公路隧道洞口段安全节能照明技术研究

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随着经济的蓬勃发展,综合国力的不断提升,我国隧道建设事业发展迅猛,但随之而来的能耗问题越来越严重,尤其是隧道照明系统,为缓解洞内外亮度差而带来的视觉问题,我国目前采用在入口段和出口段设置加强照明段的方式,但隧道加强照明段能耗巨大,不仅在经济上带来沉重负担,还对环境造成极为严重的污染。在国家节能减排发展理念的推动下,我们要不断寻求以安全为前提的隧道绿色节能照明方法。本文通过室内试验和软件模拟对隧道太阳能照明系统和隧道内壁装饰两种节能技术展开了研究,旨在优化隧道节能照明技术,降低经济成本,减少能源消耗。首先,开展太阳自动追踪试验和固定式太阳能试验,对光伏发电和隧道照明的配比关系进行分析,建立太阳光强度、光伏板输出功率和LED灯照明效果三者之间的联系,评价自动追踪系统发电利用率的提高和节能效果,并以柯梅岭隧道为例,设计公路隧道光伏照明系统,替换原本的电网供电加强照明系统。其次,开展隧道内壁装饰的室内试验,研究不同涂料反射率对照明质量的影响,再通过照明设计软件DIALux模拟隧道照明环境,研究不同反射率和灯具角度组合对路面照明质量的影响,提出确定最佳安装角度的施工技术路线。最后,对柯梅岭隧道右洞的公路隧道光伏照明系统进行了经济节能计算,并讨论了三种不同照明优化方法的效益。主要结论如下:(1)太阳光强度、光伏板输出功率和LED灯照明效果三者呈正相关关系,太阳自动追踪照明试验的LED照明效果最好,相较于光伏板朝向东方案,自动追踪系统计算节能可达36.35%,相较于光伏板朝向西方案,自动追踪系统节能可达13.45%,相较于光伏板朝向南方案,自动追踪系统节能可达10.12%;(2)相同反射率下,平均照度随着灯具安装角度的增大呈现先升高后降低的变化规律。相同灯具安装角度下,内壁反射率对平均照度和总均匀度都有提升作用,改善照明环境。在灯具角度和反射率组合作用下,反射率较强的方案达到平均照度峰值时的灯具安装角度更大;(3)灯具角度的变化影响路面照度的分布,隧道内壁反射率的提高会增强路面平均照度,与不考虑二次反射相比,灯具节约能耗可达到4.87%~7.91%,不同反射率方案下灯具最佳角度存在差异,最小差值为5°,最大差值为15°,当安装角度为0°且不考虑二次反射时,光效损失最高可达36.08%。隧道现场应根据隧道内壁反射率适当调整灯具安装角度;(4)以柯梅岭隧道右洞为例,将原本的电网供电加强照明系统替换成公路隧道光伏照明系统,通过经济节能计算得该系统初期建设成本21万元,回收期为10年,每年共节约标准煤14.839吨,可减少排放烟尘约17.987千克、二氧化硫约103.426千克、二氧化碳约36.964吨,灰渣约5.371吨,有广泛的应用价值。通过本文的研究,丰富了太阳能隧道技术的理论内容,发现了不同隧道内壁装饰方案下灯具最佳角度的变化,提出了现场确定最佳安装角度的技术路线,为隧道照明节能技术的应用奠定基础。
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