计、过渡段光线设计、基本段和出口段光线设计都要考虑安全因素。入口段光线设计:对光线明显变化,人的眼睛需要一定的调整时间。如果隧道入口光线设计不合理,驾驶员在入隧道后会因为人眼需要对光线变化适应期而产生短暂的“失明”而造成交通事故。过渡段光线设计的目的为了让驾驶员适应隧道这个驾驶环境,所以这一段路程的照明应该是渐变的,就是将入口段的较强照明逐渐下降到基本段的强度。因为人眼对光照变化的适应有一定极限范围,如光亮变化大于1:3,人眼就很难没察觉的适应。过渡段应该以基本段照明强度三倍为上限。基本段光线设计:一般基本段是整个公路隧道中最长的部分,这里面的光线好坏直接影响驾驶员在隧道驾驶安全问题。其光线的设计基本按照隧道的长短和人类对光线的舒适程度来确定。出口光线设计的目的和入口段一样,防止出现因亮度差异,减少驾驶员对光照的适应时间。我们本着安全考虑,规范这四个方面的设计,专门起草了《公路隧道照明设计规范》。整体上来说取得的效果是良好的。但是也有不少情况存在。主要情况如下:应该设置光照的隧道没有设计光照,《公路隧道照明设计规范》规定在100m以上的隧道都设计照明,为了降低成本有些500米左右的隧道都没有照明设施。有些隧道有了光照设计,为了运行成本考虑,不开启或者不全部开启。我们隧道照明设计中明确规定照明控制应根据季节和光照等六种情况进行控制,但是,从设计开始时,就没有严格的数据库支持这个控制方案,设计过程也基本没有很成熟的办法来实现这个要求,在验收光照设计时,也基本不能全部验证这方面的设计。根据上面情况,我们应该更加监督《公路隧道照明设计规范》的落地情况。季节和光照的问题,我们更应该从建立数据库、设计更加科学、实用的控制系统来实现这个有关安全的设计要求。技术上,应该提倡充分利用减光措施和设置合理的交通诱导标志来完善隧道照明设计,应该鼓励使用节能灯具。
2通风设计的总结
公路隧道是一个相对封闭的空间,自然空气流通不畅,尤其是一些比较长的隧道。公路隧道的里面的空气质量很差,有害气体主要来源于汽车排出一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、醛类、有机化合物等汽车尾气,其中威胁最大就是一氧化碳气体。再者汽车行驶过程中产生的灰尘也是造成空气质量差原因之一。扬尘还能降低隧道内可见度影响隧道交通环境。隧道通风设计就是引进大量新鲜空气,排出一定量汽车产生的废气,这样的做法可以稀释空气有害物质的含量,提高可见度,从而保证人体健康和车辆行驶安全。同时,通风还是预防和扑救火灾的一项有效设计。我国现有通风设计主要纵向通风、横向通风、和半横向流出通风这三种形式。比较三种通风方式,各有利弊。选择隧道通风方式主要考虑隧道长度和最大设计交通流量这两个因素。确定通风方式后,配齐相应数量的风机。机电工程设计中,还需要确定不同交通条件下的通风控制模型。我国《公路隧道设计规范》中规定了一氧化碳、可见度、风速等数据,机电工程设计安装氧化碳(CO)、能见度(VI)和风速仪(TW)等检测仪器自动采集数据,通过通风控制计算机运算来调控通风大小。近几年,我国隧道设计中通风设计技术得到国内外专家的认可,例如络云山隧在通风设计上就大胆创新,取得良好的经济和功能效益。不过,为了降低工程成本,选用的模式没有问题,可是依据的基础数据往往比较小,也就是没考虑极端情况。这是通风设计中的安全隐患。这样就要求通风设计参照更加真实的数据,设计量要加上一定量的安全系数。
3消防设计的总结
公路隧道中的特殊空间和运行条件决定消防设计的重要性。公路隧道这个相对封闭的空间和大量机动车辆的运动都容易造成火灾和火灾发生后损失比较大现在消防设计中主要有化水消防和化学消防以及报警、监控和控制系统。消防系统中机电工程主要从监控隧道环境和报警设计为主,比如,测定隧道中空气的可燃气体的浓度来起到预警的作用;通过设计手动和自动火灾报警按钮来达到出现火灾时能第一时间确定发生火灾的位置或者区域的作用,并在火灾刚开始时,启动水消防。对火灾情况实时监控的设计可以让监督人员随时根据火灾情况做出科学、合理的疏散方案。机电工程中这些设计对处理火灾起到很好的作用,是隧道消防系统中重要的一部分。近几年,我过越来越重视这方面的设计,取得很好的效果。不过也存在一些问题:机电设计工程中预防设计还不是太科学和实用,这方面需要采用更加先进的技术来实现;机电工程中有这方面的设计,可是设计时考虑的情况比较单一,不能完全满足复杂的情况变化。这需要我们设计时要基于比较严重的来设计。
4总结
关键词:照度 亮度 隧道基本段 入口段 过渡段
中图分类号:U45文献标识码: A
1 前言及背景
越来越多的城市交通隧道开始出现,特别是城市中将现有车流量大的路口改建为下穿式的短交通隧道开始大量出现。这些跨线式交通隧道长度普遍较短,大部分的隧道下穿部分长度多在200米以内,加上两侧引道全长也不过4、5百米。
虽然城市内的这种交通隧道长度很短,但大多数隧道下穿段的长度还是超过100米,根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999),超过100米的公路隧道应设置隧道照明;另外,城市交通隧道因为位于城市内及周边,一般车流、人流量都比较大,也很有必要设置隧道照明。
本文所介绍的成都双流环港路东段下穿隧道就属于这种情况。隧道总长430m,南北走向,共分衡重式路基挡墙段、U 型挡墙段及明挖框架隧道段三种结构形式。其中下穿段长121m,北侧引道总长151m,南侧引道总长158m。隧道下穿段机动车道内净高5.5m,净宽13.45m,非机动车道最小内净高3.0m,人行道最小内净高2.85m,非机动车道+人行道净宽5.45m。本文主要介绍该隧道下穿段的照明设计。
2 照度确定
由于现在还没有专门针对城市交通隧道照明的相关规范,因此现在有关公路隧道照明的设计规范仍然采用《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)。
隧道照明和道路照明的不同之处在于,道路照明主要在夜晚及环境光线不足时提供对路面的照明;而隧道照明除了在夜晚提供照明外,其主要的功能是在白天提供隧道内的加强照明,用以抵消机动车驶入黑暗的隧道内时,人的眼睛因为无法适应环境亮度快速变化产生的类似短时间丧失视觉的“黑洞”效应而发生危险。因此洞外亮度越高,洞内就需要越高的加强照明以消除这种现象带来的危险。
根据相关设计资料,本工程隧道设计时速为60km/h,机动车道单向3车道,双向共6车道,另外两侧各有一条非机动车、人行混行道。
2 .1中间段亮度
本工程设计时速60km/h,每侧三车道单向通行。但根据JTJ026.1-1999表4.2.1,表中没有三车道相关隧道的数据,因此本工程按该表中设计时速60km/h的最高亮度值确定中间段亮度标准为2.5 cd/m²,但由于本工程为城市交通隧道,车流量较普通公路隧道大,且可能出现车辆因为交通拥堵而阻塞在隧道内的情况。经过分析、考虑,本次设计适当提高基本照度标准至4 cd/m²。隧道内路面亮度总均匀度不小于0.4,路面中线亮度纵向均匀度不小于0.6。以下设计时当规范中相关表格内没有相对应的三车道隧道数据时均按60km/h设计时速时设计标准的最高值选取。
2 .2入口段亮度
由于缺乏洞外亮度实测资料,根据JTJ026.1-1999表4.3.2-1,由于本工程隧道长度较短,为方便计算,南北洞口洞外亮度均按高值取L20=4000cd/m²;根据表4.3.1,入口段亮度折减系数k=0.022,入口段亮度Lth=k•L20=4000 cd/m²•0.022=88 cd/m²。
本工程路面为沥青路面,根据JTJ026.1-1999 4.1.5,本工程平均亮度与平均照度的折算关系取18lx/ cd•mˉ²
因此,入口段亮度Lth= 88 cd/m²=1584lx。
2 .3过渡段亮度
根据JTJ026.1-1999 4.4,过渡段分为TR1,TR2,TR3三个照明段,各段所需亮度如下:
TR1=Ltr1=0.3Lth=26.4 cd/m²=475lx;
TR2=Ltr2=0.1Lth=8.8 cd/m²=158lx;
TR3=Ltr3=0.035Lth=3.1 cd/m²=565lx;
2 .4出口段亮度
在隧道出口,为了避免因为车辆从较暗的隧道突然进入到亮度很高的外界环境中而致使人的视觉难以在短时间内适应而产生“白洞”现象发生危险;因此需要对隧道出口段的照明进行加强,以帮助司机眼镜提前适应洞外环境。
规范中规定,在单向交通隧道中,出口段亮度应取中间段亮度的5倍,本工程中,出口段亮度值取5Lin=12.5cd/m²=225lx。
3 各段照明长度计算
3.1入口段长度
本工程机动车道北侧入口段引道纵坡坡度较大,达到4.286%;机动车道南侧引道纵坡为3.205%,为方便计算,南北侧隧道入口段长度计算均按4%纵坡来进行。
根据JTJ026.1-1999表4.3.2-2照明停车视距Ds表,在设计时速60km/h的车速下,照明停车视距Ds=62m,入口段长度根据式4.3.3:
Dth=1.154Ds-(h-1.5)/tan10°
式中Dth――入口段长度(m);
Ds――照明停车视距(m);
h――洞内净空高度(m);
将本工程数据代入得:
Dth=1.154•62-(5-1.5)/tan10°=51.7m
3.2过渡段、出口长度
根据JTJ026.1-1999表4.4.2,过渡段各段长度取值为:
Dtr1=44m,Dtr2=67m,Dtr3=100m;
出口段长度为60m。
4各照明段长度确定
根据相关规范计算出各段长度后发现,仅入口段和过渡段1的总长就超过100米了,而本工程隧道下穿部分总长近121米,没有足够的长度完整的布置规范要求的各段照明。因此,根据本工程实际情况,同时结合计算数据,计划将本工程隧道下穿部分照明分为入口段及出口段两部分。
入口段的照明按照规范要求进行设置,亮度及照度取值Lth= 88 cd/m²=1584lx。入口段长度定为50m左右;入口段加强照明从距离下穿隧道洞口10米左右开始布置。
出口段的照明兼顾过渡段1和出口段照明,因此本工程出口段照度取值按过渡段1的照度值TR1=Ltr1=0.3Lth=26.4 cd/m²=475lx,出口段从入口段加强照明结束处开始布置,一直延伸至隧道出口。
5灯具布置
根据JTJ026.1-1999中给出的利用系数法照度计算公式
Eav=η•Φ•M•N/(W•S) (4.11.2-4)
式中,N―灯具布置系数;
Φ―灯具额定光通量;
η―灯具利用系数;
M―灯具维护系数;
W―隧道路面宽度(m)
S―灯具间距(m)
机动车道隧道照明灯具计划采用隧道专用高压钠灯,人行、非机动车道的灯具采用防水防尘荧光灯。高压钠灯隧道灯和防水防尘节能型荧光灯均吸顶安装于隧道顶部装饰板下。经查阅相关资料、样本各种功率高压钠灯隧道灯及荧光灯通量的额定光通量为:
Φ(400W)=48000lm 高压钠灯
Φ(250W)=28000lm 高压钠灯
Φ(150W)=15000lm 高压钠灯
Φ(100W)=9000lm高压钠灯
Φ(36W)=3000lm T8荧光灯
由于本工程机动车道较宽,单侧隧道就有三条车道,为了使隧道内的照度尽量均匀,隧道灯具计划纵向布置三列,灯具布置系数N=3;维护系数M=0.7;灯具利用系数经查相关资料取η=0.6。
隧道基本照明除入口段外采用100W高压钠灯隧道灯,间隔10m布置。
Eav(基本)=η•Φ•M•N/(W•S) =0.6×9000×0.7×3/(13.45×10) =84.3lx=4.68 cd/m²≥4 cd/m²,满足基本段照明照度要求。
隧道入口段加强照明计划采用400W高压钠灯,间隔2.5米布置;
Eav(入口)= Eav =0.6×48000×0.7×3/(13.45×2.5) =1799lx=100 cd/m²≥88 cd/m²,满足入口段加强照明照度要求。
隧道出口段加强照明计划采用400W高压钠灯,在每组10米间隔的基本照明100W高压钠灯中布置1组,各组灯具间隔为5米。
Eav(出口)= Eav(基本)+ Eav(出口加强)=η•Φ•M•N/(W•S) =0.6×48000×0.7×3/(13.45×10) +0.6×9000×0.7×3/(13.45×10) =449.7lx+84.3lx=534lx=29 cd/m²≥26.4cd/m²,满足出口段加强照明照度要求。
隧道内基本照明灯具间隔10米通长布置,其中入口段基本照明灯具使用每10米间隔的一组400W灯具,其余区段的基本照明灯具全部为100W。
人行、非机动车混行道灯具采用36W T8节能型防水防尘荧光灯每间隔10米布置一组灯具,每组灯具2盏。
Eav(人行)=η•Φ•M•N/(W•S) =0.6×3000×0.7×2/(5.45×10) =46.2lx=2.6 cd/m²≥2.5 cd/m²,满足人行、非机动车道照明照度要求。
高压钠灯隧道灯及防水防尘荧光灯的防护等级均要求达到IP65;照明配电系统采用TN-S接地系统,灯具外壳均要求与PE线可靠连接。
6应急照明及疏散指示
根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)12.5.3:隧道应设置消防应急照明灯具和疏散指示标志,其高度不宜大于1.5m。
根据计算,在隧道机动车道两侧和人行、非机动车道靠近人行道一侧的墙壁上每隔10米间隔设置一盏23W应急照明壁灯和一盏8W疏散指示灯。应急照明壁灯和疏散指示灯均采用自带蓄电池型,要应急工作时间不小于90分钟。应急照明壁灯能在断电后自动点亮;疏散指示保持常亮。应急照明灯具和疏散指示灯具的设置高度均为距离隧道地面1.5米。
7照明控制
隧道照明主要分为基本照明和加强照明两部分,其中基本照明为24小时工作,为隧道夜间及白天提供最基本的照明;而加强照明仅在白天工作,为防止机动车驾驶员进出隧道时视觉出现“黑洞”和“白洞”现象而发生危险。
基于以上用途,隧道基本照明不设控制回路,保持常亮,仅在检修及故障时断开电源。
8结语
尽管此类城市交通隧道长度较短,但由于隧道照明涉及行车安全及人身安全,其设计一样不能马虎。由于较短的隧道长度,在根据规范设计各段照明时就需要灵活处理,需要根据具体工程情况具体分析,按规范合理确定和布置各段照明的照度及长度等。
参考文献:
关键词:水电站库区 公路隧道 合同能源管理
中图分类号:TQ153.16 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)06(c)-0152-02
1 合同能源管理的概念及特点
1.1 合同能源管理的概念
合同能源管理就是由专业的节能服务公司和用能单位签订合同进行节能服务的约定,以此来帮助用能单位进行节能改造。合同的制定基于用能诊断、工程设计、资金筹措、设备采购、施工安装、调试和验收、员工培训和维护保养等方面。节能服务应该按照合同的约定进行设计,采用合同能源管理模式为用能单位进行节能改造设计。节能服务公司在项目实施之前用合同的形式将目标和服务的内容进行约定,项目实施后用取得的节能效益回收投资,以取得合理的利润。
合同能源管理是一种通过非行政手段的方式来解决高能耗问题的机制。虽然政府确定了一些节能减排的项目,但是很难推动用能单位自主进行节能改造。利用合同能源管理方式,用能单位可以零投入进行节能改造,还可以减少投入的风险,在实现盈利的同时达到节能减排的目的。同时节能服务公司也能够通过对能源的有效节约而获得一定的经济效益。因此,合同能源管理模式是一种双赢的机制。
1.2 合同能源管理模式的特点
(1)在进行合同能源管理中,节能项目审计、方案设计、融资和设备采购、施工测量以及运营维护和认证等都由节能服务公司统一负责,用能单位只需参与配合。
(2)采用合同能源管理模式,节能服务公司需对用能单位培训,以确保在合同期结束后,公路隧道用能单位也能够自己管理节能设备,确保节能效果。如果节能服务公司达不到合同中规定的要求,则在项目过程中造成的损失由节能公司承担。节能服务公司在和用能单位签订节能服务合同时,在合同中约定好节能改造效果,将节能改造前后对比,其所消耗的能源的总量有预期的下降。
(3)用能单位不用提供节能改造资金,节能改造的前期资金投入由节能服务公司来负责,有效降低了节能改造投入及风险。资金的来源一般有以下三个方面:通过租赁节能改造过程中需投入的设备;节能服务公司对该项目进行融资;节能服务公司自己对该项目投入。
2 合同能源管理的模式及特点
2.1 节能效益分享型
节能效益分享型的模式就是节能服务公司通过提供资金的方式对项目进行节能改造,用能单位和节能服务公司共同享受节能的效益。
节能效益分享型的特点有以下几个方面。
用能单位以及节能服务公司的节能收益通过合同约定进行分配。合同期限以及分配方案经双方协商一致后确定,节能收益的分享比例分为固定式和不固定式两种。为了能够尽快的收回成本,节能服务公司一般都会在节能改造完成的最早的几年内,收取收益的比例较高,然后随着成本的不断收回逐渐的下调收回比例。如项目的节能改造完成投入运营后,收益分享的期限为十年,则前五年内,公路隧道用能单位和节能服务公司的收益比例分别为30%和70%,第六年到第八年内,分享比例分别为50%,最后两年内用能单位和节能公司的分享比例为70%和30%。合同期满之后,所有的节能设施和设备都将无条件的交付给公路隧道用能单位。
这种模式受能源价格影响比较大。只有能源价格保持不变或者价格上涨,才能保证项目的收益,才能确保总体的节能目标实现。
2.2 节能量保证型
在进行合同能源管理的过程中应向用能单位承诺节能指标,以此保证项目在后期运营中的收益,如果节能公司无法达到节能效益就进行一定的赔偿。同时用能单位也应在公路隧道验收合格后将所有的工程款立刻支付给节能公司。如果后期的节能效益没有达到节能公司在合同中的约定,节能公司应退回公路隧道用能单位的收益差额。
这个模式的特点是由用能单位负责全部的融资工作,节能公司只是做技术上的改造。该模式能否开展,除节能技术本身外,还受用能单位的资金、开展节能改造的积极性等因素的影响。其次,由于这种模式缺少节能监督机构以及保险机构,难以有效测定节能效果以及减少或转移合同能源管理项目风险的能力。
2.3 能源费用托管型
这个模式是指用能单位的能源费用都交给节能服务公司来进行管理,如果满足相应的规范以及使用功能,节能服务公司的改造和节约效益就都归节能公司所有。
如该水电站库区公路隧道每年用电账单为1 000万元,该水电站库区公路隧道以5年4 000万元费用支付给节能公司,由节能公司代为缴纳电费。节能公司通过节能改造和管理,花去成本600万元,节电率达到40%,因此只用花用3 000万元即够缴电费,利润为400万元,利润率为10%。而用能单位在五年中可节约1 000万元。
这种模式能够有效的避免用能单位在节能效率上的分歧,但是此模式对节能公司的要求较高。节能公司要对用能单位提供节能改造的设计、设备以及材料的采购、融资和能效审计甚至是后期的测评以及运行的管理方案等一系列的服务,由于节能公司承担的风险变大,所以对该公司的经济实力和技术要求也较高。
3 合同能源管理项目的技术方案
3.1 照明能效管理方案
(1)隧道照明设计说明。
隧道能效管理系统照明方案设计严格遵照照明设计规范。该实施合同能源管理模式的水电站淹没复建公路隧道属于三级公路,共9个隧道,隧道总长度约16 km,隧道设计车速30 km/h,隧道建筑限界为9m×5.3m,双向双车道,混凝土路面,隧道车流量较小。白天洞外环境亮度取3000 cd/m2。原设计采用高压钠灯照明,能效管理系统照明设计选用高品质的飞利浦专用隧道照明灯具,灯具的光通保持性好,光衰小,使用寿命周期内可维持光衰量在20%以内。在整个灯具使用周期内,亮度值都高于标准值。
(2)照明节能措施和节能原理。
该系统主要从设备、工艺技术和管理三个方面进行节能。
①设备节能。
采用品质较优的LED照明灯替换传统的高压钠灯,可有效节能。
②工艺节能。
采用亮度传感器及时序控制,实现隧道的自动化控制,减少不必要的照明能耗,节约电能。
③管理节能。
建立照明能效管理系统,均衡照明灯具的使用寿命,优化控制方案。
(3)系统功能。
①系统组成:隧道能效管理系统由现地控制单元和通讯网络、LED照明灯具、检测传感器、照明能效管理系统等组成。现地控制单元以PLC为核心,负责对现地照明设备的信号采集和处理,通过通讯网络将照明设备的实时状态传输至相邻的现地控制单元,实现隧道内的数据共享和时序同步,达到节能的目的。
②控制对象:控制对象为隧道内除应急照明外所有的LED照明灯具。
③控制信号:控制信号主要有:亮度传感器、电参数传感器等。
④系统功能:隧道照明分为自动控制和手动控制两类。
自动控制:正常情况下,系统根据控制流程自动实现照明灯组的开启和关闭。
手动控制:当自动控制失效或者需要手动操作时,可以在各个照明段的现地控制柜上通过“开启”和“关闭”按钮实现各灯组的手动开关。
3.2 通风能效管理方案
(1)隧道通风设计说明。
隧道能效管理系统的通风方案设计严格遵照通风规范,每座隧道均采用22kw的射流风机。
(2)通风节能措施和节能原理
该方案主要从设备、工艺技术和管理三个方面进行节能。
①设备节能原理。
采用变频器替代接触器控制,实现风机无极调速和高效运行,节约电能。
电机系统在设计过程中,需要考虑建设前、后长期工艺要求的差异和过载、重载启动、系统安全等因素,因此都留有一定的余量。这些电动机大多在满负荷下运行,电能利用率低、耗电量过大,浪费严重。变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。很多用户实践的结果证明,节电率一般在10%~30%,有的高达40%,变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术,已经渗透到各行各业中。
采用变频器进行变频调速,可使电动机回到高效运行状态,变频器通过降低电机转速减少输出功耗,实现按需供能。设备的转速降低后,可减少磨损,延长使用寿命,节约电能,获得可观的间接经济效益。使用变频器进行交流变频调速,并与PLC、CO/VI传感器等进行配合,可以实现高精度控制,提高通风效率,有效节能,使隧道空气质量明显改善。
②工艺节能原理。
采用CO/VI、风速仪等传感器,实现隧道通风的自动化控制,节约电能。
该系统采用PLC控制,根据传感器对隧道内CO/VI浓度实际检测情况进行风机转速调节,确保通风条件、空气质量良好的状态下,最大化的提高节能效果。
③能效管理节能原理。
建立隧道能效管理系统,实现智能控制、无人或少人值守,节约管理成本。
采用最新的设计理念对通风设备的状态进行综合监测,如对风机运行状态监视,运行时间监视、运行次数监视。在这些监控数据的基础上,自动调整各各组风机的运行时间和次数,需要启动风机时,优先启动运行时间短的风机,延长风机的使用寿命。
(3)系统功能。
①系统组成:公路隧道能效管理系统由现地控制单元、通讯网络、风机、检测传感器、通风能效管理系统等组成。现地控制单元以PLC为核心,负责对现地风机设备的信号采集和处理,通过通讯网络将通风设备的实时状态传输至相邻的现地控制单元,实现隧道内的风机数据共享和时序同步,达到节约电能的目的。
②控制对象:控制对象为隧道内的所有的风机。
③控制信号:控制信号主要有:CO传感器、VI传感器、风速传感器、电参数传感器等。
④系统功能:隧道通风分为自动控制和手动控制两类。
自动控制:正常情况下,系统根据控制流程自动实现风机的开启和关闭。
手动控制:当自动控制失效或者需要手动操作时,可以在各个现地控制柜上通过“开启”和“关闭”按钮实现各风机的手动启停。
4 水电站库区公路隧道合同能源管理项目的体会
(1)从技术方案的角度,考虑到目前新了《公路隧道照明设计细则》和《公路隧道通风设计细则》,后续能效管理系统的通风、照明节能改造要满足新的规范要求。在照明调光控制上,还可以采用无级调光的方式控制LED照明灯具,比该项目更节能,更加满足运营安全的需要,在以后的照明改造中可以选用无级调光控制LED照明灯具。该项目节能效益良好:节能改造初步估算投入600万元,年节约电费193.46万度,年节约标准煤696.44吨,年减排CO21 855.23吨,年节省电费125.75万元。
(2)传统照明均采用高压钠灯,其初期投入相对较低,但耗电量高、灯泡易坏,维修工作量大。LED灯具供电安全等级高,其为冷光源,无热辐射,无危害人体健康的紫外线辐射,无有害金属汞,可减少环境污染,降低温室效应和能源消耗,符合国家节能减排的要求,维修工作量小。在进行合同能源管理中,节能服务公司负责节能改造的投入、能源审计、方案设计、融资和设备采购以及运营维护和认证等工作,公路隧道用能单位只需参与配合。节能服务公司需满足安全运营相关规范要求,承担合同期内安全运营风险,这就促使节能服务公司选用品质较好的LED灯具和先进的控制方式,以达到运营安全、节能的目的。
5 结语
随着我国的不断发展,公路隧道的建设越来越多,交通量越来越大,隧道运营能耗的问题越来越突出,合同能源管理能够有效地应对公路隧道的节能减排问题。因此,应该注意在运营过程中实施能源节约措施,推广合同能源管理机制的应用,在保证经济效益的同时,努力做到节能环保。
参考文献
[1] 林利安,韩直,任其亮.公路隧道合同能源管理模式研究[J].交通信息与安全,2011,29(1):1-3.
[2] 杜佳军.一次成功的合同能源管理项目实践[J].上海节能,2009(11):20-21.
[3] 李学丰.合同能源管理机制在宁夏的应用探讨[J].宁夏工程技术,2009,8(4):328-330.
[4] 李伟.探究市政道路桥梁的现场施工技术应用[J].江西建材,2014(3):197-197.
关键词:隧道路段;灯光照明;照明控制;
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:
1 引言
白天,当汽车接近隧道时,由于环境亮度突然由高变低,从隧道外部看照明很不充分的隧道入口时,是一个黑洞(长隧道)或一个黑框(短隧道),导致驾驶员减缓行车速度,这种现象被称为“黑洞效应”,也称为暗适应;出洞时刚好相反,白天在隧道出口因外部亮度很高,驶出隧道时亮度迅速由弱变强,视觉上会出现眩光而倍感不适,也会影响驾驶员的行驶,被称为“白洞效应”,也称为明适应。由于人眼视网膜锥体细胞和杆体细胞的感光能力存在着差异,使得暗适应与明适应的时间差异较大,驾驶员驾驶车辆从一个亮度很大的视场突然进入一个暗视场中,视觉的暗适应时间一般需要5~10分钟,完全适应则需要30分钟,特别是在刚开始的数十秒内,驾驶员几乎不能视认视场中的有关障碍物,这对隧道入口区的行车安全影响很大。出隧道时,是从一个暗环境进入一个高亮度的视场,这种光适应时间较短,一般只需要数秒,最长不过一分钟,给驾驶造成的视觉障碍相对较轻。因此,影响最大的为进入隧道的视觉暗适应。以上几种现象无疑会增加驾驶员的心理负担,产生紧张、恐惧心理,影响行车安全。因此急须针对隧道路段驾驶员行驶时视觉变化进行研究,并分析隧道路段的照明变化情况,设置有效的照明控制设施。
2.隧道路段灯光照明的改善与隧道照明控制
1)隧道路段灯光照明的改善
当驾驶员白天驶入与驶出隧道时,眼睛需经受“明适应”与“暗适应”,影响驾驶员的驾驶行为,这也是隧道进出口经常发生交通事故的主要原因。为此,采用隧道入口—隧道中—隧道出口照明亮度渐变的方法更能让驾驶员在隧道路段行车舒适。即在接近隧道段、隧道进洞口段、过渡段、隧道内部正常段、隧道出洞口段通过设置不同的亮度,给驾驶员逐渐适应的过程,减少适应滞后的不利影响。
(1)接近隧道路段
这一路段不在隧道内,是隧道洞口向外的延伸路段,从这部分区域开始,驾驶员必须能够清楚的看到隧道的位置和隧道前的障碍物,从而在不减速的情况下顺利驶入隧道。其设计长度由车速而定,是为了给驾驶员从正常路段驶入隧道适应的长度和时间,一般取100米。驾驶员在接近隧道的这个区域的适应能力决定着隧道洞口所需的灯光强度,所以这里提出驾驶员视觉适应的长度为L20的计算方法,其长度等于从汽车前悬至洞口的距离,通常也叫做停车距离,如图4-3所示。这种方法是通过综合考虑外界环境亮度和天空亮度及道路条件所建立的20°视觉椎体所确定的长度。这段亮度也是由外界环境的亮度决定的,白天通常可在3000cd/m2~6000cd/m2。其亮度将会影响隧道进洞口段、过渡段和中间段的亮度。为降低隧道内部各段的亮度以节省能源可在接近段采用遮光。遮光的方法可采用百叶天棚的方法降低洞口的亮度,或在洞外两侧植树也是比较经济的措施,越靠近洞口处植树越密,树冠也要大些,最好使之遮住自然光。
图1 隧道入口20°视觉椎体
(2)隧道进洞口段
这个区域也称为加强段,其长度和停车距离相等。这个区域的第一部分,所需的亮度必须保持连续,并与外部交通条件相关联,必须能够顺势过渡到外部亮度。在这个区域末端,所提供的照明亮度应能逐渐减少到开始的40%。这个区域驾驶员视觉所需亮度适应长度用Lth表示,如图2所示。隧道进洞口段亮度可按式1-1计算:
Dth=k×D20 (1-1)
式中Dth——入口段亮度(cd/m2);
k——隧道进洞口段亮度折减系数;
D20——接近隧道路段亮度(cd/m2)。
这一段是进入隧道洞口后的第一段,其长度至少等于驾驶员的安全刹车距离,对车速为80km/h的车辆其值取140米。开始亮度相对较高,以后逐渐线性下降,其末端亮度约为最初亮度的40%。加强段的照明可以是隧道内的灯光,也可以在隧道口通过建造遮阳棚来达到目的。遮阳棚的结构经过合理设计,可以控制自然光到达路面的多少从而得到合适的亮度,但需注意不要在路面上产生干扰性阴影或光闪烁。
图2隧道洞口内外亮度变化
(3)过渡区
在过渡区,亮度能逐渐降低到隧道内部所要求的亮度。这个区域驾驶员视觉所需亮度适应长度用Ltr表示,如图3所示。其亮度应按梯度不超过1:3的比例下降,基本末端亮度为隧道内部正常路段的三倍。国内一些照明设计项目还将过渡区按设计车速分成三段,且这三段的亮度按照隧道进洞口段亮度的0.3,0.1和0.035倍下降,有的设计项目对200米以上的隧道过渡段长度采用40米,其亮度为2.5 cd/m2。
(4)隧道内部正常路段
这个路段位于过渡区和隧道出洞口之间,经常是隧道路段最长的区域,所需照明亮度与车速和交通密度有关。内部段的照明无需任何变化,只要提供均一的稍高于普通开放式道路照明水平的亮度即可.除了高亮度使驾驶员感到更安全外,还要考虑路面的反射条件,需要相对较高的亮度主要是因为在隧道内由于污染的影响降低了能见度,这个区域驾驶员视觉所需亮度适应长度用Lin表示,如图4-5所示。在这一段,驾驶员已适应隧道明暗变化的过程开始进入稳定行车阶段。一般车速80km/h时的亮度为4.5 cd/m2,当车流量大时可适当提高,当隧道内部的距离较长时可适当降低一些亮度以节省能源消耗。
(5)隧道出洞口
在这个区域,驾驶员的视觉主要受白天隧道外部光照强度影响。驾驶员视觉所需亮度适应长度用Lex表示,如图3所示,其长度约50~60米左右,亮度可提高到隧道内部的5倍或为外界亮度的1/10,由于人眼从暗向明视觉的调节速度极快,隧道出口并不需为视觉适应增设照明,但是,为使驾驶员在明亮出口的视觉背景下可清晰看见前面大车阴影中的小车,以及离开出口时有良好的后向视觉,或为应急时和维护时可双向运行,可以使出口的照明和入口照明保持对称布置。
图3隧道内部亮度变化
由此可见,隧道路段各个区域所需的灯光强度不仅需要随着驾驶员视觉的逐渐适应能力而改变,而且受车速和交通密度的影响。隧道路段的灯光照明必须给驾驶员舒适安全的感觉,并能够使驾驶员的视认性最大化。
2)隧道照明控制
设置隧道照明的目的是要让交通流正常、安全的通过隧道,使驾驶员能很快的适应隧道内的亮度并以和正常路段相同的速度驶出隧道,并要求以最经济与节省能耗的方法布置。然而,国内很多公路隧道在设计时是按照规范设计,隧道进口处布置很多照明设备,而运营时灯具很少全部开启,在需要光照强度高的的地方没有充足的照度(例如隧道洞口处),而一些不需要很强照度的地方光线照度往往过于强烈(例如长隧道内部)。因此,应通过运用由应用计算机、灯路负载控制器和光度计组成的智能化隧道照明控制系统控制隧道路段的照明。国内已经有一些高速公路隧道路段采用这种智能化隧道照明设备,很好的解决了安全与节能的矛盾。
3.结论
通过结合国内外先进研究成果,分析了长大隧道路段驾驶员生理变化行为,提出了长大隧道路段照明技术的改善方法和隧道照明控制技术,以解决驾驶员在长大隧道路段需要频繁适应光线变化而存在的交通安全隐患问题。
参考文献:
[1]高速公路交通安全设施设计规范(浙江省地方标准)[M].人民交通出版社,2008
[2]公路隧道通风照明设计规范JTJ 026.1-1999.人民交通出版社,
[3] (JTJ074-94)高速公路交通安全设施设计及施工技术规范 [S].
[4] (JTG/T D81-2006)公路交通安全设施设计细则[S].
关键词:公路隧道;节能减排;低碳经济
Abstract: objective: highway tunnel as large energy consumption, the energy conservation and emission reduction in traffic transportation departments get great attention. Research indicates that our country road tunnel for energy conservation and emissions reduction obtains certain result at the same time, there are still many deep problem. On the analysis of the influence factors of energy saving and emission reduction highway tunnel, on the basis of system engineering perspective from highway tunnel in energy conservation and emission reduction, countermeasures for our country road tunnel for energy conservation and emissions reduction further development to provide the reference.
Keywords: highway tunnel; Energy conservation and emission reduction; Low carbon economy
中图分类号:X734 文献标识码:A 文章编号
交通运输行业是国务院确定的节能减排重点行业之一,国务院明确要求加快建设以低碳排放为特征的交通运输体系。高速公路隧道是高速公路运营管理过程中的重要绀成部分,其电费支出在高速公路运营成本中占有相当大的比重。所以了解高速公路隧道电费的构成,掌握高速公路隧道用电设备的基本技术 能,精心安排供电系统的运行方式,合理调整负荷分配,提高功率因数自动补偿装置的灵敏度,改善功率因数状况,可以有效地提高供用电系统的经济运行水平,最终有效地降低电费支出。某高速公路监控厦门分中心在对高速公路某隧道供配电系统、照明系统和通风系统进行了节能技术改造,并取得了良好的经济效果。
1 公路隧道节能减排的基本定义
公路隧道节能减排有广义和狭义之分。广义而言,是指节约物质资源(土地、水源、钢筋、水泥、石料、沥青等)和能量资源(电能、油料等),减少废弃物(建筑垃圾)和环境有害物(废气、废水、噪声等)排放,其贯穿于公路隧道规划、设计、施工、运营全过程;狭义而言,是指节约能源和减少环境有害物排放,主要是指运营阶段在确保公路隧道行车安全的基础上,最大限度地减少电能消耗、废气排放,实现公路隧道综合效益最好。
2 公路隧道节能减排存在的问题
公路隧道节能减排得到我国交通运输主管部门的高度重视。如交通运输部组织开展的第二批节能减排示范项目中有“隧道LED节能灯照明在江西景鹰高速公路傍下隧道的应用”;重庆、广东、安徽、河北、陕西、湖北、贵州、福建、吉林、浙江、云南等地开展了公路隧
道运营节能课题研究及示范工程建设。调查研究表明,我国公路隧道节能减排工作取得一定成效的同时,还存在不少深层问题和制约因素。
2.1 经济和社会效益的平衡
节能减排是一项持久长远的社会责任和战略任务。但在一定程度上,对于公路隧道运营管理企业而言,可能是一种不经济的行为。公路隧道节能方案的实施或许使得企业投入成本比产出效益高,如目前推广应用的隧道LED灯就存在“节能不节钱”的突出问题。因此,从总体上看,部分节能减排项目虽具有社会效益高于经济效益的特点,但如果单纯由企业出资实
施,则会加重其经济负担,这也成为当前部分公路隧道节能减排项目无法实施和推动的主要制约因素。
2.2 节能技术产品推广应用
目前市场上充斥太多打着节能旗号的伪劣产品,节能技术和产品的鉴定及推广也缺乏权威机构的强力支持。此外,部分公路隧道运营管理企业认为,节能技术和产品应用需要较大投入,而企业无法确定能否尽快收回投资成本。
2.3 规范节能统计指标体系
节能减排工作的一项重要内容是建立科学、规范的能耗统计指标,并根据指标对节能减排工作进行动态监测。目前,国内尚未建立适用于公路隧道的能耗指标体系,这就使得企业对节能指标应该统计什么、指标的具体内涵等问题无法把握,造成企业对公路隧道运营能耗情况和节能效果不能准确掌握,从而制约节能减排工作的深人开展。此外,公路隧道节能减排还应考虑地区差异,如北方公路隧道消防系统须设置电伴热保温设施以确保冬季供水安全可靠,而南方地区则不存在此问题。
2.4 节能减排专项资金投入
节能设备应用和技术推广及节能宣传、教育、奖励需要投入大量资金,但随着劳动力、原材料成本的上升,企业利润将会大大减少,这就使得企业能够投入的资金十分有限,往往不能达到全面节能的效果。目前,我国各级交通运输主管部门安排的节能减排专项资金还比较欠缺。
2.5 相关政策和法规的支持
相关政策和法规对公路隧道节能减排的支持还远远不够。虽然绝大多数公路隧道运营管理企业都十分重视节能减排工作,调研、宣传的力度很大,但落实、贯彻的力度较小。节能减排工作仍滞留在政府一般号召和企业自发行动层面。
3 影响公路隧道节能减排的因素
影响公路隧道节能减排的因素很多,主要有以下5个方面:
3.1 土建结构
包括平纵线形、断面尺寸、洞门特征、洞内装饰、路面材料等,其不仅直接决定了土建工程总量,而且在一定程度上影响着机电设施配置。上述因素对公路隧道节能减排的影响分析,如表1所示。
3.2 机电设施
公路隧道根据其功能地位、安全等级,应配备通风、照明、消防、供配电、监控等机电设施,这是公路隧道最主要的运营能耗单元,其中通风、照明设施能源消耗最多,如表2所示。
3.3 交通特点
包括交通量、行车速度、交通组成、运输管理等,其对公路隧道机电设施近、远期配置有着重要影响,而且与运营安全密切相关。上述因素对公路隧道节能减排的影响分析,如表3所示。
3.4 经济能力
我国不同区域的经济发展水平差异较大,因而对交通运输节能减排的认识程度也不尽相同、统一。其对公路隧道节能减排的影响分析,如表4所示。
3.5 自然条件
自然条件也在一定程度上影响着公路隧道节能减排,包括El照强度、海拔高度、自然风等。其对公路隧道节能减排的影响分析,如表5所示。
4 公路隧道节能减排措施与技术
公路隧道节能减排的关键在科技创新。研究分析显示,技术进步对节能贡献率达40% ~60% 。本文在分析影响公路隧道节能减排因素的基础上,从系统工程角度提出如下节能减排(狭义)对策。
4.1 结构节能
结构节能主要是提高公路隧道“绿色能源”的应用比例,研究太阳能、风能、光纤照明、压力发电等在公路隧道中的应用。山东烟台市利用太阳能照明(如图2所示),采用节能灯具修建的国内首座太阳能隧道―通世路隧道每年可节约标准煤120多吨;安徽六潜高速公路狮子尖隧道,首次采用太阳能和风能发电互补离网供电系统(如图3所示),既节省了电能,又降低了发电设备配置和成本。
4.2 技术节能
技术节能主要包括运营照明节能、通风节能、供配电节能、给排水节能、强化交通安全等。
(1)公路隧道照明及供配电节能成套关键技术已取得重大突破,具体包括:洞外亮度L (S)精确测试方法及洞口减光措施、基于中问视觉理论的照明设计方法、智能照明控制技术、高效照明方式、节能光源应用、照明及供配电系统分期实施等,并在示范工程建设中得到应用,具有较好的经济效益和社会效益。
(2)通风节能减排手段主要有前馈式通风控制技术、双洞互补式通风技术、污染空气静电除尘技术、污染空气土壤净化技术等。
(3)给排水节能减排措施主要有消防水泵智能控制技术、使用高效节能水泵、选用强度高和摩阻小的热镀锌钢管等。
(4)加强交通安全管理有助于降低公路隧道交通事故率、提高公路隧道服务水平、减少公路隧道事故造成的资源浪费及财产损失。
4.3 管理节能
管理节能对指导公路隧道节能减排具有极其重要的引导作用,其主要包括以下几个方面:
(1)建立健全节能减排统计、监测和考核体系、完善相关规章制度和技术政策,使公路隧道节能减排工作有章可循、有据可依。
(2)加大节能减排专项资金投入,提高公路隧道节能减排政策扶持力度,对节能技术与产品推广、现有公路隧道节能技术改造、报废机电产品回收利用、节能减排表彰奖励和监督管理体系建设等方面给予政策和资金支持。
(3)以集约化经营的基本理论为指导,通过理顺内部管理体制,强化内部管理,优化公路隧道管理、养护资源的合理配置。大力推广应用现代化信息技术,提高公路隧道运营管理效率,降低运营管理成本,延长公路隧道机电设施使用寿命。
(4)鼓励引入公路隧道能源合同管理(EMC),以解决公路隧道运营管理企业开展节能减排项目缺乏资金、技术、人员、管理经验等实际困难,实现节能零投资、零风险、持久受益,从而提高企业节能减排的积极性,并使企业有更多精力发展主营业务。
5 结论
关键词:节能减排老山隧道;自然光;光纤照明;导光管;高压钠灯
1 老山隧道现有照明系统概述
老山隧道位于江苏省南京市老山,宁连高速公路重要节点,隧道内共有高压钠灯4098盏,沿隧道两侧展布。存在着巨大的电能浪费。那么采取怎样的措施才能有效降低隧道内能耗呢?
目前老山隧道主要以照明控制回路优化、加装节电器为主要降低能耗手段。但是以上途径都未涉及到光源,仅仅是通过控制软件及优化供电电压来实现节能。本文主要阐述的是以光纤照明替代高压钠灯进一步降低隧道能耗。
2 光纤照明技术特点
隧道照明不同于一般场所的功能照明,必须考虑驾驶员在隧道内不同区段的视觉适应性,因此,对各区段路面亮度有不同要求 。当灯具安装存在间距时,很难保证路面亮度的均匀性。而入口和出口段,也只有安装更多的光源来满足亮度,却无法有效地利用自然光资源。利用光纤照明技术不仅能将采集到的自然光经光纤传播至洞口内还可均匀分配所传播的光通量。
老山隧道洞口加强段亮度要求高、灯具多、能耗大,且需要随洞外环境亮度的变化而不断变化,这一特点十分有利于直接将日光通过光纤引入隧道进行照明。
光纤照明的特点:1)由于光纤的自身特性和光的直线传播原理,光纤在理论上可以把光线传播到任何地方,满足了实际应用的多元性;2) 光纤照明实现了光电分离,安全性能提高,应用领域拓宽了;3)光纤照明系统没有光污染;4)可以用在高湿度、高温度场所,甚至可应用具有火险、爆炸性气体的场所,是一种安全的光源;5)使用寿命长、易于维护、无漏电危险。
但是光纤照明较多的受到自然条件的限制,因此现阶段我们将其作为照明的一种有益的补充手段,光纤照明与隧道原有灯具照明形成很好的互补 即达到节能减排目的又能够保证隧道行车安全。
3 光纤照明系统应用浅析
光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成,如图所示
其原理是当光源通过反光镜后,形成一束近似平行光。由于滤色片的作用,又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后,彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。光纤是光纤照明系统中的最为核心的部分。
光纤照明系统主要包括了日光的收集、传输、终端装置以及相应的控制技术。日光的收集采用了类似向日葵的凸镜阵列或者卫星天线的装置。无论哪种方式,日光的传输一般采用石英光纤技术, 塑料光纤技术,石英光纤传输太阳光的优点是损耗低,并且由于玻璃材料的本质属性,它可以充分过滤掉阳光中有害的紫外线部分;强度好,重量轻,易成缆,便于施工安装;抗高低温性能,对潮湿,甚至辐射环境的适应性很好,寿命达三十年以上;塑料光纤的优点是柔韧性较好,造价低廉,数值孔径容易做的较高,缺点则是损耗很高,并且容易老化,寿命很短,这是由塑料材料的自身特性决定的。光纤还可以布置成任意形状,非常适合老山隧道这类特长隧道特别是洞内曲线段的安装布设。
综上所述太阳光光纤照明应用于隧道照明至少具有以下基本优点:
1)节能: 照明能源全部来自天然的太阳光。无需电力。尤其是在遭遇电力线路中断时,利用自然光照明的该系统就更加显示了其天然优势。 且隧道内加强照明随洞外亮度变化的特性更与日光不断变化的规律相适应,最大程度的体现了节能效果。
2)环保: 直接利用太阳光,避免光能-电能-光能两次转化带来的大量能量损失;进而减少白天对传统不可再生能源的依赖;系统使用寿命长,免维护。
3)安全:日光光纤照明技术在隧道照明上的应用,不但能节约大量的电力资源,由于它和外界的光源一致,还使得隧道进、出口的光线变化均匀自然,从而使得交通更加安全。
但是也存在成本高、受自然条件限制较大的缺点。所以一般应用于长大隧道入口、出口段较为合适。洞内则辅以其他方式,以老山隧道为例,隧道全长3600米,过渡段、中间段离洞口比较远,距离也比较长,日光传输衰减较大,并且隧道过渡段和中间段对亮度要求远不及入洞出洞处,所以可以采取人工光源的形式,用金属卤素灯作为光源,辅以成本低很多的导光管,这种方式较常规照明不仅节能、降低维护费用,还能克服光源间距影响,形成连续光带使亮度更加均匀,提高行车安全及舒适性。
4 结论
能源作为社会经济发展的动力,在可持续发展模式中,不仅仅要考虑其资源量是否充足,更重要的是要考虑能源利用对生态环境的影响。同样,公路隧道的照明技术的发展也应该从如何利用太阳能等可再生能源方面考虑真正的节能照明方式。
参考文献
[1]吕康成.公路隧道运营管理[S].北京:人民交通出版社,2006.
[2] 涂耘.公路隧道节能照明设计研究[J].灯与照明,2007.
[3] 交通部.公路隧道通风照明设计规范.JTJ026.1-1999.北京:人民交通出版社[S].