陈文智
北京建达道桥咨询有限公司，北京 100000
摘要：随着半导体技术的发展，LED 灯具相比传统灯具的优势越来越明显。在我国大力倡导节能减排、绿色发展的背景下，本文从 LED 灯具替代传统灯具的角度出发，根据隧道照明设计相关标准，对参照对象我省某高速公路A隧道进行照明节能改造与分析。
关键词：隧道；LED；照明设计；节能；
高速公路隧道路段内发生的各类事故有救援难、影响大的特点，所以各类保障隧道安全行车的设施是否运转正常、设计合理就尤为重要。隧道照明系统能够改善隧道照明视觉环境、避免车辆进出隧道的“黑白洞”效应，同时减少交通事故和提高道路运输效率。照明系统的设计，必须秉承“安全性、技术性、经济性”的原则，进行设计和规划。我省省内的高速公路具有车流量大、隧道较多、长隧道多等特点。本文针对运营超过 10 年内的高速公路隧道照明设施，以现有高压钠灯光源替换为节能环保的 LED 光源作为主要手段，对各类改造模式进行设计方案比选，在尽量体现经济性的前提下，提升隧道行车安全，得到最优方案。
1 高速公路隧道照明现状
通车超过 10 年内的高速公路隧道照明普遍采用已废止的《公路隧道通风照明设计规范》( JTJ 026.1—1999) 设计，灯具均选用功耗较大的高压钠灯，经过多年的使用，大部分光源寿命已经达到末期，部分路段测光结果很难达到设计阶段要求的亮度值，随着运营年限的增长，车辆尾气、烟尘堆积等也对隧道洞内外环境造成一定的不良影响，对隧道照明质量的影响间接增大，需要进行照明系统的节能改造设计和实施以提高照明效果。
2 隧道照明节能改造模式研究
2.1研究思路
隧道照明设计指标规范于 2014 年更新为《公路隧道照明设计细则》( JTG/T D70 /2—01—2014) ，运营超过 10 年的隧道均采用旧规范设计，原设计的照明区段划分和照明设计指标与现行规范的要求区别较大。相较旧规范，新规范降低了照明指标要求，隧道照明功能段细化，对于短隧道，亮度指标大幅折减。高压钠灯灯具存在发光效率低、能耗偏高的情况。运营超过 10 年内的高速公路因高压钠灯使用年限长，损坏率较高，养护成本大，运营经济性差。目前 LED 灯具以其经济性以及良好的光学特性已经成为市场青睐的主流成熟产品，隧道照明节能改造主要以将高压钠灯更换为 LED 灯具作为主要手段。结合项目经验，隧道照明的节能改造方案需要考虑和计算照明改造的工程费，日常养护费用及电费以选择合适的隧道照明改造模式［3］。隧道照明改造模式是一个综合分析命题。本文将对其进行综合分析比选并得出定性结论。主要比选方法原则为:选取同一高速公路，长度相差较大的两条隧道作为参照，对隧道照明采用现行规范重新计算。针对两条隧道，针对三种设计模式下的工程费、养护费用及电费进行比对。并对改造完成后三年、五年、八年的各类费用进行预估测算，得出定性分析结果。
2.2 具体改造方案模式研究
本文选取我省高速大洞隧道(双向) 以及A隧道( 双向) 进行分析比对。两隧道设计速度一致，均为 80 km/h，双向四车道高速公路隧道，现状均采用高压钠灯光源，其中大洞隧道上行长度 817.16 m，下行长度 791.2 m，A隧道上行长度 2 600 m，下行长度 2 691 m。同一高速公路不同隧道的加强功能段的长度差别不大，中间段的长度根据隧道长度的不同而不同。同一高速不同隧道加强照明灯具的布设数量和功率基本一致，中间段基本和应急照明灯具的布设数量随着隧道长度的不同而不同。在实际项目中，为简化施工，采取常用的 1∶1 原位灯具更换方案，将高压钠灯原位替换为功率较低的 LED 灯具。针对本项目，两隧道加强照明原灯具为 400W 的高压钠灯，经过计算更换为 240W 的 LED 灯具; 原灯具为 250W 的高压钠灯，经过计算更换为 150W 的 LED 灯具; 原灯具为 150W的高压钠灯，经过计算更换为 90W 的 LED 灯具; 原灯具为150W 的高压钠灯，经过计算更换为 90W 的 LED 灯具。基本及应急照明灯具为 100W 高压钠灯，经过计算全部替换为60W 的 LED 灯具。入口段 2 及出口段 1 灯具数量相应减半，满足现行规范的设计要求。按照三种建设模式对改造工程费、养护费用及电费进行计算分析，即方案 A: 对隧道基本照明和加强照明全部更换为 LED 灯具; 方案 B: 对隧道单洞进行改造，更换下的灯具作为另一洞备件; 方案 C: 仅对隧道加强照明灯具更换为 LED灯具，基本以及应急照明灯具不更换。分别针对大洞隧道、A隧道，对所需电费、建设工程费、日常养护费用进行对照比选，得出三种方案各建成后年份费用的情况见表2-3。
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表 2 A隧道各方案建设、管理、养护费用统计表A隧道单洞约 2 600 m，大洞隧道单洞约 800 m。一次性更换 LED 灯具的工程费用方面，A隧道约 340 万元，其中加强照明更换费用约为 180 万元，占总费用的 53% 。基本照明的更换费用为 160 万元，约占 47% 。大洞隧道一次性更换 LED 灯具的工程费约 240 万元，其中加强照明更换费用约为 156 万元，占总费用的 65% 。基本照明的更换费用约占 35% 。故在更换工程费方面，同路段，长度相差很大的两隧道加强照明改造费用数额差别不大，但占比均在 50% 以上，隧道越短，占比越大。通过两隧道横向对比，隧道照明的主要负荷集中在加强照明段，大洞隧道加强照明的电费占比约为 76% ，A为65% 。而同路段长度相差很大的隧道加强照明灯具数量差别不大，基本段照明灯具的数量仅仅与隧道长度相关。结合初始投资和 10 年内各年份电费及养护费用可知，对加强照明灯具的节能改造可大幅度降低电费负担。且在 10 年内仅更换加强照明，电费与全部更换 LED 的费用差别并不大(主要原因为基本照明的钠灯功率与更换后的 LED 灯具功率差别不大) 。
综合以上技术性以及经济性分析，可得结论如下: 当工程费预算较为充裕时，可全部对隧道高压钠灯进行 LED 节能改造，节约电费提高照明效果。当工程预算有限，或路段隧道非常多时，可针对加强照明进行集中式改造，基本段照明仍然采用高压钠灯，仍可以节约较多电费，而不至于一次性投入过多工程款( 尤其是长隧道及特长隧道) 。而更换单洞 LED 灯具的方案，其照明效果和经济性均无法和方案 A、方案 C 相比。
结论与相关建议
本文针对高速公路隧道照明节能改造工程立项及设计过程中实际遇到的方案选取和改造工程费用、养护费用及电费因素，以实际出发，对同一高速公路特长隧道及中隧道各一条进行了改造模式的全面分析和横向对比，得出了在不同情况下的改造模式最优解，对营运期高速公路选择适合自身实际情况的照明改造模式具有很好的借鉴意义。
隧道照明系统的节能改造除了可以选择高效节能灯具与合理布置灯具以外，还可以通过多种举措进一步降低能耗:1) 降低洞外环境亮度。通过在隧道接近段合理地设置减光设施以及在隧道洞口两侧栽种绿植等方法降低洞外亮度，降低加强段的照明指标。2) 调整隧道内环境的反射。隧道内部的光照度受隧道内环境反射率有较大影响，适当提高隧道各反射面反射率，可以增强路面照明照度值，实现降低能耗的目的。3) 采用智能动态调光控制系统。采用智能动态调光控制系统调节隧道照明，智能动态调光控制系统依据洞外亮度、车流量等实时信息，结合各照明段的灯具通光量和对应的季节时段等综合信息，计算出洞内所需亮度，然后通过调节基础照明和加强照明实现动态调光。4) 照明系统日常维护。由于隧道属于半密闭的空间，照明设备容易被灰尘污染，导致灯具光通量和墙面的反射率下降，引起智能照明系统的照明调光水平上升。进行照明系统间隔维护，可大幅度降低系统的能耗。
参考文献：
［1］CIE.88-2004.GUIDE FOR THE LIGHTING OF ROADTUNNELS AND UNDERPASSES ［S］．
［2］王希良，李晓寒，韩美玲，等．高速公路隧道按需照明的节 能 控 制 ［J］． 照明工程学报，2020，31 (01) :113-118．
［3］王希良，刘强，李晓寒．基于路面平均照度的隧道中间段照明节能优化 ［J］．照明工程学报，2019，30 (04) :170-174．