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論文導(dǎo)讀:：在對(duì)隧道照明方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)，大多數(shù)只關(guān)注初期的投入，而忽視了后期的運(yùn)營(yíng)電費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用。因此，在進(jìn)行燈具布置設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算各種照明方式的初次設(shè)備投資費(fèi)、壽命期內(nèi)用電費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)的全壽命周期成本進(jìn)行計(jì)算，有利于選擇更為經(jīng)濟(jì)的方案。
論文關(guān)鍵詞：隧道照明，全壽命周期，成本，經(jīng)濟(jì)，分析

　　隧道照明作為公路隧道運(yùn)營(yíng)必不可缺的基本設(shè)施，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用相當(dāng)昂貴，已成為公路隧道運(yùn)營(yíng)中的一筆沉重負(fù)擔(dān)。同時(shí)，隧道照明系統(tǒng)的安全性和節(jié)能性存在著此消彼長(zhǎng)的矛盾，隧道照明質(zhì)量是通過隧道照明燈具以合理的布置方式，不同的亮度組合達(dá)到舒適、適應(yīng)和經(jīng)濟(jì)配光，而對(duì)隧道照明布置方式進(jìn)行全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析就具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　1隧道照明計(jì)算的發(fā)展
　　對(duì)照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法有實(shí)測(cè)法和數(shù)值分析法。實(shí)測(cè)法是采用照度計(jì)和亮度計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)照明質(zhì)量數(shù)據(jù)（主要為照度和亮度），因測(cè)試基準(zhǔn)的一致性較難達(dá)到，故主要用于工程后評(píng)估及維護(hù)之用；對(duì)于前期則基于數(shù)值分析法。
　　CIE （國(guó)際照明委員會(huì)）從1982 年起提出了道路照明應(yīng)采用逐點(diǎn)精確法計(jì)算（，并在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了一套數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)則，據(jù)此開發(fā)了道路照明軟件推薦給各國(guó)。1990年CIE提出了隧道照明分析要考慮隧道壁面反射對(duì)照明影響，隧道照明數(shù)值分析涉及壁面三維問題。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1992 年規(guī)定了壁面模型來(lái)模擬隧道管狀空間照明。
　　2布燈方式數(shù)值計(jì)算
　　在進(jìn)行隧道布燈計(jì)算時(shí)，都應(yīng)該先假定燈具的布置間距。而燈具的布置間距主要受光閃爍限制和亮度要求的約束。因此，可以建立一個(gè)以所需光通量最小為目標(biāo)函數(shù)成本，光閃爍限制和亮度要求為約束條件的規(guī)劃模型，用來(lái)初步確定布燈間距，模型如下：
　　（2.1）
　　（2.2）
　　（2.3）
　　（2.4）
　　式中：— 隧道內(nèi)需要的總的光通量（lm）；
　　—光源光通量（lm）；
　　L—需要安裝燈具的隧道長(zhǎng)度（m）；
　　V—車輛在隧道內(nèi)的行使速度（km/h）；
　　N—燈具布置系數(shù)，對(duì)稱布置時(shí)取2，交錯(cuò)及中線布置時(shí)取1；
　　η—利用系數(shù)，由燈具的利用系數(shù)曲線圖查�。�
　　M—燈具的養(yǎng)護(hù)系數(shù)，無(wú)資料時(shí)可取0.6～0.7；
　　W—隧道路面寬度（m）；
　　S —燈具間距（m）；
　　—給定的車速和交通量的條件下所需要的照度(lx)。
　　這是一個(gè)非線性規(guī)劃模型，通過數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB中的優(yōu)化工具箱可以很容易求得最優(yōu)解。通過該模型求出所需的光源光通量和初步布燈間距S后，再根據(jù)相應(yīng)光源的光通量選擇光源功率。
　　3布燈方案經(jīng)濟(jì)性分析
　　研究照明系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，是為了在相同的照明效果條件下能盡量減少每單位照度的照明費(fèi)用；構(gòu)成每年照明費(fèi)用的不單純?yōu)橛秒娰M(fèi)用的多少，還包括設(shè)備費(fèi)、施工費(fèi)和維護(hù)費(fèi)等論文下載。
　　3.1照明經(jīng)濟(jì)計(jì)算
　　照明經(jīng)濟(jì)計(jì)算主要是計(jì)算各個(gè)照明方式的初次設(shè)備投資費(fèi)、壽命期內(nèi)用電費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。
　　3.1.1光源的經(jīng)濟(jì)性
　　計(jì)算光源的經(jīng)濟(jì)性的比較單位取為C（元/流明小時(shí)），即光源在額定壽命（經(jīng)濟(jì)壽命，以下相同）期內(nèi)，每單位時(shí)間和單位光通量所需要的照明費(fèi)用。C的計(jì)算公式如下：
　　（3.1）
　　式中，為光源單價(jià)（元/只）；為光源光通量（lm）；為光源壽命（h）；為光源壽命期內(nèi)消耗的電費(fèi)（人民幣：元）。的計(jì)算公式為：
　　（3.2）
　　式中，為光源輸入功率（W）；為鎮(zhèn)流器或變壓器損失功率（W）；為電費(fèi)單價(jià)（元/千瓦小時(shí)）。
　　3.1.2燈具的經(jīng)濟(jì)性
　　影響燈具經(jīng)濟(jì)性因素包含使用照明燈具的數(shù)量、燈具的單價(jià)、燈具裝配線的單價(jià)、折舊年數(shù)、燈具清掃費(fèi)單價(jià)、燈具所耗電費(fèi)等，全面考慮上述因素，燈具產(chǎn)生單位光通量每月所需的照明費(fèi)用C為：
　　（3.3）
　　式中，為燈具的折舊費(fèi)、燈具所耗電費(fèi)、光源價(jià)格費(fèi)（元/月）；為平均每清掃一次所需費(fèi)用；為清掃周期（月）；為光源初始光通量（lm）；為由于污染燈具輸出光通量減光的比例。
　　由式3.3可知，和是一對(duì)矛盾，在燈具壽命期內(nèi)，我們要求得到盡量多的光通量而花最少的費(fèi)用。
　　
　　圖3.1 清掃周期與光輸出的關(guān)系
　　 （3.4）
　　圖3.1為燈具清掃周期與光輸出的關(guān)系，可以看出，增加清掃次數(shù)即可增加光通量的輸出，但也增加費(fèi)用。分析可得
　　（3.5）
　　式中，光通量下降比例可實(shí)測(cè)得出或查表，它與使用地周圍環(huán)境條件和燈具形式有關(guān)，對(duì)一般近似計(jì)算，可�。洪_啟式燈具=0.024成本，密封式照明=0.020。
　　式3.5表明，若清掃人工費(fèi)用很低，并且與每月所需的照明費(fèi)相差很多時(shí)，則清掃周期可短些；反之，清掃周期則應(yīng)長(zhǎng)些。污染嚴(yán)重時(shí)值大些，清掃周期也應(yīng)短些。
　　3.2照明方案的經(jīng)濟(jì)比較
　　照明經(jīng)濟(jì)比較分析應(yīng)包括照明設(shè)備投資、電力費(fèi)和維護(hù)運(yùn)行費(fèi)，以下就幾個(gè)主要因素的計(jì)算方法做一些詳述。進(jìn)行照明經(jīng)濟(jì)比較分析時(shí)，由于不同照明方案的照度值不盡相同，因此必須采用單位照度的年照明費(fèi)用來(lái)進(jìn)行比較。單位照度的年照明費(fèi)用為
　　（3.6）
　　式中：為單位照度年照明費(fèi)，F(xiàn)為年固定費(fèi)，M為年維護(hù)費(fèi)，P為年電力費(fèi)，為平均照度（指室內(nèi)平均水平照度或路面上的平均水平照度）。
　　3.2.1年固定費(fèi)F
　　一般情況下，取照明設(shè)備初投資的一定比例K作為固定費(fèi)用，這些費(fèi)用需計(jì)算到年投資費(fèi)用中去，并按預(yù)沒年份逐年回收，即為以后的設(shè)備更新費(fèi)用。系數(shù)K也稱為年折舊系數(shù)，它隨折舊年數(shù)不同而變化，可根據(jù)照明設(shè)備的耐用性選取K值（見圖3.2）。
　　 　　
　　圖3.2 折舊系數(shù)K與折舊年數(shù)的關(guān)系
　　年固定費(fèi)用即為
　　（3.7）
　　式中，為燈具價(jià)格；為鎮(zhèn)流器或變壓器及觸發(fā)器等價(jià)格；為配線安裝施工費(fèi)。對(duì)道路照明而言，包括燈桿、電纜配線等很大部分，往往比燈具費(fèi)用還大。
　　3.2.2年維護(hù)費(fèi)M
　　年維護(hù)費(fèi)包括更換光源時(shí)的人工費(fèi)和光源本身的價(jià)格，還包括清掃燈具所消耗的清潔劑等材料及人工費(fèi)用，表示為
　　（3.8）
　　式中，E為年更換光源費(fèi)用，D為年清掃費(fèi)用。而
　　 （3.9）
　　式中，為光源單價(jià)（元／只）；a為平均每更換一支光源的人工費(fèi)用（元）；為一年內(nèi)更換光源的次數(shù)；n為每個(gè)燈具內(nèi)的光源數(shù)；N為整個(gè)設(shè)施內(nèi)燈具的數(shù)量；為每年點(diǎn)燈的時(shí)間（h）；T為光源壽命（經(jīng)濟(jì)壽命）。
　　在式（3.8）中，D為
　　（3.10）
　　式中，b為每個(gè)燈具的平均清掃人工費(fèi)（元）；d為每個(gè)燈具清掃時(shí)所需的材料費(fèi)（元）；為年清掃次數(shù)(即為12/t)。
　　3.2.3年電力費(fèi)P
　　（3.11）
　　式中成本，為電力費(fèi)單價(jià)（元/千瓦小時(shí)）。
　　根據(jù)上述各項(xiàng)費(fèi)用，可綜合為年運(yùn)行費(fèi)R和設(shè)備初次投資費(fèi)I，即
　　（3.12）
　　（3.13）
　　3.3實(shí)例分析
　　某高速公路隧道左線長(zhǎng)910m，右線長(zhǎng)902m，行車道寬度為3.75×3+3.5m，行車道限高5.0m。隧道內(nèi)裝飾邊墻采用鑲貼淺色瓷磚，拱部采用噴涂防火涂料。
　　隧道照明選擇熒光燈方案和LED方案進(jìn)行對(duì)比。熒光燈方案加強(qiáng)段照明光源采用熒光燈和高壓鈉燈組合的方式，基本段光源采用熒光燈；LED方案中加強(qiáng)段照明光源采用LED燈和高壓鈉燈組合的方式，基本段照明光源采用LED燈。對(duì)兩種方案的基本段進(jìn)行全壽命周期的費(fèi)用估算論文下載。在計(jì)算中，左、右洞基本段的長(zhǎng)度均按500m計(jì)算，則整個(gè)隧道的基本段按1000m計(jì)算。具體計(jì)算見表。
　　照明方案全壽命周期成本估算對(duì)比表
　　

從表中看出，熒光燈照明方案全的壽命期照明系統(tǒng)費(fèi)用比LED照明方案高48%，全壽命期照明系統(tǒng)單位照度的照明費(fèi)用高37%。因此，可認(rèn)為，在達(dá)到規(guī)范要求的照度和保證隧道安全運(yùn)營(yíng)的前提下，LED照明方案的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于熒光燈照明方案。
　　4照明經(jīng)濟(jì)措施
　　通過前面的分析，照明系統(tǒng)的費(fèi)用構(gòu)成主要由固定費(fèi)用F、維護(hù)費(fèi)用M和能源費(fèi)用P組成。如果細(xì)分各部分費(fèi)用的構(gòu)成，可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段減少照明系統(tǒng)費(fèi)用的辦法。
　　減少固定費(fèi)用F的辦法
　　采用高效光源和燈具，提高安裝間距，從而減少燈具數(shù)量，節(jié)約相關(guān)設(shè)施投資費(fèi)用，也就是采用性價(jià)比高的照明設(shè)備。
　　減少維護(hù)費(fèi)用M的辦法
　　1）提高燈具間距，減少燈具數(shù)量，從而減少維護(hù)次數(shù)；
　　2）采用長(zhǎng)壽命、低失效率的光源和電器配件，減少維護(hù)次數(shù)；
　　3）采用高防塵、防水燈具和性能穩(wěn)定材料的燈具，減少維護(hù)次數(shù)；
　　4）采用易維護(hù)燈具，降低單次維護(hù)的成本。
　　減少能源費(fèi)用P的辦法
　　1）采用高效節(jié)能的照明系統(tǒng)，如高放光源和燈具；
　　2）采用光衰減小的光源、維護(hù)系數(shù)高的燈具（IP等級(jí)高，透光罩性能穩(wěn)定）；
　　3）采用調(diào)光等控制方式成本，在合適時(shí)間段降低能源消耗；
　　4）減少不必要的點(diǎn)燈時(shí)間（如采用穩(wěn)定科學(xué)的控制系統(tǒng)）。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　人工照明是現(xiàn)代社會(huì)文明的象征，照明事業(yè)的發(fā)展是衡量社會(huì)現(xiàn)代化程度高低的重要標(biāo)志，而照明質(zhì)量和燈具材料的水準(zhǔn)更是反映一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要依據(jù)。隨著近代照明技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能照明產(chǎn)品的開發(fā)，照明節(jié)能有著很大的空間。除了節(jié)能以外，通過合理的照明設(shè)計(jì)，采用合適的照明產(chǎn)品，可以降低初始投資費(fèi)用和日常維護(hù)費(fèi)用，從而也可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性照明的目的。
　　從設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)看，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而不盲目求亮求裝飾，真正有效地從滿足視覺要求出發(fā)，也是非常重要的經(jīng)濟(jì)措施。
　　劉宏強(qiáng)，男，1976年05月生，長(zhǎng)沙理工大學(xué)本科，交通土建專業(yè)，現(xiàn)在洛陽(yáng)市公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院從事公路設(shè)計(jì)。

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