合同能源管理模式下道路照明節(jié)能項目的思考

高歡忠，吳 軍，李江山

(1.上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海 201114；2. 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(上海)，上海 201114；3.上海市城市綜合管理事務(wù)中心，上海 200023)

引言

合同能源管理，是指節(jié)能服務(wù)公司與用能單位以契約形式約定節(jié)能項目的節(jié)能目標，節(jié)能服務(wù)公司為實現(xiàn)節(jié)能目標向用能單位提供必要的服務(wù)，用能單位以節(jié)能效益支付節(jié)能服務(wù)公司的投入及合理利潤的節(jié)能服務(wù)機制[1]。這幾年，包括合同能源管理模式在內(nèi)的各種節(jié)能改造工程都在有力推進，專業(yè)化節(jié)能服務(wù)公司發(fā)展迅速。在美國、加拿大，合同能源管理已發(fā)展成為新興的節(jié)能產(chǎn)業(yè)。2016年，國家發(fā)展改革委備案的節(jié)能服務(wù)公司數(shù)量也已經(jīng)超過了3000家。將合同能源管理模式引入道路照明的節(jié)能改造工程，全國各地已開展了相關(guān)的項目研究[2-4]，取得了不錯的節(jié)能效果。本文歸納分析了合同能源管理模式下幾種不同的路燈節(jié)能改造措施及改造后照明節(jié)能評價指標，指出了當前節(jié)能改造中尚存的一些問題。

1 節(jié)能措施

一般來說，城市道路照明中可采用的節(jié)能措施有以下幾方面[5]：

1.1 選用高效光源和高效燈具替代老舊設(shè)施

當前LED照明產(chǎn)品的發(fā)展勢頭迅猛，很多道路照明企業(yè)路燈產(chǎn)品近幾年來的能效參數(shù)在不斷的進步。國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(上海)統(tǒng)計了2015年、2017年和2018年委托的LED路燈產(chǎn)品性能，根據(jù)不同色溫對產(chǎn)品劃分不同區(qū)間后，匯總這些LED路燈批次的能效數(shù)據(jù)見表1，可以看出產(chǎn)品能效不管什么色溫等級，幾乎每年都有明顯提高。

表1 2015年、2017及2018年LED路燈產(chǎn)品能效

而以往道路照明最常用的傳統(tǒng)高壓鈉燈光源光效在100～120 lm/W，燈具能效還需乘以燈具的光輸出比，因此大部分傳統(tǒng)高壓鈉燈燈具的燈具能效低于LED照明產(chǎn)品。

1.2 提高照明器具的利用系數(shù)和維護系數(shù)

路燈的利用系數(shù)一般是指直接照在路面上的光通量與全部光源發(fā)出的光通量的比值，與路燈燈具的高度、仰角、布置方式、路面寬度等道路條件有關(guān)。在對某一條道路進行照明設(shè)計時，需要根據(jù)所采用路燈的實際配光曲線及道路模擬計算條件得到利用系數(shù)表，通過確立合適的安裝參數(shù)，提高燈具利用系數(shù)。

維護系數(shù)是指照明裝置使用一定時期之后，在規(guī)定表面上的平均照度或平均亮度與該裝置在相同條件下新安裝時在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。維護系數(shù)在《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)中規(guī)定，當燈具防護等級≥IP65，取0.70；當燈具防護等級

1.3 優(yōu)化道路照明方式

城市道路照明方式一般根據(jù)道路和場所的特點及照明要求，選擇常規(guī)照明方式(燈具安裝在高度通常為15 m以下的燈桿上)、半高桿照明方式(燈具安裝在高度通常為15～20 m的燈桿上)或高桿照明方式(燈具安裝在高度大于或等于20 m的燈桿上進行大面積照明的一種方式)。城市道路和街路一般普遍采用常規(guī)照明方式，燈具布置方式可分為單側(cè)布置、雙側(cè)交錯布置、雙側(cè)對稱布置、中心對稱布置和橫向懸索布置五種基本方式。

圖1是某地的一條LED路燈的道路照明，路面為水泥混凝土，道路等級為次干路，路燈布燈間距25 m，安裝高度9 m。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)規(guī)定的照明標準值，該車道需達到路面平均照度維持值10.5 lx，均勻度0.40，經(jīng)實際測試，取維護系數(shù)0.7的情況下，該機動車道路面平均照度維持值70.1 lx，均勻度0.80。顯然，該路段的照度值已經(jīng)超過國標規(guī)定的下限值6～7倍，造成了不必要的能源浪費。在不作其他改變的情況下，道路照明燈具布置方式由原本兩側(cè)對稱，改為交錯布燈的形式，或者增加亮燈間距，是一種可以考慮的節(jié)能優(yōu)化方案。

圖1 某地采用LED路燈的道路照明

1.4 采用控制手段

當前很多照明企業(yè)已經(jīng)開始智慧路燈的相關(guān)研究工作，把智能控制的理念融入路燈，提供基于物聯(lián)網(wǎng)、云平臺和大數(shù)據(jù)的智慧路燈業(yè)務(wù)，實現(xiàn)路燈的遠程單燈控制與狀態(tài)監(jiān)控的精細化管理及節(jié)能控制、并可以依靠路燈網(wǎng)絡(luò)，打造城市公共服務(wù)[6]。

現(xiàn)階段，節(jié)能服務(wù)公司由于需要綜合考慮現(xiàn)場實際、經(jīng)濟效益、最終效果等多方面因素，在與市政路燈主管部門進行道路照明合同能源管理項目合作中，較廣泛采用的節(jié)能措施主要以采用LED燈具為代表的高效節(jié)能燈具對原有高壓鈉燈等傳統(tǒng)路燈進行改造，同時輔助以優(yōu)化照明設(shè)計、提高利用系數(shù)及維護系數(shù)和通過安裝單燈控制器實現(xiàn)遠程自動調(diào)光等方法，可以取得較為滿意的改造效果。

2 節(jié)能評價及問題

城市照明合同能源管理項目在實施前后，可由用能單位委托檢測機構(gòu)對項目進行節(jié)能評估和照明檢測。一般而言，道路照明質(zhì)量需符合《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)規(guī)定的相關(guān)技術(shù)要求，而節(jié)能評估可參考的標準有《城市照明合同能源管理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 261—2017)、《城市照明節(jié)能評價標準》(JGJ/T 307—2013)、《LED城市道路照明應(yīng)用技術(shù)要求》(GB/T 31832—2015)以及由用能單位根據(jù)項目實際情況在招標合同中確立的節(jié)能目標值等。

根據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)，道路照明評價指標按道路使用功能分為：

1)機動車道照明：應(yīng)采用路面平均亮度或路面平均照度、路面亮度總均勻度和縱向均勻度或路面照度均勻度、眩光限制、環(huán)境比、誘導(dǎo)性和照明功率密度為評價指標。

2)交會區(qū)照明：應(yīng)采用路面平均照度、路面照度均勻度和眩光限制為評價指標。

3)人行道和非機動車道照明：應(yīng)采用路面平均照度、路面最小照度、垂直照度、半柱面照度和眩光限制為評價指標。

除以上用以評價現(xiàn)場照明效果指標以外，該標準第4.1條對采用發(fā)光二極管(LED)燈光源時，規(guī)定了光源產(chǎn)品的顯色指數(shù)、相關(guān)色溫、色容差、壽命周期內(nèi)光源色品坐標與初始值的偏差等色度學評價指標。

關(guān)于節(jié)能評價，需要注意的是，根據(jù)節(jié)能改造實施措施前后不同的道路情況、燈具類型及照明設(shè)計，應(yīng)綜合考慮多方面的評價指標，而且節(jié)能評價和道路照明質(zhì)量評價不應(yīng)該看作是孤立的兩類評價指標，節(jié)能率應(yīng)該在道路照明質(zhì)量評價指標都滿足要求的情況下，才有意義。如果沒有條件檢測所有指標，做出全面的道路照明評價的情況下，也應(yīng)該有針對性的選擇一項到多項有可能在改造后形成“短板”的道路照明檢測項目作為能源合同管理項目的照明評價指標。

圖2所示為某道路的照明現(xiàn)場，通過合同能源管理模式，節(jié)能服務(wù)公司擬采取的改造措施是使用高光效的氙氣燈配合使用智能調(diào)光控制器來代替原高壓鈉燈燈具，我們對照明現(xiàn)場測試了部分項目如表2所示。

圖2 某地使用高光效氙氣燈和智能調(diào)光控制器(b圖)代替原高壓鈉燈燈具(a圖)的現(xiàn)場照明效果

從檢測結(jié)果可以直觀的看到，節(jié)能改造后路面平均照度值有所提高，能耗也降低了61.5%，但是均勻度下降到0.39，低于國標限值，作為合同能源管理項目，應(yīng)當在節(jié)能服務(wù)單位進行有效整改，確保相關(guān)考察項目符合國標限值情況下，再進行驗收。

表2 改造前后部分項目測試結(jié)果

圖3所示的另一合同能源管理項目也有類似問題，改造方案為使用200 W的LED路燈代替原400 W高壓鈉燈路燈，改造后機動車道的照度提高，但是改造后均勻度僅為0.23已經(jīng)低于國標的限值，因此盡管能耗相對降低了，但道路照明效果未達標，無法做出“節(jié)能”的評價。

圖3 某地使用LED路燈(b)代替原高壓鈉燈(a)的現(xiàn)場照明效果

圖4是某道路照明節(jié)能改造現(xiàn)場照片，節(jié)能服務(wù)公司采取100 W可調(diào)光的LED路燈替換原高壓鈉燈，在改造后照明檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其滿功率運行下，照度亮度等指標均超過國標限值較多，而閾值增量卻低于限值。因此，為滿足國標照明要求，該節(jié)能服務(wù)公司采取了適當降低運行功率的方式，經(jīng)過現(xiàn)場測試，在功率設(shè)置為60%時，各項指標都可以滿足國標要求。

圖4 某地用智能可調(diào)光LED照明代替原高壓鈉燈的現(xiàn)場照明效果

該道路照明現(xiàn)場檢測結(jié)果如表3所示，表中改造前的高壓鈉燈數(shù)據(jù)由于維護情況不詳，未采用維護系數(shù)，改造后的平均照度和平均亮度數(shù)值已采用0.70的維護系數(shù)。

表3 某道路節(jié)能項目前后照明檢測結(jié)果

所以在該項目中，我們也能看出，閾值增量這類評價不太容易引起重視的照明指標，成為幾個指標中的“短板”。

當前，由于多方面原因，許多驗收方較注重節(jié)能的絕對值以及在改造后是否照度達標，即在追求“省電”和“照亮”的同時，忽略了照明質(zhì)量的考慮。尤其當采取的節(jié)能改造措施是LED光源替換傳統(tǒng)路燈時，相比傳統(tǒng)鈉燈，LED光源發(fā)光亮度往往更大，劣質(zhì)的配光透鏡、不合理的道路照明設(shè)計和片面追求照度亮度的提高，會導(dǎo)致眩光控制的失衡，需要在項目節(jié)能評價環(huán)節(jié)重點關(guān)注此類指標。

3 總結(jié)與建議

道路照明的合同能源管理模式是一種推動道路照明節(jié)能改造的有效舉措，用能單位能達到節(jié)能的目的，節(jié)能服務(wù)公司也能獲得相應(yīng)的經(jīng)濟效益。但是在開展相應(yīng)項目中，需要節(jié)能服務(wù)公司根據(jù)原道路照明的實際情況，合理設(shè)計道路照明，因地制宜的給出綜合改造措施方案。隨著現(xiàn)階段照明產(chǎn)品和技術(shù)的不斷發(fā)展，高光效已經(jīng)成為一個較容易達到的指標，也就是相對于原有老舊的道路照明燈具，一般來說改造后的新路段往往在保證原有照度水平甚至大幅提升是沒有問題的，但是需要注意除了關(guān)注“照明節(jié)能”這個目的性的評價指標，也要同樣注重“照明質(zhì)量”這個節(jié)能改造的基礎(chǔ)，除了照度以外，以下指標也需引起重視：

a)眩光控制：過高的閾值增量，會降低機動車駕駛員看清障礙物的能力，嚴重時引發(fā)事故。

b)環(huán)境比：環(huán)境比過低的道路，機動車駕駛員將無法有效識別到路邊人行道上的行人或者非機動車道的情況。

c)縱向亮度均勻度：低縱向亮度均勻度會形成道路上明暗相間的“斑馬線”，更容易造成駕駛?cè)藛T夜間視覺疲勞。

d)人行及非機動車道的最小垂直照度和最小半柱面照度：能幫助行人或非機動車駕駛員快速準確辨認人物臉部輪廓，除了視覺任務(wù)要求以外，也有安全性方面的意義，一般來說也是最容易被忽略的照明評價指標。

對于這些道路照明質(zhì)量評價指標，建議在有條件的情況下，用能單位應(yīng)盡可能對改造路段有個較為綜合全面的檢測；對于部分無法滿足測試條件的路段，也應(yīng)根據(jù)節(jié)能服務(wù)單位的節(jié)能改造措施、道路等級及周邊情況，制定合理的驗收依據(jù)并進行檢測。