合同能源管理模式下道路照明节能项目的思考

高欢忠，吴 军，李江山

(1.上海时代之光照明电器检测有限公司，上海 201114；2. 国家电光源质量监督检验中心(上海)，上海 201114；3.上海市城市综合管理事务中心，上海 200023)

引言

合同能源管理，是指节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标，节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务，用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及合理利润的节能服务机制[1]。这几年，包括合同能源管理模式在内的各种节能改造工程都在有力推进，专业化节能服务公司发展迅速。在美国、加拿大，合同能源管理已发展成为新兴的节能产业。2016年，国家发展改革委备案的节能服务公司数量也已经超过了3000家。将合同能源管理模式引入道路照明的节能改造工程，全国各地已开展了相关的项目研究[2-4]，取得了不错的节能效果。本文归纳分析了合同能源管理模式下几种不同的路灯节能改造措施及改造后照明节能评价指标，指出了当前节能改造中尚存的一些问题。

1 节能措施

一般来说，城市道路照明中可采用的节能措施有以下几方面[5]：

1.1 选用高效光源和高效灯具替代老旧设施

当前LED照明产品的发展势头迅猛，很多道路照明企业路灯产品近几年来的能效参数在不断的进步。国家灯具质量监督检验中心(上海)统计了2015年、2017年和2018年委托的LED路灯产品性能，根据不同色温对产品划分不同区间后，汇总这些LED路灯批次的能效数据见表1，可以看出产品能效不管什么色温等级，几乎每年都有明显提高。

表1 2015年、2017及2018年LED路灯产品能效

而以往道路照明最常用的传统高压钠灯光源光效在100～120 lm/W，灯具能效还需乘以灯具的光输出比，因此大部分传统高压钠灯灯具的灯具能效低于LED照明产品。

1.2 提高照明器具的利用系数和维护系数

路灯的利用系数一般是指直接照在路面上的光通量与全部光源发出的光通量的比值，与路灯灯具的高度、仰角、布置方式、路面宽度等道路条件有关。在对某一条道路进行照明设计时，需要根据所采用路灯的实际配光曲线及道路模拟计算条件得到利用系数表，通过确立合适的安装参数，提高灯具利用系数。

维护系数是指照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。维护系数在《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)中规定，当灯具防护等级≥IP65，取0.70；当灯具防护等级

1.3 优化道路照明方式

城市道路照明方式一般根据道路和场所的特点及照明要求，选择常规照明方式(灯具安装在高度通常为15 m以下的灯杆上)、半高杆照明方式(灯具安装在高度通常为15～20 m的灯杆上)或高杆照明方式(灯具安装在高度大于或等于20 m的灯杆上进行大面积照明的一种方式)。城市道路和街路一般普遍采用常规照明方式，灯具布置方式可分为单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置和横向悬索布置五种基本方式。

图1是某地的一条LED路灯的道路照明，路面为水泥混凝土，道路等级为次干路，路灯布灯间距25 m，安装高度9 m。根据《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)规定的照明标准值，该车道需达到路面平均照度维持值10.5 lx，均匀度0.40，经实际测试，取维护系数0.7的情况下，该机动车道路面平均照度维持值70.1 lx，均匀度0.80。显然，该路段的照度值已经超过国标规定的下限值6～7倍，造成了不必要的能源浪费。在不作其他改变的情况下，道路照明灯具布置方式由原本两侧对称，改为交错布灯的形式，或者增加亮灯间距，是一种可以考虑的节能优化方案。

图1 某地采用LED路灯的道路照明

1.4 采用控制手段

当前很多照明企业已经开始智慧路灯的相关研究工作，把智能控制的理念融入路灯，提供基于物联网、云平台和大数据的智慧路灯业务，实现路灯的远程单灯控制与状态监控的精细化管理及节能控制、并可以依靠路灯网络，打造城市公共服务[6]。

现阶段，节能服务公司由于需要综合考虑现场实际、经济效益、最终效果等多方面因素，在与市政路灯主管部门进行道路照明合同能源管理项目合作中，较广泛采用的节能措施主要以采用LED灯具为代表的高效节能灯具对原有高压钠灯等传统路灯进行改造，同时辅助以优化照明设计、提高利用系数及维护系数和通过安装单灯控制器实现远程自动调光等方法，可以取得较为满意的改造效果。

2 节能评价及问题

城市照明合同能源管理项目在实施前后，可由用能单位委托检测机构对项目进行节能评估和照明检测。一般而言，道路照明质量需符合《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)规定的相关技术要求，而节能评估可参考的标准有《城市照明合同能源管理技术规程》(CJJ/T 261—2017)、《城市照明节能评价标准》(JGJ/T 307—2013)、《LED城市道路照明应用技术要求》(GB/T 31832—2015)以及由用能单位根据项目实际情况在招标合同中确立的节能目标值等。

根据《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)，道路照明评价指标按道路使用功能分为：

1)机动车道照明：应采用路面平均亮度或路面平均照度、路面亮度总均匀度和纵向均匀度或路面照度均匀度、眩光限制、环境比、诱导性和照明功率密度为评价指标。

2)交会区照明：应采用路面平均照度、路面照度均匀度和眩光限制为评价指标。

3)人行道和非机动车道照明：应采用路面平均照度、路面最小照度、垂直照度、半柱面照度和眩光限制为评价指标。

除以上用以评价现场照明效果指标以外，该标准第4.1条对采用发光二极管(LED)灯光源时，规定了光源产品的显色指数、相关色温、色容差、寿命周期内光源色品坐标与初始值的偏差等色度学评价指标。

关于节能评价，需要注意的是，根据节能改造实施措施前后不同的道路情况、灯具类型及照明设计，应综合考虑多方面的评价指标，而且节能评价和道路照明质量评价不应该看作是孤立的两类评价指标，节能率应该在道路照明质量评价指标都满足要求的情况下，才有意义。如果没有条件检测所有指标，做出全面的道路照明评价的情况下，也应该有针对性的选择一项到多项有可能在改造后形成“短板”的道路照明检测项目作为能源合同管理项目的照明评价指标。

图2所示为某道路的照明现场，通过合同能源管理模式，节能服务公司拟采取的改造措施是使用高光效的氙气灯配合使用智能调光控制器来代替原高压钠灯灯具，我们对照明现场测试了部分项目如表2所示。

图2 某地使用高光效氙气灯和智能调光控制器(b图)代替原高压钠灯灯具(a图)的现场照明效果

从检测结果可以直观的看到，节能改造后路面平均照度值有所提高，能耗也降低了61.5%，但是均匀度下降到0.39，低于国标限值，作为合同能源管理项目，应当在节能服务单位进行有效整改，确保相关考察项目符合国标限值情况下，再进行验收。

表2 改造前后部分项目测试结果

图3所示的另一合同能源管理项目也有类似问题，改造方案为使用200 W的LED路灯代替原400 W高压钠灯路灯，改造后机动车道的照度提高，但是改造后均匀度仅为0.23已经低于国标的限值，因此尽管能耗相对降低了，但道路照明效果未达标，无法做出“节能”的评价。

图3 某地使用LED路灯(b)代替原高压钠灯(a)的现场照明效果

图4是某道路照明节能改造现场照片，节能服务公司采取100 W可调光的LED路灯替换原高压钠灯，在改造后照明检测过程中，发现其满功率运行下，照度亮度等指标均超过国标限值较多，而阈值增量却低于限值。因此，为满足国标照明要求，该节能服务公司采取了适当降低运行功率的方式，经过现场测试，在功率设置为60%时，各项指标都可以满足国标要求。

图4 某地用智能可调光LED照明代替原高压钠灯的现场照明效果

该道路照明现场检测结果如表3所示，表中改造前的高压钠灯数据由于维护情况不详，未采用维护系数，改造后的平均照度和平均亮度数值已采用0.70的维护系数。

表3 某道路节能项目前后照明检测结果

所以在该项目中，我们也能看出，阈值增量这类评价不太容易引起重视的照明指标，成为几个指标中的“短板”。

当前，由于多方面原因，许多验收方较注重节能的绝对值以及在改造后是否照度达标，即在追求“省电”和“照亮”的同时，忽略了照明质量的考虑。尤其当采取的节能改造措施是LED光源替换传统路灯时，相比传统钠灯，LED光源发光亮度往往更大，劣质的配光透镜、不合理的道路照明设计和片面追求照度亮度的提高，会导致眩光控制的失衡，需要在项目节能评价环节重点关注此类指标。

3 总结与建议

道路照明的合同能源管理模式是一种推动道路照明节能改造的有效举措，用能单位能达到节能的目的，节能服务公司也能获得相应的经济效益。但是在开展相应项目中，需要节能服务公司根据原道路照明的实际情况，合理设计道路照明，因地制宜的给出综合改造措施方案。随着现阶段照明产品和技术的不断发展，高光效已经成为一个较容易达到的指标，也就是相对于原有老旧的道路照明灯具，一般来说改造后的新路段往往在保证原有照度水平甚至大幅提升是没有问题的，但是需要注意除了关注“照明节能”这个目的性的评价指标，也要同样注重“照明质量”这个节能改造的基础，除了照度以外，以下指标也需引起重视：

a)眩光控制：过高的阈值增量，会降低机动车驾驶员看清障碍物的能力，严重时引发事故。

b)环境比：环境比过低的道路，机动车驾驶员将无法有效识别到路边人行道上的行人或者非机动车道的情况。

c)纵向亮度均匀度：低纵向亮度均匀度会形成道路上明暗相间的“斑马线”，更容易造成驾驶人员夜间视觉疲劳。

d)人行及非机动车道的最小垂直照度和最小半柱面照度：能帮助行人或非机动车驾驶员快速准确辨认人物脸部轮廓，除了视觉任务要求以外，也有安全性方面的意义，一般来说也是最容易被忽略的照明评价指标。

对于这些道路照明质量评价指标，建议在有条件的情况下，用能单位应尽可能对改造路段有个较为综合全面的检测；对于部分无法满足测试条件的路段，也应根据节能服务单位的节能改造措施、道路等级及周边情况，制定合理的验收依据并进行检测。