隧道入口段反射式阳光照明系统研究

摘要

随着经济的快速发展，我国公路隧道里程数逐年上涨。隧道为半封闭式结构，需设置全天候照明保证行车安全。在隧道洞口处，由于洞内外亮度差极大，极易形成“黑洞”与“白洞”效应，影响交通安全，因此除了隧道的基本照明外，还需要分别在入口段与出口段额外设置加强照明。据估算，入口段的加强照明能耗占了隧道照明总能耗的 40%，在隧道照明节能中占有举足轻重的位置。但入口段也是离洞外亮环境最近的区段，若能利用洞外太阳光实现入口段照明，可有效降低照明耗能，同时方便实现洞内亮度自适应变化。 要实现隧道入口段阳光照明，就必须解决光能利用率、系统成本、阳光跟踪等几大关键问题，因此课题组提出了一种基于阳光定向器的直接反射式阳光照明方案，论文研究主要围绕方案的系统设计、结构设计、配光设计以及阳光定向器样机实验进行，具体完成了如下工作： ① 通过对现有阳光照明系统的优缺点进行分析，结合隧道照明的特点，全面分析对比了几种阳光照明系统，提出了基于向上反射式阳光定向器的直接反射式阳光照明方案； ② 根据阳光定向器的基本原理，对其系统结构进行初步设计、确定了关键的结构参数，并对其旋转结构进行了应力分析，进行了实验样机的制作加工； ③ 针对某实际工程隧道开展了配光设计，通过软件进行了基于阳光定向器的直接反射式阳光照明系统建模，对隧道入口段路面照度进行了仿真计算，并根据入口段路面平均照度的国家规范标准，确定了照明所需阳光定向器的数量； ④ 利用重庆交通科研设计研究院的实验隧道，对阳光定向器样机进行了定性实验，初步证实了系统总体方案的可行性，并发现了需要进一步改进的不足之处。

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