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關(guān)鍵詞:隧道;照明設(shè)計(jì);重要性;可行性
中圖分類號(hào):U453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
在隧道內(nèi),過(guò)高的照明亮度,不僅會(huì)造成隧道建設(shè)時(shí)造價(jià)的提高,同時(shí)也會(huì)造成運(yùn)營(yíng)和維護(hù)時(shí)成本的提高,而且會(huì)造成電的浪費(fèi)等情況;而過(guò)低的照明亮度,又會(huì)造成車輛行駛時(shí)的安全隱患,因此,合理確定隧道的設(shè)計(jì)速度,在二級(jí)公路隧道照明設(shè)計(jì)中是相當(dāng)重要的。二級(jí)公路的設(shè)計(jì)速度主要有80km/h、60km/h、40km/h。筆者依托怒江州六丙公路某隧道工程,通過(guò)對(duì)隧道照明在60km/h、40km/h設(shè)計(jì)速度下,燈具、過(guò)渡段長(zhǎng)度等的不同配置進(jìn)行分析比較,得出二級(jí)公路隧道照明設(shè)計(jì)采用40km/h設(shè)計(jì)速度的重要性及可行性。
1 工程概況
某隧道起止點(diǎn)樁號(hào)為K180+342~K180+940,隧道全長(zhǎng)598m;隧道進(jìn)口端K180+342位于直線段上,隧道出口端K180+940位直線段上;隧道所在路段縱坡為-0.3%;隧道最大埋深約為158m。此隧道為雙向交通,設(shè)計(jì)交通量為7723 pcu/d,設(shè)計(jì)小時(shí)交通量為522 veh/h。
2 計(jì)算分析
2.1 計(jì)算公式及計(jì)算參數(shù)的選取
本文對(duì)路面照度的計(jì)算采用《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ026.1-1999中的利用系數(shù)曲線圖計(jì)算方法。使用公式(1)進(jìn)行路面照度計(jì)算,使用公式(2)進(jìn)行入口段長(zhǎng)度計(jì)算,計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。
(1)式中:Eav為路面平均水平照度;N為燈具布置系數(shù);η為利用系數(shù);W為隧道路面寬度;S為燈具間距;M為燈具的養(yǎng)護(hù)系數(shù);Ф為燈具額定光通量。
(2)式中:Dth為入口段長(zhǎng)度;Ds為照明停車視距;h為洞口內(nèi)凈空高度。
2.2 計(jì)算結(jié)果分析
通過(guò)以上計(jì)算,得出隧道照明燈具的數(shù)量及入口段與過(guò)渡段長(zhǎng)度,詳見(jiàn)表2、表3。
從表2、表3可知,在采用60km/h設(shè)計(jì)速度時(shí),全隧道照明燈具數(shù)量為235套,燈具總功率為23.89kW;入口段及過(guò)渡段長(zhǎng)度為165m,布燈方式上需采用雙側(cè)對(duì)稱布置。在采用40km/h設(shè)計(jì)速度時(shí),全隧道照明燈具數(shù)量為75套,僅為60km/h設(shè)計(jì)時(shí)速下燈具數(shù)量的31.9%;燈具總功率為5.81kW,僅為60km/h設(shè)計(jì)時(shí)速下燈具功率的24.3%;入口段及過(guò)渡段長(zhǎng)度為80m,布燈方式上采用中線布置就能滿足要求。由于布燈方式的不同,還可以節(jié)約大量的電纜、電纜橋架等工程量。所以,在二級(jí)公路隧道段采用40km/h設(shè)計(jì)速度,不僅能節(jié)約建設(shè)費(fèi)用,還能節(jié)約運(yùn)營(yíng)時(shí)的能耗及費(fèi)用,是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
3 二級(jí)公路隧道采用40km/h設(shè)計(jì)速度可行性分析
3.1 從設(shè)計(jì)規(guī)范上來(lái)講,二級(jí)公路隧道采用40km/h設(shè)計(jì)速度可行
根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2003,《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D20-2006等規(guī)范于二級(jí)公路設(shè)計(jì)速度的規(guī)定。
二級(jí)公路作為干線公路時(shí)設(shè)計(jì)速度宜采用 80km/h。二級(jí)公路作為集散公路時(shí)混合交通量較大平面交叉間距較小的路段設(shè)計(jì)速度宜采用60km/h。二級(jí)公路位于地形、地質(zhì)等自然條件復(fù)雜的山區(qū)經(jīng)論證該路段的設(shè)計(jì)速度可采用40km/h。
隧址區(qū)一般都處于地形、地質(zhì)等自然條件復(fù)雜的地區(qū),所以在二級(jí)公路中選取隧道設(shè)計(jì)速度為40km/h是可行的。
3.2 從目前隧道運(yùn)營(yíng)情況來(lái)講,二級(jí)公路隧道采用40km/h設(shè)計(jì)速度可行
在二級(jí)公路實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,為了保證行駛車輛的安全,在進(jìn)入隧道時(shí),一般均要減速行駛。且隧道限速均為40km/h。所以在二級(jí)公路隧道段,選取40km/h設(shè)計(jì)速度是可行的。
3.3 從改造技術(shù)上講,二級(jí)公路隧道采用40km/h設(shè)計(jì)速度可行
在隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,在需要滿足公路提速的要求時(shí),隧道的照明技術(shù)改造極為簡(jiǎn)單,主要是增設(shè)部分燈具及改變布燈方式,同時(shí)還會(huì)增加部分相應(yīng)工程量,但總體來(lái)講,不會(huì)涉及到隧道結(jié)構(gòu)的改造,所以改造技術(shù)簡(jiǎn)單。
4 結(jié)論及建議
(1)二級(jí)公路隧道采用40km/h設(shè)計(jì)速度是可行性的。
(2)當(dāng)設(shè)計(jì)速度為60km/h時(shí),在入口段及過(guò)渡段需采用雙側(cè)布燈的方式,而設(shè)計(jì)速度為40km/h時(shí),僅采用中線布燈的方式,可以節(jié)約大量的電纜、電纜橋架等工程量;
(3)二級(jí)公路隧道段采用40km/h設(shè)計(jì)速度,不僅能節(jié)約建設(shè)費(fèi)用,還能節(jié)約運(yùn)營(yíng)時(shí)的能耗及費(fèi)用,是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
參考文獻(xiàn)
[1]JTG D60-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].重慶交通科研設(shè)計(jì)院.
[2]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 交通部公路司.
[3]JTG D20-2006,公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院.
關(guān)鍵詞:公路隧道照明“低碳經(jīng)濟(jì)“節(jié)能減排”
中圖分類號(hào):U459.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1 前言
在高速公路建設(shè)中采用隧道節(jié)能照明技術(shù)可以節(jié)約電能,降低運(yùn)營(yíng)成本,提高高速公路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前隧道照明的節(jié)能,主要是采用高功率因數(shù)的照明燈具(配高效電子鎮(zhèn)流器)、隧道內(nèi)兩側(cè)鋪反射率高的裝修材料、盡量縮短供電電纜長(zhǎng)度以減少線路損耗、合理布置配電房的位置、集中調(diào)光控制、減少洞外亮度等方法。為了進(jìn)一步節(jié)能,設(shè)計(jì)者還把隧道內(nèi)的燈具分為全日燈、黃昏燈、白日燈和應(yīng)急燈等幾個(gè)回路進(jìn)行人工或自動(dòng)的控制。這些方法,雖然有一定的節(jié)能效果,但在實(shí)際營(yíng)運(yùn)中電能的浪費(fèi)還是十分嚴(yán)重,營(yíng)運(yùn)過(guò)程中為了節(jié)約電能產(chǎn)生了照明與行車安全和隧道監(jiān)控之間的矛盾等問(wèn)題。
2公路隧道運(yùn)營(yíng)照明存在問(wèn)題
近20年來(lái),我國(guó)交通運(yùn)輸部門投入大量科研經(jīng)費(fèi),圍繞公路隧道照明工程的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)展技術(shù)研究并取得許多重要成果,強(qiáng)有力地推動(dòng)了我國(guó)公路隧道照明技術(shù)的進(jìn)步。但在工程設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)管理中仍存在諸多問(wèn)題,主要表現(xiàn)為以下方面。
2.1 照明設(shè)計(jì)參數(shù)有待完善
《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》頒布實(shí)施至今已有10余年,在這期間,我國(guó)公路隧道數(shù)量、規(guī)模及類型都發(fā)生了較大變化,同時(shí)新理論、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn),因而部分照明設(shè)計(jì)參數(shù)有待進(jìn)一步修正和完善 ,如短隧道照明設(shè)計(jì)方法、洞外亮度L。 (s)參考取值、各照明區(qū)段亮度指標(biāo)等。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)制定的《公路隧道和地道照明指南》 固然對(duì)我國(guó)公路隧道照明設(shè)計(jì)有借鑒之處,但并不完全適用。
2.2 照明控制方式較為落后
部分高速公路中、短隧道照明無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制,甚至需要隧道管理人員在現(xiàn)場(chǎng)人工控制,若高速公路全線中、短隧道數(shù)量較多,則每日現(xiàn)場(chǎng)工作量較大:一方面,造成不必要的電能浪費(fèi);另一方面,耗費(fèi)較大的人力、物力去開(kāi)關(guān)照明燈具,運(yùn)營(yíng)管理效率太低 。絕大多數(shù)公路隧道照明采用時(shí)序分級(jí)調(diào)光控制法,雖然其控制模式簡(jiǎn)單、可靠,但無(wú)法結(jié)合天氣、洞外亮度、交通量等時(shí)變參數(shù)從宏觀層面對(duì)整個(gè)隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制,同時(shí)受照明配電回路所限,只能實(shí)現(xiàn)3~6級(jí)照明控制等級(jí),“過(guò)度照明”、“無(wú)效照明”現(xiàn)象較為嚴(yán)重。
2.3 照明節(jié)能理念存在誤區(qū)
公路隧道照明節(jié)能并非簡(jiǎn)單地開(kāi)關(guān)某些燈具,而是要求建立在行車安全基礎(chǔ)上的最大節(jié)能,即公路隧道照明節(jié)能不能以犧牲交通安全為代價(jià)。部分隧道管理人員一味追求節(jié)電省錢,致使公路隧道照明控制方案的隨意性、主觀性很大 ,這種做法其實(shí)忽視了公路隧道照明的特點(diǎn)和本質(zhì),對(duì)隧道行車安全危害極大。
2.4現(xiàn)有隧道照明控制營(yíng)運(yùn)中節(jié)能與隧道監(jiān)控的矛盾
隧道監(jiān)控是隧道管理的重要組成部分,目前隧道照明與監(jiān)控之問(wèn)產(chǎn)生的矛盾主要在夜問(wèn)。部分營(yíng)運(yùn)者為了省電,夜幕降臨時(shí)關(guān)閉隧道內(nèi)所有的燈,由于目前國(guó)內(nèi)隧道普遍采用非紅外線攝像頭,隧道內(nèi)部一片漆黑,使得無(wú)法發(fā)揮有效監(jiān)控,夜間直接造成從攝像頭到監(jiān)視器之問(wèn)大量設(shè)備電能的浪費(fèi)。這種問(wèn)斷的監(jiān)控也不符合重要隧道內(nèi)所需的監(jiān)控要求。夜間,在有人進(jìn)入隧道或發(fā)生偷盜、破壞等現(xiàn)象,很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn),在車輛發(fā)生故障或發(fā)生交通事故時(shí),不但監(jiān)控不到,而且在處理時(shí)不能提供必要照明。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在隧道發(fā)生緊急情況時(shí),隧道內(nèi)燈具能夠根據(jù)需要自動(dòng)控制照明亮度。比如隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或擁擠堵塞時(shí),為幫助隧道及時(shí)排除危險(xiǎn),系統(tǒng)自動(dòng)將全部燈點(diǎn)亮,系統(tǒng)的手動(dòng)控制應(yīng)能夠可以在多處實(shí)現(xiàn),如監(jiān)控中心,隧道管理房或隧道內(nèi)的其他位置等。從安全、監(jiān)控,節(jié)能及所能提供便利等方面綜合考慮,夜問(wèn)隧道內(nèi)提供適當(dāng)?shù)恼彰魇潜匾摹?/p>
3 公路隧道照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用
針對(duì)新建公路隧道和在運(yùn)營(yíng)公路隧道不同的照明節(jié)能需求,本文給出了上述節(jié)能措施的應(yīng)用方案。工程實(shí)踐表明,綜合運(yùn)用公路隧道照明節(jié)能技術(shù),可實(shí)現(xiàn)公路隧道照明綜合節(jié)能20 %以上的總體目標(biāo)。
(1)采用先進(jìn)的隧道照明控制和管理系統(tǒng)在隧道實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,隧道照明取值與車速、車流量、洞外光照有密切的關(guān)系。隧道照明控制參數(shù)研究的一個(gè)目標(biāo),是在確保安全的前提下,實(shí)現(xiàn)隧道照明的高效節(jié)能。隧道照明節(jié)能綜合控制系統(tǒng),以檢測(cè)得到的洞外亮度、車速、車流量等交通參數(shù)為輸人,以照明節(jié)能控制器為執(zhí)行設(shè)備,開(kāi)發(fā)照明節(jié)能控制系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠根據(jù)交通參數(shù)和環(huán)境參數(shù),自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制燈具亮度,使隧道進(jìn)出I:1段的加強(qiáng)照明的自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)與外部光線的強(qiáng)度對(duì)應(yīng),設(shè)置信號(hào)反饋控制裝置,力求做在保證安全行駛條件的前提下,實(shí)現(xiàn)燈具照明的最優(yōu)控制。
(2)采用隧道照明分區(qū)控制方法
在隧道照明系統(tǒng)中,除按照規(guī)范要求,分為入口段,過(guò)渡段,中間段,過(guò)渡段,出口段外,并設(shè)置燈光分區(qū)域分組控制系統(tǒng),當(dāng)夜間車流量減少時(shí),自動(dòng)采集跟蹤篩選調(diào)整照明燈具數(shù),從而減少照明能耗。
(3)增大光反射比
選擇合適的燈具,設(shè)置合理的安裝角度,并且處理增大頂棚和墻壁的反光比,使隧道頂棚、墻和路面之間產(chǎn)生多次反射作用,預(yù)計(jì)可使隧道照明反射光增量系數(shù)比表面未作處理的隧道約增大20% ,即可達(dá)到節(jié)電20%左右的效果。
(4)制定有效的管理維護(hù)操作規(guī)程
管理維護(hù)操作規(guī)程應(yīng)有效的制定長(zhǎng)效機(jī)制,對(duì)隧道內(nèi)光源、燈具等按規(guī)定進(jìn)行維護(hù),對(duì)燈具進(jìn)行定期清潔工作,對(duì)光源和附件進(jìn)行檢修,尤其是檢查氣體放電光源的無(wú)功補(bǔ)償電容有無(wú)擊穿,此外還需要對(duì)照明控制裝置進(jìn)行調(diào)整等,提高照明燈具的維護(hù)系數(shù),使照明系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)下,使隧道照明系統(tǒng)不但滿足照明要求,而且達(dá)到節(jié)能要求??傊淼勒彰飨到y(tǒng)從以上角度,可以有效達(dá)到隧道照明管理節(jié)能。
關(guān)鍵詞: 高速公路隧道照明 設(shè)計(jì)參數(shù)節(jié)能措施 控制措施管理措施
目前,陜西省高速公路總里程已突破了3000公里,到2015年高速公路總里程將達(dá)到4100公里。陜西多山,隨著陜西省高速公路隧道照明的費(fèi)用逐年增加,目前,陜西省的高速公路隧道約占總通車?yán)锍痰?%,2008年我省高速公路隧道照明費(fèi)用為4500萬(wàn)元,當(dāng)我省高速公路里程達(dá)到4100公里時(shí),隧道的照明費(fèi)用預(yù)計(jì)將到達(dá)2億元,隧道照明的運(yùn)營(yíng)成本將成為一個(gè)不容輕視的問(wèn)題。如何在保證行車安全的前提下,盡可能地節(jié)約照明費(fèi)用,是高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中必須解決的問(wèn)題之一。
陜西省交通廳和陜西省交通建設(shè)集團(tuán)及陜西省高速集團(tuán)對(duì)隧道照明的節(jié)能和行車安全歷來(lái)非常重視,從2004年起,陜西省交通廳對(duì)隧道照明節(jié)能進(jìn)行了應(yīng)用研究,開(kāi)展了多項(xiàng)的課題研究和項(xiàng)目攻關(guān),并將研究的結(jié)果在隨后的全省高速公路的建設(shè)中推廣應(yīng)用,有效地將科研成果迅速轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力。本文對(duì)高速公路的隧道照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用做進(jìn)一步研究提供參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。
一、設(shè)計(jì)參數(shù)的節(jié)能調(diào)整
設(shè)計(jì)是工程的根本,準(zhǔn)確合理地采用設(shè)計(jì)參數(shù),能避免較大的能源浪費(fèi),是非常有效的節(jié)能途徑之一。我省高速公路建設(shè)起步較晚,隧道照明節(jié)能設(shè)計(jì)中的措施與高速公路的飛速發(fā)展極不適應(yīng),大多數(shù)的隧道照明設(shè)計(jì)都存在過(guò)度設(shè)計(jì)問(wèn)題,設(shè)計(jì)出的隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)值偏大、保守,對(duì)此,我們從設(shè)計(jì)上就著手考慮合理的節(jié)能。
1. 選取合適的洞口亮度
一公里的隧道,其加強(qiáng)照明的總功率,約占整個(gè)隧道照明功率的70%,而加強(qiáng)照明設(shè)計(jì)取決于洞外亮度L20(S),因此洞外亮度L20(S)是隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之一,洞外亮度L20(S) 的正確設(shè)定,對(duì)工程投資和運(yùn)營(yíng)電費(fèi)都有極大的影響。在隧道照明設(shè)計(jì)階段,隧道洞外亮度L20(S)在多數(shù)情況下無(wú)法實(shí)測(cè)得到,一般按查表法獲取洞外亮度L20(S) 值。查表獲取的洞外亮度L20(S) 值與實(shí)際值存在很大的偏差。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明的設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,當(dāng)土建施工的隧道洞口成型后,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)洞外亮度L20(S)進(jìn)行實(shí)測(cè),設(shè)計(jì)的L20(S) 值與實(shí)際值誤差大于±25%時(shí),必須對(duì)設(shè)計(jì)的值進(jìn)行修正。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中很少做到,基本上洞外亮度L20(S)以4000cd/m2取值。為此,2005年8月起,我們組織聯(lián)合課題組歷時(shí)半年對(duì)公路隧道照明基本設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究。課題研究主要包括5個(gè)方面內(nèi)容:
(1)洞外亮度值傳統(tǒng)測(cè)試方法分析;
(2)利用數(shù)碼照片進(jìn)行洞外亮度測(cè)試研究;
(3)隧道洞口段自然光利用研究;
(4)隧道洞外亮度數(shù)據(jù)庫(kù)的編制與應(yīng)用;
(5)對(duì)實(shí)體工程照明設(shè)計(jì)優(yōu)化及建議。
通過(guò)測(cè)試和研究得出,目前陜西省高速公路山區(qū)高速公路隧道洞口亮度的取值采用端墻式洞口取值為3500 cd/m2,削竹式洞口亮度取值為3000cd/m2進(jìn)行隧道照明設(shè)計(jì),引入端利用自然光后可以減少隧道入口照明燈具,優(yōu)化后的照明設(shè)施和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比原設(shè)計(jì)節(jié)約10%-15%,并且該結(jié)果在隨后的高速公路的設(shè)計(jì)得到推廣和應(yīng)用。
2. 根據(jù)流量調(diào)整基本段的亮度,分期實(shí)施照明系統(tǒng)
隧道基本段照明可根據(jù)時(shí)間、交通流量等信息,合理控制照明的運(yùn)行和停止。在早期的隧道照明設(shè)計(jì)中,均采用的車流量大于2400輛/小時(shí)來(lái)設(shè)計(jì)的,但是在實(shí)際的統(tǒng)計(jì)中,我省高速公路絕大部分車流量都小于2400輛/小時(shí),特別在山區(qū)的高速公路其車流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于700輛/小時(shí),因此造成建設(shè)資金和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的大量浪費(fèi)。通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出近期內(nèi)福建省高速公路隧道(除沿海高速公路外)車流量都相對(duì)較小,大多數(shù)日平均流量小于100輛/小時(shí),中遠(yuǎn)期車流量在700到2400輛/小時(shí)之間,因此在對(duì)隧道照明設(shè)計(jì)時(shí),采用配電線路一次設(shè)計(jì),變電設(shè)備和照明設(shè)備分期實(shí)施原則,從而達(dá)到安全節(jié)能的目的。目前陜西山區(qū)高速公路隧道的照明系統(tǒng)按交通量小于700輛/小時(shí)來(lái)實(shí)施,在滿足行車安全的條件下大大節(jié)省了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用。
二、線路上的節(jié)能措施
1. 增設(shè)自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備
在上世紀(jì)在90年代的初期,在照明系統(tǒng)上興起一種調(diào)壓節(jié)能的方式,當(dāng)時(shí)主要針對(duì)農(nóng)網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的情況,即通過(guò)在線路上設(shè)置一限壓或穩(wěn)壓設(shè)備,使高壓鈉燈工作在220V以下,同時(shí)利用高壓鈉燈的光通和電壓的非線性,將電壓適當(dāng)降低到200V, 基本保持保持一定的光通,達(dá)到一定的節(jié)能效果。該方式在業(yè)界也有一定的爭(zhēng)議,高壓鈉燈工作在220V的額定電壓的下,其效果最高,燈具的工作狀態(tài)最好,改變燈具的工作電壓,是否節(jié)能,要看在具體的電網(wǎng)環(huán)境;增設(shè)的調(diào)壓設(shè)備,自身的功耗,也是考慮的一大重要因素。
自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備主要采用可控硅調(diào)壓和自耦調(diào)壓兩種方式??煽毓枋莻鹘y(tǒng)的電力電子器件,后來(lái)開(kāi)始應(yīng)用到道路照明的節(jié)能上,采用可控硅斬波原理,通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角,將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分,從而降低輸出電壓的平均值,達(dá)到控壓節(jié)電目的,但其缺點(diǎn)是可控硅交流調(diào)壓會(huì)產(chǎn)生高次諧波和線路震蕩,降低燈泡壽命,還會(huì)產(chǎn)生電力污染。
自耦調(diào)壓是通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯,根據(jù)輸入電壓高低情況,接連不同的固定變壓器抽頭,將電網(wǎng)電壓降低或升高5V、1OV、15V、20V等幾個(gè)檔,克服了可控硅調(diào)壓產(chǎn)生諧波的缺陷,實(shí)現(xiàn)了電壓的正弦波輸出,結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單,可靠性也比較高,但是由于其核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器,變壓比是固定的,當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),調(diào)控裝置的輸出電壓也會(huì)上下波動(dòng),這樣照明的工作電壓仍處在不穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài),還有當(dāng)設(shè)備損壞時(shí)有可能會(huì)造成電壓過(guò)高導(dǎo)致燈具大面積燒壞。
通過(guò)目前陜西省高速公路使用的電網(wǎng)基本上都是專網(wǎng),電壓穩(wěn)定,可控硅調(diào)壓現(xiàn)基本上已不采用,而自耦式調(diào)壓也只在個(gè)別邊遠(yuǎn)山區(qū)且電網(wǎng)不穩(wěn)定的高速公路上使用。
2. 中壓隧道中壓供電
在早期高速公路長(zhǎng)隧道的供電方式大體上均采用在隧道兩端設(shè)立獨(dú)立的變電站,由兩端向隧道供電,當(dāng)隧道長(zhǎng)度較長(zhǎng)(超過(guò)2000米)時(shí),這種低壓長(zhǎng)距離供電,線損較大,末端電壓也將會(huì)受到很大的影響,為了保證供電質(zhì)量和降低損耗,往往需要選擇截面積很大的電纜進(jìn)行供電,無(wú)疑會(huì)增加了大量的投資。陜南高速公路的長(zhǎng)隧道多,如果采用傳統(tǒng)供電模式,將產(chǎn)生巨大的投資,同時(shí)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中,低壓電纜經(jīng)常性的被盜。針對(duì)陜西高速公路的特點(diǎn),自2005年起對(duì)高速公路供配電系統(tǒng)進(jìn)行了不斷的技術(shù)攻關(guān),并吸收了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的中壓供電技術(shù),從2005年開(kāi)始在新建的高速公路上采用了將10kV中壓引入隧道且結(jié)合地埋式變壓器應(yīng)用的供電模式,保證了隧道長(zhǎng)距離供電的需求,成功地解決了長(zhǎng)隧道供電的問(wèn)題,同時(shí)采用中壓供電,可節(jié)省大量的建設(shè)資金,降低了線纜的損耗。
三、燈具布設(shè)的措施
在設(shè)計(jì)規(guī)范中,中間段燈具的布設(shè)方式有中線布置、兩側(cè)交錯(cuò)布置和兩側(cè)對(duì)稱布置等三種形式。早期的福建省高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中,中間段燈具布設(shè)方式采用中線布置和雙側(cè)對(duì)稱布設(shè)兩種方式,中線布設(shè)效率最高,但是維護(hù)不便,需要封閉整座隧道才能進(jìn)行,對(duì)高速公路通行影響很大;雙側(cè)對(duì)稱布設(shè)需要兩側(cè)都鋪設(shè)線纜,燈具密度大,造成建設(shè)資金的增加,也加大了運(yùn)營(yíng)維護(hù)的費(fèi)用。通過(guò)了大量的研究、燈具配光計(jì)算和試驗(yàn),在新建的高速公路隧道照明中采用新型的布燈方式:?jiǎn)蝹?cè)布燈方式。此種布設(shè)比中線布設(shè)方式好維護(hù),只需封閉單個(gè)車道即可進(jìn)行維護(hù)作業(yè);與雙側(cè)布燈相比,可節(jié)省一半的線纜,并且減少了燈具的布設(shè)密度,大大節(jié)省了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用。單側(cè)布燈會(huì)存在路面照度不很均勻情況,通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際檢測(cè),單側(cè)布燈路面照明均勻度尚能滿足規(guī)范的要求。但單側(cè)布燈也存在著光通利用率不高的問(wèn)題,從設(shè)計(jì)規(guī)范上看,隧道照明的重點(diǎn)在路面及隧道壁2米以下,而2米以上的空間不做要求,高壓鈉燈的單側(cè)布燈,應(yīng)受限于燈具的配光曲線,較大一部分光照射到2米以上的空間,通過(guò)幾年的觀察、研究以及人群的調(diào)查,總結(jié)中間布燈、雙側(cè)布燈、單側(cè)布燈的優(yōu)缺點(diǎn),目前修改為中間偏右的方式,安裝示意圖見(jiàn)圖1。
圖1 隧道內(nèi)基本段單側(cè)燈具安裝示意圖
四、燈具的節(jié)能措施1. 采用高壓鈉燈電子整流器
高壓鈉燈是高強(qiáng)度放電燈中的一種,其具有極好的光效(120lm/W)和合適的光波長(zhǎng),但是,傳統(tǒng)高壓鈉燈采用的電感式鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身?yè)p耗大的缺點(diǎn),嚴(yán)重影響高效光源的利用,雖然各高壓鈉燈均采用了電容補(bǔ)償,但由于補(bǔ)償電容的壽命都短于燈具的壽命,且當(dāng)電容失效時(shí)不影響燈具的工作,在通車的隧道特殊環(huán)境中,不易發(fā)覺(jué)電容效。大量低功率因數(shù)電器的使用,對(duì)電網(wǎng)造成污染,電能得不到充分利用。
為解決電感式鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn), 2005年開(kāi)始在西漢高速公路隧道進(jìn)行電子鎮(zhèn)流器的試點(diǎn)應(yīng)用,電子鎮(zhèn)流器不但可以做到很高的功率因數(shù)(0.97以上),自身?yè)p耗小,具有顯著的節(jié)能效果,而且還能在很寬的電壓范圍內(nèi)點(diǎn)燈工作,很好地解決了電感式鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn)。但是電子式鎮(zhèn)流器的工作頻率一般在20kHz 以上,高壓鈉燈在這個(gè)頻率下極易發(fā)生聲諧振, 使得放電管中原來(lái)的熱力學(xué)平衡狀態(tài)被破壞,對(duì)外直接表現(xiàn)為光強(qiáng)不穩(wěn),亮度閃爍, 嚴(yán)重影響照明效果, 甚至造成燈管炸裂,對(duì)大多數(shù)電子鎮(zhèn)流器而言, 其輸出多呈恒流特性, 嚴(yán)重聲諧振時(shí), 電弧可能突然熄滅, 導(dǎo)致電路中產(chǎn)生過(guò)電壓, 如果保護(hù)功能不夠完善, 就有可能造成鎮(zhèn)流器的徹底損壞,同時(shí)由于電子整流器目前還不能夠完全通用,存在與光源匹配問(wèn)題,給設(shè)備維護(hù)造成很大的麻煩。由于吉坑隧道外電壓波動(dòng)大,燈具損壞嚴(yán)重已恢復(fù)原來(lái)的電感式整流器,其他幾個(gè)試驗(yàn)段燈具損壞率在2.3%左右,目前還在使用。
電子整流器技術(shù)還不完全成熟,特別在高速公路隧道這種惡劣的環(huán)境下,存在問(wèn)題更多,因此到目前為止依然難以在我省高速公路隧道照明中得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
2. 采用電磁感應(yīng)無(wú)極燈
無(wú)極燈是近幾年國(guó)內(nèi)外電光源界著力研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品,綜合了電子學(xué)、等離子學(xué)、磁性材料學(xué)等領(lǐng)域最新科技成果。它通過(guò)以高頻感應(yīng)磁場(chǎng)的方式將能量耦合到燈泡內(nèi),使燈泡的氣體雪崩電離形成等離子體,等離子體受激發(fā)原子返回基態(tài)時(shí)自發(fā)輻射出254nm的紫外線,燈泡內(nèi)壁的熒光粉受紫外線激發(fā)而發(fā)出可見(jiàn)光。它與傳統(tǒng)高壓鈉燈光源最大的不同之處在于無(wú)電極、壽命長(zhǎng)(50000小時(shí))、光衰低、恒功率輸出,可大大節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。此外,無(wú)極燈可采用智能控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)自身調(diào)光控制。
2007年開(kāi)始,在陜西省高速公路隧道應(yīng)急照明和短隧道進(jìn)行無(wú)極燈試點(diǎn)應(yīng)用,當(dāng)時(shí)一方面考慮無(wú)極燈的最大優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng),而陜西隧道中的應(yīng)急燈照明24小時(shí)工作,在2007年以前建設(shè)的隧道中采用的普通熒光燈和高壓鈉燈壽命(即穩(wěn)定光通時(shí)間)有限,普通熒光燈壽命一般在5000小時(shí),高壓鈉燈壽命在15000小時(shí),特別是普通熒光燈維護(hù)量較大,給運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)較大的麻煩。另一方面考慮電磁感應(yīng)無(wú)極燈燈泡內(nèi)壁采用的是熒光粉,其光線的波長(zhǎng)不像高壓鈉燈那樣具有透霧性,而在隧道中因通風(fēng)問(wèn)題、汽車尾氣等,常有煙霧出現(xiàn),因此在長(zhǎng)隧道的基本照明仍采用高壓鈉燈,以利于行車安全。
經(jīng)過(guò)了幾年實(shí)踐總結(jié),筆者認(rèn)為無(wú)極燈壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)更大于節(jié)能的意義,從光學(xué)指標(biāo)上看,無(wú)極燈的光效尚低于高壓鈉燈,在實(shí)測(cè)中無(wú)極燈的照度也低于高壓鈉燈。當(dāng)然,目前在學(xué)術(shù)上還有白光照明和高壓鈉燈照明對(duì)人眼視覺(jué)影響的爭(zhēng)議,主要在測(cè)試的照度儀表和人眼瞳孔所接受照度的差異,我們也在對(duì)白光照明在隧道中的應(yīng)用做進(jìn)一步的研究。目前我們認(rèn)為無(wú)極燈適用于應(yīng)急燈、緊急停車帶、橫洞等,在陜西省高速公路后續(xù)新建的隧道中的應(yīng)急照明、緊急停車帶照明均采用無(wú)極燈,并在已運(yùn)營(yíng)的隧道應(yīng)急照明也逐步采用無(wú)極燈代替熒光燈和高壓鈉燈。
經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)和調(diào)查,無(wú)極燈作為白光照明,不適用于隧道入(出)口段的加強(qiáng)照明,隧道口采用無(wú)極燈并不能有效的消除黑洞效應(yīng)。無(wú)極燈也不適用于短隧道的基本照明。
3.采用LED照明燈具
LED作為一種新型光源, 具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、功耗低、啟動(dòng)時(shí)間短、顯色指數(shù)高、工作溫度低、方向性好、工作電壓低、無(wú)紫外輻射、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在一些照明領(lǐng)域應(yīng)用。隧道照明應(yīng)用新型LED隧道燈具有其他燈源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),LED做為半導(dǎo)體照明,雖然目前工程應(yīng)用中的芯片光效還達(dá)不到高壓鈉燈的光效,但其定向性強(qiáng),燈具光通利用率高,特別在隧道應(yīng)用中,較好的將照明的重點(diǎn)控制在路面及隧道壁2米以下,帶來(lái)了很大的節(jié)能的空間,目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分隧道照明工程使用了LED隧道燈。從2007年4月起,陜西省高速公路也開(kāi)展了LED隧道應(yīng)用研究工作,跟相關(guān)單位聯(lián)合成立了課題研究小組,對(duì)全國(guó)16個(gè)LED廠家進(jìn)行跟蹤測(cè)試,并選用了兩家燈具分別安裝在高速公路部分隧道左右洞,進(jìn)行各個(gè)照明段的跟蹤測(cè)試,從近一年的跟蹤測(cè)試,LED照明基本上能達(dá)到30%的節(jié)能。但我們發(fā)現(xiàn)目前LED隧道照明還存在著一些問(wèn)題,目前市場(chǎng)上LED燈具的質(zhì)量差距較大,從吳子高速公路隧道對(duì)全國(guó)16個(gè)LED廠家一年的跟蹤測(cè)試看,燈具完好未發(fā)生故障的僅有3家;光衰較大、色溫漂移嚴(yán)重,上述16個(gè)LED廠家一年的光衰均在50%以上,各別廠家的燈具色溫漂移達(dá)1000以上,兩家燈具光衰達(dá)5%;驅(qū)動(dòng)電源壽命短,上述16個(gè)廠家電源不合格的占一半以上,兩廠家燈具3個(gè)月內(nèi)也發(fā)生過(guò)部分燈具的質(zhì)量問(wèn)題。
雖然,LED照明燈具存在一些問(wèn)題,但LED照明是節(jié)能照明的發(fā)展方向,隨著芯片技術(shù)發(fā)展和成本的進(jìn)一步下降,特別是隧道白光照明理論的深入研究,LED隧道照明將會(huì)在高速公路隧道照明中得到更廣泛的應(yīng)用。
五、控制措施
陜西省高速公路長(zhǎng)隧道都設(shè)有隧道洞口加強(qiáng)照明閉環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)為:在隧道的洞外設(shè)置亮度檢測(cè)設(shè)備,在入口段設(shè)置照度檢測(cè)洞內(nèi)照度,檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)洞內(nèi)外光亮度值,由本地控制器上傳送入監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī),經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生控制方案,并將控制指令下傳到本地控制器,由本地控制器控制照明驅(qū)動(dòng)單元執(zhí)行,分別控制相應(yīng)的照明回路。這種動(dòng)態(tài)的控制可達(dá)到既安全,又可節(jié)能??刂屏鞒虉D見(jiàn)圖2。
圖2隧道洞口照明閉環(huán)控制
但該系統(tǒng)在照明控制中沒(méi)得到很好的應(yīng)用,一方面,在建設(shè)階段,洞口加強(qiáng)照明閉環(huán)控制系統(tǒng)均通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置閥值以達(dá)到控制目的,但實(shí)際應(yīng)用中,由于種種的邊界因素,是要通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的洞口環(huán)境調(diào)查,建立一定的數(shù)學(xué)模型,才可實(shí)現(xiàn)適用的控制。目前在控制系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施階段,基本做不到上述的程度,運(yùn)營(yíng)中,系統(tǒng)適用差,營(yíng)運(yùn)人員都轉(zhuǎn)為時(shí)間控制形式,因此系統(tǒng)長(zhǎng)期不用。另一方面,閉環(huán)控制系統(tǒng)中的亮度計(jì)和照度計(jì)設(shè)置在隧道洞口,其環(huán)境較差,特別是洞外的亮度計(jì),常年風(fēng)吹雨曬,而且還會(huì)經(jīng)常性的雷擊,因此日常需要良好的養(yǎng)護(hù)和維修,但目前由于種種原因,養(yǎng)護(hù)總是不到位,實(shí)際運(yùn)營(yíng)中基本上以時(shí)控或人控方式代替。
由于隧道洞口照明的功率占隧道中功率的大部分,而運(yùn)營(yíng)中洞口照明又要根據(jù)季節(jié)、時(shí)間、隧道朝向、氣候等因素調(diào)節(jié),隧道照明的難點(diǎn)就在洞口照明,也是隧道節(jié)能的重點(diǎn)和關(guān)鍵。2008年,我們?cè)陉兾鞲咚俳K南山隧道左洞進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度試驗(yàn)和重點(diǎn)研究,該課題采用無(wú)極燈的電子鎮(zhèn)流器實(shí)現(xiàn)無(wú)極照度調(diào)節(jié),控制系統(tǒng)采用DALI總線方式,無(wú)極燈的鎮(zhèn)流器組合與調(diào)光控制DALI分控制器(Slave)制造成一體,通過(guò)DALI主控制器(Master)可對(duì)每個(gè)鎮(zhèn)流器(Slave)分別尋址,實(shí)現(xiàn)單燈無(wú)極調(diào)控。該系統(tǒng)已初步能實(shí)現(xiàn)隨洞口照度無(wú)極調(diào)節(jié)的功能,為考核系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,目前系統(tǒng)還在進(jìn)一步的測(cè)試中。
六、管理措施
良好的管理措施對(duì)隧道照明的節(jié)能起到相當(dāng)大的作用,根據(jù)我們近十年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),管理措施可歸納幾個(gè)方面:(1)徹底了解和領(lǐng)會(huì)隧道照明的設(shè)計(jì)意圖和相關(guān)的規(guī)范要求;(2)控制好隧道洞口照明是實(shí)現(xiàn)隧道照明節(jié)能的關(guān)鍵;(3)基本照明應(yīng)根據(jù)車流做合理的調(diào)整;(4)制定合理的照明方案;(5)隧道照明的燈具的清潔維護(hù)是隧道照明管理的重點(diǎn),保證燈具較高的養(yǎng)護(hù)系數(shù);(6)定期批量更換光源,使照明光源運(yùn)行在高效的工況。總之,通過(guò)對(duì)隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù),使照明系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)下,滿足隧道照明要求,達(dá)到管理上的節(jié)能。
七、結(jié)語(yǔ)
高速公路隧道照明節(jié)能涵蓋的內(nèi)容是多方面的,要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能,就要在各個(gè)環(huán)節(jié)都要實(shí)施節(jié)能措施。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的節(jié)能是節(jié)能的基礎(chǔ),消除過(guò)度設(shè)計(jì)、選擇合適的參數(shù)、根據(jù)車流情況分期實(shí)施等都是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的基礎(chǔ)工作。管理環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)隧道照明節(jié)能的關(guān)鍵,提高養(yǎng)護(hù)系數(shù),制定合理照明方案等都是隧道照明的重點(diǎn)。采用各種控制方式和消除中間損耗,以及終端光源的研究創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)隧道照明節(jié)能的重要手段,尤其是節(jié)能型光源和燈具的采用。
關(guān)鍵詞LED 照明 公路隧道 節(jié)能 調(diào)光
中圖分類號(hào): U459.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1 前言
交通運(yùn)輸行業(yè)是國(guó)家確定的節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)之一,國(guó)務(wù)院明確要求加快建設(shè)以低碳排放為特征的交通運(yùn)輸體系,發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境友好型交通行業(yè)。作為交通領(lǐng)域節(jié)能減排重點(diǎn),隧道節(jié)能備受社會(huì)關(guān)注。
以湖南省某3km長(zhǎng)高速公路隧道為例,其照明總功率接近300kw,按照每天有一半左右的燈工作,電費(fèi)按0.6元/度計(jì)算(實(shí)際電價(jià)還在不斷升高),每年的電費(fèi)大約是80萬(wàn)元,每天平均是2160元,如果將3km的隧道折算成多座中短隧道,例如換成10座300m的隧道,由于這些隧道主要都是加強(qiáng)照明,其照明總功率接近1400kw,按照每天有一半左右的燈工作,電費(fèi)按0.6元/度計(jì)算,每年的電費(fèi)大約是307萬(wàn)元,每天平均是8400元,電費(fèi)的支出將更是驚人。
隧道照明成了困擾公路運(yùn)營(yíng)單位的沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而為節(jié)約隧道照明費(fèi)用,減少電費(fèi)支出,國(guó)內(nèi)部分隧道,特別是剛建成通車且車流量不大的高速公路隧道,出現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)管理部門關(guān)閉部分隧道燈,或關(guān)閉一側(cè)燈光,甚至全部關(guān)閉的極端現(xiàn)象,嚴(yán)重影響安全行車。如何解決安全行車與節(jié)約能源之間的矛盾,達(dá)到“安全行車與高效節(jié)能的完美結(jié)合”,是擺在當(dāng)前隧道管理者、建設(shè)者、運(yùn)營(yíng)者面前一項(xiàng)急需解決的重大任務(wù)。
2 隧道照明光源
隧道照明中一般選用的光源主要有熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈和高壓汞燈以及新興的LED燈等。隧道常用光源性能對(duì)比如下表所示
從表格數(shù)據(jù)得出LED燈具有顯色性好,色溫高,壽命長(zhǎng),電源效率高,光效出眾的優(yōu)勢(shì),可見(jiàn)LED燈具作為隧道燈具具備先天的優(yōu)勢(shì)。
3 隧道照明節(jié)能控制方式
3.1 隧道照明節(jié)能控制一般原理
隧道照明最根本的要求是:滿足司機(jī)視覺(jué)要求,滿足人眼適應(yīng)曲線。
隧道照明節(jié)能控制原理,即是在一定隧道條件下,不同運(yùn)營(yíng)工況及外部環(huán)境條件下最優(yōu)計(jì)算隧道照明需求并實(shí)時(shí)精確控制照明輸出的方法。這主要包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容:一是,照明需求的最優(yōu)化計(jì)算;二是,實(shí)時(shí)精確的照明控制輸出。
“照明需求的最優(yōu)化計(jì)算”實(shí)際是要滿足規(guī)范的要求,是對(duì)現(xiàn)有規(guī)范的執(zhí)行。設(shè)計(jì)中以交通量、車速參數(shù)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)參數(shù)一般考慮了遠(yuǎn)期的照明需求,目前也有采用分期實(shí)施的做法。
“實(shí)時(shí)精確的照明控制輸出”實(shí)際是理論與實(shí)際的有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、性價(jià)比高、控制精度高照明系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)精確的照明控制輸出對(duì)于節(jié)能的一般原理,如下圖示(x 軸時(shí)間T,y 軸亮度需求L)。傳統(tǒng)的分級(jí)控制方式(曲線C1)照明亮度等級(jí)少,控制響應(yīng)及調(diào)整頻率低,造成能源浪費(fèi)。動(dòng)態(tài)調(diào)光方式整個(gè)照明控制輸出接滑曲線,可以快速響應(yīng)跟蹤照明需求曲線,可以得到最優(yōu)的控制效果并能夠達(dá)到節(jié)能的目的。
Q 照明計(jì)算需求曲線,C1 傳統(tǒng)分級(jí)照明供給控制曲線,C2 節(jié)能照明控制供給控制曲線
3.2 隧道照明節(jié)能控制方法
1) 傳統(tǒng)的回路分級(jí)節(jié)能控制
在隧道設(shè)計(jì)時(shí),采用規(guī)范中的算法表計(jì)算所需的調(diào)光回路;屬于靜態(tài)控制,即只能按固定模式進(jìn)行控制,主要根據(jù)人工或者傳感器反饋的固定闕值來(lái)進(jìn)行判斷。
具體做法分為兩個(gè)部分,一部分是對(duì)于隧道口部照明的控制,根據(jù)室外亮度檢測(cè)裝置,對(duì)隧道口部加強(qiáng)照明燈具經(jīng)行部分關(guān)閉,來(lái)降低隧道口部的亮度。
另一部分就是隧道基本照明燈具根據(jù)隧道的運(yùn)營(yíng)時(shí)段需要(白天、夜間、午夜)對(duì)基本照明燈具進(jìn)行批量的關(guān)閉,以實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度的控制。
2)智能化的亮度精確節(jié)能控制
在隧道設(shè)計(jì)時(shí),按最高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算;屬于動(dòng)態(tài)控制,即能根據(jù)隧道的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的精確亮度控制輸出,控制范圍從10%-100%,涵蓋了任何參數(shù)的影響范圍(各類參數(shù)的細(xì)小變化都能直接反應(yīng)到控制結(jié)果上),并且能與其它機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制(如消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)應(yīng)急照明)。
亮度節(jié)能控制方法現(xiàn)在主要有兩種控制模式:
分級(jí)調(diào)光LED控制系統(tǒng)
無(wú)級(jí)調(diào)光LED控制系統(tǒng)
在亮度控制方法上建議采取無(wú)級(jí)調(diào)光方式,相比分級(jí)調(diào)光,無(wú)級(jí)調(diào)光在精確度上更高,更能滿足環(huán)境參數(shù)變化范圍大的隧道,節(jié)能優(yōu)勢(shì)更顯著,控制方式更合理。
3.3.回路控制方式與智能化控制方式的對(duì)比
傳統(tǒng)的回路控制方式之所以沒(méi)有智能化的亮度控制方式節(jié)能、安全、高效,是因?yàn)椋?/p>
a.洞外亮度指標(biāo)固化,對(duì)適應(yīng)季節(jié)、時(shí)間段變化方面不夠靈活。
隧道加強(qiáng)照明標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)隧道洞外亮度乘以一個(gè)系數(shù)得來(lái)的。以80km/h的雙車道單向交通為例,若設(shè)計(jì)交通量大于等于2400輛/h時(shí),其入口段的亮度折減系數(shù)為0.035。下圖為不同的洞外亮度情況下加強(qiáng)照明能耗相對(duì)百分比,以4000 cd/為100%。從圖中可以看出,洞外亮度對(duì)隧道能耗影響相當(dāng)大。這也給節(jié)能帶來(lái)了相當(dāng)大的空間。雖然在設(shè)計(jì)隧道照明時(shí),我們要求按照夏天中午時(shí)的最大洞外亮度進(jìn)行計(jì)算,并考慮到足夠的冗余,以確保運(yùn)營(yíng)期間的每一天且燈具的亮度衰減到額定值的下限時(shí),洞內(nèi)照明強(qiáng)度依舊能夠滿足規(guī)范要求。但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間,洞外亮度會(huì)隨著天氣、季節(jié)和時(shí)辰的不同而每時(shí)每刻都在變化,而且肯定不是一個(gè)固定數(shù)值,相關(guān)參數(shù)、要求也對(duì)應(yīng)的在變換。
從上圖我們也可以看出晴天分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)與LED無(wú)級(jí)調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)光功率、能耗對(duì)比。圖中曲線上部的面積即為浪費(fèi)的電能,它是實(shí)際需求能耗的三倍以上。即使是應(yīng)用傳統(tǒng)四級(jí)調(diào)光系統(tǒng)的LED燈,其晴天的能耗也是實(shí)際需求的2倍。
夜晚加強(qiáng)段的過(guò)度照明
對(duì)于東西走向的隧道而言,若入口位于隧道的東側(cè),則上午陽(yáng)光照射到東面,使洞口亮度較高。午后東面山體轉(zhuǎn)為陰暗面,洞外亮度急劇下降,這使得入口段加強(qiáng)照明的強(qiáng)度較上午又大幅減小。采用亮度智能無(wú)級(jí)控制后,洞內(nèi)照明就會(huì)順應(yīng)下圖的這種變化,其LED功耗夏至晴天照明能耗僅為鈉燈的18%,冬至?xí)r僅為12%,節(jié)能高達(dá)80%以上。
b.設(shè)計(jì)維護(hù)系數(shù)和冗余所產(chǎn)生的電能浪費(fèi)
通常在設(shè)計(jì)燈具功率時(shí),必須考慮一定的維護(hù)系數(shù),以確保運(yùn)營(yíng)過(guò)程中當(dāng)光源亮度衰減和燈具受到污染而使亮度下降30%以上時(shí),其照明強(qiáng)度依舊能夠滿足規(guī)范要求。在《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中,維護(hù)系數(shù)取0.7。如某一隧道基本照明選用100W的燈具亮度剛好滿足規(guī)范要求,則在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)必須選用功率大于143W的燈具。即使這樣,也還是會(huì)有風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)樘热艄庠垂庑晕⒉钜稽c(diǎn),就有可能造成運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后亮度低于規(guī)范要求。因此為了確保隧道照明始終能夠滿足規(guī)范要求,通常設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮一定的設(shè)計(jì)冗余。一般在1.2倍左右。上面100W剛好滿足的燈實(shí)際的設(shè)計(jì)功率應(yīng)在170W左右才符合要求。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間,如果單側(cè)開(kāi)燈,則亮度不夠,如果雙側(cè)開(kāi)燈,則過(guò)度照明現(xiàn)象嚴(yán)重,這是恒定亮度燈具的一大弊端。
夜晚的過(guò)度照明
如果采用LED亮度無(wú)級(jí)控制,即可有效地防止由于設(shè)計(jì)維護(hù)系數(shù)和冗余所產(chǎn)生的電能浪費(fèi)現(xiàn)象。
c.隧道照明的分時(shí)、分路控制造成頻閃效應(yīng)的再次出現(xiàn),嚴(yán)重影響安全
在設(shè)計(jì)隧道照明方案時(shí),要考慮到人的明適應(yīng)和暗適應(yīng)因素,重視過(guò)渡空間和過(guò)渡照明的設(shè)計(jì),避免頻閃效應(yīng)。但在實(shí)際隧道的設(shè)計(jì)中,隧道照明多采用分時(shí)、分路控制。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,為節(jié)約能源或降低晚間的照明,往往會(huì)關(guān)閉部分照明,使得頻閃效應(yīng)再次出現(xiàn),對(duì)行車的安全造成了威脅。
LED亮度智能無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)采用的是無(wú)級(jí)智能單路控制,無(wú)須分路控制,且全天候總體照度調(diào)節(jié),可根本上解決頻閃效應(yīng)的再次出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)減排的目的。
分路控制造成的照明不足和頻閃影響行車安全
d.隧道照明燈具的質(zhì)保期過(guò)短、更換頻繁、日常維護(hù)費(fèi)用高昂
熒光燈應(yīng)用于隧道照明中,雖然新購(gòu)燈具的費(fèi)用相對(duì)較低,但一般情況下需隔年更換一次,最長(zhǎng)也不過(guò)三年。有的隧道即使采用了LED燈具,因其全天候的滿負(fù)荷(100%功率)工作,光衰較為明顯、導(dǎo)致其不得不提前更換,且目前國(guó)內(nèi)廠家的質(zhì)保期多為18-24個(gè)月。燈具的頻繁更換與當(dāng)今節(jié)能低碳的主題不符。
LED亮度智能無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)因是根據(jù)洞外亮度采用無(wú)級(jí)調(diào)光控制,60-80%的照明時(shí)間的功率僅為滿負(fù)荷的40-50%,可大大延長(zhǎng)發(fā)光體壽命,延遲光衰。故系統(tǒng)質(zhì)保期為5年完全可以實(shí)現(xiàn)。
e、傳統(tǒng)分級(jí)照明控制系統(tǒng)與智能無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)對(duì)比表
4 智能無(wú)極調(diào)光控制方式更利于節(jié)能
智能無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)較普通分級(jí)控制系統(tǒng)控制方式靈活,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,全程自動(dòng)控制,節(jié)能性能卓越。智能無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在:
(1)由于隧道照明系統(tǒng)的加強(qiáng)照明功率能夠根據(jù)洞外亮度實(shí)時(shí)調(diào)整,因此一年中只有夏天的中午燈具才接近滿功率工作,大多數(shù)時(shí)間均在10%-60%的功率下工作,而基本照明的設(shè)計(jì)冗余留到遠(yuǎn)期再用,近期的工作功率也低于燈具的額定功率。這使得燈具和電源的長(zhǎng)期工作溫度非常低,不僅可大幅減少LED的光衰,還延長(zhǎng)LED和電源的壽命。
(2)下半夜功率可同步減半,燈具配光特性保持不變,避免了關(guān)燈過(guò)多所產(chǎn)生的危及行車安全的頻閃效應(yīng)。
(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠,只須2個(gè)控制回路,一個(gè)基本照明回路和一個(gè)加強(qiáng)照明回路。且為保障安全,控制與供電系統(tǒng)在物理結(jié)構(gòu)上分離,互不影響,當(dāng)控制系統(tǒng)失效時(shí),有5種冗余方案可供應(yīng)急使用;最差的情況下,當(dāng)控制系統(tǒng)整體癱瘓失靈,所有的照明設(shè)備將滿功率工作,不會(huì)使隧道處于黑暗之中。
(4)當(dāng)隧道未達(dá)到設(shè)計(jì)車流量時(shí),可依據(jù)規(guī)范對(duì)洞內(nèi)照明強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)折減,折減量可根據(jù)需要任意設(shè)定,以確保在滿足規(guī)范的前提下最大限度地節(jié)約電能,避免過(guò)度照明,使系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師所追求的按需照明的設(shè)計(jì)理念。
(5)聯(lián)動(dòng)性強(qiáng),可與其它子系統(tǒng)兼容并聯(lián)動(dòng),完全達(dá)到建設(shè)機(jī)電一體化綜合控制平臺(tái)的要求。
(6)完全智能化的控制機(jī)制,可自適應(yīng)調(diào)整控制方案,無(wú)需人工干預(yù),可遠(yuǎn)程進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控,減少人工,提高管理效率。
隧道照明能耗浪費(fèi)巨大,絕非照明設(shè)計(jì)的不合理。相反,隧道照明設(shè)計(jì)絕大多數(shù)都是合理的。歸納起來(lái),電能浪費(fèi)的根本原因在于:現(xiàn)有控制節(jié)能方式無(wú)法適應(yīng)洞外亮度變化,光源光衰較大導(dǎo)致維護(hù)系數(shù)取值較低,傳統(tǒng)及大部分LED燈具亮度無(wú)法控制使之不能實(shí)現(xiàn)按需照明以及精確的控制。因此,在公路隧道照明領(lǐng)域,采用亮度可控的燈具以及精確的控制方法是消除過(guò)度照明的最佳途徑。
LED亮度智能無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用于公路隧道照明,既可起到安全通行的目的,又可起到節(jié)能降耗的目的。
參考文獻(xiàn)
[1] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). JTJ 026.1―1999 《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》
關(guān)鍵詞:隧道照明節(jié)能;節(jié)能措施
Abstract: according to the needs of lighting technology field has been lighting pursuit of the ideal form, as the traditional lighting source is difficult to control, and again when the design must be considered enough design redundancy, therefore highway tunnel lighting and power are common excessive waste huge phenomenon, excessive lighting energy consumption as high as 50% ~ 90%. Along with the development of LED lighting, bright brightness intelligence without level control has become a reality.
Keywords: tunnel lighting energy saving; Energy saving measures
中圖分類號(hào):TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1.引言
目前對(duì)于隧道照明的節(jié)能措施,主要是采用高功率因數(shù)的照明燈具(配高效電子鎮(zhèn)流器)、盡量縮短供電電纜長(zhǎng)度以減少線路損耗、合理布置隧道配電站的位置、集中調(diào)光控制、減少洞外亮度等方法。為了進(jìn)一步節(jié)能,設(shè)計(jì)者還把隧道內(nèi)的燈具分為全日燈、黃昏燈、白日燈和應(yīng)急燈等幾個(gè)回路進(jìn)行人工或自動(dòng)的控制??v觀現(xiàn)有的這些方法,雖然有一定的節(jié)能效果,但在實(shí)際運(yùn)行中還是存在著電能的浪費(fèi)現(xiàn)象。
2.隧道照明系統(tǒng)功耗偏高的因素
影響照明功耗的主要因素有控制模式、洞外亮度。本文主要針對(duì)這幾個(gè)因素進(jìn)行討論。
隧道照明設(shè)計(jì)者依據(jù)規(guī)范通常把隧道分為入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段等四個(gè)段來(lái)設(shè)計(jì)照明。各段的長(zhǎng)度和照度(lx)是從全年行車安全要求出發(fā),對(duì)洞內(nèi)最大照度的設(shè)計(jì)是以全年洞外最大亮度和最高行車時(shí)速來(lái)確定隧道內(nèi)各段的燈具功率和燈具分布密度。能夠?qū)崿F(xiàn)照明自動(dòng)控制的非常有限,通常因線路布線回路的限制,只能做到2、3級(jí)人工或自動(dòng)控制,對(duì)于如天氣、車速、車流量等參數(shù)只是在設(shè)計(jì)階段給予以最大值考慮,最終各段照明的長(zhǎng)度和照度也始終是處于最大值狀態(tài)。對(duì)于天氣、車速、車流量等時(shí)變參數(shù)無(wú)法從宏觀上對(duì)整個(gè)隧道的照明進(jìn)行自適應(yīng)方式調(diào)制。因此,目前這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的隧道照明系統(tǒng)存在著大量電能浪費(fèi)問(wèn)題。
隧道內(nèi)加強(qiáng)照明的標(biāo)準(zhǔn)值都是根據(jù)隧道洞外的亮度乘以一個(gè)系數(shù)得來(lái)的。以80km/h的雙車道單向交通為例,若設(shè)計(jì)交通量大于等于2400輛/h時(shí),其入口段的亮度折減系數(shù)為0.035。(圖1-1)為不同的洞外亮度情況下加強(qiáng)照明能耗相對(duì)百分比,以4000 cd/為100%。從圖中可以看出,洞外亮度對(duì)隧道能耗影響相當(dāng)大。這也給節(jié)能帶來(lái)了相當(dāng)大的空間。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》,入口段亮度可按下式計(jì)算: Lth=k•L20(S) (式1-1)
(圖1-1)
式中,Lth為入口段亮度,k為入口段亮度折減系數(shù),L20(S)為洞外亮度。雖然在設(shè)計(jì)隧道照明時(shí),我們要求按照夏天中午時(shí)的最大洞外亮度進(jìn)行計(jì)算加強(qiáng)照明的亮度,并考慮到足夠的冗余,以確保運(yùn)營(yíng)期間的每一天且燈具的亮度衰減到額定值的下限時(shí),洞內(nèi)照明強(qiáng)度依舊能夠滿足規(guī)范要求。但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間,洞外亮度會(huì)隨著天氣、季節(jié)和時(shí)間的不同而每時(shí)每刻都在變化,即式(1-1)中的L20(S)時(shí)刻在變化,它會(huì)從幾十坎德拉變化到幾千坎德拉。L20(S)變化了,依據(jù)公式Lth也應(yīng)隨之變化,這種照明方式才是合理的。如果L20(S)變化而Lth不變或者僅簡(jiǎn)單地分幾個(gè)等級(jí)進(jìn)行變化,都會(huì)造成巨大地電能浪費(fèi)。
3.LED照明亮度無(wú)級(jí)控制
目前隧道照明的能耗有70%左右是浪費(fèi)在過(guò)度照明上。因此,隧道照明節(jié)能,首先必須從減少過(guò)度照明著手。若要減少過(guò)度照明,就要求照明燈具的功率能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控。調(diào)整照明強(qiáng)度有兩種方式,一是采用多回路進(jìn)行分級(jí)調(diào)光。通常最多只分到6級(jí),即白天4級(jí),夜晚2級(jí)。這種簡(jiǎn)單分級(jí)方式依舊存在較為嚴(yán)重的過(guò)度照明。二是采用無(wú)級(jí)調(diào)光。這種方式只需要二個(gè)回路,即基本照明回路和加強(qiáng)照明回路。這種無(wú)級(jí)調(diào)光方式是基于LED光源基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。它可使燈具亮度根據(jù)需要任意調(diào)整,隧道內(nèi)需要多亮,照明燈具就提供多大的亮度,在滿足規(guī)范的前提下避免了過(guò)度照明,最大限度地節(jié)約了電能。
圖(2-1)為隧道LED照明亮度智能無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)方案。洞外亮度監(jiān)測(cè)裝置將檢測(cè)到的隧道洞外亮度信號(hào)傳送至控制裝置上,再由其換算后輸出0~5V直流模擬信號(hào)去控制LED燈具的輸出功率,從而達(dá)到控制被照?qǐng)鏊炼鹊哪康摹?/p>
圖(2-1)
3.1控制方式
隧道內(nèi)照明的特點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng),根據(jù)這一特點(diǎn),在設(shè)計(jì)照明亮度時(shí)考慮了足夠的冗余量。但在使用時(shí),我們并不需要將設(shè)計(jì)冗余全部用上,而是需要多少功率就提供多少功率。在未來(lái)若干年內(nèi),當(dāng)燈具出現(xiàn)一定的光衰時(shí),可通過(guò)控制系統(tǒng)相應(yīng)增加燈具的輸出功率,使隧道內(nèi)的基本照明強(qiáng)度始終都能滿足規(guī)范要求而又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度照明。
3.2 LED調(diào)光控制的優(yōu)越性
隧道采用LED照明亮度智能無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)后,節(jié)能只是其優(yōu)越性的一個(gè)方面。由于節(jié)能,它的工作溫度絕大部分時(shí)間都處在一個(gè)較低的水平。而工作溫度的降低,又會(huì)衍生出其他的效益:
(1)亮度無(wú)級(jí)控制,比分級(jí)控制的同類燈具更節(jié)能40%,比鈉燈照明節(jié)能70%~90%。
(2)由于一年中只有夏天的中午,加強(qiáng)照明燈具才接近滿功率工作,大多數(shù)時(shí)間均在10%~60%的功率下工作;而基本照明的設(shè)計(jì)冗余留到遠(yuǎn)期再用,近期的工作功率也低于燈具的額定功率。這使得燈具和電源的長(zhǎng)期工作溫度非常低,不僅可大幅減小LED的光衰,還延長(zhǎng)了LED和電源的壽命。
(3)下半夜功率可同步減半,燈具配光特性保持不變,避免了單側(cè)關(guān)燈所產(chǎn)生的危及行車安全的斑馬效應(yīng)。
(4)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,只須2個(gè)回路,即一個(gè)基本照明回路和一個(gè)加強(qiáng)照明回路。基本照明又兼應(yīng)急照明;當(dāng)市電斷電時(shí),所有基本照明的功率均降至額定功率的10%,從而確保了照度的均勻性。
(5)當(dāng)隧道未達(dá)到設(shè)計(jì)車流量時(shí),可依據(jù)規(guī)范對(duì)洞內(nèi)照明強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)折減,折減量可根據(jù)需要任意設(shè)定,以確保在滿足規(guī)范的前提下最大限度地節(jié)約電能,避免過(guò)度照明,使系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師們追求的按需照明的設(shè)計(jì)理念。
(6)與分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)可節(jié)約相當(dāng)數(shù)量的電纜、控制箱及相應(yīng)電氣的費(fèi)用。4.結(jié)束語(yǔ)
采用LED隧道照明可簡(jiǎn)化供電回路設(shè)計(jì),節(jié)約電纜與變壓器的投資;LED調(diào)光控制可基于洞外亮度與交通量,實(shí)現(xiàn)按需照明,大大減少照明能耗;雖然目前LED隧道燈比高壓鈉燈貴,但實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制后這具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,投資回收期一般為3年左右。
參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1―1999),北京: 人民交通出版社.2000
1.1傳統(tǒng)的隧道照明會(huì)造成大量的電能浪費(fèi)隧道的照明設(shè)計(jì),根據(jù)傳統(tǒng)方法往往會(huì)把隧道分為入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段這四個(gè)階段來(lái)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)。全年的行車安全要求決定了各段的長(zhǎng)度和照度,對(duì)于洞內(nèi)最大照度的設(shè)計(jì)是全年洞外最大亮度和最高行車的時(shí)速來(lái)確定隧道內(nèi)各段的燈具功率和燈具分布密度。這種設(shè)計(jì)方法對(duì)于實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)控制的能力十分有限,因?yàn)槌3J艿街T如線路布線賄賂的限制,所以暫時(shí)只能做到2、3級(jí)自動(dòng)控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于如天氣、車速、車流量等參數(shù),通常是考慮最大值,這就導(dǎo)致隧道照明系統(tǒng)無(wú)法在天氣、車速、車流量等常變參數(shù)在變化時(shí)對(duì)整個(gè)隧道的照明進(jìn)行合理的調(diào)試,這就是傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)出的隧道照明系統(tǒng)會(huì)造成大量電能浪費(fèi)的原因
1.2傳統(tǒng)的隧道照明能耗控制與隧道運(yùn)營(yíng)安全相矛盾傳統(tǒng)的隧道照明系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)往往都但是依靠手動(dòng)控制的方式進(jìn)行工作。運(yùn)營(yíng)者在考慮到電能浪費(fèi)時(shí),往往會(huì)在隧道內(nèi)只開(kāi)基本燈,或者白天全開(kāi)燈,晚上關(guān)閉加強(qiáng)燈。這種控制方式看似能起到一定的節(jié)能效果,但事實(shí)上卻對(duì)隧道的車輛運(yùn)行造成安全隱患。由于隧道內(nèi)外亮度差異很大,司機(jī)在進(jìn)入隧道直至穿出隧道的整個(gè)過(guò)程要經(jīng)歷好幾個(gè)階段的視覺(jué)適應(yīng)期。例如,司機(jī)在進(jìn)入洞口時(shí),洞口必須保持足夠的照明亮度,否則在進(jìn)入隧道時(shí),司機(jī)的視覺(jué)無(wú)法適應(yīng)如此大的亮度差異,產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”,在這種情況下駕駛員所駕駛的車輛極易與前方行駛較慢的車輛或障礙物產(chǎn)生相撞,從而造成交通事故。所以,實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)的照明節(jié)能絕不是能通過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)燈具就能完成的,照明節(jié)能必須要建立在行車安全的基礎(chǔ)上。
1.3傳統(tǒng)的隧道照明能耗控制與隧道內(nèi)的安全監(jiān)控相矛盾夜間是傳統(tǒng)隧道照明的能耗控制與隧道安全監(jiān)控矛盾最為尖銳的時(shí)刻。隧道運(yùn)營(yíng)者在夜晚時(shí)常常會(huì)關(guān)閉隧道內(nèi)的高功率燈具,以達(dá)到節(jié)省電能的效果。而我國(guó)目前對(duì)于隧道的監(jiān)控通常是采用非紅外線攝像頭等設(shè)備,這種設(shè)備在照度低的環(huán)境中使用效果并不理想,十分影響監(jiān)控效果。當(dāng)在隧道內(nèi)發(fā)生偷竊、破壞等違法犯罪行為時(shí),無(wú)法被管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn),尤其是當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通事故的時(shí)候,不僅無(wú)法對(duì)事故進(jìn)行有效的監(jiān)控,而且過(guò)于低的照度還會(huì)在救援和調(diào)查時(shí)無(wú)法提供足夠的照明。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)對(duì)節(jié)能、照明、監(jiān)控、安全等因素進(jìn)行綜合考慮。
2提高隧道照明節(jié)能控制以及安全監(jiān)控能力的措施
2.1隧道照明節(jié)能控制的措施實(shí)現(xiàn)隧道節(jié)能控制的基本前提就是在隧道處在不同的運(yùn)營(yíng)情況(交通事故、正常運(yùn)營(yíng)、火災(zāi)等)和外部環(huán)境(車速、亮度、車流量等)等各種條件下,作出最符合現(xiàn)狀的照明設(shè)置。該控制系統(tǒng)由照明控制計(jì)算機(jī)、車輛檢測(cè)器、光亮度檢測(cè)儀、傳輸網(wǎng)絡(luò)、無(wú)級(jí)調(diào)光控制器和LED燈組成。根據(jù)LED燈的控制特點(diǎn)及排布設(shè)置的方式,無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)可以將整個(gè)隧道分解成基本照明控制和加強(qiáng)照明控制兩個(gè)方面。運(yùn)用這種方式來(lái)對(duì)隧道的照明區(qū)域進(jìn)行分解是因?yàn)樗淼赖娜肟诙?、過(guò)渡段加強(qiáng)照明直接受到了洞外亮度、車流量、車速等因素的影響。而只實(shí)行基本照明的區(qū)域只需要考慮車速以及車流量?jī)蓚€(gè)因素。根據(jù)這些特點(diǎn),在隧道入口前可設(shè)置兩個(gè)斷面(VD1,VD2)、隧道出口處設(shè)置一個(gè)斷面(VD3)的車輛檢測(cè)器,該檢測(cè)器可以用來(lái)隧道內(nèi)車輛通行的情況,從而避免了隧道內(nèi)無(wú)車輛通行時(shí)的無(wú)效照明。以上描述可以得出一個(gè)結(jié)論:無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)可以根據(jù)隧道洞內(nèi)外亮度的實(shí)測(cè)值來(lái)調(diào)節(jié)LED燈的即時(shí)照明亮度,以滿足司機(jī)進(jìn)出隧道時(shí)視覺(jué)適應(yīng)的需要。在調(diào)節(jié)洞內(nèi)的照明亮度時(shí),為了避免燈光亮度過(guò)于頻繁地轉(zhuǎn)換,故應(yīng)考慮燈光轉(zhuǎn)換的時(shí)間延遲。
2.2隧道照明安全監(jiān)控的措施目前大部分隧道照明都是采用邏輯開(kāi)關(guān)法,該方法通常以最大亮度進(jìn)行照明,會(huì)造成電能的大量浪費(fèi)。因此我們可以考慮結(jié)合邏輯開(kāi)關(guān)法和無(wú)級(jí)調(diào)光法,研究人員從此種職能監(jiān)控的方案中提出模糊控制方法的概念。模糊控制,是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)判定方法。該種方法可以通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)對(duì)照明子回路進(jìn)行控制,既比邏輯開(kāi)關(guān)法降低了能耗,提高了照明光線對(duì)于人眼的舒適度;又比無(wú)級(jí)調(diào)光法降低了照明控制的復(fù)雜程度,對(duì)可靠性也有很大的提高。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:隧道;機(jī)電安裝;看法
Abstract: This paper analyzes the characteristics of the road tunnel mechanical and electrical installation, it raised a few comments do a good job of tunnel mechanical and electrical installation.Key words: tunnel; mechanical and electrical installation; views
中圖分類號(hào):TU85文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):2095-2104(2012)
我國(guó)的交通機(jī)電系統(tǒng)研究起步較晚,但發(fā)展十分迅速,目前已基本實(shí)現(xiàn)了高速公路的智能化控制與管理。但在隧道交通機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)中的還存在一些問(wèn)題。國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)的很多先進(jìn)技術(shù)在我們國(guó)家還沒(méi)有得到運(yùn)用,這就嚴(yán)重制約了我國(guó)隧道交通機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展。
1 機(jī)電安裝技術(shù)的創(chuàng)新的重要性
我國(guó)正處于現(xiàn)代化建設(shè)時(shí)期,經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,但是也正是這種發(fā)展使得各種矛盾的出現(xiàn),其中道路問(wèn)題也在這個(gè)時(shí)候體現(xiàn)出來(lái),正是基于技術(shù)創(chuàng)新和機(jī)電安裝項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新的理念,介紹項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新的一般程序、工作方法和規(guī)章制度等,重點(diǎn)闡述了如何抓好項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新的要求,包括高度重視技術(shù)創(chuàng)新工作、以科學(xué)的態(tài)度對(duì)待技術(shù)創(chuàng)新以及調(diào)動(dòng)技術(shù)人員的積極性、充分發(fā)揮專業(yè)技術(shù)人員的作用。
2 機(jī)電安裝技術(shù)要點(diǎn)與創(chuàng)新
2.1 照明設(shè)計(jì)
隧道照明是為了保證隧道內(nèi)交通順暢而設(shè)置的功能性照明,其照明的目的是為了給駕駛員在隧道行駛過(guò)程中提供一個(gè)安全、舒適的視覺(jué)環(huán)境,保障交通運(yùn)行,提高運(yùn)輸效率。由于隧道是一個(gè)半封閉空間,隧道在行車視覺(jué)特性上要比其他照明復(fù)雜得多,它不僅需要24h不間斷照明,而且白天照明要比夜間照明更復(fù)雜。
2.1.1 人眼視覺(jué)特性。當(dāng)從一個(gè)明亮的環(huán)境短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)到一個(gè)暗環(huán)境中時(shí),人想要看清物體,必須要一段適應(yīng)的時(shí)間,這就是暗適應(yīng),同樣當(dāng)人眼從一個(gè)暗環(huán)境短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)到一個(gè)明亮的環(huán)境中時(shí),也需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能看清亮環(huán)境中的物體,這就是明適應(yīng)。
2.1.2隧道照明設(shè)計(jì)。隧道照明可分為引入段、適應(yīng)段、過(guò)渡段、中間段和出口段,人眼的視覺(jué)特性決定了各區(qū)段應(yīng)不同位置上的亮度檢測(cè)器的實(shí)測(cè)值設(shè)計(jì)不同的長(zhǎng)度和亮度值。其中按照人眼適應(yīng)曲線,調(diào)節(jié)隧道過(guò)渡段、出口段亮度是隧道照明設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。駕駛員進(jìn)入長(zhǎng)隧道后需要一些時(shí)間將人眼調(diào)節(jié)到能適應(yīng)中間段較低亮度水平,過(guò)渡段照明的目的就是過(guò)渡段亮度從最高到最低的變化逐步進(jìn)行,來(lái)使得人眼及時(shí)得到調(diào)整。
實(shí)現(xiàn)過(guò)渡段亮度調(diào)節(jié),有兩種控制方法,一是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)法;二是邏輯開(kāi)關(guān)法。無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)法是由可控硅為基本控制元件的電子控制器完成無(wú)級(jí)調(diào)光的。隨著洞外光強(qiáng)的變化,整個(gè)照明控制系統(tǒng)會(huì)處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下,從而得到合適的亮度。從理論而言,無(wú)級(jí)調(diào)光是一種很好的方法,它能得到連續(xù)性很好的光,但存在如下弱點(diǎn):線路復(fù)雜,調(diào)試?yán)щy;故障率高、維修保養(yǎng)不便;洞內(nèi)亮度檢器需要量大,工程量大,增加投資;最適合無(wú)級(jí)調(diào)光系統(tǒng)的執(zhí)行元件是白熾燈,但是白熾燈光線不好,壽命短。因此,目前的隧道照明工程很少采用無(wú)級(jí)調(diào)光。而選擇光線較好的照明燈具,利用燈具的不同排列組合和現(xiàn)場(chǎng)控制器提供的數(shù)字信號(hào)對(duì)照明燈進(jìn)行邏輯控制,使其產(chǎn)生階躍式的亮度調(diào)節(jié),這就是邏輯開(kāi)關(guān)法。由于控制程序和線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,燈具選擇靈活,維修保養(yǎng)容易,目前的隧道照明大都采取這種方法。
2.1.3應(yīng)急照明的設(shè)置有以下幾種方案。
第一,利用基本照明燈作為應(yīng)急的方案和單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急燈的方案。這兩種方案都可以滿足要求,由于大部分隧道采用高壓鈉燈照明,而高壓鈉燈(包括其他氣體放電燈)斷電后再起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)(5-8min),很難作為應(yīng)急照明燈?,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外在采用高壓鈉燈作為照明光源在隧道中的常規(guī)做法是單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急燈,這樣會(huì)造成重復(fù)投資,并且影響美觀。因此采用的是利用基本照明燈作為應(yīng)急照明的方案。平時(shí)應(yīng)急照明作為基本照明的一部分,當(dāng)基本照明出現(xiàn)故障后應(yīng)急照明燈繼續(xù)工作,以保證隧道內(nèi)行車安全。
第二,從應(yīng)急電源選用上有集中設(shè)置應(yīng)急電源和分散應(yīng)急電源方案。分散應(yīng)急電源一般應(yīng)用于規(guī)模較小的建筑中,而在大型建筑中由于應(yīng)急燈具數(shù)量較多,考慮到維護(hù)和投資方面的因素,一般采用集中應(yīng)急電源裝置。
2.2供配電問(wèn)題
在很長(zhǎng)的隧道中,隧道的正常使用由照明、監(jiān)控、通風(fēng)、消防等設(shè)施決定,他們?nèi)币徊豢?。而作為隧道附屬設(shè)施的供配電系統(tǒng),正是這所有設(shè)施的基礎(chǔ),關(guān)系著隧道內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行,對(duì)整個(gè)隧道正常使用起著至關(guān)重要的作用。某隧道機(jī)電工程,其中供配電系統(tǒng)采用四路外線電源,分別從兩端洞口引雙路電源,組成環(huán)網(wǎng)。這樣能保證在外線3路電源同時(shí)停電的情況下,仍然能保證隧道內(nèi)基本的應(yīng)急照明和其他一類負(fù)荷的正常使用。在整個(gè)供配電施工的初期,第一個(gè)是土建方,供配電系統(tǒng)的施工界面不成熟,尚不具備具體的實(shí)施條件。在這個(gè)階段首要任務(wù)就是要配合土建單位的管線預(yù)埋,以及對(duì)已經(jīng)預(yù)埋的管線進(jìn)行疏通處理,這部分工作看似簡(jiǎn)單,但是實(shí)施起來(lái)卻很復(fù)雜,并且也是相當(dāng)重要的。在機(jī)電進(jìn)場(chǎng)的初期,隧道內(nèi)土建方的施工仍在持續(xù)進(jìn)行,很多機(jī)電需要使用的管線都沒(méi)有進(jìn)行埋設(shè)。我們進(jìn)場(chǎng)后就需要對(duì)這些界面進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查,積極和土建方進(jìn)行協(xié)調(diào),配合土建的施工。我們采取了每天巡查施工現(xiàn)場(chǎng)的方法,查看土建的施工內(nèi)容是否涉及到機(jī)電的界面,對(duì)正在預(yù)埋的管線進(jìn)行指導(dǎo)配合作業(yè),以達(dá)到供配電后期正常使用的目的。而且要及時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)預(yù)埋的管線存在那些不合適的地方,積極溝通,并予以糾正。并要求土建對(duì)埋設(shè)的管線采取一定的保護(hù)措施,如用塑料袋或棉布堵住管口以防雜物進(jìn)入管道導(dǎo)致永久堵塞,標(biāo)識(shí)管口位置防止遺忘等。
2.3 通風(fēng)系統(tǒng)
2.3.1 有害氣體的排放量。《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》“條文說(shuō)明”中給出的CO排放量是當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)汽車的CO排放量,使用時(shí)應(yīng)考慮到有害氣體的年遞減因素,否則計(jì)算的新風(fēng)量可能偏大很多。解決的方法一般有兩種:一是考慮CO排放量的年遞減因素;二是按照隧道通車后十年的預(yù)測(cè)交通量進(jìn)行計(jì)算,通常第一種方法更為常用。
2.3.2 隧道洞口的廢氣擴(kuò)散和回流。由于縱向通風(fēng)的特點(diǎn),在隧道通風(fēng)的出口形成較高濃度的有害氣體,對(duì)隧道洞口周圍的環(huán)境可能會(huì)造成一定的影響。因此,當(dāng)隧道洞口位于居民區(qū)或自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)等地區(qū)時(shí),應(yīng)采取設(shè)置豎井對(duì)有害氣體進(jìn)行高排等措施使之滿足國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。在雙洞單向行駛時(shí)隧道的出口和入口,可能會(huì)產(chǎn)生排出廢氣的回流問(wèn)題。因此必須引起設(shè)計(jì)人員的十分重視。對(duì)于可能排出廢氣回流的雙洞隧道,在隧道之間建一隔墻,可以有效減少?gòu)U氣的回流量。
2.3.3 自然風(fēng)的影響在通常情況下,隧道自然風(fēng)的自然反風(fēng)計(jì)算是按照2.5m/s進(jìn)行計(jì)算的。但是在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn),如果自然風(fēng)作為阻力,對(duì)于常年受季風(fēng)影響嚴(yán)重的隧道,需要對(duì)隧道所處地區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向及頻率具體分析,否則可能形成有害氣體難以排出的情況。
3 機(jī)電安裝技術(shù)的創(chuàng)新
邏輯開(kāi)關(guān)法,是目前的隧道照明工程最常用的方法,無(wú)級(jí)調(diào)光已經(jīng)基本被淘汰,由于邏輯開(kāi)關(guān)法控制程序和線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,燈具選擇靈活,維修保養(yǎng)容易,因此邏輯開(kāi)關(guān)法被大部分國(guó)家采用。它能按照人眼適應(yīng)曲線,合理調(diào)節(jié)隧道過(guò)渡段、出口段亮度。使得過(guò)渡段亮度逐漸變化,從而人眼及時(shí)能夠得到調(diào)整。為了滿足洞內(nèi)通風(fēng)量的要求,保證施工作業(yè)正常進(jìn)行,采用吊頂壓入式巷道通風(fēng)代替了常規(guī)的風(fēng)筒壓入式通風(fēng)技術(shù),即用彩鋼板將隧道斜井分為進(jìn)風(fēng)道和排風(fēng)道,進(jìn)而通過(guò)一系列輔助手段實(shí)現(xiàn)通風(fēng)。實(shí)踐證明,采用新的通風(fēng)技術(shù)完全能夠滿足洞內(nèi)通風(fēng)需求。而原來(lái)在每個(gè)隧道斜井口必須設(shè)置的通風(fēng)機(jī)則可以省去。技術(shù)創(chuàng)新成果可以用專利技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新專題報(bào)告、學(xué)術(shù)論文、施工技術(shù)總結(jié)、科技成果等各種形式進(jìn)行總結(jié),并在類似工程項(xiàng)目中推廣使用,在類似工程項(xiàng)目中節(jié)約施工成本、加快施工進(jìn)度、提高工程施工質(zhì)量、保證施工安全等方面出效益。技術(shù)創(chuàng)新成果可以在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中進(jìn)行總結(jié),也可以在工程項(xiàng)目竣工后進(jìn)行匯總。
4 結(jié)論
機(jī)電安裝技術(shù)運(yùn)用到高速公路建設(shè)中時(shí),一定要有強(qiáng)烈的事業(yè)心和責(zé)任感,仔細(xì)認(rèn)真,不怕麻煩,深入現(xiàn)場(chǎng),嚴(yán)格技術(shù)管理。總結(jié)出隧道施工方面注意的事項(xiàng)大致有照明問(wèn)題、供配電問(wèn)題和通風(fēng)問(wèn)題,從而使得今后的施工方能在施工時(shí)重點(diǎn)關(guān)注這三個(gè)問(wèn)題,最終形成我國(guó)獨(dú)特的、創(chuàng)新的高速公路隧道機(jī)電安裝技術(shù)。
參考文獻(xiàn):
[1]周正.隧道交通機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)研究[J].河南科技,2010(7).
【關(guān)鍵詞】隧道,機(jī)電系統(tǒng)維護(hù),管理
中圖分類號(hào): U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
一.前言
本文通過(guò)對(duì)山區(qū)隧道機(jī)電工程養(yǎng)護(hù)的管理,分析養(yǎng)護(hù)模式的選擇,預(yù)防性養(yǎng)護(hù)以及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中重大問(wèn)題處置,剖析雙電源切換裝置的設(shè)置、絕緣監(jiān)察裝置異常和照明跳閘原因,提出相關(guān)解決方案。以對(duì)特長(zhǎng)公路隧道仍至小隧道群的機(jī)電工程建設(shè)和養(yǎng)護(hù)提供借鑒。公路隧道的機(jī)電工程是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)集成度高、運(yùn)行安全可靠性要求高的綜合性大型機(jī)電工程,特別是很長(zhǎng)的公路隧道。一直以來(lái)也是隧道養(yǎng)護(hù)管理重點(diǎn)。如何搞好隧道機(jī)電工程的養(yǎng)護(hù)管理,是公路經(jīng)營(yíng)管理部門及養(yǎng)護(hù)企業(yè)面前一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。
二.隧道機(jī)電維護(hù)的基本內(nèi)容
我對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)做以下幾個(gè)分類,并對(duì)各個(gè)分類下設(shè)備進(jìn)行歸類,有針對(duì)性的給出維護(hù)方案,及一些日常維護(hù)中的實(shí)際案例。并做到故障預(yù)先判斷,排除發(fā)生較大事故的隱患。保證司乘人員的出行安全。
1.交通監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)包括以下設(shè)備:隧道監(jiān)控系統(tǒng)(含可控?cái)z像機(jī),固定攝像機(jī)及其視頻傳輸鏈路);車輛及事件檢測(cè)設(shè)備(含隧道內(nèi)車檢攝像機(jī),及管理公司端視頻分析單元);交通信號(hào)燈;雙向車道指示器;LED光電誘導(dǎo)標(biāo)志;隧道內(nèi)可變信息標(biāo)志;交通區(qū)域控制單元(含PLC設(shè)備及通訊鏈路)。
2.隧道機(jī)電交通監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)方法:
隧道內(nèi)實(shí)行全程監(jiān)控,筆者在維護(hù)中要對(duì)每個(gè)攝像機(jī)清晰度及角度做調(diào)整,保證監(jiān)控的無(wú)縫連接。交通信號(hào)燈及車道指示器控制準(zhǔn)確,顯示清晰。LED光誘導(dǎo)標(biāo)志光點(diǎn)連續(xù),指示方向清晰可辨。隧道內(nèi)可變信息標(biāo)志字體清晰,串口通訊正常,發(fā)送內(nèi)容方便可靠。
PLC交通區(qū)域控制單元要保證CPU主機(jī)、模擬量模塊、數(shù)字量模塊、光纖通訊單元工作正常,控制信號(hào)、模擬量信號(hào)、反饋信號(hào)接受發(fā)送正常,對(duì)有報(bào)警的模塊及時(shí)用軟件分析報(bào)警原因及時(shí)處理。
3.通風(fēng)與照明系統(tǒng)
隧道照明設(shè)計(jì)。隧道照明可分為引入段、適應(yīng)段、過(guò)渡段、中間段和出口段,人眼的視覺(jué)特性決定了各區(qū)段應(yīng)不同位置上的亮度檢測(cè)器的實(shí)測(cè)值設(shè)計(jì)不同的長(zhǎng)度和亮度值。其中按照人眼適應(yīng)曲線,調(diào)節(jié)隧道過(guò)渡段、出口段亮度是隧道照明設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。駕駛員進(jìn)入長(zhǎng)隧道后需要一些時(shí)間將人眼調(diào)節(jié)到能適應(yīng)中間段較低亮度水平,過(guò)渡段照明的目的就是過(guò)渡段亮度從最高到最低的變化逐步進(jìn)行,來(lái)使得人眼及時(shí)得到調(diào)整。
公路隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)一氧化碳允許濃度和煙霧濃度等裝置性能良好,其控制應(yīng)符合《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG H12)的規(guī)定。隧道內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026)的規(guī)定執(zhí)行。隧道內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí),控制設(shè)備能及時(shí)變換送風(fēng)方向,疏導(dǎo)煙霧。機(jī)械通風(fēng)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)裝置,且主備用工作正常。
4.緊急呼叫設(shè)施
隧道緊急電話設(shè)施(含緊急電話、緊急電話亭(含門、照明燈)、中繼器);有線廣播設(shè)施(揚(yáng)聲器、功放)。
隧道機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)該配備應(yīng)急救援設(shè)備,日常維護(hù)應(yīng)保證緊急電話設(shè)施連通正常,通話質(zhì)量良好,無(wú)雜音。有線廣播設(shè)施喊話音質(zhì)清晰,調(diào)整號(hào)角揚(yáng)聲器角度減少隧道內(nèi)回聲。5. 隧道消防系統(tǒng)。
在而今的隧道事故中最多的要屬火災(zāi)。隧道內(nèi)火災(zāi)引起原因較多,車輛引擎或車上貨物著火、車與車相撞、危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故都可以引起火災(zāi)。由于隧道內(nèi)環(huán)境封閉,火災(zāi)一旦發(fā)生,就會(huì)造成嚴(yán)重后果。因此,設(shè)置隧道消防系統(tǒng)非常重要。隧道消防系統(tǒng)包括:一整套火災(zāi)檢測(cè)監(jiān)視系統(tǒng);一套有效的報(bào)警通信系統(tǒng);一套高效滅火設(shè)施和應(yīng)急排煙方案;長(zhǎng)隧道還應(yīng)設(shè)計(jì)好應(yīng)急出口和行車橫洞。在隧道的施工中要設(shè)置貫穿隧道的消防給水總管。并且按一定間隔設(shè)置消防與通風(fēng)設(shè)備,保證消防管道與隧道內(nèi)消防設(shè)施的可靠連接,以保證消防安全。
6.中央控制管理系統(tǒng)
本系統(tǒng)由管理公司中心機(jī)房設(shè)備和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成包含以下設(shè)備:信息采集系統(tǒng)設(shè)備(含視頻處理單元;中心事件檢測(cè)單元);信息控制系統(tǒng)設(shè)備(信息(廣播、情報(bào)板、照明、風(fēng)機(jī)、隧道交通燈);緊急電話控制臺(tái)、串口服務(wù)器、數(shù)據(jù)光端機(jī)等);視頻傳輸及控制設(shè)備(視頻光端機(jī)、疊加器、監(jiān)視器、矩陣、傳輸、控制、數(shù)字錄像機(jī)等);中心計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件(錄像管理軟件、視頻監(jiān)控軟件、火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警軟件、隧道監(jiān)控軟件、通風(fēng)照明軟件、電力監(jiān)控軟件、事件檢測(cè)軟件);中心計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)(隧道管理服務(wù)器、錄像管理計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)控計(jì)算機(jī)、火災(zāi)報(bào)警控制計(jì)算機(jī)、隧道監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通風(fēng)照明控制計(jì)算機(jī)、電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī))。
7.隧道指示標(biāo)志
設(shè)備包含隧道內(nèi)各種指示標(biāo)志,如:緊急電話指示標(biāo)志,消防設(shè)備指示標(biāo)志,行人橫洞指示標(biāo)志,行車橫洞指示標(biāo)志,緊急停車帶指示標(biāo)志,疏散指示標(biāo)志等日常維護(hù)中要保證標(biāo)志亮度均勻,無(wú)變形扭曲。
三.隧道機(jī)電工程養(yǎng)護(hù)管理
1.養(yǎng)護(hù)模式的選擇隧道的機(jī)電齊全,基本涵蓋了交通工程強(qiáng)、弱電的全部單項(xiàng)工程。系統(tǒng)集成化程度、技術(shù)含量非常高。要求維護(hù)人員的素質(zhì)和專業(yè)技術(shù)水平達(dá)到較高的水平。隧道養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)引進(jìn)社會(huì)專業(yè)協(xié)作單位,通過(guò)“自主+協(xié)作”的養(yǎng)護(hù)模式,兩者相互配合,相輔相成。充分借助專業(yè)公司的技術(shù)力量,對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行中存在的故障進(jìn)行預(yù)防,及時(shí)排除隱患,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。在專業(yè)維修單位選擇上,主要考慮維修公司資質(zhì)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)實(shí)力、人員配備以及服務(wù)信譽(yù)等,通過(guò)招投標(biāo)或邀請(qǐng)比質(zhì)比價(jià)的方式的予以確定。
在設(shè)備維修質(zhì)量上,維護(hù)管理流程分為五個(gè)階段,即養(yǎng)護(hù)計(jì)劃階段、現(xiàn)場(chǎng)配合維修階段、中間報(bào)驗(yàn)整改階段、交工驗(yàn)收總結(jié)階段、后續(xù)跟蹤評(píng)價(jià)階段。通過(guò)雙方合作,縮短了問(wèn)題處理時(shí)間,提高維護(hù)工作質(zhì)量,從而降低了運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn),間接控制了運(yùn)營(yíng)成本,樹(shù)立我國(guó)隧道建設(shè)的良好形象。
2.機(jī)電設(shè)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)公路隧道機(jī)電系統(tǒng)維護(hù)大致分為:日常巡查、經(jīng)常性檢查、定期檢查、特殊檢查和預(yù)防性維護(hù)、故障診斷及排除。日常性巡查、保養(yǎng)只能對(duì)外在環(huán)境、設(shè)備外觀、照明功能進(jìn)行粗略巡視和簡(jiǎn)單功能測(cè)試,但對(duì)設(shè)備內(nèi)部以及漸進(jìn)式隱患無(wú)從知曉。電氣設(shè)備的絕緣部分是薄弱環(huán)節(jié),最容易被損壞或劣化。
電氣設(shè)備處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài),其技術(shù)性能會(huì)逐漸降低,而處于間斷運(yùn)行或長(zhǎng)期停運(yùn)狀態(tài),其絕緣特性和機(jī)械性能受溫、濕、塵等環(huán)境影響也會(huì)劣化。通過(guò)預(yù)防性檢測(cè)這一重要環(huán)節(jié),主要診斷電氣設(shè)備的絕緣狀況和機(jī)械特性,發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中設(shè)備的隱患。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析,判斷缺陷發(fā)展趨勢(shì),以便分輕重緩急對(duì)設(shè)備有序地更新、修理,從而保證設(shè)備安全運(yùn)行。電氣設(shè)備預(yù)試試驗(yàn)的依據(jù)是國(guó)家《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及設(shè)計(jì)資料。包含三部分內(nèi)容,即電力設(shè)備的檢修和絕緣試驗(yàn)及繼電保護(hù)裝置的調(diào)校。
四.結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)傳統(tǒng)高速公路隧道照明系統(tǒng)的諸多不足以及安徽省高速公路山區(qū)區(qū)段的地理環(huán)境特點(diǎn),引入了新型節(jié)能技術(shù),包括無(wú)級(jí)照明控制技術(shù)和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。在對(duì)新型節(jié)能技術(shù)的原理和特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,研究了基于新型節(jié)能技術(shù)在安徽省高速公路隧道照明系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性和實(shí)用性。新型節(jié)能技術(shù)已完成階段性應(yīng)用,其中的關(guān)鍵技術(shù)都得到了驗(yàn)證。
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關(guān)鍵詞:節(jié)能評(píng)估;能耗分析;研究意義
1 節(jié)能評(píng)估背景
2010年9月,國(guó)家發(fā)改委制定《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查暫行辦法》(國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)令〔2010〕第6號(hào),下文簡(jiǎn)稱《暫行辦法》)并施行。按照《暫行辦法》的規(guī)定,各級(jí)人民政府發(fā)展改革部門管理的在我國(guó)境內(nèi)建設(shè)的固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目,均應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的能源利用是否科學(xué)合理進(jìn)行分析評(píng)估,并編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書(shū)、節(jié)能評(píng)估報(bào)告表(以下統(tǒng)稱節(jié)能評(píng)估文件)或填寫節(jié)能登記表。
2 高速公路節(jié)能評(píng)估方法和流程
《暫行辦法》主要考察運(yùn)營(yíng)期能耗水平,按照項(xiàng)目建成投產(chǎn)后年能源消費(fèi)量實(shí)行分類管理,具體分類辦法如下:
(1)年綜合能源消費(fèi)量3000噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上,或年電力消費(fèi)量500萬(wàn)千瓦時(shí)以上,或年石油消費(fèi)量1000噸以上,或年天然氣消費(fèi)量100萬(wàn)立方米以上的固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目,應(yīng)單獨(dú)編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書(shū)。
(2)年綜合能源消費(fèi)量1000至3000噸標(biāo)準(zhǔn)煤,或年電力消費(fèi)量200萬(wàn)至500萬(wàn)千瓦時(shí),或年石油消費(fèi)量500至1000噸,或年天然氣消費(fèi)量50萬(wàn)至100萬(wàn)立方米的固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目,應(yīng)單獨(dú)編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告表。
(3)上述條款以外的項(xiàng)目,應(yīng)填寫節(jié)能登記表。高速公路建成通車后,項(xiàng)目的主要耗能體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:第一,為維持項(xiàng)目正常運(yùn)行,照明、監(jiān)控、收費(fèi)三大系統(tǒng)所消耗的能源,這部分主要消耗電能;第二,服務(wù)區(qū)、養(yǎng)護(hù)維修等附屬生產(chǎn)與生活設(shè)施所產(chǎn)生的能源消耗,主要為電、煤、成品油及耗能工質(zhì)。
文章以湖北某山區(qū)高速公路項(xiàng)目為案例,計(jì)算項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期耗能,評(píng)估項(xiàng)目能耗水平。
3 案例
某山區(qū)高速公路項(xiàng)目路線全長(zhǎng)43km,全線采用80km/h設(shè)計(jì)速度,雙向4車道的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。其中,擬建特長(zhǎng)隧道11541m/2座,中隧道3592m/5座,短隧道829m/2座;互通式立體交叉3處(其中樞紐互通1處),主線收費(fèi)站1處,匝道收費(fèi)站2處,養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處,服務(wù)區(qū)1處。
3.1 隧道營(yíng)運(yùn)期耗能計(jì)算
隧道運(yùn)營(yíng)期耗能主要包括隧道照明、通風(fēng)和監(jiān)控。
(1)隧道照明。隧道照明分為入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段、洞外引道照明等幾大部分。根據(jù)各段照明亮度要求的不同,照明燈具功率規(guī)格有100W、150W、250W和400W四種。燈具均采用顯色性好、光效高、壽命長(zhǎng)、對(duì)煙霧有較強(qiáng)穿透能力的高壓鈉燈光源,安裝于隧道二側(cè)壁上方。
燈具配置間距及規(guī)格采用公式計(jì)算。
Eav=η×Φ×M×N/(W×S) 公式
式中,Eav-路面平均水平照度;η-燈具利用系數(shù),本項(xiàng)目取值0.6;Φ-燈具額定光通率;M-燈具養(yǎng)護(hù)系數(shù),本項(xiàng)目取值0.65;N-燈具布置系數(shù),本項(xiàng)目隧道燈具對(duì)稱布置,取值2;W-隧道路面寬度(m),本項(xiàng)目隧道行車道寬度7.5m;S-燈具間距(m)。
隧道照明系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同時(shí)段洞外亮度的變化相應(yīng)調(diào)整洞內(nèi)照明亮度,隧道白天調(diào)光分為四級(jí),分別為晴天、云天、陰天、重陰天,對(duì)應(yīng)洞外亮度分別為L(zhǎng)20(S)、0.5L20(S)、0.25L20(S)、和0.13L20(S)。另外,夜晚時(shí)段洞內(nèi)也需相應(yīng)減光,屆時(shí)隧道全段洞內(nèi)亮度與中間段亮度相同。由此確定白天四級(jí)及夜晚共5個(gè)時(shí)段的隧道各段亮度、照明控制及年耗電量。
本項(xiàng)目隧道照明年耗電量合計(jì)為395.3萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
(2)隧道通風(fēng)及其主要設(shè)備。隧道通風(fēng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)交通量、隧道進(jìn)出口氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速以及地形、地質(zhì)等因素進(jìn)行充分調(diào)查。由于節(jié)能評(píng)估和審查需在項(xiàng)目審批或核準(zhǔn)前完成,因此一般僅能根據(jù)項(xiàng)目工可研究成果,初步判定隧道通風(fēng)方式。
根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026.1-1999),單向交通隧道,當(dāng)符合公式的條件時(shí),宜設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。
L×N≥2×106 公式
式中,L-隧道長(zhǎng)度(m);N-設(shè)計(jì)交通量(輛/h)。
經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目有2座隧道(隧道長(zhǎng)度分別為6.0km和5.5km)應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng);其余隧道20年運(yùn)營(yíng)期內(nèi)均可采用自然通風(fēng)。2座隧道均采用射流風(fēng)機(jī)分段式縱向通風(fēng),在隧道拱部每間隔一定距離設(shè)2臺(tái)一組的射流風(fēng)機(jī)。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目隧道通風(fēng)年耗電量合計(jì)為102.9萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
(3)隧道監(jiān)控及其主要設(shè)備耗能。隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要是由車流監(jiān)控系統(tǒng)、照明亮度監(jiān)控系統(tǒng)、空氣檢測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)及風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)等組成,根據(jù)《高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)模式》(GB/T18567-2001)等規(guī)范要求布置隧道主要監(jiān)控設(shè)備。經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目隧道監(jiān)控及其主要設(shè)備年耗電量合計(jì)為97.7萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.2 互通立交區(qū)照明
互通式立交區(qū)宜在互通區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置高桿照明,本項(xiàng)目選用35m升降式高桿燈,單桿功率7kw,保證互通區(qū)路面平均水平照度為101x。照明時(shí)段為夜間12個(gè)小時(shí)。經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目互通立交區(qū)照明設(shè)施年耗電量合計(jì)為57.0萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.3 收費(fèi)站收費(fèi)監(jiān)控、照明及其主要設(shè)備耗能
收費(fèi)站的能耗主要分為兩類,一類為監(jiān)控與收費(fèi)系統(tǒng);一類為收費(fèi)廣場(chǎng)照明系統(tǒng)。
本項(xiàng)目全線設(shè)置匝道收費(fèi)站2處、主線收費(fèi)站1處。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目收費(fèi)站收費(fèi)監(jiān)控及照明系統(tǒng)年耗電量合計(jì)為30.3萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.4 管理監(jiān)控分中心主要設(shè)備及耗能
管理監(jiān)控分中心的主要能耗分為兩類,一類為監(jiān)控與收費(fèi)系統(tǒng)能耗;一類為辦公區(qū)建筑及場(chǎng)區(qū)照明系統(tǒng)。
本項(xiàng)目設(shè)置管理監(jiān)控分中心1處。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目收費(fèi)站收費(fèi)監(jiān)控及照明系統(tǒng)年耗電量合計(jì)為19.6萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.5 服務(wù)區(qū)主要設(shè)施及耗能
服務(wù)區(qū)為連續(xù)行駛的用路者提供相應(yīng)的車輛及生活服務(wù),應(yīng)設(shè)置綜合服務(wù)主樓、加油站、停車場(chǎng)、汽車維修、公共廁所等設(shè)施,其能耗設(shè)備主要為場(chǎng)區(qū)及建筑照明系統(tǒng)。
本項(xiàng)目設(shè)置服務(wù)區(qū)1處。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目服務(wù)區(qū)照明系統(tǒng)年耗電量合計(jì)為20.7萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.6 高速公路日常養(yǎng)護(hù)及大修耗能
養(yǎng)護(hù)工區(qū)自身的能耗設(shè)備主要為場(chǎng)區(qū)及建筑照明系統(tǒng)。本項(xiàng)目設(shè)置養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處,其照明設(shè)備年耗電量合計(jì)為4.4萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
同時(shí),養(yǎng)護(hù)工區(qū)所承擔(dān)的日常養(yǎng)護(hù)及大修工作,是高速公路運(yùn)營(yíng)期間能源消耗的主要方面之一。由于工可階段尚無(wú)法對(duì)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)、大修的具體工程量及消耗能源實(shí)物進(jìn)行統(tǒng)計(jì),文章根據(jù)省內(nèi)已通車運(yùn)營(yíng)的其它高速公路的養(yǎng)護(hù)大修工程量匡算出本項(xiàng)目此類工程能源實(shí)物消耗量。經(jīng)計(jì)算,在運(yùn)營(yíng)通車20年間,項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)能源消耗總量為2583.3噸標(biāo)準(zhǔn)煤,平均每年消耗能源129.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤,其中耗電50.4萬(wàn)千瓦時(shí)/年,石油44.7噸/年,煤0.3噸/年,耗能工質(zhì)(水)14775.1噸/年。
3.7 員工生活耗能
員工生活耗能設(shè)備主要有照明、空調(diào)等電器設(shè)備,主要消耗電能,按人均每月消耗電量30千瓦時(shí)計(jì)算,經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目年耗電量合計(jì)為6.1萬(wàn)千瓦時(shí)/年。
3.8 匯總計(jì)算
項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期年平均能耗總量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤為1030.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤,其中年電力消耗量784.4萬(wàn)千瓦時(shí),占總消耗量的93.6%,年石油消耗量44.7噸,占總消耗量的6.3%。
根據(jù)《暫行辦法》文件規(guī)定,本項(xiàng)目屬需單獨(dú)編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書(shū)的項(xiàng)目類別,需編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書(shū),報(bào)送相關(guān)部門審查。