无极灯在隧道照明中的节能应用
摘要:隧道用电已成为高速公路运营管理部门的一笔沉重的负担。全球能源日益紧张,隧道照明的节能设计是影响高速公路发展的重要环节。
我国照明用电量约占全社会用电量的12%,道路照明用电约占其中20%~30%。随着国家高速公路网规划“7918”的实施,迎来了山区高速公路建设的高峰,隧道作为道路的一部分,为了保证行驶的连贯性,无论白天和夜晚随时都离不开照明。隧道用电已成为高速公路运营管理部门的一笔沉重的负担。全球能源日益紧张,隧道照明的节能设计是影响高速公路发展的重要环节。
隧道照明与普通道路照明相比,存在以下几个问题:
1、进入隧道时的黑洞效应。白天由于隧道内外的亮度差别大,长距离隧道外部看,隧道入口呈现出黑洞现象。
2、进入隧道后的暗适应。汽车由明亮的外部驶入隧道后,眼睛要经过一段时间才能看清隧道内部情况,即“适应滞后现象”。
3、隧道内部可见度低。由于汽车排出的废气无法迅速消散形成烟雾,将光吸收和散射,降低可见度。
4、隧道出口处的白洞效应(白天)。由于通过出口看到的外部亮度极高,出口看上去是个亮洞,出现严重的眩光。隧道照明的目的就是消除以上现象,保证安全行驶。为此,隧道通常分为阈值段、入口段、过渡段、基本段和出口段,各段通过不同的照明来创造安全舒适的行驶条件。
隧道照明设计标准
为了解决以上问题许多国家都各自制定了一些设计原则和标准,中国也制定了《公路隧道设计规范》,在此规范中,制定了明确的照明标准。表1区段照明长度及路面最低亮度,是白天照明的要求,表2是隧道内基本照明及夜间照明亮度。
注:(1)上表是以隧道口部环境亮度L20为4000cd/m2为基本亮度拟定的,如果洞外亮度大于或小于4000cd/m2,表值应乘以系数k0。K0=洞外环境亮度/4000。
(2)入口段设计亮度Lth按L20的0.035倍确定。4000×0.035=140cd/m2
(3)当设计速度超过80km/h时应作专门研究。
(表2:隧道内基本照明及夜间照明标准)
按表1的标准,规范中给出了白天照明渐变梯度图,如图2中粗线部分。另外,国际照明学会(CIE)给出了如下的公式L过渡=L阈值(1.9+t)-1.4,图1中的曲线是其相应曲线,称为亮度递减曲线。(洞口亮度取144.6cd/m2)
隧道照明的亮度设计分布改进
粗线表示的原隧道照明亮度要求梯度图,与标准亮度递减曲线差距很大,造成能源浪费。为了更加贴近曲线,隧道各区段的亮度设计值可做如下调整,各段均分为两部分,即使梯度更加细化。
a=(144.6+93.6)/2=119.1;
b=(93.6+42.6)/2=68.1;
c=(42.6+29.1)/2=35.9;
d=(29.1.+15.5)/2=22.3;
e=(15.5+10)/2=12.75;
f=(10+4.5)/2=7.25;
g=(4.5+22.7)/2=13.6。见图2中的细线梯度。
表3某 隧道各段的亮度分布
从图上可以看出,改进后的亮度分布梯度与亮度递减曲线更加吻合,在满足照明要求的前提下,避免了能源浪费。
无极灯用于隧道照明的优势
1、隧道照明对光源的要求
随着全球能源紧张,我国也制定了“十一五”城市绿色照明工程规划,确定了“十一五”时期单位国内生产总值能源消耗降低20%的目标,强调要落实节约资源和保护环境的要求,建设低投入、高产出、低能耗、少排放、能循环、可持续的国发经济体系和资源节约型、环境友好型社会,并把绿色照明列为十大节能重点工程之一。隧道属于高耗能场所,对高效节能光源的需求更是迫切。
因为隧道内光源的更换困难,而且影响正常交通。因此长寿命、低光衰、免维护光源是隧道内的首选。
显色性好,无频闪的光源不仅能提供必要的亮度,而且能够给司机带来安全舒适的照明环境。低显色指数光源使被照物体颜色严重失真,为看清物体,易使司机长时间处于高度紧张状态;而高频闪能引起司机的疲劳、头昏眼花等不适感觉,影响了正常驾驶,增大交通事故几率。
2、无极灯的产品特点
无极灯是一种电磁感应灯,独特的发光原理赋予了它多项优越特性:
•超长寿命。传统光源的灯丝老化和电极溅射是限制其寿命的关键组件,无极灯内没有灯丝和电极,采用高频电磁感应耦合方式激励发光,工作寿命长达6万小时以上;
•高效节能。系统发光效率为65lm/w,且功率因数高达99%以上,减少了无功消耗。比白炽灯节能90%以上,比高压汞灯、金卤灯节能70%以上,比高压钠灯节能50%以上;
•高显色性。显色指数大于80,光色柔和,呈现物体的自然颜色;
•色温可选。从2700K~6500K,且有多款彩色灯泡可选;
•无频闪。2.65MHz的高频工作,不再产生频闪效应危害,保护视力;
•光衰小。2000小时光通维持率为95%,20000小时光通维持率为80%,60000小时光通维持率75%;
•瞬时启动和再启动。即开即亮,开关次数可达20万次以上;
•工作温度范围大。采用汞齐技术,无需预热,在-40℃~55℃范围内,均可正常启动和工作;
•防震、防爆性能好。因为灯泡内没有灯丝和电极,耐震性能好且点灯位置任意,且灯泡点燃时表面温度低,适合防爆场所。
综合上述,无极灯以其综合的优势成为隧道照明的首选光源。
3、无极灯的中间视觉优势
光谱光视效率是用来评价人眼对不同波长光灵敏度的量,用V(λ)表示。不同波长、相同能量的光在人眼中产生光感觉的灵敏度不同,明视觉时人眼灵敏度的最大波长在555nm,暗视觉时人眼灵敏度的最大波长在507nm。
光通量¢=Km∫P(λ)V(λ)d(λ),即实际人眼看到的光通量除与光源本身的光能量P(λ)有关外,还与不同视觉条件下的光谱光视效率V(λ)有关。
无极灯用于隧道照明的案例分析
下面以凯里市大阁山隧道照明工程为例,进行无极灯与传统光源高压钠灯的经济分析。
1、布灯方案
大阁山隧道长490米,宽25米,最高点高度8米左右,原有照明系统采用高压钠灯,不仅耗电严重,而且频繁的维修更换,制约了隧道发挥更大的使用效率。
2、经济分析
使用无极灯代替传统的高压钠灯照明,在保证原隧道内照明效果的前提下,大幅度减少了照明耗电量,而且无极灯是超长寿命光源,大幅度减少了灯具的更换和维修次数,降低管理费和维修人工费等,降低了照明运行成本。由于无极灯显色性好,光色柔和,摒弃了高压钠灯昏暗模糊的的光线,提高了隧道内照明的清晰度,为来往的车辆和行人提供了一个安全舒适的照明环境。
结束语
隧道照明的节能设计,除了亮度的合理设计、高效光源的选择外,照明系统的节能控制、节能设备的应用等同样至关重要。
参考文献:
1. 刘宝川,隧道照明技术,中国照明电器2000(3)
2. 赵忠杰,高等级公路隧道照明工程设计与研究,西安公路交通大学学报1999(2)
3. 汪建平等,《道路照明》,复旦大学出版社