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摘要：按需照明一直是照明科技领域追求的理想形式，由于传统光源亮度难以控制，而设计时又必须考虑足够的设计冗余，因此公路隧道普遍存在过度照明、电能浪费巨大的现象，过度照明能耗高达50%～90%。随着LED照明的发展，明亮度智能无级控制已成为现实。
关键词：隧道照明节能；节能措施
Abstract: according to the needs of lighting technology field has been lighting pursuit of the ideal form, as the traditional lighting source is difficult to control, and again when the design must be considered enough design redundancy, therefore highway tunnel lighting and power are common excessive waste huge phenomenon, excessive lighting energy consumption as high as 50% ~ 90%. Along with the development of LED lighting, bright brightness intelligence without level control has become a reality.
Keywords: tunnel lighting energy saving; Energy saving measures
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
1.引言
目前对于隧道照明的节能措施，主要是采用高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置隧道配电站的位置、集中调光控制、减少洞外亮度等方法。为了进一步节能，设计者还把隧道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是存在着电能的浪费现象。
2.隧道照明系统功耗偏高的因素
影响照明功耗的主要因素有控制模式、洞外亮度。本文主要针对这几个因素进行讨论。
隧道照明设计者依据规范通常把隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段等四个段来设计照明。各段的长度和照度（lx）是从全年行车安全要求出发，对洞内最大照度的设计是以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的限制，只能做到2、3级人工或自动控制，对于如天气、车速、车流量等参数只是在设计阶段给予以最大值考虑，最终各段照明的长度和照度也始终是处于最大值状态。对于天气、车速、车流量等时变参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。因此，目前这种传统设计与使用的隧道照明系统存在着大量电能浪费问题。
隧道内加强照明的标准值都是根据隧道洞外的亮度乘以一个系数得来的。以80km/h的双车道单向交通为例，若设计交通量大于等于2400辆/h时，其入口段的亮度折减系数为0.035。（图1-1）为不同的洞外亮度情况下加强照明能耗相对百分比，以4000 cd/㎡为100%。从图中可以看出，洞外亮度对隧道能耗影响相当大。这也给节能带来了相当大的空间。根据《公路隧道通风照明设计规范》，入口段亮度可按下式计算： Lth=k•L20(S) (式1-1)
（图1-1）
式中，Lth为入口段亮度，k为入口段亮度折减系数，L20(S)为洞外亮度。虽然在设计隧道照明时，我们要求按照夏天中午时的最大洞外亮度进行计算加强照明的亮度，并考虑到足够的冗余，以确保运营期间的每一天且灯具的亮度衰减到额定值的下限时，洞内照明强度依旧能够满足规范要求。但在实际运营期间，洞外亮度会随着天气、季节和时间的不同而每时每刻都在变化，即式(1-1)中的L20(S)时刻在变化，它会从几十坎德拉变化到几千坎德拉。L20(S)变化了，依据公式Lth也应随之变化，这种照明方式才是合理的。如果L20(S)变化而Lth不变或者仅简单地分几个等级进行变化，都会造成巨大地电能浪费。
3.LED照明亮度无级控制
目前隧道照明的能耗有70%左右是浪费在过度照明上。因此，隧道照明节能，首先必须从减少过度照明着手。若要减少过度照明，就要求照明灯具的功率能够根据需要进行调控。调整照明强度有两种方式，一是采用多回路进行分级调光。通常最多只分到6级，即白天4级，夜晚2级。这种简单分级方式依旧存在较为严重的过度照明。二是采用无级调光。这种方式只需要二个回路，即基本照明回路和加强照明回路。这种无级调光方式是基于LED光源基础上实现的。它可使灯具亮度根据需要任意调整，隧道内需要多亮，照明灯具就提供多大的亮度，在满足规范的前提下避免了过度照明，最大限度地节约了电能。
图(2-1)为隧道LED照明亮度智能无级控制系统方案。洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号传送至控制装置上，再由其换算后输出0～5V直流模拟信号去控制LED灯具的输出功率，从而达到控制被照场所亮度的目的。
图(2-1)
3.1控制方式
隧道内照明的特点是工作时间长，根据这一特点，在设计照明亮度时考虑了足够的冗余量。但在使用时，我们并不需要将设计冗余全部用上，而是需要多少功率就提供多少功率。在未来若干年内，当灯具出现一定的光衰时，可通过控制系统相应增加灯具的输出功率，使隧道内的基本照明强度始终都能满足规范要求而又不会产生过度照明。
3.2 LED调光控制的优越性
隧道采用LED照明亮度智能无级控制系统后，节能只是其优越性的一个方面。由于节能，它的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平。而工作温度的降低，又会衍生出其他的效益：
(1)亮度无级控制，比分级控制的同类灯具更节能40%，比钠灯照明节能70%～90%。
(2)由于一年中只有夏天的中午，加强照明灯具才接近满功率工作，大多数时间均在10%～60%的功率下工作;而基本照明的设计冗余留到远期再用，近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和电源的长期工作温度非常低，不仅可大幅减小LED的光衰，还延长了LED和电源的寿命。
(3)下半夜功率可同步减半，灯具配光特性保持不变，避免了单侧关灯所产生的危及行车安全的斑马效应。
(4)系统设计简单，只须2个回路，即一个基本照明回路和一个加强照明回路。基本照明又兼应急照明；当市电断电时，所有基本照明的功率均降至额定功率的10%，从而确保了照度的均匀性。
(5)当隧道未达到设计车流量时，可依据规范对洞内照明强度进行相应折减，折减量可根据需要任意设定，以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能，避免过度照明，使系统真正实现了设计师们追求的按需照明的设計理念。
(6)与分级调光系统相比，该系统可节约相当数量的电缆、控制箱及相应电气的费用。4.结束语
采用LED隧道照明可简化供电回路设计，节约电缆与变压器的投资；LED调光控制可基于洞外亮度与交通量，实现按需照明，大大减少照明能耗;虽然目前LED隧道灯比高压钠灯贵，但实现调光控制后这具有显著的经济效益，投资回收期一般为3年左右。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准，《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1—1999)，北京: 人民交通出版社.2000
[2]周正兵.LED隧道灯如何实现节能80%[J].交通建设与管理，2008(4).79-82.
[3]王霞.LED照明亮度智能无级控制系统在城市隧道中的应用[J].交通科技，2009(1)92-94.
关键词：隧道照明节能；节能措施
Abstract: according to the needs of lighting technology field has been lighting pursuit of the ideal form, as the traditional lighting source is difficult to control, and again when the design must be considered enough design redundancy, therefore highway tunnel lighting and power are common excessive waste huge phenomenon, excessive lighting energy consumption as high as 50% ~ 90%. Along with the development of LED lighting, bright brightness intelligence without level control has become a reality.
Keywords: tunnel lighting energy saving; Energy saving measures
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
1.引言
目前对于隧道照明的节能措施，主要是采用高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置隧道配电站的位置、集中调光控制、减少洞外亮度等方法。为了进一步节能，设计者还把隧道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是存在着电能的浪费现象。
2.隧道照明系统功耗偏高的因素
影响照明功耗的主要因素有控制模式、洞外亮度。本文主要针对这几个因素进行讨论。
隧道照明设计者依据规范通常把隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段等四个段来设计照明。各段的长度和照度（lx）是从全年行车安全要求出发，对洞内最大照度的设计是以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的限制，只能做到2、3级人工或自动控制，对于如天气、车速、车流量等参数只是在设计阶段给予以最大值考虑，最终各段照明的长度和照度也始终是处于最大值状态。对于天气、车速、车流量等时变参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。因此，目前这种传统设计与使用的隧道照明系统存在着大量电能浪费问题。
隧道内加强照明的标准值都是根据隧道洞外的亮度乘以一个系数得来的。以80km/h的双车道单向交通为例，若设计交通量大于等于2400辆/h时，其入口段的亮度折减系数为0.035。（图1-1）为不同的洞外亮度情况下加强照明能耗相对百分比，以4000 cd/㎡为100%。从图中可以看出，洞外亮度对隧道能耗影响相当大。这也给节能带来了相当大的空间。根据《公路隧道通风照明设计规范》，入口段亮度可按下式计算： Lth=k•L20(S) (式1-1)
（图1-1）
式中，Lth为入口段亮度，k为入口段亮度折减系数，L20(S)为洞外亮度。虽然在设计隧道照明时，我们要求按照夏天中午时的最大洞外亮度进行计算加强照明的亮度，并考虑到足够的冗余，以确保运营期间的每一天且灯具的亮度衰减到额定值的下限时，洞内照明强度依旧能够满足规范要求。但在实际运营期间，洞外亮度会随着天气、季节和时间的不同而每时每刻都在变化，即式(1-1)中的L20(S)时刻在变化，它会从几十坎德拉变化到几千坎德拉。L20(S)变化了，依据公式Lth也应随之变化，这种照明方式才是合理的。如果L20(S)变化而Lth不变或者仅简单地分几个等级进行变化，都会造成巨大地电能浪费。
3.LED照明亮度无级控制
目前隧道照明的能耗有70%左右是浪费在过度照明上。因此，隧道照明节能，首先必须从减少过度照明着手。若要减少过度照明，就要求照明灯具的功率能够根据需要进行调控。调整照明强度有两种方式，一是采用多回路进行分级调光。通常最多只分到6级，即白天4级，夜晚2级。这种简单分级方式依旧存在较为严重的过度照明。二是采用无级调光。这种方式只需要二个回路，即基本照明回路和加强照明回路。这种无级调光方式是基于LED光源基础上实现的。它可使灯具亮度根据需要任意调整，隧道内需要多亮，照明灯具就提供多大的亮度，在满足规范的前提下避免了过度照明，最大限度地节约了电能。
图(2-1)为隧道LED照明亮度智能无级控制系统方案。洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号传送至控制装置上，再由其换算后输出0～5V直流模拟信号去控制LED灯具的输出功率，从而达到控制被照场所亮度的目的。
图(2-1)
3.1控制方式
隧道内照明的特点是工作时间长，根据这一特点，在设计照明亮度时考虑了足够的冗余量。但在使用时，我们并不需要将设计冗余全部用上，而是需要多少功率就提供多少功率。在未来若干年内，当灯具出现一定的光衰时，可通过控制系统相应增加灯具的输出功率，使隧道内的基本照明强度始终都能满足规范要求而又不会产生过度照明。
3.2 LED调光控制的优越性
隧道采用LED照明亮度智能无级控制系统后，节能只是其优越性的一个方面。由于节能，它的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平。而工作温度的降低，又会衍生出其他的效益：
(1)亮度无级控制，比分级控制的同类灯具更节能40%，比钠灯照明节能70%～90%。
(2)由于一年中只有夏天的中午，加强照明灯具才接近满功率工作，大多数时间均在10%～60%的功率下工作;而基本照明的设计冗余留到远期再用，近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和电源的长期工作温度非常低，不仅可大幅减小LED的光衰，还延长了LED和电源的寿命。
(3)下半夜功率可同步减半，灯具配光特性保持不变，避免了单侧关灯所产生的危及行车安全的斑马效应。
(4)系统设计简单，只须2个回路，即一个基本照明回路和一个加强照明回路。基本照明又兼应急照明；当市电断电时，所有基本照明的功率均降至额定功率的10%，从而确保了照度的均匀性。
(5)当隧道未达到设计车流量时，可依据规范对洞内照明强度进行相应折减，折减量可根据需要任意设定，以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能，避免过度照明，使系统真正实现了设计师们追求的按需照明的设計理念。
(6)与分级调光系统相比，该系统可节约相当数量的电缆、控制箱及相应电气的费用。4.结束语
采用LED隧道照明可简化供电回路设计，节约电缆与变压器的投资；LED调光控制可基于洞外亮度与交通量，实现按需照明，大大减少照明能耗;虽然目前LED隧道灯比高压钠灯贵，但实现调光控制后这具有显著的经济效益，投资回收期一般为3年左右。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准，《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1—1999)，北京: 人民交通出版社.2000
[2]周正兵.LED隧道灯如何实现节能80%[J].交通建设与管理，2008(4).79-82.
[3]王霞.LED照明亮度智能无级控制系统在城市隧道中的应用[J].交通科技，2009(1)92-94.