摘要：高速公路隧道的通风、照明工作在保障行车安全方面具有重要意义。为此，以某高速公路为例，分别对隧道照明节能和隧道通风节能进行分析，然后分析了高速公路隧道的通风照明联动综合节能控制技术，提出了能起到综合节能控制作用的技术方案，最终取得了良好的经济效益和社会效益。
关键词：隧道；通风；综合节能
1、影响隧道交通安全的主要因素
1.1隧道照明与交通安全的关系
隧道内外亮度差存在明显的“黑洞效应”和“白洞效应”。当驾驶员进入并退出隧道时，会出现一系列视觉变化。如果入口和出口之间的亮度差异很大，则驾驶员很难在短时间内感知道路的线形和可能的障碍物，这对行车安全有影响。
1.2隧道通风与交通安全的关系
在公路隧道内，汽车尾气中含有多种有害物质，主要是CO和NO2。轮胎、制动器和路面磨损会产生颗粒物和粉尘，共同构成隧道内的空气污染。隧道的空间结构相对封闭，只有入口和出口的两端与外界相连，因此自然通风很难去除污染物。随着交通流量的变化，污染物会逐渐增加，刺激驾驶员的眼睛和呼吸道，甚至引起中毒。固体颗粒物的增加也会影响能见度，对行车安全构成威胁
1.3隧道照明、通风与交通安全的关系
隧道照明和通风系统不是两个孤立和不相连的系统。隧道内颗粒物的散射和吸收，使得隧道在特殊的交通环境中容易出现能见度低的情况。这种现象会导致隧道内照明灯的照明效果降低，司机的视觉对比度降低。当视觉对比度低于视觉阈值时，驾驶员容易对前方交通状况做出错误判断，影响行车安全。通过合理设置采光通风系统，可以提高隧道的能见度，改善隧道内的交通环境，提高司机的视觉对比度，提高判断距离的能力，增加反应时间和制动距离。
2、隧道通风系统模式分析
公路隧道纵向通风系统的设计需要满足3点要求：1）设计风量要满足要求，保证隧道内污染物体积分数不超标；2）设计风速不宜过大，风速越大阻力越大，经济性越差，且风速不得超过10m/s，否则影响行车安全；3）要进行防灾分区，排烟距离不宜过长。火灾烟雾在隧道内的最大行程不宜超过5000m。全射流纵向通风是最为简单有效的纵向通风方案。在设计风速、排烟行程不超标的情况下，这种通风方案优势明显。即长度小于5km、需风量不大（设计风速小于10m/s）的隧道，宜选用全射流纵向通风方案。送排式纵向通风通过设置通风井将隧道进行分段。一方面分段送排风可以降低设计风速，另一方面利用排风井排烟可以缩短排烟行程。送排式纵向通风同时解决了风速和排烟2个问题。互补式网络通风方案通过2条横向风道来均衡左右线的通风负荷，不需要通风井分段送排即可降低设计风速。目前国内已有多条隧道采用互补式通风。互补式网络通风方案相当于利用下坡隧道作为上坡隧道的通风井。换气横通道无法作为排烟井，是互补式网络通风的一个缺点。综合互补式与送排式的特点，可以得到一种单通道互补式通风模式，即保留1个换气横通道和排风井，实现上下坡换气的同时保留排烟功能。吸尘式通风可用于降低设计风速，取消或减少通风井，增加纵向通风方式的适用长度。我国仅在城市隧道中应用了静电除尘，局限于改善隧道洞口或排风口环境，并未用于正常运营通风系统。造成这一现象的主要原因是静电除尘设备价格昂贵，与传统通风方式相比经济性较差。但当无法设置通风井或设置通风井代价过高时，吸尘式通风在经济性上可能更具优势。
3、隧道照明通风节能优化设计
随着绿色可持续发展理念的提出，节能降耗已成为一种趋势，如何在保障隧道安全运营的前提下，对隧道照明、通风系统进行优化节能设计成为一种必然。
3.1照明系统节能优化设计
合理设计照明系统，可起到节能以及控制光源的作用，所以在设计隧道照明联动系统时要结合隧道内不同时段的车流量以及隧道内外光源程度，从而保证隧道照明子系统既能满足照明要求还可以保证交通安全。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆隧道照明通风联动节能控制技术主要是以自动控制中心技术，结合时序控制技术和手动控制技术来辅助隧道照明联动技术。自动控制是指照明联动系统借助隧道亮度检测设备测量照明情况，对检测到的照明数据进行分析，最终分为5个级别，然后隧道照明系统再参照实际照明情况进行自主调节；时序控制是指参照季节变化、时长、光源条件等信息将数据输入到控制设备程序中，输入数据在区域控制器和照明控制器上就十分容易控制照明系统了；可以借助电脑设备进行操控点击。
3.2通风系统节能优化设计
由于隧道通风不顺畅，来往车辆扬尘及车辆尾气会停留很久，影响车辆的通行。因此，合理的通风设计对隧道内部的烟尘浓度有重要影响，可以避免很多安全隐患并且取得长久的社会经济效益。隧道通风节能设计主要体现在控制方式方面，因此，要大大提升隧道工程中的通风节能控制技术。交通阻滞时，隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速vt≤10km/h，阻滞段长度≤1000m，阻滞时间≤20min，洞内CO的设计浓度δ=150cm3/m3，隧道内NO2设计浓度要≤1.0cm3/m3。由交通监控系统根据NO2的浓度按稀释异味开启风机。稀释空气中异味：根据本工程交通量和隧道规模的特点，隧道空间不间断换气频率按3次/h取值，同时应保证各隧道内换气风速Vr≥1.5m/s。火灾工况：火灾临界风速按Vr=3.0m/s取值。借助烟雾透过率传感器、C0浓度传感器来检测隧道内部车辆所排放的尾气浓度是反馈式控制法。该方法测量车辆排放C0的浓度值，然后通过比较隧道内CO浓度值与隧道内控制值，在小于控制值的前提下，来调节风机数量。通过统计隧道内部来往车流量和车辆排放物来对隧道的使用情况进行分析是程序控制法。该方法主要起到统计车辆排放的C0、污染物与隧道运营情况的作用，然后根据数据来编程、设计，从而控制与调节隧道内风机的运作。通过收集隧道内车流量信息、污染物浓度信息等，再结合隧道内部的车辆检测器所反馈的信息对隧道使用情况进行分析控制是前馈式控制法。该方法主要起到分析数据、模拟数据的作用，这样可以根据隧道内部污染物浓度数据来控制风机，作为风机的前馈信号。
3.3隧道通风联动节能设计措施
3.3.1根据隧道内环境参数进行控制
隧道内部排放物浓度合理值在200~250ppm，隧道内的烟雾浓度允许在7×10-3m。根据我国隧道设计相关规范要求，如果隧道内部出现交通堵塞，排放物浓度最高要≤300ppm，并且不能让车辆在这种浓度下行驶时间＞30min，还要保证隧道内风机的风速为10m/s。根据隧道设计规范，如果隧道内部的CO浓度过高就要开启风机。通常分为3种级别，即CO浓度＜150ppm、150~300ppm、＞300ppm时，分别采取不启动风机，开启一、两组风机，经过分析开启风机方案。
3.3.2交通流通下的通风控制
风机配电设施占通风系统投资的60%以上，所以分阶段实施通风系统可以起到很好的节能作用。根据当天具体的交通情况来确定开启风机的数量，也可有效避免通风系统超规模设置。同时调整隧道进口风机的布置距离，将200m改为100m。调整隧道进口风机位置不会对隧道通风带来实质性的影响，并且当第一组风机与洞口布置距离缩短100m以后，相邻各组风机的电缆均减少了100m，可有效降低通风系统造价；减少通风系统营运电费。L≤1500m的隧道，可在行车进口（或出口）集中布置1段射流风机；1500m＜L≤3000m的隧道，可在进口和出口段分2段集中布置射流风机；3000m＜L≤5000m的隧道，分进口段、中部、出口段集中布置（3~4）段射流风机。该方案既可降低通风系统初期投资和营运电费，又可提高隧道防灾通风的效率。
结束语
为保障隧道交通安全，实现可持续绿色节能发展。本文分析了隧道照明、通风与隧道交通安全的主要关系，总结出影响照明、通风设计的主要安全指标，在保障隧道运营安全的前提下，提出照明、通风系统节能优化设计的主要措施，为后期的隧道安全、节能研究提供新的方向。
参考文献：
[1]王丽.长大隧道的智能通风节能技术研究[D].昆明理工大学，2013.
[2]常莉.地铁环控系统区域适用与节能性研究[D].西南交通大学，2009.
[3]刘垚.南京地铁BAS初期在线运行与优化研究[D].清华大学，2007.
论文作者:刘卓
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
标签：隧道论文; 风机论文; 节能论文; 浓度论文; 风速论文; 通风系统论文; 纵向论文; 《基层建设》2019年第28期论文;