云南省高速公路隧道運(yùn)營期節(jié)能措施效果分析

劉志崗，馬 聰，黃毓承，王龍健，馮 陽，馬晶瑋，王藝霏

（1.云南省交通科學(xué)研究院有限公司，云南 昆明650011；2.長安大學(xué)運(yùn)輸工程學(xué)院，陜西 西安710064）

“十二五”以來，特別是“十三五”“十四五”期間云南省高速公路建設(shè)里程、通車?yán)锍叹蠓仙瑢?shí)現(xiàn)量和質(zhì)的突變，呈蓬勃發(fā)展態(tài)勢，但受限于云貴高原山多平原面積少這一特殊地形條件，云南省在建高速公路隧道占比較大，而山區(qū)高速公路隧道運(yùn)營能耗一般占高速公路運(yùn)營期能耗達(dá)60%以上，是典型的“耗能大戶”。因此，研究采用節(jié)能技術(shù)、措施及設(shè)備以降低隧道能耗具有重要意義。

1 能耗影響因素

高速公路隧道運(yùn)營期能耗水平影響因素較為復(fù)雜，運(yùn)營期能耗水平影響因素如表1 所示。

表1 影響高速公路運(yùn)營期能耗水平的具體因素

2 能耗計(jì)算方法

高速公路隧道耗能設(shè)備有照明、通風(fēng)、控制等3 大類設(shè)備，本文重點(diǎn)研究隧道照明節(jié)能。高速公路隧道主要消耗電能，消防用水忽略不計(jì)，采用分類指標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：QT為項(xiàng)目運(yùn)營期隧道一年所消耗的電能，kW·h；qi為第i類耗能設(shè)備的數(shù)量，個或臺；wi為第i類耗能設(shè)備的功率，W/個或W/臺；ti為第i類耗能設(shè)備平均一天的運(yùn)行時間，h；i為隧道監(jiān)控、照明、通風(fēng)等系統(tǒng)中耗能設(shè)備的類型數(shù)。

3 隧道照明節(jié)能效果分析

3.1 LED 燈、LVD 燈替換高壓鈉燈

以云南省已運(yùn)營的2 座隧道為例，對照明節(jié)能措施效果進(jìn)行分析。

隧道1 單洞總長為2 052 m，采用LED 隧道照明燈替換原高壓鈉燈。隧道2 單洞總長為2 177 m，采用LVD 隧道照明燈替換原高壓鈉燈。

3.1.1 改造前后隧道耗能對比分析

對隧道改造前后各7 d 的固定工況的能耗進(jìn)行了檢測，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)對比分析。

進(jìn)行對比分析的參數(shù)主要有2 個，分別是改造前后隧道內(nèi)照明燈具配置功率對比、改造前后隧道內(nèi)照明燈具在固定工況下實(shí)測用電量對比。

3.1.1.1 改造前后隧道內(nèi)照明燈具配置功率對比

燈具配置功率對比情況如表2 所示。

表2 改造前后隧道內(nèi)照明燈具功率對比

隧道1 照明燈具改造前高壓鈉燈裝機(jī)功率為134.90 kW，改造后LED 燈的裝機(jī)功率為55.06 kW，與改造前相比裝機(jī)功率降低了79.84 kW，降低了59.18%。

隧道2 照明燈具改造前高壓鈉燈裝機(jī)功率為153.70 kW；改造后LVD 燈的裝機(jī)功率為72.32 kW，與改造前相比裝機(jī)功率降低了81.38 kW，降低了52.95%。

3.1.1.2 改造前后隧道照明在固定工況下實(shí)測用電量對比

本次進(jìn)行的是對改造前后隧道照明在固定工況下用電量的實(shí)地檢測。由于隧道照明回路無單獨(dú)的用電計(jì)量表，所測用電量為整個隧道（含后勤）的用電數(shù)量。

固定工況為08：00—20：00 隧道照明燈具全部開啟，20：00 至次日08：00 燈具僅開啟應(yīng)急照明及基本照明。抄表時間為08：00 和20：00，檢測周期為7 d。

實(shí)測用電量對比情況如表3 所示。

表3 改造前后隧道實(shí)測用電量對比

比較結(jié)果顯示，改造后在上述固定工況的情況下，隧道1應(yīng)用LED 新型節(jié)能燈具替代高壓鈉燈用電量降低62.17%，隧道2 應(yīng)用LVD 新型節(jié)能燈具替代高壓鈉燈用電量降低48.28%。

隧道1 和隧道2 在照明改造后，亮度和照度檢測均合格，說明改造后的隧道照明既達(dá)到了節(jié)能的目的，又符合隧道照明亮度和照度的達(dá)標(biāo)要求。隧道1 和隧道2 改造后亮度和照度檢測結(jié)果如表4 和表5 所示。

表4 隧道1 亮度檢測結(jié)果（單位：cd/m2）

3.1.2 結(jié)論

通過數(shù)據(jù)對比結(jié)果表明：①在正常工作狀況下，長度為1 000 m 左右的隧道使用LED、LVD 燈具，可節(jié)約用電量50%左右。采用綠色照明技術(shù)替代傳統(tǒng)高壓鈉燈，節(jié)能效果明顯，如在建設(shè)期間就考慮將LED、LVD 燈具作為隧道照明燈具，電纜鋪設(shè)費(fèi)用還可降低，其使用效果將更加明顯。②LED 燈具節(jié)能效果略高于LVD 燈具。③通過隧道采用綠色照明LED、LVD 技術(shù)的應(yīng)用研究，可指導(dǎo)解決節(jié)約公路建設(shè)成本和運(yùn)營成本、充分利用云南省地域資源、減少環(huán)境污染、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)電力資源貧乏等問題。

表5 隧道2 亮度檢測結(jié)果（單位：cd/m2）

3.2 隧道照明智能控制技術(shù)節(jié)能分析

以已運(yùn)營2 座隧道為例，分析照明智能控制技術(shù)節(jié)能效果。通過對比分析，隧道3 通過實(shí)施照明智能控制技術(shù)，每日白天節(jié)能80.43 kW·h，每日夜間節(jié)能50.49 kW·h，每日總節(jié)能130.92 kW·h，節(jié)能率為7.58%。隧道4 通過實(shí)施照明智能控制技術(shù)，改造前每日耗能747.4 kW·h，改造后每日耗能735.3 kW·h，每日總節(jié)能12.1 kW·h，節(jié)能率為1.62%。隧道3 和隧道4 具體能耗統(tǒng)計(jì)如表6 和表7 所示。

通過對比表6 和表7 可以發(fā)現(xiàn)，安裝照明智能控制裝置后具有一定的節(jié)能效果，而且安裝洞外亮度檢測器比不安裝洞外亮度檢測器的節(jié)能率高出5.96%。

表6 隧道3 照明智能控制技術(shù)能耗檢測統(tǒng)計(jì)表

表6 （續(xù)）

表7 隧道4 照明智能控制技術(shù)能耗檢測統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

以云南省高速公路已運(yùn)營隧道為例，分析影響隧道耗能因素，采用國內(nèi)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、措施以及節(jié)能設(shè)備對傳統(tǒng)隧道燈具、控制方式進(jìn)行改造，通過數(shù)據(jù)記錄、整理、分析，驗(yàn)證節(jié)能措施的有效性并量化節(jié)能效果，對云南省高速公路隧道運(yùn)營期節(jié)能減排管理、節(jié)能技術(shù)改造具有重要的指導(dǎo)意義。