隧道入口段复合照明节能试验研究

1引言

　　隧道洞内外亮度的巨大差异，使得司乘人员进入隧道将出现“黑洞”现象，影响行车安全。为了减弱该现象对行车安全的影响程度，隧道入口段不得不加大布灯密度或增大灯具功率，提高隧道入口段亮度，从而缩小洞内外亮度的差异。增大人工照明，一方面避免了“黑洞”现象，保证了行车安全，另一方面却给隧道运营造成了极大的经济负担，阻碍了隧道建设的可持续发展。
　　太阳足一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，通过一定的技术方法实现隧道入口段复合照明，使自然光替代隧道内部分人工照明光源，从而降低隧道入口段的照明能耗，实现隧道运营节能减排。本文依托云南保腾高速公路鹿山隧道，通过对隧道路面照度的测量，并将测量结果与规范规定值进行对比，以期得出自然光与人工光源复合照明下的节能效果，为日后合理利用自然光光、人工光源进行隧道复合照明节能研究提供参考。
2试验概况
2.1试验时间和地点
　　本次试验时间为2013年1月20日9:53～10:45。试验地点为云南保腾高速公路鹿山隧道腾冲至保山方向进洞口区域。该隧道位于北纬24.9°，东经98.60°，全长221m，路面宽8.75m，高7.05m,左右检修道各1.075m，设计时速80Km/h。隧道地属热带季风气候，平均气温14.8℃，冬季干燥，日照时间长，夏季多雨潮湿。


2.3试验方法
　　试验采用双车道三点测试法，即隧道断面上左右车道中心各一个测点和道路中心一个测点，共计3个测点。按照该测试法用TES-1336A数字式照度计每隔Im间距测量一个断面，测量示意图见图1。


2.4试验区段
　　依据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)“Dth=1.154Ds-(h-1.5)/tan10°”（Dth:入口段长度；Ds：照明停车视距；h：洞口内净空高度）计算可得鹿山隧道入口段长度为71米，因此本次试验测试区段为隧道洞口处至隧道洞身71米之间区段。
2.5试验工况
　　本次试验工况如表2所示。


3试验数据-整理
　　采用上述试验方法可得自然光照明以及自然光与LED灯复合照明下试验区段各测试点照度值，见图2、图3。








　　通过对数据的整理，利用有关照明理论公式计算分别可得自然光照明下、自然光与LED灯复合照明下隧道入口段路面平均照度、路面照度总体均匀度和路面照度纵向均匀度，见表3。


4　节能分析
　　依据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)有关规范标准，结合鹿山隧道实际情况，隧道入口段亮度折减系数k取值0.025，洞外亮度L20 (S)取值为3000cd/m2，故鹿山隧道入口段所需满足规范亮度Lth=k×L20 (S) =0.025×3000=75 cd/m2，换算成照度为1125lx。将所求得的规范值分别与自然光照明、自然光与LED灯复合照明照射下隧道路面照度值相对比，对比结果如图4、图5所示。




　　由图4、图5可以看出：
1．隧道深度<15m时，自然光和复合照明照射下隧道路面照度值都大于经由规范求得路面照度值。由此可见，阳光明媚天气下，该试验隧道进洞口至隧道深度15m区段在白天无需LED灯照明。白天关闭该区段多余照明，有利于在不损害隧道照明质量的前提下实现隧道照明的节能减排。
2．当15m≤隧道深度<38m时，单纯依靠自然光照明己无法满足经由规范求得路面照度11251x，但自然光与LED灯复合照明下隧道路面照度又远大于经由规范求得路面照度11251x。由此可见，该区段有较大的节能空间。以隧道深度18m路面中线处为例，自然光照射下该点照度值为5761x，满足规范要求值51.2%，剩下48.8% (5491x)需由人工照明提供。然而试验隧道该点LED提供照度为23901x，超过该点所需人工照明335%，造成过度照明，增大了隧道照明耗能。
3．隧道深度≥38m时，一自然光强度随着隧道深度的增加而逐渐减弱，对隧道路面照度增效作用随之减弱，尤其是当隧道深度>61m时，自然光照射下隧道路面照度不足10lx，由此可见该区段采用自然光与LED灯复合照明意义不大。
5结论与展望
5.1结论
　　通过对鹿山隧道入口殷复合照明的试验研究，得出如下结论：
　　1．阳光明媚天气下，隧道洞口至隧道洞内15m区段白天无需人工照明即可满足隧道照明规范规定值；
　　2．在15m≤隧道深度<38m区段，应充分利用自然光辅助人工照明，避免过度照明带来的能源损耗；
　　3．隧道入口段深度≥38m区段，自然光对隧道路面照度影响微弱，采用自然光与LED灯复合照明意义不大。
5.2展望
　　自然光由洞外直接照射进洞内一定距离，再经隧道内壁的多次反射增大对隧道内部照明的影响范围，充分利用自然光对隧道照明的增效作用能够实现隧道的节能减排。但自然光的每一次反射都不可避免造成自然光光强的衰减，该衰减不利于隧道路面照度总均匀度和纵向均匀度（文中表3也已表明）。由此可见，直接利用洞外进入的自然光再加人工照明实现的复合照明不够妥善。目前有关科研人员致力于光导管的研究，通过介质将自然光引入隧道洞内，再经漫射器均匀的照射隧道内部。该技术既利用了自然光这一免费绿色能源，又避免了对隧道路面照度均匀度的不利影响。因此，光导管在隧道入口段复合照明节能方面有着良好的应用前景。