高速公路隧道节能照明设计

刘亮

[摘 要]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。当前高速公路普遍缺乏节能控制系统，因此提供照明功能的同时降低隧道运营开支是隧道照明系统研究建设中的重要课题，实现高速公路隧道照明节能控制对节能减排具有重要的现实意义。

[关键词]公路隧道；隧道照明；照明节能

中图分类号：TM861 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0263-01

1 前言

高速公路的建设逐步向山区延伸，公路隧道数量日趋增多，截至2014年，全国公路隧道为12404处，1075.67万m。公路隧道的优点在于减少道路里程、提升行车速度、提高交通运输效率和节省用地；缺点是照明系统能耗较高，被人们戏称为 “能耗大户”。随着越来越多的公路隧道投入运营，节能减排的重要性和紧迫性就越来越明显了，节能减排在公路隧道照明方面的形势越来越严峻。

2 高速公路隧道照明系统设计方案

2.1 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。因此可以将隧道照明分为五个部分：接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段。如图2所示：

2.2 高速公路隧道照明系统节能设计要求

2.2.1 接近段设计。接近段作为接近隧道洞口的一段道路，主要起到对驾驶员视觉初步调解作用。接近段空间亮度接近洞外亮度，所以不需要设置照明。一般情况下，接近段路基两侧会种植大量树木或设置百叶天棚、断墙洞口等减光措施。该设计目的在于减弱“黑洞”效应，节省能源。

2.2.2 入口段设计。高速公路隧道洞口第一段路便是入口段，该路段光照设计目的在于消除“黑洞”效应对驾驶员的影响，避免交通事故的发生，并起到一定优化节能作用。根据《公路隧道通风照明设计规范》规定K值计算法计算亮度，即：

Lth=L20（S）·K

2.2.3 过渡段设计。车辆经过入口段后，隧道照明亮度便会渐渐降至中间段照明水平，这个过程中照明由亮变暗的区域被称为过渡段。过渡段照明设计目的在于帮助驾驶员适应较低亮度，克服“适应滞后”效应。根据《公路隧道通风照明设计规范》规定，过渡段共有TR1、TR2、TR3三段，过渡段长度根据隧道设计最高时速，并依照CIE适应曲线函数进行计算，即：

Ltr=Lth*（1.9+t）-1.4

2.2.4 中间段设计。高速公路隧道最长的一段道路即为中间段，驾驶员经过之前三段道路后已经完全适应隧道内照明程度，所以中间段照明为基本照明。《公路隧道通风照明设计规范》规定高速公路隧道中间段最低亮度要求为2.5cd/m2。一般情况下，中间段照明亮度设计按表1设计取值即可。

2.2.5 出口段设计。出口段作为高速公路隧道最后一段道路，通过该路段适应时间较短，所以在出口段照明设计上应以消除“白洞”效应为主。根据《公路隧道通风照明设计规范》相关规定，出口段亮度应为中间段照明亮度5倍，长度取值60m。

3 公路隧道照明节能存在的突出问题

通过调查研究，我国高速公路隧道照明节能主要存在以下突出问题：一是经济效益和生态效益之间的平衡，高速公路隧道照明节能减排方案的实施在一定程度上使企业的投入成本变高，变相地降低了企业的经济效益，如目前大量推广应用的公路隧道LED灯就存在一个突出的问题——“节能不节钱”；二是目前市场上存在很多打着节能旗号的不合格产品，但是企业如何对这些产品进行鉴定，缺少权威机构的强力支持；三是国内尚未建立适用于高速公路隧道的能耗指标体系，造成企业无法准确掌握高速公路隧道照明的具体能耗情况和节能效果，從而制约了节能减排工作的深入开展；四是我国的相关政策和法规对高速公路隧道照明节能减排的支持力度不够，现阶段高速公路隧道照明节能基本是企业自发组织的；五是各级部门对高速公路隧道照明节能减排的资金投入较少。

4 公路隧道照明节能的对策

4.1 合理布设照明灯具

目前国内高速公路隧道内照明灯具的传统布置方式有3种：两侧对称布灯、两侧交错布灯、中间单排布灯。选择不同的布灯方式，其所用灯具数量和养护难易会有所区别。实验数据表明，中间单排布灯比两侧布灯效率高，两侧交错布灯比两侧对称布灯效率高。工程实践证明，选用拱顶侧偏布灯，灯具的安装高度为6.3m，既是一种效率较高的布灯方式，而且能较好地解决需要完全封闭隧道才能进行高速公路隧道照明灯具维护维修的难题。

4.2 钠灯与LED灯的技术组合

目前国内高速公路隧道照明灯具主要为高压钠灯。高压钠灯具有光效较高、寿命较长、色温高、舒适性强等优点，同时也存在大量的电能损耗，频繁地更换灯具增加了运营费用，会产生光污染、热辐射等缺点，这些缺点都限制着高速公路的正常运营。

目前，隧道使用的新光源中LED灯是使用最多的，它具有显色性较好，很接近于自然光，减少司乘人员白天驾车进入隧道的适应时间，提高行车安全。同时，LED光源工作电压低，输出光通量随电压波动小，效率比高压钠灯高，可达90%以上，减少了额外的功率消耗，节能效果较好。

隧道出入口段的照明，由于必须解决入口“黑洞”、出口“亮洞”的现象，对照明亮度有很高的要求，照明灯具的布设也相对较多，再加上洞口烟雾浓度高的特点，现在实际运用中把不同光源结合起来，即在隧道的出入口段、过渡段采用高压钠灯和LED灯相结合的方式，这种“组合照明”方式不仅能满足隧道照明亮度的要求，而且提高了照明效率，优化了照明效果，同时也可以使隧道的运营成本降到最低。

5 结语

（1）目前国内大部分高速公路隧道照明能耗严重，造成该现象的主要原因是隧道照明系统设计照度超标、控制方式相对落后、节能理念存在误区、节能措施比较单一。

（2）高速公路隧道照明节能措施有以下3个方面：技术性节能、结构性节能和管理性节能。工程实践表明，节能技术由单一技术运用向综合技术运用转变，结构性节能由注重技术向解决关键问题转变，管理思路由粗放式运营向精细化运营转变，那么高速公路隧道运营照明节能20% 以上的目标是完全可以实现的。

（3）由于高速公路隧道照明必须解决入口“黑洞”、出口“亮洞”的问题，而高速公路隧道 LED 灯在大功率灯具技术上还存在很多问题，目前尚不能完全取代传统高压钠灯。

（4）目前无论是国家政策导向，还是企业的成本考虑，在保证安全的前提下使用更加省电的高速公路隧道照明模式将是以后隧道照明的研究和发展方向。因此，“采用合理的高压钠灯与LED灯具结合，根据不同时间段、不同天气情况洞内外光度差的不同以及隧道内有车和无车时对亮度的不同要求，使用调光设备进行调光控制”，这一高速公路隧道照明模式将会得到越来越多的应用。

（5）高速公路隧道的光电照明造成能源供应短缺与运营成本增加。本文提出的在隧道的入口加强段和过渡段采用高压钠灯和LED灯相结合、基本段全部采用LED灯照明的方式，不仅满足了高速公路隧道照明的要求，而且降低了隧道运营、电费和维护成本，使整个隧道达到节能环保的要求。

参考文献

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