黑框白洞的照明节能进行时

黑框白洞的照明节能进行时 曰暄?】I二二 t 黑框I自洞的照明节能进行时 文/本刊记者熊燕舞 从明亮到黑洞,又从黑洞走向明亮. 在走过这样一段坎坷路——研究亟待深化 隧道照明节能研究正未有穷期,也正 成果亟待转化,实践亟待深入…… —一. —— I 辆驶进隧道,各种视觉障碍随之 而来.短隧道从人口可以看到出 口外的亮度很高,会产生"黑框" 效应;长隧道则会感觉洞口很黑,无法辨认 洞口附近的状况,产生"黑洞"效应.车辆 在接近出口时,看到的是一个刺眼的眩亮白 洞,形成"白洞"效应,使司机无法准确判定 前方形势 如今,在"黑框…白洞"之中,巳然刮 起一殴厚重的照明节能旋风,业界普遍关注 着这一话题,并久久思索:隧道照明能耗真 的可以降低30%吗?动辄数千万的电费真的 能够压缩吗?隧道照明节能技术瓶颈能够解 开吗?十年前实施的与国内绝大多数公路隧 道照明现状相距较远的《公路隧道通风照 明设计规范》(简称《规范》)能够快速出台 吗?LED国标能够制定吗?怎样才算是合 理的照明呢? 问题丛生,凸显出9fiJ6~全国公路隧道 节能照明技术研讨会的重要性. 会议由交通运输部公路局,科技司共 (市)交通运输厅(委)相 同组织,来自1O省 关部门的负责人和重庆市交科院,部公路 院,中交第一公路勘察设计研究院,中交第 二公路勘察设计研究院等4家行业科研机构 的技术专家齐聚昆明,共商隧道照明节能的 话题. 隧道照明节能其实是个随着雨后春笋 般的实践而不断浮出水面的话题,也是大规 模公路建设后亟待解决的难题,其研究内容 涉及交通,信息,电力,微电子等多个学科, 经济效益,社会效益巨大,技术难度与协调 难度同样巨大. 而这次会议由交通运输部公路局,科 技司共同组织,似乎也明白地显示出这是一 个跨司局,跨学科的课题,当前,必须发挥 大智慧,集中大力量,着力解决隧道照明的 核心问题——节能和安全的矛盾,节能和标 准之间的契合. 交通运输部公路局副局长张德华 示,交通运输部将全力支持推进公路隧道 节能照明,从科技研发,完善,全寿命 周期成本的理念,加大推进公路隧道节能 照明新产品,新技术的应用.他希望各省交 通运输主管部门整合相关力量,完善工作方 案,建立能效考核指标体系,采用合适的节 能产品. 交通运输部科技司副司长张延华表 示,将加大对隧道运营节能技术的研发,在 部西部交通建设科技项目中予以重点支持, 形成具有自主知识产权的系列技术储备和 产品,带动和促进有关标准规范的制修订. 同时,将加强节能新技术,新产品的推广应 用,通过科技项目和资金的支持,加快形成 更大范围的示范和应用效应. 重研究订规范 在国外,经过多年的研究实践,公路隧 道的照明技术和标准趋向成熟.2O世纪60 年代,意,法边境11.6公里的白朗峰公路隧道 (MontBlanc)就已经按照交通量的变化进 行照明调光.上世纪8O年代后,世界各国相 继出台隧道照明规范,以规范设计和施工, 减少交通事故. 被广泛接受的标准是CIE(国际照明委 员会)于1982年制定的.随后,这个标准分 别在1990年,1995年进行修订.同时,各国也 相继实施了各自的标准,~EUROSTD(欧 洲隧道照明标准,1997),日本《隧道照明指 针》(1990)等. 2000年以前,国内主要遵照《公路隧道 设计规范》(JTJ026-90)来设计隧道照明 系统,由于设计标准不完善,加之公路隧道 建设如火如荼,业界亟待制定一个升级的照 明规范. 1998年lO月-2001年8月,原交通部科 Tf8nsO0rtationConstruction&Managerment29 专题策划鐾Exclusive 教司组织重庆交通科研设计院等单位展开 了"公路隧道送排式纵向通风,照明技术研 究及其控制系统开发"联合技术攻关,在照 明技术方面主要进行了洞外亮度的研究和 设计计算软件开发研究,解决了当时隧道照 明中的关键问题. 原交通部于2000年1月颁布了我国第一 部规范》,并于2000年6月1日正式实施,该 规范明确规定了高速公路,1级,2级公路新 建隧道和改建隧道的照明设计准则. 规范》颁布后,专家们的主要研究方 向不再集中于讨论如何设计照明系统,而在 于如何控制照明系统,实现自动化,如何选 择光源,实现优化和节能 但是,据专家估测,国内95%以上的公 路隧道照明现状距规范的要求相差较远, 公路隧道运营安全与隧道照明设控制及 经济效益之间的诸多矛盾没有根本解决. 穷则变变则通 隧道一度被人称为"照明耗能大地 主",再加上隧道通风费用,二者已经成为 公路隧道运营(特别是长大隧道)中的沉重 负担.我国最长的山区高速公路隧道一 秦岭终南山特长公路隧道(双洞)全长l8.02 公里,每月照明费用在200万元以上;山西大 运高速上的雁门关隧道全长约11公里,每月 的电费开支将近30万元. 截至2009年底,国内公路隧道为6139 处,3942公里,并在不断地增长.按照我国 规范规定,长度大于100米的公路隧道 应设置照明设施,且每延公里隧道照明负荷 不应小于60千瓦.全国高速公路隧道仅照明 电费加起来,数值惊人,据此估算,年电费 高达l3亿元.而有些国道和省道,由于管理 体制和政策方面的缺陷,下拨的隧道照明费 用很少,甚至根本没有. 目前,我国公路隧道照明设计依照的 是2000年实施的《规范》,但十年之后,节能 照明要求和新产品龃龉不断,诸多不适应暴 露无遗.据记者了解,交通运输部已经组织 力量对规范》进行了多轮修订,计划今年 年底发布新规. 规范》中规定,长度在100米以上的 隧道应设置照明,但由于地理环境限制,许 多大于100米的隧道照明设施甚至不开,一 些长隧道设施完善,但由于地处山区,交通 量小,运营者仅仅开一半或四分之一,深夜 甚至干脆停电,安全隐患较大,也引发不少 出行者的投诉与反感. 而针对"机电设备配得起用不起", "运营和设计不符","先进技术如何安全 使用","基础亮度是否合适","不同减光 措施的对应折减系数如何选取","进出口 隧道线形与照明的关系"等系列悬而未决的 话题,探讨,争执,研究依然在继续. 如今,业界很多人所持的建设性思路 是:应通过运用科学技术提高隧道照明的 目前,亟需摆在台面的几个研究关键点有:中,短隧道照明技术;色温与照度可调的 LED照明 技术;人工光与自然光相结合的技术;光纤照明技术;隧道照明设计参数;定向光照 明涉及参 与;隧道照明控制技术与节能设备;节能灯具的科研攻关;统一行业标准 设计水平和照明质量,而不能通过降低设计 标准来达到节能目的. 近年来,我国新型节能光源发展迅速, 但是由于国内尚无新型节能光源的各项设 计参数或标准,新型节能照明产品纷纷扰 扰,已经走到了不制定准入机制和验收规范 则无法确保产品质量的地步. LED在实际应用期间虽然具有30%的 节能效果,但也存在核心技术依靠进口,光 通量衰减较大,色温漂移严重,产品寿命和 质量不稳定等问题,必须综合考虑. 穷则变,变则通,通则久.公路隧道照 明节能基础研究已经到了迫不得已,势在必 行的地步. 新实践新启示 LED照明实践 公路隧道照明目前广泛使用高压钠灯, 高压汞灯,卤素灯等传统灯具,光效低,启 动慢,能耗大,不利于智能控制. 景鹰高速公路黄竹山隧道,采用LED 照明代替传统的高压钠灯方案,通过灯具比 选,配光设计,智能控制等技术措施,取得 了较好的照明效果,节能效果和经济效益, 顺利挺进交通运输部第二批节能减排示范 项目. 2010午,"高速公路隧道半导体照明 (LED)综合节能技术"通过交通运输部组 织的鉴定验收,研究成果总体达到国际领先 水平,已经在安徽省黄塔桃高速公路16座隧 道,六武高速公路8座隧道中推广应用. 20O8年,安徽交通集团依托黄塔桃 高速公路工程,全线装配使用LED隧道灯 8600套,建成了全国最长的隧道节能照明灯 群,一年可节省电费800万元.2009年,安徽 交通集团将隧道照明节能灯的研究成果推 广运用于六武高速公路全线,安装LED灯约 8200套,可节约电费40%以上. 在新建项目小(勐养)磨(憨)线勐远1 号隧道,云南省应用了LED照明技术.LED 隧道照明灯和高压钠灯方式的总投资非常 接近,但后期的节能效果却大相径庭,每年 可节省能耗费用63万元. 福建省在公路隧道照明设计,隧道供 电线路,灯具选择与布设,隧道照明控制, 运营管理等方面开展了大量探索.据初步统 计,该省隧道单洞平均能耗费用由设计初期 /年公里. 的3O万元佯公里,降到l5万元 2010年,山西省投入200余万元在高速 公路隧道,服务区,收费广场开展了LED照 明节能技术试点,下一步将对已建成运营的 1965公里高速公路的隧道及收费站,服务 区的照明设施进行整体改造,预计每年最少 可节约用电3500千瓦时,节电效率达50%- 7O%,最少可节约3000多万元. "按需照明"实践 借鉴"人来灯亮,人走灯灭"的楼宇照 明控制思想,一些单位针对山区高速公路 运营初期交通量实情,挖掘节能潜力,提出 新型的无车照明控制方案,以减少"无效照 明",实现"按需照明",大幅降低能耗,并 延长灯具的使用寿命.国内采用这一方案的 工程实例还不多见,相关细节问题还要在应 用过程中不断总结,验证. 无车照明控制模式适用于交通量较小 或昼夜交通量相差较大的山区,在交通量 为零的时段,通过各种类型的车辆检测器 (如环形线圈型,视频型,微波型等)准确 获取无车信息,并适时将其关闭或将照明亮 度降至最低.无车时只需要为摄像机提供必 要的亮度,如照明亮度降至lcd/m2. 目前,浙江省丽水,台JJ,I,『等山区偏远隧 道均开始推广使用"智能化公路隧道照明 节能控制系统",无车通行时,智能系统将 降压供电,系统进人节能模式;有车通行,智 能系统恢复到全压供电.系统进入不节能状 态;进入夜间,智能系统将减少开灯数量, 降压供电,进入夜间节能模式.该系统主要 适用于隧道长度500米以上,用电功率在2O 千瓦以上,日车流量6000辆以下的偏远山区 公路隧道.三个隧道的最低节能效率达到 1Z3%,最高节能效率达~1j45%. 总体上看,公路隧道照明控制系统主要 经历了人工控制,时序控制,自动调光控制 三个阶段.在公路隧道发展初期多采用人 工控制;公路隧道自动控制则已成为主流隧 道照明控制方式;自动调光控制技术曲高和 寡,国内只有少数隧道采用,如:厦门蔡尖 尾山隧道. 太阳能供电实践 高速公路利用太阳能,风能供电的应用 相当多,但是隧道方面还在探索.风力发电 供电方式和太阳能发电供电方式共同组网 进行供配电,是一种安全可靠的供电方式, 业界也做出了个别宝贵尝试. 2007年lO月,吉林省朝长公路花园隧道 建成了我国首座公路隧道太阳能智能LED 照明系统,同时,太阳能技术也在无照明隧 道内得到了应用,例如,国道1O9北京段东方 红隧道安装了太阳能突起路标,一定程度上 实现了照明系统的智能化控制. 其他典型应用还有:河北省承德市韩 郭公路小梁东隧道,估算25年使用期间比火 力发电照明节省853万元;山东烟台通世路 隧道,每年可节约标准煤120多吨. 我国北方和沿海很多地方都很适宜使 用风力发电,国内很多风力发电生产厂家的 生产技术已经与国际知名品牌技术比较接 近,高速公路短隧道采用风力发电这种绿色 能源供电的,目前国内几乎还没有. 风力发电,太阳能发电以及地方供电 局的水电,火电,核电等电源多重组合形式, 是以后电能多元化发展的必然方向.将风 能,太阳能等一系列绿色能源与高速公路结 合,既有效节能减排,又能降低工程投资和 运营成本. 寻建议找思路 隧道照明工程是一个系统工程,行业 必须引入更多综合研究元素,采用多专业结 合的方式,由工程研究转变为工程,环境, 人性化结合,使科研成果转化再上台阶. 例如,在挪威等国的隧道内行驶感知 研究,通风与照明探究,交通流特性研究 中,都采用律师,医生,心理学家,专业 人员相结合的方式,更深入,更仔细,更 符合实际. 国外也对隧道灯具进行了大量研究, 并依据驾驶员视觉特性和隧道内的视觉环 境制定了一系列数值计算准则.如德国的侧 壁面计算和日本的灯具维护系数等.欧 美发达国家在灯具材料,光学特性,外观质 量,功能结构等方面做了深入研究,同时,美 日在基于驾驶员视觉特征和驾驶行为的公 路隧道照明方面取得了突破性进展. 综合来说,隧道照明设计这种系统工 程的综合研究,既要考虑隧道长度,线型, 内饰,路面种类,设计时速,交通量,汽车种 类,连接道路的结构和线型等基本因素,还 要考虑光源,灯具选择,灯具布置,光色,排 列,照明水平,洞外亮度,亦要考虑深层次 的照明设计参数,照明方法及控制方式的 设计,隧道照明显色性与照度,亮度之间的 关系及光源的等效亮度,驾驶员视觉特征, 心理特征和人眼适应状态,中间视觉等新兴 视觉理论应用,方能切实提高公路隧道照 明质量和效率. 目前,亟需摆在台面的几个研究关键点 有:中,短隧道照明技术;色温与照度可调 的LED照明技术;人工光与自然光相结合的 技术;光纤照明技术;隧道照明设计参数; 定向光照明涉及参与;隧道照明控制技术与 节能设备;节能灯具的科研攻关;统一行业 标准. 理论上,可以设立科研专题,按照自然 区划,对不同的区域选择典型的地点进行不 同季节,不同天气,不同时段的自然光照亮 度测试,同时对不同减光措施对自然亮度的 减光影响进行测试,得到基础数据. 对于具体的长大,特长隧道,要在隧 道照明设计的前期进行专门的现场基础亮 度测试,测试内容包括不同季节,不同天 气,不同时段,不同洞口自然光照的基础 亮度. 研究驾驶员视觉的生理特性和气候条 件,行车速度,隧道线形的关系,以及驾驶 员进出隧道的视觉明暗适应的规律;进而 研究隧道照明适应段和过度段的长度;研 究各段的照明标准. 研究公路隧道的宽光带照明,逆光照 明的应用技术及其照明效果.重点研究单 向交通隧道,灯具照射角度与隧道洞壁状 况,路面条件,交通诱导标志的反光效果 之间的关系,找出照明灯具的最佳布设方 式和照射角度的最佳范围,使隧道照明灯 具布设与洞壁,路面,视线诱导标的配合 效果达到最佳. 技术上,充分应用减光措施,如进出口 曲线,洞外植被,洞口棚洞,削竹或者喇叭 口洞门等;结合隧道内的交通工程设计,增 加洞内的反光和发光交通诱导标志,特别是 LED诱导标志;提高和完善公路隧道的照 明控制技术,严格按照预设的6级照明方案 进行控制.曙 TransD0nati0nConstruction&Managerment31