广西交通科学研究院 广西南宁 570007
摘要：随着我国经济的快速发展，高速公路隧道数量日益增多，现代隧道照明系统大多存在能源浪费、无效照明等缺点。本文针对高速隧道照明系统资源浪费情况，分析了高速公路隧道照明系统节能措施，为降低隧道运营成本、提高照明系统工作效率提供了有力保障。
关键词：高速公路；隧道；照明；节能
引言
根据《国家节能减排十二五规划》的指示，公共交通是能源消耗的重点，因此公共交通领域的节能是重点，将能源的利用率提高，减少污染物总量排放。隧道是公路能耗较大的系统之一，应做好相应隧道的节能减排工作，因此，如何降低隧道照明能耗问题成为隧道设计、建设过程中急需解决的问题。
1高速公路隧道照明系统的特点
高速公路大体上是半封闭空间，空间内部由特殊管状结构构成。这种设计容易造成隧道内外交通环境差别过大，导致车辆通过隧道时产生明暗交替，影响行车视觉。所以，以隧道通行安全性与运行环境舒适性为前提，高速公路隧道设计过程中需要综合考虑影响照明质量的因素，例如闪烁现象、亮度均匀、视觉特效、路面亮度等。根据国际照明委员会规定，高速公路隧道在设计过程中需要考虑到驾驶员的暗适应、明适应能力。
隧道照明设计要点：（1）隧道入口照明：当驾驶员在白天进入隧道，由于隧道内外亮度差距较大，从隧道入口进入时只能看到一个“黑洞”，进入隧道后由于人眼视觉的滞后性作用，因此隧道入口应设置缓和照明段。（2）隧道内部照明：隧道内因汽车的尾气无法消散，隧道内形成较大的烟雾，烟雾吸收灯光的光线，同时使光线的传播发生散射，降低光照度及形成光幕，使前方障碍物的可见度降低。（3）隧道内应急照明：隧道长度超过200m的，应建隧道内应急照明。公路隧道交通的对流性，隧道内的供电保障是非常重要的，故隧道内应采用双路供电电源或设置备用发电机作为备用电源。但其应急供电系统的容量一般较小，仅为正常照明的1/5。（4）隧道出口照明：隧道出口照明在白天与夜间的光线变化时不一样的，当车辆在白天从隧道中出来时，在接近出口前洞外的亮度高于洞内，人眼会对这种光线产生滞后，导致驾驶员对前方的车只能看到一个轮廓，不能准确地判断前方车辆的距离。当在夜间行驶时，驾驶员在隧道内看到的是黑洞，此时很难分别隧洞外的交通情况、道路路线及障碍物情况，存在一个视觉盲区。故隧道出口处应设过渡区，需加强垂直照明。
2隧道照明节能控制原理
隧道照明节能控制原理应当明确以满足其基本要求为基础，隧道照明系统需要符合基本要求。通过对整个隧道过程中的照明系统设计，使驾驶人从进入隧道到出隧道的整个过程中以最舒适的光线变化和较小的暗（明）适应时间，来保持驾驶的安全。在满足这一要求的前提下隧道照明控制应当符合两个原理。一是优化计算照明需求；二是有效控制照明输出。首先，优化计算照明需求要根据照明系统控制的关键要素，以及能源消耗最小化两个基本原则为基础，进行隧道照明系统光照需求的计算，一般在整个隧道照明系统中光照需求是呈曲线变化的，最基本的原理是由两端向中间逐渐减少。其次，有效控制照明输出，在明确了具体不同隧道阶段的光照需求量后，就应当能够对整个照明系统的光照输出进行准确控制，才能使光照系统的功能有效发挥。根据第一点原理所计算出的准确照明需求，对系统中的光源进行动态调光处理，并以数据来准确表达每一个不同档位的光线亮度，实现对照明系统光照度的精准控制。
3隧道照明现有控制方式及存在的问题
目前控制隧道照明的方式有：分级、分时、手动三种控制模式，其中分级控制模式最为常用，其根据车流量、隧道外的光度、气候进行分级控制。其根据洞内外的光线强度、车流量等信息，分级控制隧道内的光强度，减少因光线引起的视觉障碍，降低事故的发生。隧道在实际中运行时，因设计考虑情况为最不利情况，以全年最高车流量及最大亮度来设计的照明系统，然而实际情况远小于设计情况，存在较大的能量浪费，故存在较大的改进空间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
提倡把隧道分为入口、中段、出口三段，并结合昼夜不同情况进行细化设计。在隧道入口处，白天应进一步加强光照度，夜间与之相比适当的减弱光照度，以保证驾驶者逐渐适应隧道内环境；在隧道中段，应结合隧道内外环境的一致性，白天采用较高的照度方案，夜间则应在保障驾驶者看清道路信息的基本要求下，尽可能的降低照度；在出口段的照明设计上，白天在现有方案的基础上加强缓和照明路段长度，夜晚则应逐渐降低照度，以保证驾驶者更好的顺势过渡。依据上述原则，可在隧道照明方案制定初期，设计两套线路，日后昼夜定时开关，以满足不同条件下驾驶者对隧道内外光照度的需求，从而降低隧道事故的发生率，同时又可以节能减排。
4. LED技术在隧道照明节能控制中的应用
4.1 LED技术的优势
LED技术不仅有着节能、环保、高亮度等基本特点，还能够通过调节光度和色度产生多种不同的颜色变化，而且LED光源不发热，大大延长了灯具的使用寿命。目前LED技术已经有着非常优秀的研发成果，使其能够在多个领域被应用，而且能够满足灯具产品多元化的需求。目前已有的研发成果已经将LED灯具的成本控制在较低的范围内，未来的主要研发方向是其寿命的再次提高，以及应用领域的不断开发。
为了满足近几年来隧道建设的迅速发展，LED灯具逐步突显其在隧道照明中的应用优势。隧道照明采用LED光源，还可以对照明亮度进行智能无级控制，可根据洞外亮度和车流量等因数及时调整灯具亮度，实现按需照明。并且灯具的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平，工作温度的降低，不仅可大幅减小LED的光衰，还延长了LED和电源的寿命。这些都可以降低公路隧道照明能耗，节约运营费用，为实现国民经济的可持续发展，保护环境提供较为可行的方法。
4.2白光LED应用前景
白光LED是用于灯具照明的基本技术，目前对于白光LED的研究许多国家都已经建立了各自的研发目标，我国也在白光LED的研发上取得了优秀的成果。目前我国LED灯具产品的产量已经达到了200多亿只，而白光超高亮度的产品数量也达到了几十亿只，由于其特有的节能特性，如果应用于隧道照明系统，必然能够极大地节约整个系统的能耗。同时，增强隧道照明系统的可控性，实现对能耗的最大化控制。一般来说，相对其他种类灯具白光LED灯具有着更高的成本，但其强大的节能效果却是其他类型的灯具无法相比的，因此，采用白光LED用于隧道照明系统是非常有发展前景的技术研发方向。
白光LED在用于隧道照明系统时有着非常有效的调光方式选择。首先，可以对单个LED灯粒进行光线调节。其次，可以对部分或全部的LED灯系统进行整体性、集中性调节，因此能够更有利于对照明系统的自由控制，从而最大程度满足系统节能标准[4]。单灯粒的调节方法是由控制单个LED灯粒的直流电源实现的，将直流电源通过一定的方法进行可调节电流强度的设计，即可实现对单个灯粒的亮度控制，主要方法有整流、APFC、电压型或电流型DC-DC几种单灯粒的调光方式。
5.结语
随着我国经济飞速发展，公路交通规模不断扩大，隧道数量也随之增多。高速公路隧道照明系统除了要为驾驶员提供舒适的灯光环境，还要节省运营开支。在满足高速公路隧道基本照明需求的同时，保证了隧道依据车辆行驶实际情况提供必要照明，从而达到了节能减耗、提高效益的目的。
参考文献：
[1]尤三伟，朱祥.高速公路隧道照明节能方案设计[J].中国交通信息产业，2008（10）.
[2]叶黎明，贺莉薇.高速公路隧道照明系统运营节能的设计与实现[J].中国交通信息产业，2008（1）.
[3]吕晓峰.LED照明亮度智能无级控制系统在隧道中的应用[J].中国照明，2008（10）.
[4]涂耘，王少飞，张琦，等.西汉高速公路隧道照明系统评估研究[J].照明工程学报，2010（5）.
论文作者:吴丽莎, 甘志永
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/14
标签：隧道论文; 系统论文; 节能论文; 高速公路论文; 亮度论文; 灯具论文; 光照度论文; 《基层建设》2016年4期论文;