第１編調査研究報告トンネル照明省エネルギー化に関する検討 Study of energy saving for tunnel lighting 青木靖要旨トンネル照明の省エネルギーを目的として、車両の通行にあわせた照明の調光方法について検討した。現在、最も多くのトンネルで使われている低圧ナトリウムランプの調光、車両を検知するセンサーについての実験を行った他、調光した場合に削減可能な電力量、経済性について考察を行ったので報告する。キーワード：トンネル照明、低圧ナトリウムランプ、省エネルギー、調光、車両センサー２．トンネルの照明設備１．はじめにトンネル照明の制御においては、従来から運転者のトンネルの照明設備は図１に示すように大きく分け視認性を確保することを目的として、外部の明るさにて基本照明・入口照明・坑外照明から構成される。基応じてトンネル出入口付近の点灯する灯具数を変更さ本照明は、運転者の視認性を確保するためトンネルのせる方法が一般に行われているが、晴天時の日中で全全長にわたって等間隔に設置され、外部の明るさにか数点灯、夜間でも約２５％が連続点灯となっている。こかわらず２４時間連続点灯される。入口照明は明るい外れは山間部などの交通量の少ないトンネルでも同様で、部に順応した運転者が暗いトンネルに入る時安全に視車両の通行がない時間帯においても照明は連続点灯さ認できることを目的とし、外部の明るさに応じて制御れており、電気エネルギーの無駄な消費が余儀なくさされ、多くの場合全消灯・曇天照明点灯・曇天照明おれている。福井土木管内においてトンネル設備の電気よび晴天照明点灯の３段階としている。坑外照明は、料金として年間約１，８００万円を支出しており、各方面夜間運転者がトンネル入口付近の状況を視認できるよでの省エネルギーが進められている中、トンネル照明う設けられるもので、周囲が暗くなった場合自動的に等においても省エネ対策が必要と思われる。点灯させている。そこで、本研究ではトンネルの省エネルギー化を図一方、トンネル設備に使用されるランプの種類は主る方法として、トンネル手前に車両検知器を設置してに表−１に示すものが用いられており、次のような特トンネル内を車が通行していない時間においてはトン徴を持っている。ネル照明を減光し、車両の通行を検知した場合には全（１）低圧ナトリウムランプ現在トンネル照明としては最も多く用いられている点灯とする方法について検討を行う。ランプである。効率が良く、橙色の単色光のため煙や霧の中での透過性が良いのが特徴である。また、低出力のランプもあり、内蔵バッテリーによる点灯が可能図−１トンネル照明配置および路面輝度分布 −４０− 福井県雪対策・建設技術研究所年報地域技術第１８号２００５．７表−１トンネル用ランプの種類と特徴［１］なことから、基本照明として適しているが調光は不可３．低圧ランプの調光現在、トンネル照明として最も広く利用されている能である。低圧ナトリウムランプは調光可能なものは開発されて（２）高圧ナトリウムランプ低出力のものがなく、内蔵バッテリーによる停電補いない。しかし、県が管理しているトンネル照明のほ償ができないため、基本照明としてはあまり用いられとんどがこの低圧ナトリウムランプであり、トンネルないが、高出力であることから入口照明として用いら照明の省エネルギーを経済的に実現するには、照明器れる場合がある。低圧ナトリウムランプに比べると演具を取り替えず既設の器具を利用して調光を行うこと色性がよい。専用安定器を用いることにより調光が可が望ましい。既設の器具をそのまま利用して調光を行能である。うには、照明器具への電源電圧を変化させる方法、電（３）Ｈｆ蛍光ランプ源周波数を変化させる方法が考えられる。従来、トンネル照明としてはあまり使用されていな電源電圧を変化させる装置としては高圧ナトリウムかったが、近年効率が改善されてきたこともあり、基ランプ用として市販されているものがあるが、低圧ナ本照明として用いられるようになってきた。平成１３年トリウムランプ安定器は定電力特性を有しており、電より建設電気技術協会「道路・トンネル照明機材仕様圧を変化させても電力の変化量はわずかである。電圧書」でもトンネル照明器具として採用され、日本道路を１５％変化させた場合、高圧ナトリウムランプは電力公団では低圧ナトリウムランプをＨｆ蛍光ランプに替が２８％減少するのに対し、低圧ナトリウムランプはえていく傾向にある。専用安定器を用いることにより１０％の減少にとどまることが実験で確かめられている調光が可能である。［２］。電源周波数を変化させる方法としては最近のパワー（４）無電極ランプ近年開発されたランプで、従来のランプのような電エレクトロニクス技術の進歩により低価格化が進んで極がなく、磁場の発生により金属蒸気を励起させ発光いるインバーターの利用が考えられる。低圧ナトリウを行うものであるため、非常に長寿命である。ランプムランプ安定器はランプへの電流を制限するためにコが非常に高価であるので、メンテナンスが困難な箇所イルを用いるが、このコイルは周波数を上昇させるとへの設置に適している。電流が流れにくくなる特性を有している。この特性を利用して周波数制御による調光の実験を行った。図− ２は周波数を変化させたときの電力の変化を示したものである。 −４１− 第１編調査研究報告３台で１５０Ｗとなるが、図に示すとおり、１８０Ｈｚで入力電力７０Ｗと半分以下に制御されている。ただし、ランプを暗い方から明るい方へ変化させた場合、明るさが増加し安定するまでに３０秒近くの時間が必要であった。また、６５〜１１０Ｈｚの間ではは安定器回路の直列共振のため非常に大きな電流が流れると考えられ、器具を破損する恐れがあるので十分な注意が必要である。実際の導入にはこれらの問題の他、インバーターを使用することによる高調波の影響、高い周波数によるコンデンサーへの過電流および過熱の問題、ランプの寿図−２低圧ナトリウムランプの周波数特性命への影響などを検討しなければならない。４．センサーの検討トンネル照明を制御するためには、トンネルの手前で車両等の通行を検知する必要がある。このセンサーに要求される条件としては、１）車両をトンネルの十分手前で検知できること２）雨・雪・霧等の気象条件に影響されないこと３）自動車の他バイク・自転車等も検知できることなどがあげられる。さらに、歩行者も検知できることが望ましく、通行する車両等のスピードが分かればその車両等がトンネルを通過するのに必要な時間だけ照図−３実験機器明を明るくしておくことで、より効果的な省エネルギーが可能となる。上記の条件を満たすセンサーとしてドップラー効果を利用したマイクロ波速度センサーが最も適していると思われる。マイクロ波を利用したセンサーが照明器具と組み合わせて機能することを実験で確認した。図―４実験に用いた低圧ナトリウムランプ実験の様子を図―３、図―４に示す。モーター制御用として一般に市販されているＰＷＭ方式３相インバータを使用し、出力電圧は周波数にかかわらず一定となるよう設定している。負荷は３５Ｗナトリウムランプ３台のΔ結線とし、インバーターへの入力電力を測定した。このナトリウムランプ安定器は定格入力５０Ｗで、 −４２− 図―５センサーの動作実験装置福井県雪対策・建設技術研究所年報地域技術第１８号２００５．７を入力することで瞬時にほぼ１００％点灯状態とすることができる。トンネルに車両等が近づいてきた場合、マイクロ波速度センサーで検知し、その速度を制御用パソコンに伝送する。制御用パソコンは送られてきた速度をもとにトンネルを通過するのに必要な時間を計算し、車両等がトンネルを通過していると考えられる時間だけ安定器に信号を出力することによりランプを１００％点灯させる。マイクロ波速度センサーの仕様は表−２のとおりであるが、実験の結果では車両をセンサーの約６５!手前で検知することができた。バイクや自転車の速度も検知可能であり、さらに、センサーの図―６センサーの設置状況位置を適正に選ぶことにより時速３"程度の歩行者も検知することが可能であった。ランプと組み合わせた試験においても、瞬時に調光可能な高圧ナトリウムランプであれば良好な結果が得られることが分かった。５．電力削減可能量トンネルの調光を行った場合の電力削減量を一般県道本郷福井線の西郷トンネルをモデルに検討する。平表―２センサーの仕様成１７年４月５日から２５日にかけて３０分ごとの交通量の西郷トンネル（延長６２０!）に設置した実験装置の調査を行い、その結果をもとに車両がトンネル内を通概要を図−５、図−６に示す。行している時間を計算した（図−７）。調査の結果こ現在のところ瞬時に調光可能な低圧ナトリウムランプのトンネルは１日当たりの平均通行台数は上り７００台、が無いので、実験には高圧ナトリウムランプを使用し下り６６０台であった。図から９時から１７時で約３割、た。この高圧ナトリウムランプ用安定器は調光が可能０時から７時で約９割の時間が車両の通行がなく減光なタイプであり、通常は約５０％の点灯状態とし、信号可能であることが分かる。車両通過時１００％点灯、無図―７車両通過台数と点灯時間 −４３− 第１編調査研究報告通過時５０％減光とした場合の年間削減可能電力量を表１６８万円となる。センサーの設置工事費がトンネルの −３に示す。正確には各照明の点灯時間を年間通して両側で６０万円程度であることから、照明の調光にかか調べる必要があるが、ここでは３週間の観測をもとにる工事を１００万円程度までに押さえることができれば年間の日射データ等を考慮しておおよその値を見積も経済的に見合う可能性があると考えられる。った。その結果、調光しない場合の年間電力量は今後は、低圧ナトリウムの調光方法についてさらに２５，１３７ｋＷｈであるのに対し調光した場合は検討するとともに、高圧ナトリウムランプやＨｆ蛍光１９，１５１ｋＷｈと試算され、５，９８６ｋＷｈ、２３．８％の電力ランプ等を利用したトンネル照明の省エネルギー化の量削減となる。１ｋＷh当たり１４．０４円（北陸電力公衆可能性についても検討していく。街路灯電力量料金）とすると削減電力料金は８４，０００円、二酸化炭素排出量に換算して２．３ｔとなる。参考文献［１］：景観道路照明カタログ（２００４），岩崎電気株式会社．［２］：低圧ナトリウムランプの調光特性，株式会社トリックス技術資料，（２００４）．表―３削減可能電力量６．まとめ現在、多くのトンネルで使用されている低圧ナトリウム灯の省エネルギー化について検討を行った。現在の照明器具をそのまま利用する方法として、電源の周波数を調整することで調光は可能であるが、明るさが変化するのに時間がかかる、現在の安定器は商用周波数での利用を前提としており十分に安全性を確認する必要がある等の問題があることが分かった。これらの問題解決には照明器具メーカーの協力が必要であるが、低圧ナトリウムランプ自体はすべて海外からの輸入で、その特性を把握できない部分があり、さらに、将来的に低圧ナトリウムランプは他の照明器具に代わっていくことが予想されることから、研究や商品開発はほとんど行われていないのが現状である。車両等の接近を検出するセンサーとしてはマイクロ波速度センサーが適していることが確認できた。しかし、トンネル手前約６５!地点の車両を検知する場合、車両の速度を時速６０"として約４秒でトンネルに進入することを考慮すると、ほぼ瞬時的に明るさが変化できるランプや安定器と組み合わせる必要がある。経済性の点からは、西郷トンネルの例で年間の削減可能な電力料金は８４，０００円と試算された。仮に機器の耐用年数を２０年とした場合、その間の削減電力料金は −４４−