基于插值法的隧道中間段照明節(jié)能分析

基于插值法的隧道中間段照明節(jié)能分析

1隧道照明節(jié)能技術(shù)研究近年來，我國道路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，全國公路建設(shè)和隧道項目日益增多。其中，隧道能源消耗占大多數(shù)高速公路運營的重要組成部分。在隧道實際運營過程中,多種因素對隧道照明產(chǎn)生影響,比如車流量、車速、交通流量構(gòu)成、洞外光照等參數(shù)不同,需要的照明要求也不同。目前,對隧道照明節(jié)能進(jìn)行的研究主要圍繞采用高功率因數(shù)的照明燈具和光源、在隧道內(nèi)兩側(cè)鋪設(shè)反射率高的裝修材料、盡量縮短供電電纜長度以減少線路損耗、合理布置配電房的位置、通過回路控制根據(jù)時序設(shè)置工況進(jìn)行照明調(diào)節(jié)、優(yōu)化選擇洞外亮度L20(S)照明設(shè)計參數(shù)等方面。對于特長公路隧道來說,其耗電重點部位應(yīng)該是長度最長、燈具最多的中間段照明,中間段的照明是根據(jù)規(guī)范查表取值,只和車速、車流量有關(guān),而和洞外亮度無關(guān)。針對這一現(xiàn)狀,本文以10km長大相嶺泥巴山特長公路隧道為研究對象,對中間段照明節(jié)能的重要性進(jìn)行了分析,并采用試驗及理論分析的方法,得到了綜合考慮車速、車流量的影響,通過調(diào)節(jié)供電電壓達(dá)到節(jié)能目的的特長公路隧道中間段照明調(diào)壓技術(shù)。2隧道照明方案泥巴山隧道工程照明以高壓鈉燈為主,燈具安裝于隧道側(cè)壁,交錯布置,設(shè)計中間段燈具按間距10m布置。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》計算,泥巴山隧道照明方案見表1。由泥巴山隧道照明方案表可得到左右線隧道不同區(qū)段燈具功率、耗電量及各區(qū)段所消費電量占總電量的百分比,見圖1。由圖1可知,對于泥巴山特長公路隧道,中間段照明所消耗電量占總電量81%以上,而入口段、過渡段及出口段總和只點總電量的10%左右,因此可知,對于特長公路隧道,節(jié)能重點在于對中間段照明的控制。3通過研究隧道照明電壓和亮度的對應(yīng)關(guān)系，確定了隧道照明電壓和亮度的對應(yīng)關(guān)系3.1路面縱向東南角面對長度395m的懷新高速公路界牌坳隧道進(jìn)行了隧道中間段照明現(xiàn)場測試,測試內(nèi)容為不同電壓情況下隧道內(nèi)路面縱向中心線照明亮度分布。沿路面中線每10m取一點,量取該點亮度值。全長380m,共取39點。取10m的原因是保證路面縱向均勻度采樣頻率足夠的基礎(chǔ)上,工作量不至于太大。另一個考慮就是隧道內(nèi)為水泥路面,每一塊水泥板長度基本上是10m,這樣有利于取點,只需在段與段之間的交接處進(jìn)行測試即可。3.2測試方法和結(jié)果采用EVERFINELM-2型瞄點式亮度計,按國家計量檢定規(guī)程JJG211—2005方法檢驗。3.3y=5.715.451形貌由圖4可以得出,電壓與亮度之間為線性關(guān)系,電壓降低百分比與亮度降低百分比也為線性關(guān)系,見圖5。通過數(shù)據(jù)回歸分析可得到亮度降低百分比與電壓之間的關(guān)系式,見式(1)。y=5.801×(220?x5)?0.3245(1)y=5.801×(220-x5)-0.3245(1)式中:y為亮度降低百分比(%);x為實際電壓(V)。當(dāng)隧道照明設(shè)計亮度為L(cd/m2)時,可得到在實際電壓下的實際照明亮度為:L實=L?L×(5.801×(220?x)/500?0.003245)L實=L×(0.011602x?1.549195)(cd/m2)(2)L實=L-L×(5.801×(220-x)/500-0.003245)L實=L×(0.011602x-1.549195)(cd/m2)(2)4隧道中間照明亮度與交通量之比4.1標(biāo)準(zhǔn)中間段的亮度標(biāo)準(zhǔn)對于高速公路隧道目前在選擇中間段亮度Lin參數(shù)時常參考JTJ026.1—1999《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)條款取值,見表2。4.2中間段粗糙度n用插值法計算不同交通量和計算行車速度時的中間段亮度Lin值,計算公式見表3,可得出表4。式中:Q為設(shè)計交通量(輛/h);v為計算行車速度(km/h)。5隧道段的照明和節(jié)能5.1明電壓與隧道照明硬度由前面的研究可知,隧道照明中,交通量、行車速度、照明電壓與隧道照明亮度均存在相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)式2及中間段亮度Lin值插值算法公式(表3),可得到泥巴山隧道在不同交通量情況,交通量與電壓的相互關(guān)系:5.2功率與電壓的關(guān)系由前面的研究可知,泥巴山隧道在不同交通量情況下,交通量與照明亮度、電壓均存在相互關(guān)系,可根據(jù)實際交通量的不同,進(jìn)行對電壓的調(diào)節(jié),以達(dá)到調(diào)節(jié)照明亮度、節(jié)約電力消耗的目的。根據(jù)功率與電壓的關(guān)系可知:P=U2/R(3)Ρ=U2/R(3)式中:P為功率(W);U為電壓(V);R為電阻(Ω)由于線路內(nèi)電阻是固定的,可得到不同電壓情況下,消耗功率的關(guān)系:P1P2=(U1U2)2(4)Ρ1Ρ2=(U1U2)2(4)因此可知在不同電壓情況下,照明消耗功率與未調(diào)壓的正常電壓情況下的相應(yīng)關(guān)系,并由此可得到泥巴山隧道使用調(diào)節(jié)電壓裝置后,在不同交通量情況下,所節(jié)約的功率見表6。6段照明最低由于電壓可調(diào)節(jié)的范圍為220～185V,在滿足相應(yīng)交通量及相應(yīng)亮度要求的情況下,泥巴山隧道中間段照明最低可將電壓調(diào)節(jié)為186V,此時隧道中間段交通量為1200輛/h