新型高效隧道太阳光投射照明系统研究

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jw_wanghaibing
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中国基建工程的建设速度一直在国内外享有盛誉,隧道作为基建工程里不可缺少的一部分,其每年增长里程数和个数也都不断攀升。然而,与之同样增长的是隧道的照明能耗及运维费用。目前绝大部分隧道仅仅使用电光照明,虽然其技术不断创新,能耗更低,但考虑到隧道需要全天候不间断开启照明灯具的特殊条件,隧道一年的运营成本是相当庞大的。“交通强国”的战略目标不仅仅要体现在交通设施的数量上,还要体现在使用于交通设施的技术上。因此需要在隧道照明方面进行节能减排的创新,解决日益增长的隧道数量与庞大的运维费用之间的矛盾。直接利用太阳光并将其传送至需要照明的地方是近几年照明行业发展的新方向。将该种照明方式使用于隧道能充分利用太阳光清洁无污染、能耗低、与外界环境同步变化的优势。在此基础上课题组提出了“菲涅尔透镜+抛物面反射镜”的新型投射照明系统的理念,即利用大尺寸菲涅尔透镜聚光,再将汇聚的光利用抛物面反射镜投射到隧道内部。根据该系统构想的提出进行了完整的研发流程并完成以下工作内容。(1)分析国内外直接照明系统的应用现状及优劣势,在光导管照明和光纤照明已经成熟,很难再有创新的基础上,对研究较少的反射照明系统进行组合方案构想。通过几何光学验证“菲涅尔透镜+抛物面反射镜”实现原理的可行性,最终确定了投射照明系统的结构方案。(2)鉴于本投射照明系统需要高精度的太阳光跟踪装置,自主研发了一款深度光筒传感器并根据结构确定跟踪控制算法。(3)利用TracePro软件改变系统布置时的参数条件,分别进行向上投射方案和向下投射方案的单套仿真模拟,光能利用率高达70%以上。再根据依托工程地的光能需求确定需要十套系统并进行不同组合方案模拟,最终确定的两种方案模拟的路面照度均大于设计要求的315 lx,保证隧道的行车安全。(4)样机完成后,分别进行室内/外平行光源,室外太阳光源以及依托工程的投射照明效果测试。测试时光能利用率达60%以上,是同类型反射照明系统一倍以上,达到了预期效果。此外发现系统的不足之处并提出改进意见。(5)基于依托工程进行采用本系统和采用电光照明系统的经济效益对比分析,年节能率是电光照明系统的62.5%,验证了本系统在隧道极大的节能效益,为系统在实际应用中提供了参考依据。
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