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1、开拓杯参赛作品 太阳能隧道 隧道环保照明研究摘要：道路建设的高速发展证实着我国经济的崛起，而道路的发展都离不了开山劈路，隧道应运而生。但对于隧道的照明问题，一直都没有任何专家做出更环保的解决。因此，本文对隧道照明存在的若干问题进行了深入思考和研究，最后，摒弃了原来单靠当地发电站来供电，环保的解决了白日隧道的照明问题。本文对环保照明系统进行了实物模型画图、理论分析和相关建议，并对重庆理工大学门口中长隧道作了实例分析。关键字：侧边光灯，顶置光散，实物论证计算Abstract : The rapid development of road construction of our country ec
2、onomy rise abruptly confirmed And road development could not leave split jungle path . so Tunnel emerge as the times require . But for tunnel lighting . it Has not any expert to make a more environmentally friendly solution .Therefore, this article on tunnel lighting problems in-depth thinking and r
3、esearch . Finally, discard the original single by the local power station power and supply Environmental protection solution pipe tunnel lighting In this paper, the environmental illumination system is physical model drawing, theoretical analysis and related suggestions . And the Chongqing Universit
4、y of Technology gate long tunnel as example analysis.Keywords: The side light lamp、 Overhead luminous powder 、Calculation of physical demonstration 一、引言公路隧道是连接两端道路的通道，为了不使整个道路的运输能力降低，保证车辆驾驶员在处于闭合空间的道路里得到良好的安全行驶环境，公路隧道一般应设置人工照明，而在照明的过程中，现状往往都是选择的是二次能源（电能）所提供，怎样避免使用和尽量少用二次能源，是保护环境的重要之研究。据我们实例观察（参考文献1）
5、，在中国南方的大多跨区、跨省的道路上每条交通线路上平均有十个隧道之多，而选择的用电来源均是电能，这无不是给当代恶劣环境浓墨重彩的添上一笔很大的负担，怎样解决这个清洁能源问题，一直未有任何专家进行深入思考和研究。作为大学生团队的我们，贯穿所学有限知识，我们构思着通过光学元件相配合使用（参考文献2 对透镜的实验），将柔和的自然光导入隧道，然后进行散光，这样就实现了光照灯泡，这种光以它优越的光照性能挑战传统隧道灯在隧道照明中的地位。本文主要是通过作图对隧道环保照明的问题进行了剖析，通过实例进行验证本研究的可行性。 二、总设计蓝图2.1、设计框图2.2、设计细明从图一总设计框图可知，本光照系统是一秉着
6、以节约能源、多能源共同利用的理念，来共同完成公路日夜隧道的照明问题。 首先是通过采光部分（由凹面镜和凸透镜综合使用完成）把四面八方的太阳光搜集起来，然后变成直射光，便于利用，最后就是把直射光分成两步走，一部分是用于隧道顶部进行光散；另一部分用于隧道两边进行平面镜错位发光。这样既对隧道进行了白天充足的照明，也为隧道里的景色更添上了环保的衣装。 三、理论分析3.1、采光部分3.1.1 设备组成：凹面镜，凸透镜。3.1.2原理剖析：3.1.2.1. 侧边采光：在隧道两出口两侧找一光照强度较强、且持续时间较长，在此地方放置外截圆半径为r的凹面镜，且调好适当的聚光角度，交叉射向隧道壁另一方的平面镜，且平
7、行于地面。（图二侧边采光）3.1.2.2. 顶置采光：在隧道口外一定距离，通过用支架固定四个相同的侧边采光（只是大小比例要适当小点），将四面八方的光通过顶置采光转变成五组平行光射向隧道。（图三所示）3.1.3.功率计算：采光组的功率P=absp（小P为48.3焦耳每秒/平方厘米）；s=a(0.60.8)凹面镜仰角倾斜修正系数b(0.40.45)光线云层穿透系数凸透镜的透光率在90%以上3.1.4.图形补助分析图二、侧边采光图三、顶置采光3.2、 顶置光散 3.2.1设备组成：平面镜，毛玻璃碎片，新型光散射材料做成的且外形如烧瓶的容器（参考文献3）。 3.1.2原理剖析：将图二所示平行摄入的光通
8、过一优质且转角45的平面镜，此时可把五束光由平行转换成垂直射向地面，再把此四束光分别经过设备组成里的容器将单一的光变成如灯泡四面八方的发射出来，以致达到灯光效果。且这四个顶置散光做成阶梯，使每段路都照射到，且从外观上讲就更加精致了3.1.3.图形补助分析图四、单个顶置光散侧视图图五、顶置散光组隧道阶梯俯视图3.3、侧边错位光灯 设备组成：平面镜（2片长矩形）， 原理剖析：将图一所示的隧道两侧的采光组以一定角度分别射向隧道对面一侧，而隧道的两侧壁上有两块垂直于地面且和隧道一样长的平面镜，平面镜大小一样，却安置的高低不一样形成错位，这样就如下图所示，虚线部分就可以有光照而发光，这样既可以达到光照效
9、果，也可以得到两条美丽的风景光线。图六、侧边错位光灯正面图四、亮度4.1、引用名词定义光通量： 单位时间内光源发出的光能数量， 单位为流明(Im)发光强度： 光源在某方向的发光强度等于该方向每单位立体角内的光通量， 单位为坎德拉(cd)照度： 单位面积上的光通量， 单位为勒克斯(Ix)。亮度： 发光表面(含反射光的表面)在某方向的发光强度与该方向投影面积之比，单位为cdm 。4.2亮度的照度的关系4.2.1 亮度与照度既有联系又有不同。路面上某点的照度与照明器的光特性及被照射点的几何位置有关， 而路面上某点的亮度除与上述因素有关外， 还与路面的反射特性有关，二者的关系为：I=（Ep）E照度（I
10、X）p一反射率， 沥青路面为01 0 16；4.2.2 天气照度对照表4.3 隧道亮度标准公路隧道照明问题， 在国外曾做过多年的研究， 由于困难较多， 至今尚未建立统一的标准 据有关资料介绍， 国外公路隧道白天照明标准如下：（1)瑞士对于每小时60公里的速度，最低亮度标准是3cdin (1968年的建议标准)。(2) 日本基本照度的平均路面亮度(对于干燥路面值)五、实物论证计算4.1、我校背景我校坐落于重庆巴南区红光69号，具有天然的平地，但由于重庆纬度较低所导致我校长期处于太阳光下，无论是从春季三月开始到秋季的十月份，这期间至少有八个月的时间是充分具有丰富光源的，我校隧道的顶部不是尖锋，而是
11、一条笔直的公路，没有山尖的遮挡，使更多的光源射向两隧道口，又因我校每天都处在炎炎烈日之下，理所应当平均拥有七个小时的稳定光照，而我校隧道长短和高度也均适宜于此构想设计。4.2、计算假设与计算假设：以凹面镜截面圆半径r=2m；光学元件透光率取90%；反射率取95%；云层穿透率取40%；仰角修正系数取0.6的保守估算每个灯光源的功率：P=248.33.14100000.40.60.90.90.950.9=504160.886w亮度I=（30000.2）3.14=1910.82（ix*cdm） （由于未计算投影面积,面积应与实际投影面积为准）4.3、结果分析每一个顶置发光的功率产生平均505Kw，那
12、么平均每个月将可产生有用功846720焦耳（W=5048730），那么一年将节约很多6773760焦耳的电，也就更加节约很多一次能源。所以从计算结果理论分析，此构想设计为社会的环保将有很大的帮助，可实用性较高，且在南方多山的地形以及拥有强烈长时间的光照，由4.2中知时速应控制在60千米每小时，从节约能源的角度上来讲，更具有了普及公路隧道光照的可能。综上所述：真正运用好光照，可实现节能环保以及安全可靠的隧道照明。 五、相关建议及优缺点 在全球倡导环保地球的驱动下，更由于我国参加了国际节能环保协会，所以我们每个公民都更应该主动的去关注各个可以环保解决的实际问题。而针对本文介绍的光照隧道理论体系，我
13、们秉着环保思路去构造，具有它的可行性，但也有也有很多有待解决和研究改进的地方，譬如，凹面镜和凸透镜的选材、散光用的材料改进以及怎样收集更多光进入隧道等等，但是这种相关环保思路的构想是可以借鉴和思考的，用最清洁的能源去服务我们的公路，为我们大家日后的出行更添一份景色，所以把太阳未能照射到的地方成为可能，是我们当代专家及学子可以思考的，在此更希望能得到相关专家及领导的进一步的完善和实施，为我国的环保隧道奉献一份力。【参考文献】1. 过廷献、侯志远、浅谈公路隧道的照明问题 郑州市公路建设重点工程管理处2沈元华、陆申龙 主编 基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003 3. 秦庆戊 新型光散射材料的
14、研制与开发状况 贾玉润、王公治、凌佩玲 主编 大学物理实验，复旦大学出版社，19874. 蒲利春 张雪峰、大学应用物理、科学出版社 20075. 朱峥艳、长安大学工程硕士学位论文、长安大学、2010.4.15提交 6.彭志刚、光伏建筑一体化在城市应用中光反射问题的探讨7.殷志刚、太阳能光伏发电材料的发展现状J、科协论坛.2008.8：478.官贞珍、陈德珍、太阳能利用方法研究 同济大学热能与环境工程研究所 上海1000929.陈仲林、孙春红、公路隧道照明设计研究 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 40004510.刘成银、中长隧道控制测量技术研究、中铁十四局集团公司隧道分公司
15、、山东济南 25000211.JTJ02690,公路隧道设计规范s12.李智、光的传播探究型数学设计和反思13.刘蓉、李峰、白景涛光腔衰荡发测量高反射率的实验研究、西安工业大学光电工程学院，陕西，西安 71003214.王鹏展、陈大华、浅析隧道照明若干问题、南京市路灯管理处，南京，21001315.董兴方、姜玉杰、于华军、隧道照明模式及其长效节能机制探索、山东高速公路股份设计有限公司，山东，济南，25001416.杨丰艳、韩文元、杨浩、太阳能技术在无照明隧道内的应用、交通部公路科学研究院，北京，10005817.吴健、乐时晓、随机介质中的光传播理论、成都电讯工程学院出版社注：部分参考文献在文中已标注，其余未标注的为创新时学习的理念。第 11 页 共 13 页
