- 相關(guān)推薦
淺析高速公路隧道通風(fēng)照明節能環(huán)�？刂�
隧道是埋置于地層內的工程建筑物，是人類(lèi)利用地下空間的一種形式。隧道可分為交通隧道，水工隧道，市政隧道，礦山隧道。下文研究了高速公路隧道通風(fēng)照明的節能環(huán)�？刂品桨�。
摘要：結合我國公路隧道通風(fēng)照明技術(shù)的要求，以先進(jìn)的控制和優(yōu)化理論為基礎，對公路隧道通風(fēng)照明技術(shù)及動(dòng)態(tài)控制策略進(jìn)行深入研究，建立隧道通風(fēng)照明節能綜合系統，并提出一些行之有效的節能環(huán)保措施。
關(guān)鍵詞：公路隧道;通風(fēng);照明;節能
0 引言
高速公路隧道的交通安全與節能環(huán)保問(wèn)題是現今我國公路隧道運營(yíng)管理中的一項重要內容，如何在確保行車(chē)安全的前提下，提高隧道運營(yíng)效率、降低能源消耗，成為隧道科研設計、建設和運營(yíng)單位急需解決的問(wèn)題。公路隧道運營(yíng)過(guò)程中能耗巨大，其中包括隧道通風(fēng)系統和照明系統。本文充分考慮山西省的實(shí)際情況，談?wù)劰匪淼劳L(fēng)照明節能環(huán)保綜合控制技術(shù)，并建立隧道通風(fēng)照明系統控制方案。
1 隧道通風(fēng)節能環(huán)�？刂品桨�
1.1系統概述
隧道內汽車(chē)排放的廢氣使得行駛時(shí)帶起路面上的煙氣和粉塵不易擴散，對人體非常有害，也影響行車(chē)安全，因此隧道內保持良好的空氣通風(fēng)是行車(chē)安全的必要條件。隧道的通風(fēng)監控分三個(gè)層次，上層是中央計算機系統(本地控制中心)，中間是由各區域控制器組成的控制層，下層是風(fēng)機和各種檢測設備(風(fēng)速風(fēng)向檢測器、車(chē)輛檢測器、能見(jiàn)度檢測器、CO濃度檢測器、亮度檢測器等)。
圖1 隧道通風(fēng)監控系統
1.2系統構成
本系統由監控分中心工作站、隧管所管理計算機、隧道本地控制器、通風(fēng)控制柜、隧道內風(fēng)機軟啟動(dòng)器、CO /VI檢測器、連接電纜、電源電纜等組成。CO /VI檢測器設在隧道內，由本地控制器 采集數據，監控系統將 檢測數據與標準值進(jìn)行比較，并通過(guò)隧道本地控制器和風(fēng)機電子軟啟動(dòng)器控制風(fēng)機的啟停。
通風(fēng)控制子系統采用在隧道變電站集中控制的方式，現場(chǎng)所有隧道內設置的風(fēng)機軟啟動(dòng)器通過(guò)現場(chǎng)設備網(wǎng)絡(luò )連在一起，然后接入到隧管所及值班室的本地控制器(PLC 設備)，對風(fēng)機的控制是通過(guò)變電站的 PLC完成的。監控系統在隧管所及值班室設有監控管理計算機、本地控制器，在隧道內布設本地控制器設備，并與風(fēng)機相應控制設備相連，以保證對風(fēng)機的遙控。
監控系統自動(dòng)控制風(fēng)機是將一個(gè)斷面上的兩臺風(fēng)機同時(shí)進(jìn)行控制，由通風(fēng)系統返回每組風(fēng)機的狀態(tài)信號，即風(fēng)機的正轉、反轉、停止、故障等信號，輸入輸出之間應該有相應的電磁隔離措施。
1.3智能拓展
長(cháng)大隧道的隧道通風(fēng)控制系統，考慮到其大滯后、強非線(xiàn)性等特點(diǎn)，需要尋找優(yōu)化的控制方案，以最小的控制動(dòng)作高效的完成控制目標，實(shí)現節能目的。智能控制以具有高度非線(xiàn)性和不確定性的系統為研究對象，主要用來(lái)解決傳統控制方法難以解決的復雜系統的控制問(wèn)題。對于中長(cháng)隧道的通風(fēng)控制，一方面可以從改善控制對象的建模方法入手，采用具有優(yōu)秀自學(xué)習能力的模型辨識方法，以提高控制器輸出的有效性。另一方面可以采用新型的控制結構和先進(jìn)的優(yōu)化控制算法來(lái)提高控制品質(zhì)。
隧道的通風(fēng)系統是一個(gè)復雜的、多變量、非線(xiàn)性系統，建立精確、合適的動(dòng)態(tài)模型是對其進(jìn)行性能分析、控制及優(yōu)化研究的重要前提和基礎。近年來(lái)，許多新型的建模方法和建模工具被提出，基于現場(chǎng)數據的神經(jīng)網(wǎng)路建模方法就是其中之一。隧道監控系統中存儲著(zhù)大量的實(shí)時(shí)數據，這些數據反映了系統最真實(shí)的信息，可以利用這些數據對其進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建模。建模過(guò)程如圖所示：
圖2 隧道通風(fēng)系統神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建模過(guò)程
2 隧道通風(fēng)節能環(huán)保措施
2.1在進(jìn)行通風(fēng)方案設計中，考慮采用靜電除塵器，濾煙除塵，以取消或減少豎(斜)井，降低土建、設備費用和運營(yíng)費用。靜電除塵器在日本、挪威等公路隧道中已有成熟應用。保持隧道內環(huán)境指標在標準范圍內。隧道內 CO 正常運營(yíng)時(shí)允許濃度：CO濃度<250ppm，交通阻滯(隧道內各車(chē)道均以怠速行駛，平均車(chē)速為 10Km/h)時(shí)可為 300ppm，經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò) 20min;隧道內煙霧允許濃度為 7.0×10-3(m-1) ;隧道內風(fēng)速正常運營(yíng)時(shí)推薦為 10m/s。
2.2隧道風(fēng)機應具有運行時(shí)間統計功能;因風(fēng)機起動(dòng)瞬間沖擊電流很大，故各臺風(fēng)機的啟動(dòng)應有短暫的延時(shí)，以減少對變電站供電的沖擊。風(fēng)機啟動(dòng)后不能馬上停止，需要運行穩定后再停止。風(fēng)機在運行中如果需要反轉必須先停止后再啟動(dòng)反轉;風(fēng)機的啟閉次數不應過(guò)頻，防止風(fēng)機出現振蕩現象。
2.3在啟動(dòng)風(fēng)機和停止一個(gè)當前工作的風(fēng)機之前，下列因素需要考慮：①為了在風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)防止浪涌功率，控制算法中引入滯后函數;②不能同時(shí)啟動(dòng)/停止超過(guò)兩個(gè)以上的風(fēng)機;③風(fēng)機啟動(dòng)命令發(fā)出之后，風(fēng)機的反饋狀態(tài)也將被加以檢查.當風(fēng)機的反饋狀態(tài)被確認，風(fēng)機的啟動(dòng)完成。如果風(fēng)機的反饋狀態(tài)不能被確認，認為風(fēng)機控制命令失敗。風(fēng)機命令失敗警告功能也將在控制器工作站開(kāi)始，并且被登錄到警報打印機。
3 隧道照明節能環(huán)�？刂品桨�
3.1系統構成
隧道照明控制系統由監控分中心控制工作站、隧道管理所及值班室控制工作站、隧道管理所及值班室本地控制器、箱式變電站內本地控制器、光強檢測器、照明控制柜、隧道內燈具、連接電纜等組成。監控分中心計算機、隧道本地控制器都可進(jìn)行照明控制，在隧道至隧道管理所及值班室的通信出現故障時(shí)，可直接在本地控制器上操作，以保證隧道正常運營(yíng)。
照明系統設計將在隧道變電站設照明控制柜等設備，能完成本地的人工控制，并且預留監控裝置遙控、遙信的條件，提供控制通信接口，監控系統在隧道管理所及值班室設有工作站、本地控制器等設備。
照明系統應具有洞內燈泡亮度不足的報警功能，即能夠通過(guò)洞內光強儀采集數據與設定值比較后提示維護部門(mén)更換燈具。對于中長(cháng)隧道可設置光強檢測器，分別安裝在左右線(xiàn)隧道進(jìn)口外的門(mén)架上，檢測器鏡頭朝向洞口安裝，模擬司乘人員的視角，檢測洞口外亮度值，光強檢測器的輸出通過(guò) PLC 的模擬量輸入通道進(jìn)行數據采集，通過(guò)以太網(wǎng)(EtherNetIP)連接及軟件的IOServer與計算機通訊，采集工作狀態(tài)，并上傳到中心控制系統，由中心控制系統根據光強控制參數進(jìn)行隧道照明控制，達到對隧道的實(shí)時(shí)監視。
通常，車(chē)行橫洞內的照明燈處于熄滅狀態(tài)，以便節約能源。當發(fā)生火災或者檢修隧道時(shí)，可由隧道管理站遠程控制開(kāi)啟或者本地手動(dòng)開(kāi)啟。其與車(chē)行橫洞卷簾門(mén)處于互聯(lián)狀態(tài)，狀態(tài)信息和控制命令經(jīng)本地控制器傳至隧道管理站。
3.2控制算法
隧道照明最根本目的是滿(mǎn)足司機視覺(jué)要求。隧道照明節能控制主要包含兩方面：最優(yōu)化計算照明需求;實(shí)時(shí)精確的輸出照明控制。影響照明控制的輸入因素復雜，主要有：交通量、洞外亮度、時(shí)間因素、外部事件等。交通量越大，照明需求越大;洞外亮度越大，造成洞內洞外亮度比越大，照明需求越大。外部事件主要包含交通事故、隧道維護、人工外部指令等。
照明節能控制算法具有靈活健壯的結構，不同的應用情況調用不同的算法構件，每個(gè)算法構件都有自己獨立響應及觸發(fā)條件。
表1 照明控制算法結構表
序號 構件 功能及響應條件 優(yōu)先級 備注
1 手動(dòng)控制 手動(dòng)功能 3 最高
2 事件響應 事故等緊急照明預案輸出 2
3 自動(dòng)控制 依據洞外照度及交通量等 1
4 時(shí)序控制 傳感器信號故障 0
一般地，手動(dòng)控制方式主要用于公路等級低、隧道長(cháng)度短的隧道，由人工開(kāi)關(guān)不同的照明回路。時(shí)序控制方式采用時(shí)序控制器控制隧道照明的各個(gè)回路，多見(jiàn)于照明回路較少的短隧道。自動(dòng)控制方式是利用光照度計分別采集隧道內外的亮度參數，由計算機系統或照明控制器自動(dòng)控制各個(gè)照明回路的開(kāi)關(guān)。
4 隧道照明安全節能措施
目前大多數隧道均考慮了照明系統的設計，多采用傳統照明方式，偏于保守。迫于運營(yíng)和維護成本過(guò)高，不少隧道僅開(kāi)啟其中的1/2到1/4左右的燈具，造成隧道內光線(xiàn)較暗、亮暗交錯不均勻，使行車(chē)者的視覺(jué)極不舒服。另外，一些隧道通過(guò)改變布燈方式、實(shí)行集中調光控制等方法，雖有一定的節能效果，但在實(shí)際運行中還是存在著(zhù)電能的浪費、新技術(shù)應用率較低等問(wèn)題。主要表現在照明燈具能耗高、控制方式智能化水平低、忽視照明顯色性與照度之間的關(guān)系、未定量考慮隧道照明的全壽命周期成本[1]等方面。
4.1隧道照明光源的選擇
照明光源一般分為白熾燈、氣體放電燈和其他電光源三大類(lèi)。目前較為環(huán)保的照明光源主要有高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高壓汞燈、電磁感應燈和LED燈等。LED燈作為一種新型的半導體光源，是公認的當今最具發(fā)展潛力的節能環(huán)保技術(shù)，具有響應快速、高光效、高顯色性、結構牢固、不怕震動(dòng)、工作電壓低、電流小、方向性好、運行成本低等優(yōu)點(diǎn)。尤其是其使用壽命可以長(cháng)達十萬(wàn)小時(shí)，傳統的光源在這方面無(wú)法與之相比，因此，在一些維護和換燈困難的場(chǎng)合，使用LED作為光源，可大大降低人工費用。
4.2新能源供電方式的使用
若隧道無(wú)常規供配電電網(wǎng)系統，特別是偏遠山區的短隧道，可采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行供電，這樣也可大大節約常規供配電電網(wǎng)建設費用。采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統作隧道交通安全誘導系統的供電來(lái)源，其輸電投資成本主要包括太陽(yáng)能電池組、儲能裝置(蓄電池組)、直流—交流逆變器、控制裝置、連接裝置和輸電隧道誘導設施等的購置與安裝費用。風(fēng)力發(fā)電作為一種環(huán)保、經(jīng)濟且可持續發(fā)展的新能源生產(chǎn)方式，應用前景十分廣闊，對其合理利用也可給隧道供電。若將兩者結合起來(lái)，使隧道的照明采用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電互補離網(wǎng)供電系統，不僅節省電能，還可相對提高照明燈的使用壽命。
5 結束語(yǔ)
安全、環(huán)保、經(jīng)濟、節能是當前公路建設追求的目標，在公路隧道運營(yíng)管理中尤顯突出。近年來(lái)，在計算機和人工智能等技術(shù)的推動(dòng)下，各種新穎智能優(yōu)化策略被相繼提出，為解決復雜問(wèn)題提供了新的思路和手段。將先進(jìn)的智能控制方法與快速、穩定且有效的優(yōu)化技術(shù)相結合已經(jīng)成為智能控制系統的一個(gè)重要發(fā)展方向。
參考文獻：
[1]趙忠杰.公路隧道機電工程[M].北京:人民交通出版社,2007
[2]劉木清,周小麗.照明自動(dòng)控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008
【淺析高速公路隧道通風(fēng)照明節能環(huán)�？刂啤肯嚓P(guān)文章：
雁門(mén)關(guān)公路隧道防火救災通風(fēng)控制研究03-07
淺談城市路燈照明的節能03-12
淺析隧道治水和融冰03-05
公路隧道施工技術(shù)淺析03-06
淺析環(huán)保節能建筑CL結構體系施工技術(shù)12-20
對大中型商業(yè)建筑照明的淺析03-19