宁高高速公路改建中的节能环保综合技术

　宁高高速公路是连接江苏省南京市区与溧水、高淳两县及苏南、皖南地区的主要快速通道，全长45.943k m。由于长期承担大部分来往于南京与溧水、高淳、南京与杭州之间的重载交通，路面已经出现了一定程度的病害，急需专项改造以保障路面正常使用状况。另外，由于宁高高速公路将纳入江苏省高速公路联网收费系统，所以在改建过程中，除了路面改造工程外，还将涉及到房建、附属设施的技术改造。整体来看，宁高高速公路改建项目是一项较大的系统工程。本文依托宁高高速公路改建项目，对改建过程中涉及的节能减排、低碳环保技术进行探讨，一方面为相关新技术的应用积累广泛经验，另一方面也为今后类似工程在节能环保方面提供借鉴。节能环保型高速公路的发展

　　现状在未来十年，我国2000年前后修建的高速公路将相继进入大修期，同时加上部分新建高速公路，根据相关统计，预计到2020年用于新建、养护的沥青混合料每年将超过5亿吨，废旧路面材料每年达到1亿吨。材料资源消耗严重、循环利用率低（目前我国循环利用率仅10%～20%，而发达国家已达到80%以上），需要更加重视“资源节约、环境友好”的技术理念。但是，结合当前我国社会发展和高速公路技术水平现状来看，仍面临巨大挑战。

　　工程需求量巨大根据交通运输“十二五”发展规划，我国道路建设和养护对石料、沥青和水泥等原材料消耗巨大。未来由于交通维护及建设的需求将进一步扩大，在庞大的交通设施建设中如何提高原材料的开采利用率，开发筑路替代材料，提高废旧材料利用率等，显得尤为迫切。

　　道路材料循环利用率低我国公路网总里程已达到450万公里，大部分公路将逐渐进入大修、中修期，这将产生大量的废旧混合料。按照5%的维修、改建率计算，每年废旧沥青混合料将产生2亿多吨，其经济价值据粗略估算可达20亿元以上，但是由于我国旧路面的再生利用技术还不成熟，利用率仅为10%～20%。

　　公路附属设施节能技术应用仍需加强公路建设是一项系统工程，尤其对于高速公路改扩建来说，其中不仅涉及到路面改造，而且还涉及到房建、服务区等附属设施的改造。针对目前高速公路仍主要利用区域电网供电、过滤净化处理污水排放和高压钠灯提供照明等常规方式，在这些附属设施中仍然可以大力推广节能减排技术，如太阳能发电、服务区废水循环利用、安装节能灯等。

　　设计、施工及运营节能环保对策

　　对于宁高高速公路改建工程来说，设计环节将决定工程的节能环保特性。本项目针对改造工程设计及施工、运营环节，提出节能环保对策。

　　方案设计阶段的节能环保对策设计阶段节能环保对策主要体现在两个方面，一是节能环保设计理念，主要指在设计过程中应该避让环境敏感点，节约土地资源，减小环境影响；二是节能减排技术方案设计，即在方案设计阶段，综合改造方案的节能、环保特性与经济性，保证设计方案的节能减排效益。

　　施工建设阶段的节能减排对策公路施工建设阶段是造成环境污染和生态破坏的主要时期，施工阶段节能减排对策主要包括以下两个方面，一是施工机械能耗管理，综合评价目前使用的工程机械，对其整体状况、耗油量、燃油的燃烧率进行评估检测，必要时对现有施工机械、拌和楼等设备进行技术改造，降低燃油消耗；二是“最大程度地保护、最小程度地破坏、最大限度地恢复”生态环境，同时减少废弃物的排放。

　　运营管理阶段的节能减排对策环境友好型公路要求在公路运营管理过程中“安全高效、持续发展”，通过加强养护管理，消除安全隐患，不断提高公路的运输能力和使用质量。开展公路运营过程中环境质量监测、环保工程使用效果检查、生态恢复情况调查，发现问题及时解决，减小公路建设对沿线环境和居民的不利影响，使公路逐渐融入沿线自然环境和社会环境之中，真正实现公路与环境的和谐统一。

　　“节能环保型”路面材料技术

　　本工程结合已有成果和成功工程经验，进行沥青路面材料再生技术、橡胶沥青技术、温拌技术的应用研究，为类似工程积累经验并树立示范工程典范。

　　旧沥青路面废料循环再生利用技术沥青再生技术能最大限度利用废旧混合料，直接节省大量的沥青资源和砂石料，是从根本上解决成本和环境问题的有效途径。本工程结合老路面状况特点，采用厂拌冷再生技术对旧沥青路面废料进行再生利用。在实施过程中，重点解决原材料技术要求、配合比设计方法、路用性能及设计参数、施工技术等关键问题。

　　废旧轮胎橡胶粉改性沥青技术橡胶沥青混合料不仅具有抗裂、耐久等性能，还可以充分利用废旧轮胎橡胶粉，是一种减少“黑色”环境污染的有效办法。

　　目前我国橡胶沥青技术应用较多为断级配橡胶沥青混合料A R-AC13和橡胶沥青应力吸收层A R-SA M I。本工程将重点根据橡胶沥青技术特性，结合本工程实际，主要解决橡胶沥青改性机理及性能试验、橡胶沥青应力吸收层(AR-SAMI)应用研究、橡胶沥青断级配沥青混合料（A R-AC）的应用研究等问题。

　　温拌沥青混合料技术温拌沥青混合料，是一类拌和温度介于热拌沥青混合料（150℃～180℃）和冷拌（常温）沥青混合料之间，具有节能、减少污染、易于存储等优点，成为近年来沥青路面材料领域又一项很有前景的新兴技术。

　　本工程主要解决沥青胶结料在添加温拌剂后性能变化、混合料设计方法、混合料施工工艺和环境影响等问题。

　　智能电子系统应用于收费及能源管理

　　智能一体化路桥车道收费系统智能一体化路桥车道收费系统主要是安装在公路或大桥收费亭内用来管理车道外部设备。其主要功能是实现对通行车辆费用的收取，该系统具有性能稳定、收费时间短、耗能低、零噪声等特点。

　　智能一体化路桥收费系统车道控制机是一台节能小型的产品，内置有接口板、节能工业级电源、节能CPU板等。外接设备都是按照功耗进行严格配置，其中，通行信号灯、正向雨棚灯、反向雨棚灯、费额显示器、票据打印机、车道摄像机和亭内摄像机等都是采用节能型设备。并且，一体化路桥车道收费机集成了视屏采集模块、字符叠加模块、I/O控制、显卡、网卡、并行口、串行口、USB控制器和PS/2接口，实现车道收费业务和节能需求。从节能效果上看，智能一体化路桥收费系统单台整机设备节能量约为2978kW.h。

　　智能建筑能源管理系统智能建筑能源管理系统主要是由建筑设备管理系统（BAS系统）来实现的。

　　在本工程中，主要针对宁高高速公路综合管理区、服务区、收费站等场所，根据系统预先编排的时间程序对电力、照明、空调等设备进行最优化的管理，从而达到节能的目的。

　　智能建筑能源管理系统通常采用如下节能措施：①定时法：根据大楼工作作息时间按时启停控制设备，如风机、照明等；②温度—时间延滞法：根据大楼内温度保持的延滞时间，提前关闭空调主机或锅炉达到节能之目的；③调节供水温度：根据室内外实际温度调节空调系统的供水温度，设定合适的供水温度减少系统主机的过度运行，实现节能；④经济运行法：在室外温度达到13℃时，可直接将室外新风作为回风；

　　在室外温度达到24℃时，可直接将室外新风送入室内。在这样的情况下，系统可节约对送回风系统进行处理的能源；⑤设备等寿命运行：对楼内冷热源主机、泵机、风机等设备进行等时间交替运行，延长设备的运行寿命，节省维护费用。

　　新型绿色能源技术应用于供电系统

　　高速公路沿线设有大量的监控和通信设备，这些设备的特点是功率小，距离站点远，且成线状布置。如果收费站或者服务区，因为距离远，不在正常合理供电范围内，一是造成电压损失超出合理范围，使设备无法使用，二是供电电缆的线径将大大增加，增加了投资成本。本工程结合太阳能和风能发电技术，维持高速公路正常运营过程中相关设备的电能供应，主要内容及方案如下。

　　太阳能光伏发电系统太阳能供电的高速公路道路全程监控系统由太阳能电池阵列、蓄电池组、太阳能充放电控制器、逆变器、变压器、摄像机和光端机等设备组成。对于本工程而言，主要关键技术和方案包括：太阳能技术系统原理分析、光照自然条件分析、太阳能设运营系统设计及应用和社会经济效益分析等。

　　风光互补发电系统采用风能和太阳能互补，实现阴雨天也能够利用风能补充电能，保证持续阴雨天正常照明和补充充足的能量；利用风力发电机与太阳能互补供电，可减少太阳能电池组件的配置，降低太阳能电池方面的投资和减少太阳能电池组件的面积以降低太阳能电池组件的迎风面积和抗风设计，从而降低了灯杆和基座强度要求的投资。比如，采用柔性太阳能电池可以包卷在灯杆中，这样灯杆就是太阳能发电装置，这种设计具有美观和抵抗飓风能力的独特优点。

　　节能新技术及新产品的应用

　　在高速公路正常运营过程中，将需要大量的照明、监控设备、冷暖空调，这些设备在使用过程中将消耗大量的电能。对于这些设备，以目前火力发电的模式，如果采用节能技术及产品的话，将可节约大量的电能，并有效减少二氧化碳的排放量。本工程中，拟采用节能照明、地源热泵、飞轮UPS技术，达到节约能耗的目的。

　　节能照明技术目前，节能照明技术在我国公路隧道中得到了一定的应用，对于本工程而言可借鉴相关工程应用情况，对宁高高速公路沿线、服务区、收费站等场所实施节能照明技术。目前常用的节能照明技术主要包括LED节能灯和CETC-ZNLD路灯。

　　LED节能灯LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各个领域，特别是道路照明等长时间照明环境。L E D具有三项优点，一是高性能：直流驱动，超低功耗，相同照明效果比传统光源节能80%以上；二是寿命长：环氧树脂封装，使用寿命可达6万小时～10万小时，比传统光源寿命长10倍以上；三是环保：光谱中没有紫外线和红外线，废弃物可回收。

　　CETC-ZNLD路灯系统以CETC-ZNLD作为节能电器，并且节电器采用微电脑动态智能分析、判断，使电系统始终处于最优工作状态，最终达到显著的节电效果。其具有五项优点，一是节电效果显著：节电率为20％以上；二是使用寿命长，一般使用寿命长达15年以上，减少了重复投资带来的损失；三是系统运行安全可靠，具有动旁路功能，一旦出现故障，可自动旁路到电网供电；四是高度智能控制：产品具有程控功能，用户可以自行设置切换到不同节电水平的时间；五是可降低照明设备维护成本：有效地清除了谐波和瞬变，降低60％维护成本。

　　地源热泵技术地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地源热泵是清洁的、可再生的一种能源技术。地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12℃～22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18℃～32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30%～40%的供热制冷空调的运行费用，1kW的电能可以得到4kW以上的热量或5kW以上冷量。收费站、服务区等建筑设施采用地源热泵空调和地源热泵热水可节约30%以上的能源。

　　飞轮UPS技术传统的UP S用化学蓄电池作为储能单元，因其储能密度大，价格低廉而被广泛采用，但它需要定期维护、寿命短、充电时间长，还会给环境带来污染。飞轮储能是通过能量转换系统把电能或者其他形式的能量以机械能方式储存在高速旋转的飞轮中，当需要释放能量时，飞轮转速降低，可以把储存在飞轮中的机械能转换为电能或者其他形式的能量。高速旋转的飞轮具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性。

　　水资源生态循环利用

　　本工程采用生态工程技术对高速公路服务区水资源进行循环利用，即将高速公路服务区的污水集中收集，通过管道注入隔油池，再进入沉淀池，然后流入厌氧池，通过土壤深度处理设施（在特制的土壤中，进行水流的重新分配，其间生物和微生物进行分解作用）进行处理。经处理的水通过物化吸附，流出的为中水或优于中水，可用于景观水体的营建和绿化灌溉用水等。

　　这样既解决了高速公路服务区污水污染环境的问题，又可将水资源进行循环利用，达到资源和环境保护可持续发展的目的。