• 周健:公路隧道设计新标准与节能减排技术
    2015-04-30 09:40:35   来源:Tranbbs.com    评论:0 点击:

    招商局重庆交通科研设计院有限公司副院长 周健:大家好,我是来自招商局重庆交通科研设计院有限公司的周健。我今天在这里跟大家分享公路隧道设计新标准与节能减排技术,这个新标准是2014年8月1日交通部新颁布的公路隧道交通工程规范,设计了一些机电的相关规范标准。

    这是来自亚洲开发银行的数据,大家可以看到,在2000年以前,我们交通的能耗是排在工业以后,在2000年以后,我们的交通能耗就远远超过了工业,并且它的发展趋势更快,这也是我们认为交通能耗是我们未来社会能耗的主要方面。

    交通能耗刚才刘主任也介绍了,我们可能有汽车、轮船的燃油消耗,我今天在这里介绍的主要是我们道路交通建设节能减排方面的技术。道路交通这一块儿最大的能耗是集中在公路隧道,而我们中国的公路隧道这些年发展非常快,我国公路隧道为11369处,达到了9600多公里,我们所有的设备能耗每天以平均八小时开启,如果每度电是八毛钱,这样中国大陆全国的公路隧道设备的总符合就达到了3000兆瓦,而每个月的电费也达到了70亿元。公路隧道里面的系统符合分布主要是通风系统、照明系统和其他机电系统,通风系统占75%,照明系统占20%,其他机电系统占5%。我们未来随着交通流量上去,通风能耗也是我们整个公路能耗里面最大的一个方面。

    下面我们看看公路隧道的照明现在存在一些什么问题呢?大家看看,一个就是设计规模庞大,右边的隧道两车道的隧道的设计规模顶排布灯达到了五排,还有就是我们照明的控制非常的不科学,晚上该关灯的时候不关,白天该开灯的时候不开。还有我们早期的公路隧道建设片面的追求美学效果,认为的增加一些装饰,增加洞口的环境亮度,增加了亮度效果以后,也要求我们照明工程必须要加强洞口入口的亮度,所以也增加了能耗。那么我们目前比较普遍存在一个问题,设计的时候设计规模过大,营运的时候很多灯都开着,非常的不合理。

    还有我们的通风现在系统规模也是偏大,利用率往往很低,因为我们的早期交通量是非常小的,这个是三车道的隧道,我们大家也看到左边的这个图片布了四台冯机,这个风机是37千瓦的1120的设备风机,右边也是一个风机。公路隧道的通风已经存在建设的时候根据我们的设计规范和技术标准已经存在建设规模非常大,而运营期的时候这个是两个隧道的样本,能见度是比较低的,这对我们的行程安全是有较大的影响,依然是建了那么多的风机,但是我们在运营的过程中,大家也没有开启,这个主要还是因为开启的不科学不合理。基于这一点,我们公路隧道交通设计规范和通风照明的设计规范,我们在这次修订之前分别是1999版和2014版,我今天主要介绍这两种规范里面主要针对通风照明节能性的标准修订和增补的内容。

    我们主要有隧道照明指标、调控模式和节能标准,部分调整是隧道照明设置条件和方法,我们还增加了隧道早名分期实施和短隧道照明的具体设计指标。照明标准里面,首先我们在隧道照明设置条件进行了改变,旧的规范里面,我们隧道的长度是大于100米的隧道,我们就规定要设置隧道照明,在新规范里面我们引入了光学长隧道的概念,进行了分类实施,我们在100米到500米之间的隧道我们要通过光学长隧道公式判断它,如果是光学长隧道我们就设置照明,如果是非光学长隧道我们就不设置照明,这样的话我们国内很多的短隧道就不需要设置照明了,这样既保证了我们安全,也节约了造价,节约了后期营运能耗的消耗。

    第二个是调整了入口段照明要求,入口段我们有两段,第二段亮度标准是第一段的二分之一,这样我们入口段的能耗也下降了30%左右。另外我们还调整的出口短的照明设置要求,现在隧道的出口段照明也分成两段,第一段分成基本照明的三倍,第二段是基本照明的五倍,以前的老规范里面,我们的出口短全部是基本照明的五倍,这个亮度的指标也进行了降低。

    第三个方面我就不讲了。

    第四个方面是调整了过度短照明的亮度计算系数,过度段是入口段0.3的系数,现在下降到了0.1,这样对我们照明的适应性也可以满足视觉的变化。

    第五个方面是调整了中间段基本照明的亮度,这张表可以看出以百公里设计时速为例,我们原来规定是9.0坎德拉,现在调整到了6.5坎德拉,平均下降幅度是25%。另外我们隧道照明的节能措施也增加了相应的标准,这个主要是引入了我们中间视觉的理论,主要是对我们高显示性,比如说LED灯和无极灯的广源,在隧道照明的时候可能需要更低的亮度就可以满足低显示性照明的同等光效,所以我们LED灯和无极灯分别降低了50%和80%。以上是照明标准的调整情况。

    而通风这里我也介绍一下我们对节能这一块儿的修改内容,一个是通风标准、方式和设计参数,另外我们补充完善了通风规划与调查、和隧道火灾放排烟的设计参数。在通风设计参数上是我们这次规范调整最大的一个,也是对我们隧道的出风量和通风规模最大的标准。在旧规范里面,我们的基准点是1995年,CO排放量是0.01,而新规范里面是下降到了0.007,有害气体烟尘是从2.5下降到了2.0。

    另外我们调整了隧道的换气的频率和风速,旧规范的每小时换气五次,下降为每小时换气三次。此外我们还规定了全射流通风方式适应隧道长度,全射流通风相对横向通风和竖向通风是经济性最高的,能耗也是最低的。我们规定采用纵向通风方式时,单向交通长度小于5000米和双向交通长度小于3000米的隧道都可以采用全射流纵向通风。

    以上是我们的新的设计标准,在通风照明对我们节能性影响的一些主要设计指标。下面我跟大家共同探讨一些照明节能方面的新技术和发展,这些技术有的相对成熟,有的还是发展的阶段。

    在照明新设备这一块儿,我认为高性能的LED灯具,以及电磁感应应、电子镇流器和装饰面发光涂料都已经出现,还有智能化新型无极调光技术,这五个方面是我们以后要进一步研究,并且有一定的发展愿景和一定可行性的。

        LED灯具在这几年在中国大陆发展的非常好,但是良莠不齐,不同厂家生产的灯具差异性是非常大的,主要体现在四个方面,分别是封装的形式、驱动的形式、结构的形式、安装的形式,这些方面都影响我们灯具规模化的生产,而这些原因主要还是我们还缺乏灯具的标准化,我认为主要有五个统一和一个模组化解决。就是一个广源的全模组化,还有是我们光源接口统一,控制接口统一,控制协议统一,安装接口统一,模具尺寸统一,这样大家组长起来以后它就是通用的,这个也是我们LED灯具要走向健康发展的一个必经之路。

    下面我想给大家介绍的就是智能调光控制系统软件,目前我们隧道是有一些智能调光控制软件的,但是现在软件还有进一步的提升空间,主要是我们洞外亮度采集子系统,还有交通量预判的子系统,还有车速的预测判定子系统,还有照明控制决策子系统,他们多需要优化,这一块儿的工作是我们未来长期性的一项工作。这个方面我们国内很多科研单位都做了很多的课题,我们也做了一些课题。

    下面我想介绍一下通风的射流风机形式,目前我们传统是直线式的,其实我们还有香蕉形的射流风机,但是目前它还没有被应用,这个是我们香蕉形和传统直线形的对比图,传统的风机是吹到隧道的上部,而我们香蕉形风机吹出来的风是贯穿了隧道的全端面,他们完全是不一样的,这个是两个风机风速的分布度,大家也可以看一下。红色的是速度越高蓝色的速度越低,明显看到香蕉形的风机在整个隧道的区段内的分布风速是更高的,而我们隧道要射流风机要的就是风速,然后形成风量。所以香蕉形射流风机明显是好于传统的直线形射流风机的。这个图是两个风机的对比表。

    这个是我们公路隧道静电的吸尘器,这个在我们国内是很少应用的,但是这个在日本是应用很广泛的。如果我们采用静电吸尘器的话,我们就可以不用原来好的除尘方式了,这样的话它的整个工程造价也会下降20%到30%,而后期的能源就更远远低于我们采用传统的直线形射流风机的方式。

    另外一个我想跟大家介绍一下基于变频技术的公路隧道节能通风控制系统,这个是我们目前的通风风机的规模都是按照最大的出风量来布设,但是很多时候我们都是运行了一半或者是三分之二,风机运转电能效果和通风两大概是三次方的关系,如果我们在一个隧道里面有六台风机,我们只需要开启三台风机的时候,如果是传统的风机,三台风机每一台是30千瓦,我们可能就要开始90千瓦的功耗,如果我们是变频风机的话,那么可能就是只需要70千瓦,但是目前还有一些小的问题需要进一步的优化。

    我们隧道刚才说了很多节能减排主要是从机电设施来解决,但是我们从节能这一块儿空间更大,这个图片是我们当时在做深圳的一个城市隧道,我们是在隧道前面的一些地方开天窗,然后解决的通风和照明。这个后期运营以后,我也去看过,包括和运营单位都交流过,效果是非常明显的。所以节能减排是系统性的,大家要从不同的系统和不同的角度进行创新设计。


    责任编辑:李泳材

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