浅谈城市高架快速路照明节能...合同能源管理项目的实施方法_陈碧璇.pdf

浅谈城市高架快速路照明节能改造合同能源管理项目的实施方法陈碧璇上海国际投资咨询有限公司摘要：城市高架快速路上有大量的各类路灯，比如高杆灯、交通信号灯、景观灯带等，这些路灯既是城市市容市貌的重要组成内容，也关系到高架快速路上及周边道路驾驶员的行车安全，同时还是一个耗电大户。因此，管理好城市高架快速路路灯十分重要，直观体现出了一个城市管理理念和管理水平。通过对一个城市高架快速路照明节能改造合同能源管理项目的深入案例分析，提出了综合考虑节能量、节能收益等各种需求指标的项目实施方法和路径，并梳理了可能面临的问题和应对建议，可为今后在城市高架快速路乃至普通道路推广此类项目提供有益借鉴。关键词：路灯照明；节能改造；合同能源管理；实施方法DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.04.017Discussion on Implementation Methodof Energy Management Contract Proj-ect for Energy Saving Renovation ofUrban Elevated Expressway LightingCHEN BixuanShanghai International Investment Consulting Co.,Ltd.Abstract:There are a large number of various types of street lights on收稿日期：2023-03-10作者简介：陈碧璇（1986-02-），女，本科，工程师，从事节能环保领域的综合能源服务、合同能源管理项目服务、建设项目投资咨询服务SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018urban elevated expressways,such as high pole lights,traffic signal lights,landscape light strips,etc.These street lights are not only an important component of the citys appearance,but also related to thedriving safety of drivers on the elevated expressways and surrounding roads,and are also a large con-sumer of electricity.Therefore,it is very important to manage the streetlights on urban elevated ex-pressways well,which intuitively reflects the concept and level of urban management.Through in-depthcase analysis of an energy management project for energy saving renovation of urban elevated ex-pressway lighting,this paper proposes a project implementation method and path that comprehensivelyconsiders various demand indicators such as energy saving and energy saving benefits.It also sortsout potential problems and response suggestions,which can provide useful reference for promotingsuch projects on urban elevated expressways and even ordinary roads in the future.Key words:Street Lighting;Energy Saving Renovation;Energy Contract Management;Implementa-tion Methods0 引言城市化的加速扩张导致了建筑能源消耗量居高不下，是公共建筑能耗0 引言为展示绿色环保的城市形象，让路灯更加节能高效，在较多高架道路照明灯具即将到达使用寿命的前提下，某一线城市市级主管部门拟通过打造优质“样板工程”来探索全市道路照明节能改造的方法。该主管部门委托某第三方咨询机构针对某高架快速路段开展路灯节能改造合同能源管理项目的咨询服务，咨询内容包括项目边界划分、基准期和基准量的确定、产品及技术需求分析、节能效益测算、施工验收重点和改造后节能量核定等。1 项目基本情况和实施目标某高架快速路段全线共有 1 800 余杆灯杆、2 000余套250 W高压钠灯，全年亮灯小时数定为4 100 h余，年用电量227万kWh。这些路灯绝大部分使用年限都已超过10年，在改造前均已安装单灯管理控制系统。该项目通过合同能源管理中的节能效益分享型模式实施改造，在满足现行照明标准及实际使用要求、保证亮灯率99.5%及以上的前提下，实现不低于50%的节电率目标（合同实施时进行节电率考核）。为同时达到安全、美观、节能低碳的总体目标，该项目将实施目标需求具体细化为选择优质长寿的节能照明灯具、提供更加舒适健康的照明环境、进行合理可行的节能量计算、保障项目的经济效益、制定合理的效益分享机制、项目实施要便于后期管理六个方面。2 项目特点和挑战与一般合同能源管理项目相比，此类项目有用能品种单一、业主方均为公共机构、设备每年运行时间相对稳定等方面优势，有利于项目实施推进，但也存在以下几个方面的挑战：1）边界划分困难项目涉及高架快速路，因此只能分段改造。在划分项目边界时要考虑多种因素，例如路段、电路、改造范围、行政管理界面等，如划分不合适会导致能耗难以统计计算、照明效果检测不佳、改造范围模糊、公安机构实施封路困难等情况。2）照明效果检测保持一致性此类项目照明效果检测的目的一是为制定产品技术指标提供依据，二是为分析改造后照明效果是否符合业主方要求。因此，改造前后的照明效果检测条件和影响因素应基本一致。如果改造前后由不同检测单位进行检测，则很可能会忽视一致性，导致检测结果偏差。浅谈城市高架快速路照明节能改造合同能源管理项目的实施方法499SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820183）产品技术指标挑选困难虽然有国家及地方的 城市道路照明设计标准 作为参考，但是国标和地标里往往没有具体数值，而是一个范围或者是定性描述。因此，如何取值需要多方考证，一方面要考虑先进性和全面性，一方面要考虑经济性和可行性。4）能耗计算困难一般项目范围内灯具是与项目外用电设备共用电表的，无法从电表读数中拆分出项目范围内的灯具用电量。但是，采用公式计算时，灯具实际功率难以获得，因此能耗计算难度较大。5）投资效益测算困难由于此类项目对产品技术和服务要求较高，因此项目成本远大于一般照明合同能源管理项目。在投资效益分析时要建立多种模型来测算在各种参数排列组合下的数据，最终选取可行方案。6）项目实施后节电量验证复杂首先，此类项目的节电量验证应在照明效果符合业主方要求的前提下进行，因此要统筹考虑节电量验证和照明效果检测两项工作。其次，节电量与经济效益直接挂钩，需要采用两种以上方法分别计算进行数据校核。3 项目实施的关键环节和分析方法基于以上项目实施目标和实际特点，实施此类合同能源管理项目需重点把握好项目边界确定、照明效果变化情况检测、灯具技术参数比选、能耗计算、合同期限选择等五个核心环节。3.1 项目边界的确定鉴于路灯量大面广，且不同道路路灯现状情况差别很大，该项目在选择实施区域时考虑过多种方案，基于六个方面因素考虑，最终确定的实施区域为某高架快速路某段，全长约 29 km 连续高架道路。这些因素分别为原灯具使用年限、改造范围及对象、电表箱电路分布情况、是否涵盖标准路段能进行照明效果检测、公安机构是否能通过封路方案、行政管理主体是否一致。3.2 照明效果的检测为了了解改造后照明效果改善情况，在改造前后都要进行照明效果检测。检测时要注意选取有代表性的标准路段进行检测、尽量选择环境光影响小的时间做检测、改造前后检测路段和检测仪器以及检测时间等保持一致、测点分布合理四个方面。基于上述考虑，经实地采样检测，该项目改造前照明效果为平均照度 2223 lx、照度均匀度0.53。3.3 产品及技术指标的比选为实现照明效果改善和能效提升目标，选取更优质高效的灯具是项目的重中之重。为此，该项目基于 城市道路照明设计标准（CJJ45-2015，以下简称“国家照明标准”）、上海道路LED照明应用技术规程（DG/TJ08-2182-2015，以下简称“地方照明标准”）等相关规定，综合运用德尔菲法、专家会议法、调查法等方法，确定了适合项目所选路段的道路照明指标值和LED灯具技术要求。3.3.1 道路照明指标值的选取1-2道路照明指标包括了路面亮度、路面照度、眩光限制阈值增量等内容，项目主要对以下五个方面做了调查与讨论：1）平均照度国家照明标准中对应类型的平均照度维持值低档20 lx、高档30 lx，地方照明标准为20 lx。该项目平均照度维持值的选取主要考虑了改造前平均照度、项目经济效益等，选定项目的照度值为25 lx。2）平均亮度国家照明标准中对应类型的平均亮度低档1.5 cd/m2、高档2.0 cd/m2，地方照明标准为1.5 cd/m2。最终考虑到LED灯具在平均亮度偏低的情况下容易出现“斑马线”，因此该标准值为1.75 cd/m2。3）删除环境比500SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018国家照明标准中环境比最小值0.5。最终考虑项目实施地点为高架快速路，环境比太高会影响地面道路照明，因此删除此项。4）不同距高比制订不同标准值国家照明标准未考虑距高比，地方照明标准考虑到实际情况设置了不同距高比的标准值。经调研，项目存在改造后距高比不同的现象，因此采纳地方照明标准的意见，针对不同距高比设置不同标准值。5）匝道与主干路标准是否一致国家及地方照明标准中，主干路与次干路、支路的标准值是不一样的-。经讨论，由于项目的匝道连接高架主线和地面主干道，因此宜与主干道标准保持一致。根据上述情况，项目最终确定了道路照明标准值（见表1）。表1 距高比小于等于3.5的高架道路照明标准值（部分）级别道路类型主干路及匝道（匝道沿用主干路标准）路面亮度平均亮度Lav（cd/）1.75总均匀度Uo最小值0.4纵向均匀度UL最小值0.7路面照度平均照度Eav（lx）维持值25均匀度UE最小值0.4眩光限制阈值增量T1(%)最大初始值103.3.2 LED灯具技术要求的明确1-2该项目针对从国家及地方照明标准中筛选出的十余项技术参数进行多次讨论论证，最终明确了相关参数值。1）产品认证经讨论，CQC虽然不是强制性要求，但是一般品牌较好、规模较大的企业都会去做。因此，为了确保灯具产品质量，在征求招标代理机构意见的前提下，将“产品取得CQC 和其它相关安全和性能认证”纳入技术要求。2）灯具效能国家及地方照明标准都根据不同色温，制定了不同的灯具效能值，最高105 lm/W。通过市场调研，为了达到选取优质灯具的目的，经专家讨论决定，项目在色温3 000 K的情况下，灯具效能应110 lm/W。3）芯片或器件（模组）业主方期望改造后芯片质量好，但公开招标的内容不能有倾向性、排斥性内容，或有歧视性要求，且考虑到支持小微企业，将此条内容设定为“性能优越、质量稳定”。4）配光在项目过程中曾考虑用最大光强位置和半峰光束角来设计配光要求。经讨论，这两个技术内容主要针对隧道灯，并且无标准依据，因此改为采用国家照明标准中的“采用截光型半截光型灯具”。5）灯具寿命由于业主方希望灯具寿命较长，因此寻找衡量灯具寿命的有效指标。经调研，主要有结温试验和6 000 h光衰两种指标可衡量，这两种指标各有利弊。结温试验测试时间较短，但结温试验的结果是否代表 6 000 h 光衰的结果，这一点行业中有争议。6 000 h光衰所需的测试天数较长，约280 d。因此最终删除此内容。未来可要求供应商承诺灯具寿命符合业主要求。此外，项目还对显色指数、安全与性能、防护等级、电磁兼容性等做了充分的讨论与调查，形成了相关技术要求（见表2）。3.3.3 照明标准及技术要求的检测验证只有在制订产品及技术指标时就确定好检测验证的方法和内容，才能避免“纸上谈兵”，真正推动项目达到预期效果。常见检测验证的方法主要浅谈城市高架快速路照明节能改造合同能源管理项目的实施方法501SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018有以下三种：1）常规与随机结合的方法考虑到实际操作的可行性和便利性，检测验证可采取常规检测和随机抽检结合的方式进行，这样既节约成本又能较为有效地实施。比如，改造实施后道路照明标准可采取固定路段检测和随机路段抽检的方式来验证；灯具技术参数可通过让合同能源管理服务商提供规定的检测报告以及业主方随机抽检的方式来复核验证。2）软件模拟法由于改造前难以通过检测的方法来判断新的节能灯具安装后是否满足照明标准，因此可考虑采用软件模拟的方法对路段进行模拟运行，根据模拟运行参数及结果来判断是否符合要求。3）实地试装法在有条件的情况下，业主方可以选取标准路段邀请各主体进行实地试装，在灯具运行平稳后进行检测。3.4 能耗的计算由于无法从电表中拆分能耗，该项目采用公式计算的方法来得到基准期和改造后能耗。总能耗（kWh）=灯具总用电量（kWh）=灯具功率（kW/只）运行时间（h）实际亮灯率（%）灯具数量（只）。1）路灯运行时间项目运行时间是根据路灯运行时间表来计算，也可通过智能控制系统数据等计算。2）灯具功率改造前灯具为高压钠灯，具有功率随电压浮动的特性。改造后灯具为LED灯，具有功率不随电压浮动的特性。项目选取2个路段的灯具作为代表性测试灯具，进行通过现场检测的方法来获得改造前灯具的实际工况，采用两者均值的方式计算基准期能耗。3）实际亮灯率如安装智能控制系统，实际亮灯率可通过系统数据统计得出。如没有，可根据维修情况等推算实际亮灯率。经测算，项目灯具基准期改造范围内能耗为227万kWh。3.5 合同期限的选择要制定合理的合同能源管理期限，首先要进行投资效益测算。测算应设定变量参数及不变参数，通过不同状况的测算数据的比对，来分析合适的合同期限。表2 LED道路灯具技术要求（部分）序号1234567891011名称产品认证色温显色指数配光安全与性能防护等级防触电保护型式电涌保护接地芯片或器件（模组）电磁兼容性需求说明产品取得CQC 和其他相关安全和性能认证3 000 K65应采用截光型或半截光型灯具符合GB 7000.203(GB 7000.1)要求需具备防坠落装置灯具主体应使用压铸铝结构IP65或以上CLASS I灯具需配置10 kV浪涌保护器且符合GB 18802.1灯具应具有专用接地端子性能优越、质量稳定无线电骚扰特性符合GB 17743要求电磁兼容、限值、谐波电流发射限值（设备每相输入电流16 A）符合GB 17625.1要求抗扰度符合GB/T 17625.5502SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期ENERGY SAVING ENGINEERING AND ECONOMYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018项目选取了灯具照度为变量参数，因为其影响到灯具成本、节电量、节能费用。在灯具照度为20 lx、25 lx、30 lx的条件下，测算的静动态合同回收期、财务净现值、投资回报率等数据。经测算，改造后灯具照度为30 lx，动态回收期10年、静态投资回收期8年；改造后灯具照度为25 lx，动态回收期8年、静态投资回收期6年；改造后灯具照度为20 lx，动态回收期6年、静态投资回收期5年。经讨论，最终确定合同期限为8年。4 实施此类合同能源管理项目的建议通过该项目的实施方法研究分析，有六方面建议可供业主、合同能源管理服务商及第三方咨询服务机构参考借鉴：1）做好前期调研前期调研的内容除了一般合同能源管理项目需要调查的用电量、电费、改造设备基本情况，还需要详细调查天气状况（含日出日落）、原灯具施工图纸、改造路段施工图纸、电表箱配电、周边建筑物光源、路灯运行时间、公安机关封路要求等，为项目边界划分、基准期确定、投资效益测算打下基础。2）分析数据可用性从智能控制系统、电表上读取的数据，以现场检测获得的照明效果、灯具功率等数据，要分析其应用场景、波动情况，要剔除异常数据后方可使用。3）产品技术指标比选需兼顾先进性、可行性和实际成本在实际工作中发现有很多产品指标是无法检测、很难检测或者有争议的，有些指标只有在少数实验室内进行破坏性检测才可以得到，并且成本高、时间长；有些指标采用软件模拟无法实际获得；有些指标在行业内争议很大。因此，在制订产品指标时要考虑到指标的广泛认可及验证的可行性，另外招投标则应把投标人的检测时间、成本等因素一并考虑进去。4）保持前后一致性对项目的节能量、照明效果的评价以及对节电费用的计算，要保持前后边界一致。例如，改造前后照明效果的对比，应在同自然光条件下、同周边环境光影响下、同检测路段下进行。5）保证检测数据客观性在对灯具实际功率、照明效果进行现场检测时，可选择多个典型路段为测试路段，检测一个以上亮灯周期（每个亮灯周期为当日晚上亮灯开始至次日凌晨亮灯结束）。6）平衡需求与经济性首先要平衡项目成本和经济效益，要精简项目需求、合理制定改造内容、筛选核心技术指标。其次要平衡项目效果与节能量，要制定合适的改造目标、节能量目标、照明效果要求。最后要平衡合同期与效益分析比例，要多条件比对测算不同条件下的经济效益数据。参考文献1中华人民共和国住房和城乡建设部.城市道路照明设计标准:CJJ45-2015 S.中国建筑工业出版社,2015:8-9、13-14.2上海市城乡建设和管理委员会.上海道路LED照明应用技术规程:DG/TJ08-2182-2015 S.同济大学出版社,2015:7-8、17-18.浅谈城市高架快速路照明节能改造合同能源管理项目的实施方法503