公路隧道led照明調(diào)光控制技術(shù)

公路隧道LED照明調(diào)光控制技術(shù)研究摘要：本文論述了影響隧道能耗的主要因素，提出了LED隧道照明調(diào)光控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制方式，分析了該控制的優(yōu)勢與經(jīng)濟性。1引言按需照明一直是照明科技領(lǐng)域追求的理想形式，由于傳統(tǒng)光源亮度難以控制，而設(shè)計時又必須考慮足夠的設(shè)計冗余，因此公路隧道普遍存在過度照明、電能浪費巨大的現(xiàn)象，過度照明能耗高達50%～90%。隨著LED照明的發(fā)展，明亮度智能無級控制已成為現(xiàn)實。本文結(jié)合安徽一些隧道LED照明調(diào)光控制的實踐，就這一問題進行探討。2影響照明能耗的主要因素影響隧道照明能耗的因素主要有洞外亮度、光源、電源、維護系數(shù)和路面類型，本文主要對前四個因素進行討論。2.1洞外亮度我們知道，隧道內(nèi)加強照明的標(biāo)準(zhǔn)值都是根據(jù)隧道洞外的亮度乘以一個系數(shù)得來的。以80km/h的雙車道單向交通為例，若設(shè)計交通量大于等于2400輛/h時，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照明能耗相對百分比，以4000cd/㎡為100%。從圖中可以看出，洞外亮度對隧道能耗影響相當(dāng)大。這也給節(jié)能帶來了相當(dāng)大的空間。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》，入口段亮度可按下式計算：Lth=k·L20(S)（式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)計隧道照明時，我們要求按照夏天中午時的最大洞外亮度進行計算加強照明的亮度，并考慮到足夠的冗余，以確保運營期間的每一天且燈具的亮度衰減到額定值的下限時，洞內(nèi)照明強度依舊能夠滿足規(guī)范要求。但在實際運營期間，洞外亮度會隨著天氣、季節(jié)和時辰的不同而每時每刻都在變化，即式（1-1）中的L20(S)時刻在變化，它會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不變或者僅簡單地分幾個等級進行變化，都會造成巨大地電能浪費。下面的圖（1-2）示出了晴天隧道洞外亮度的變化情況。圖（1-3）示出了晴天分級調(diào)光系統(tǒng)與LED無級調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)光功率、能耗對比。其中LED燈設(shè)計功率線與夏至功率需求曲線中午時的最大值之差為維護系數(shù)和設(shè)計冗余。圖中曲掙能耗也是裂實際需求嘆的付2捉倍。因此，隧秘道加強照明若所能采用智能無區(qū)級控制系統(tǒng)對身洞外亮度進行蠟跟蹤，實時調(diào)帆整洞內(nèi)亮度，武即可實現(xiàn)按需物照明的目標(biāo)調(diào)。亞誓對于東西謹(jǐn)走向的隧道而凳言，若入口位孟于隧道的東側(cè)添，則上午陽光尚照射到東面山而體，使洞口亮遣度較高。午后肌東面山體轉(zhuǎn)為爪陰暗面，洞外催亮度急劇下降隊，這使得入口危段加強照明的查強度雪較上午又大幅叼減小。采用亮匆度智能無級控乞制后，洞內(nèi)照助明就會順應(yīng)這舟種變化，如圖摟（脅1-釘4向）所示。其夏詠至晴天照明能雀耗僅為鈉燈卸的犧18室%亞，而冬至?xí)r僅婆為肆12汗%雅，節(jié)能高攪達黑80敏%飾以上承。詠浮命夫2.2撈度光響源槍穗隧道照明川的標(biāo)準(zhǔn)值在行挽業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中是有旨具體規(guī)定的取。第鋸若照度大幅度費地超出行業(yè)標(biāo)誓準(zhǔn)，則屬過度鍋照明。由于高槳壓鈉燈光源的滔功率規(guī)格通用俯型只黑有咳100科W賤、拖150擴W盲，尺250貌W坑和贊400備W顧幾種，而許多惡高速公路隧道墳基本照明燈具罰僅燈需攏4偷0淺～劉120袋W巧即可，但市場感上技術(shù)成熟的院高壓鈉燈光源昆并沒有這些規(guī)您格，因此隧道致的基本照明不喝得不選紙用過100幸W豆或塘150獻W顯的高壓鈉燈。遠(yuǎn)這使得隧道單螞側(cè)開燈亮度不鍋夠，雙側(cè)開燈科過渡照明現(xiàn)象遭嚴(yán)重今。瞇平而選撓用腳LE掠D春燈具，其設(shè)計虹功率一般肯在護2熔0黎～匠70畏W諸之間，過度照蹤明較鈉燈要低匙得多，但依舊膛存在著過度照共明。若采用隧倒道現(xiàn)LE汁D逢照明亮度智能初無級控制系統(tǒng)宜，則可根據(jù)需母要進行照明。庫標(biāo)準(zhǔn)要求多亮已，隧道內(nèi)就提戚供多亮。可有游效地避免過度油照明造成的電財能浪費現(xiàn)象球。覺帳悉評2.3缸欺電怨源雷港氣體放電到燈對電源電壓鼠的穩(wěn)定度要求字較高，一般變譜化擾在育6孝%佛以內(nèi)，否則能礙耗將大幅增加述，光源壽命大旗幅減小。圖條（狡1-叫5劍）絨為暮250檔W佳高壓鈉燈功和岡200斃W陽的淹LE乳D碧燈在不同電源肯電壓下的功率屬曲線圖你。冷鑼從圖中可以看霧出，在夜晚電逼源電壓高迅達加250薯V混左右時，高壓涂鈉燈（含鎮(zhèn)流芝器）的功率液為秩378帽W帶，較額定值增她加狐了虜40蚊%遣。在這種電壓纖下，鈉燈的壽噸命（亮度衰紙減姥50擋%救時的工作時間飄，一般額定狀航態(tài)下籍為寶2蔑萬小時）會大暫幅折減，幾乎王不足額定壽命磨的萌30口%納。這就是鈉燈右用于路燈時實降際功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超約出額定功耗的穴主要原因，也啟是夜晚越點越吉亮的主要原因掠。鋒而煉LE漠D間燈的功耗幾乎訂不隨電源電壓昂變化。這又為差節(jié)能提供了相蘇當(dāng)大的空間插。講議表糕2.4爺鼓維護系家數(shù)錯篩通常在設(shè)槐計燈具功率時答，必須考慮一必定的維護系數(shù)滾，以確保運營肥過程中當(dāng)光源陰亮度衰減和燈似具受到污染而頌使亮度下吃降喉30壁%殖以上時，其照值明強度依舊能瞞夠滿足規(guī)范要誠求。在《公路濃隧道通風(fēng)照明谷設(shè)計規(guī)范》中鬧，維護系數(shù)牛取避0.帝7粗。如某一隧道沈基本照明選凳用晉100貿(mào)W宋的燈具亮度剛挽好滿足規(guī)范要酸求，則在實際直設(shè)計時必須選封用功率大斗于揀143韻W卸的燈具。即使摟這樣，也還是拘會有風(fēng)險，因擱為倘若光源光污效稍微差一點鏟，就有可能造破成運營一段時簡間后亮度低于錯規(guī)范要求。因督此為了確保隧應(yīng)道照明始終能暗夠滿足規(guī)范要寬求，通常設(shè)計澤時還需要考慮省一定的設(shè)計冗馬余。一般窗在冶1.水2健倍左右。上躍面肯100根W細(xì)剛好滿足的燈陷實際的設(shè)計功哲率應(yīng)摧在彈170貿(mào)W太左右才符合要展求。在實際運傭營期間，如果宰單側(cè)開燈，則系亮度不夠，如購果雙側(cè)開燈，像則過度照明現(xiàn)勇象嚴(yán)重，這是必恒定亮度燈具掉的一大弊端。龍如果采唉用芳LE仙D跨亮度無級控制側(cè)，即可有效地針防止由于設(shè)計另維護系數(shù)和冗媽余所產(chǎn)生的電英能浪費現(xiàn)象練。鳴畢惡松3良吊合肥壽春路隧扣道糧LE市D胞照明亮度智能屬無級控懶制阿劣目前隧道鍵照明的能耗按有黑70牛%般左右是浪費在型過渡照明上。到因此，隧道照吊明節(jié)能，首先辟必須從減少過危度照明著手。費若要減少過度已照明，就要求急照明燈具的功判率能夠根據(jù)需閣要進行調(diào)控。振那種用單純減鼓小燈具設(shè)計功太率以減少過度慶照明的方法是房不可取的。因姐為這種方法會中使照明系統(tǒng)運短營一段時間后晨亮度就會低于溫規(guī)范要求。到些那時，除非增漁加燈具數(shù)量，克否則就只有采俱用降低行車速饅度或頻繁更換浪光源的方法來位解決了。調(diào)整寫照明強度有兩追種方式，一是秩采用多回路進天行分級調(diào)光。歷通常最多只分罰到程6抵級，即白麥天璃4揉級，夜洲晚披2柱級。這種簡單頂分級方式依舊底存在較為嚴(yán)重哨的過度照明。養(yǎng)二是采用無級勇調(diào)光。這種方身式只需要二個山回路，即基本墳照明回路和加拳強照明回路。竿這種無級調(diào)光豎方式是基湖于聞LE春D緒光源基礎(chǔ)上實盈現(xiàn)的。它可使計燈具亮度根據(jù)理需要任意調(diào)整蛇，隧道內(nèi)需要蛾多亮，照明燈星具就提供多大渡的亮度，在滿描足規(guī)范的前提掃下避免了過度他照明，最大限泥度地節(jié)約了電宏能州。癥200右8剃年畝1濟0昆月份通車的合廚肥市壽春路隧須道就是采用這逼一方案的典型通工程缺。嶺涉使辟3.愛1鉛系統(tǒng)結(jié)漁構(gòu)皮豈圖朗（芽2-誕1駝）為壽春路隧際道燦LE年D詠照明亮度智能溪無級控制系統(tǒng)晶實施方案。洞脖外亮度監(jiān)測裝雞置將檢測到的鑼隧道洞外亮度盼信號傳送至控扎制裝置上，再咳由其換算后輸甜出仙0燥～其5俘V要直流模擬信號逢去控棵制嚇LE輩D嘩燈具的輸出功蓋率，從而達到夠控制被照場所艦亮度的目的途。薪比圖專（先2-娃2增）為采廁用河LE褲D究亮度智能無級絨控制的合肥市袍壽春路隧道，行為雙挑向僚4狐車道穿。皺法圖凱（鏟2-鉤3陣）為安景高速樣公路前家山隧垂道鴿LE道D呆照明亮度智能奔無級控制現(xiàn)場選圖片。從圖中紹可以看出采恩用揚墓氣廚LE雪D按光源光線明快救，色彩清晰軟。喊怕勇昏3.簽2己控制方拆式鋤徐證券療基本照明控協(xié)制晃植隧道內(nèi)基本本照明的特點紛是工作時間長遠(yuǎn)，需打要蹈2題4會小時持續(xù)照明撓。根據(jù)這一特呼點，在設(shè)計基抬本照明亮度時眾考慮了足夠的翁冗余量。但在混使用時，我們嘆并不需要將設(shè)圍計冗余全部用勢上，即滿功率距工作；而是需攤要多少功率就曬提供多少功率誘。在未來若干于年內(nèi)，當(dāng)燈具蝦出現(xiàn)一定的光荷衰時，可通過術(shù)控制系統(tǒng)相應(yīng)覽增加燈具的輸獲出功率，使隧業(yè)道內(nèi)的基本照觀明強度始終都繪能滿足規(guī)范要君求而又不會產(chǎn)沈生過度照明寬。克桃劃嗎沿加強照明控萌制頑想隧道加強炎照明燈具早晨較開啟和晚上關(guān)圾斷的時間以及中燈具開啟后的動亮度調(diào)節(jié)均由漏控制裝置進行稿控制?？刂葡稻亟y(tǒng)根據(jù)檢測到恩的洞外亮度數(shù)錯據(jù)，經(jīng)計算后麥去控制洞內(nèi)燈偉具的輸出功率踏。這種自動跟承蹤洞外亮度，漸調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度傲的照明方式，個有效避免了過周度照明，實現(xiàn)沾了按需照明的幫目標(biāo)，最大限吧度地節(jié)約了電松能況。篇某璃燃均應(yīng)急照明控泊制岔昏隧道的應(yīng)瘦急照明燈具又授兼做基本照明愉燈具，均晝由鄉(xiāng)EP扶S挪電源供電。當(dāng)如市電斷電時，膝控制裝置瞬間灘將基本照明燈樓具的功率同步竹控制到額定功針率剖的時15軌%休左右。這使得鳳系統(tǒng)在市電斷瞞電情況下應(yīng)急廉照明的配光特酸性與原先的基宋本照明相同，殃最大限度地避地免了交通事故賓的發(fā)生關(guān)。綁援碎社4LE嫁D(zhuǎn)友調(diào)光控制的優(yōu)爺越蠢性舟三隧道采患用子LE攏D襖照明亮度智能邊無級控制系統(tǒng)缺后，節(jié)能只是綢其優(yōu)越性的一腎個方面。由于霞節(jié)能，它的工蛾作溫度絕大部扔分時間都處在霞一個較低的水扒平。而工作溫埋度的降低，又紋會衍生出其他怕的效益號：竿脆浩（卸1棒）亮度無級控宵制，比分級控響制的同類燈具聯(lián)更節(jié)播能材40樸%鍵，比鈉燈照明瞎節(jié)臉能炮70典%椒～沃90出%自。斬項擾（鞏2候）由于一年中叮只有夏天的中敗午，加強照明羨燈具才接近滿替功率工作，大南多數(shù)時間均芒在繁10沾%密～慚60污%牙的功率下工作事；而基本照明仍的設(shè)計冗余留題到遠(yuǎn)期再用，貍近期的工作功晶率也低于燈具乳的額定功率。鉆這使得燈具和跡電源的長期工社作溫度非常低收，不僅可大幅廣減塌小胡LE勾D棒的光衰，還延傘長蘋了塌LE陵D醉和電源的壽命把。金凍跨（兵3澇）下半夜功率中可同步減半，對燈具配光特性歷保持不變，避信免了單側(cè)關(guān)燈娘所產(chǎn)生的危及慚行車安全的斑忙馬效應(yīng)茶。經(jīng)塔交（岸4撒）系統(tǒng)設(shè)計簡夜單，只享須桑2對個回路，即一燭個基本照明回扎路和一個加強蘿照明回路?；h本照明又兼應(yīng)浮急照明；當(dāng)市闖電斷電時，所穩(wěn)有基本照明的包功率均降至額鍛定功率越的尋10仁%核，從而確保了聾照度的均勻性藍(lán)。霞用丈（首5茅）當(dāng)隧道未達將到設(shè)計車流量拼時，可依據(jù)規(guī)疑范對洞內(nèi)照明莫強度進行相應(yīng)倆折減，折減量袖可根據(jù)需要任薪意設(shè)定，以確蔥保在滿足規(guī)范慶的前提下最大別限度地節(jié)約電猛能，避免過度敢照明，使系統(tǒng)償真正實現(xiàn)了設(shè)餓計師們追求的乓按需照明的設(shè)洪計理念祥。啟理艦（范6品）與分級調(diào)光樓系統(tǒng)相比，該贈系統(tǒng)可節(jié)約相磁當(dāng)數(shù)量的電纜鴉、控制箱及相大應(yīng)電氣的費用程?？ㄆ蟾?LE缺D朗調(diào)光控制的經(jīng)偵濟宏性瘦震在計算鈉塊燈分級調(diào)光照愉明系統(tǒng)返與馳LE約D麻智能無級控制究系統(tǒng)投資運營竹費用對比時，疏我們選取了一裁條碌2k植m蜓的隧道作為對后比隧道。該隧朱道設(shè)計時偏速夏80km/如h繩，單消向太2參車道，設(shè)計車蕉流耍量匆70俯0戴輛火/誓h詳。隧道路面寬單度榮靈炭櫻10.5濾m漲，采用水泥路菠面除。昂薯委圖處(3-1采)勢為鈉燈分級調(diào)居光照明系統(tǒng)召與給LE徹D綁智能無級控制騾系統(tǒng)各項費用旱的投資運營對臨比直方圖。投福資費用包括燈泉具、電纜和電排氣設(shè)備（包括買變電站、應(yīng)急釋電源、配電箱端（柜）以及燈膽具以外的電器違等）。天氣情啟況按每年晴滅天紀(jì)16民5防天，云觸天寶10嗚0綿天，陰隨天逝5膠0根天和重陰肥天桂5揚0標(biāo)天進行計算。凳電費按商業(yè)用棍電白價雜1廳元桌/kW譽h灑計算凈。蛾蘿從順圖防(3-1逢)昏中可以看出，糾兩種方案一次哪性投資費用相叮差并不大，但拾由崗于吉LE騙D桃燈每年可節(jié)省躺近麻4帝0票萬元電費，若詳隧道在設(shè)計車奸流量條件下按