从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造.doc

从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造第8卷第4期2011年8月现代交通技术ModemTransportationTechnologyV0I.8No.4Aug.2011从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造孔亮(江苏东方路桥建设养护有限公司,江苏南京211801)摘要:该文综合分析LED大功率路灯的各种固有性能参数和照度实测数据,与老山隧道使用的高压钠灯进行比较.从技术参数上探讨老山隧道LED路灯替代高压钠灯的可行性,从经济角度上利用EMC模式测算LED改造前后支出费用的合理性.进一步推动节能项目的实施.关键词:隧道照明;合同能源管理;LED;改造中图分类号:TK018U459.2文献标识码:C文章编号:16729889(2011)04005804ResearchonLEDTransformationofLaoshanTunnelLightingfromEnergyManagementContactKongLiang(JiangsuOrientalRoadandBridgeConstructionandMaintenanceCo.,Ltd.,Nanjing210001,China)Abstract:ThispaperanalyzedinherentperformanceparametersandilluminationmesureddataofhighpowerLEDstreetlamp,comparedwithhighpressuresodiumlampusedinLaoshantunnel,discussedthefeasibilityofLEDstreetlampinsteadofhighpressuresodiumlampfromtechnologyparameterspoint,andcostreasonablebeforeandafterLEDreformedusingEMCmodeltopromoteenergysavingproject.Keywords:tunnellighting;energymanagementcontract;LED;transformation1概述在能源紧缺,隧道养护经费日益高涨的环境下,节能减排已成为大势所趋.随着新技术,新光源的发展.路灯照明节能技术也随之发展.节能形式和技术基本分为单灯节能和控制节能,控制节能以安装四遥监控系统集中控制,配电线路上安装节电控制器等方式为主,单灯节能以新灯具光源节能,单灯安装节能器(包括分段式镇流器)等方式为主.国家高速G2501南京绕越高速老山隧道照明运行电费支出占日常养护成本很大比例.2008年通过照明供电回路安装节电控制器这一节能改造工程的实施,减少15%左右电费支出It.但如何再有效地实施照明负荷的节能减排.进一步降低隧道运营养护成本,提高隧道综合利用水平,一直以来成为隧道运营养护单位的重要科研课题.通过目前市场上各种节能设备和器件的调查了解.LED灯相比传统的高压钠灯具有高效节能,超长寿命,显色性佳,响应快等突出优势,已逐渐成为道路照明比较好的替代节能产品.并在2008年前后,国家发改委和财政部制定高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法,并出台补贴推广相关细则,对采用合同能源管理推广高效照明的相关环节进行财政补贴.因此利用合同能源管理,隧道运营养护单位不需要支付巨额费用即可以大规模改造老山隧道高压钠灯.再次大幅降低费用支出成为可能.本文综合分析LED大功率路灯的各种固有性能参数和照度实测数据.与老山隧道使用的高压钠灯进行比较.从技术参数上探讨老山隧道LED路灯替代高压钠灯的可行性,从经济角度上利用EMC模式测算LED改造前后支出费用的合理性,进一步推动节能项目的实施.2合同能源管理及国家节能优惠政策合同能源管理23(ENERGYMANAGEMENT作者简介:孔亮(1977一),男,江苏建湖人,工程师,长期从事公路特长隧道养护管理工作.第4期孔亮:从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造?59?CONTRACT.简称EMC)是20世纪7O年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新节能新机制.合同能源管理不是推销产品或技术,而是推销一种减少能源成本的财务管理方法.合同能源管理是节能服务公司通过与客户签订节能服务合同.为客户提供包括:能源审计,项目设计,项目融资,设备采购,工程施工,设备安装调试,人员培训,节能量确认和保证等一整套的节能服务,并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式.节能服务公司服务的客户不需要承担节能实施的资金,技术及风险.并且可以更快地降低能源成本,获得实施节能后带来的收益.并可以获取节能服务公司提供的设备.通常EMC合作模式分为2种:一是对每年节省的电费,按比例由节能改造的双方分成,逐年返还,直至完成合同约定金额为止,合同执行周期较长;二是每年节省的电费.全额返回给LED企业,直至合同约定金额为止,这种模式回款速度快.EMC项目具有节能效率高,客户零投资,全部设计,融资,采购,施工以及合同期内维护等均由节能服务公司负责等特点.z公司拟与老山隧道运营养护单位合作.采取EMC合作模式,用z公司自产的LED隧道灯替换老山隧道高压钠灯,承担高压钠灯更换改造和后期养护费用.老山隧道运营养护单位将改造后节约的电费和维护费以一定合同周期每年按一定比例支付给z公司作为改造,养护成本和利润.此外,国家发改委和财政部已出台节能优惠政策.对采用合同能源管理推广高效照明的相关环节进行财政补贴.按规定,大宗用户每只高效照明产品,中央财政按中标协议供货价格的30%给予补贴.3LED路灯性能分析及与高压钠灯对比目前老山隧道4178盏照明光源全部采用高压钠灯.钠灯是360.发光,约40%光直射地面,其余60%的光则需经灯具反射后射向地面.高压钠灯特殊的细长柱状发光体而造成光分布不均匀,为使道路中线和两灯之间的暗区达到照明标准,设计时不得不采用更大功率,更高光通量的光源以满足暗区的照度要求,从而造成过度照明,导致电能的浪费.而LED发光体小,介质密度大,发光非常集中,亮度很高,定向辐射性可将LED路灯的配光设计为长方形的光型,发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,可以大幅减少能量的浪费.下面分析LED光效,光通量,寿命,散热等诸多光源固有特性及与高压钠灯比较.3.1光通量,光效参数对比众多资料表明目前高压钠灯的光通量,光效均要高于LED路灯.但要比较灯具整体光效大小,首先先看下高压钠灯和LED路灯灯具功率的组成.灯具功率的组成为光源功率+电源损耗=整灯功率.高压钠灯整灯功率组成比较复杂,由于大部分必须通过反射部分非应用方向的光以达到更高的利用率.目前钠灯灯具效率只有40%45%.且存在与有功功率相等的无功功率存在.钠灯电感整流器损耗20%,再算上线路损耗,变压器损耗等,电源损耗达到25%.LED路灯灯具不需要做无功补偿,并且LED是单向性发光.光辐射是定向的,其光利用率比辐射输出各向均匀的普通光源效率要高.除去透镜损失10%,灯具效率较高达到90%.根据光源光效灯具效率=灯具光效.z公司的120WLED路灯的灯具整体光效要高于250W高压钠灯,150WLED路灯的灯具整体光效要高于400W高压钠灯.随着大功率LED路灯技术的发展和成熟.光效已逐步提高,目前光效超过高压钠灯的110lwLED路灯已经生产.3.2寿命,散热特性对比虽然大功率LED路灯研制发展的速度很快,但不可否认在应用中还不同程度地存在着光效低,二次光效处理水平较低,系统光效较低,色温偏差,光色不一,驱动器多故障等一系列问题,其中散热好坏和电源驱动寿命长短等是LED发展的关键所在.LED光源的理论寿命都非常长(前提是满足在规定结温<85oC范围内,L70光衰标准下),但一个灯具的整体寿命不简单是光源寿命,还包括驱动,透镜部分的影响.所以最终灯具的寿命应该以所有灯具部件中寿命部件最短为限.LED是将光衰至70%的使用时间定义为其寿命,达5万h;而高压钠灯是将一批光源点亮至50%的数量损坏定义为其寿命.平均可到2万h.也就是说在同时启用的状况下.400w高压钠灯的寿命中期(2000h)光效为48.4%,250W高压钠灯光效为43.5%,两者光效已比LED87.5%的光效约低55%.由于大功率LED路灯是将多个发光二极管集中在一起进行道路照明设计,除足够的光通量和合理的光学设计以保证合理的光分布外,更为重要的是散热问题.当环境温度高于?6O?现代交通技术2011年二极管结温温度时,效率将大大降低,甚至烧毁,因此LED的散热决定着灯具的寿命和光衰.z公司生产的LED隧道灯其优异的散热材料,导热环节和科学化的造型结构设计,有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果,基本上达到LED在结温上的要求.此外在IP防护,灯体密封结构上,在密封圈的材料选用上也随着LED的科技发展得到了深入研究推广.3.3色温(显色指数),光源颜色对比衡量光源,除了比较光效,光通量,寿命等诸多光源本身特性,参数的同时,还须考虑使用场所特点.因此也要将显色性,色温,光源颜色纳入全面的考虑范畴.目前大功率LED路灯色温在55006000K区间所占比例达40.8%.在该范围整灯光效平均值最高,因此LED路灯采用上述范围左右所在色温的白光,显色指数大于65.高压钠灯的色温在2000K左右,显色指数为23,近乎单色光,分不清颜色.使用色温较高的光源,这样在相同的照度水平(明视觉)下,将会起到更好的视觉效果;或者可以降低相应的照度水平,仍然可以起到相同的视觉效果,保证节能.同时较高的色温也能促进人神经的兴奋度,保证安全.但白光偏冷,作为道路照明光源,视觉感过分阴冷,对驾驶员的舒适度是有影响的.4LED路灯照度,均匀度的实际测量与对比在现有隧道照明变压器,配电柜,电缆线路均不更换,仅在原址上做LED路灯灯具替代高压钠灯灯具的这种合同能源管理模式,照度,均匀度将是判断在隧道实际运行环境下照明效果的好坏.是否满足公路隧道照明规范的重要标准之一.选取老山隧道照明情况好,外界植被少和受阳光影响大的南京至淮安第2洞的人口段和灯具间隔大的基本段为试验地点.对LED路灯和高压钠灯2种灯具照度进行了实际测试,并通过实际运行检验灯具寿命.测试方案如下:(1)对象LED隧道灯(z公司)120W,150W和高压钠灯(F公司)250W,400W各2种灯具.(2)条件单向3车道,沥青路面.灯头高5In,入口段灯具间距1m,基本段灯具间距6m.(3)工具数字式照度计(LX一1010B).(4)选点老山隧道南京至淮安第2洞入口段的左,右侧:从013#灯具开始,至030#结束,计3个循环,共l8m:其中1个循环包括人El加强照明I400W高压钠灯3盏,入口加强照明II250W高压钠灯2盏.基本照明(应急照明)250W高压钠灯1盏.基本段的左侧:从YZ302开始.YZ333结束,计4个循环,共961TI;其中1个循环包括基本照明(应急照明)250W高压钠灯1盏,过渡基本照明I250W高压钠灯1盏.基本照明II250W高压钠灯2盏.基本段右侧:从YY302开始,YY333结束,计4个循环,共96ITI;其中1个循环包括过渡基本照明I250W高压钠灯2盏.基本基本照明II250W高压钠灯2盏.(5)测量参照室外照明测量方法(GB/T15240-94),结合路面原灯杆安装及路况环境状况,选取入口试验段中间的22#及前后20,18,24,26(400W高压钠灯)#灯具,将灯下及每2盏灯中间的l9,2l,23,25#灯具为分割线.道路前进方向将每条车道2等分,上述交叉点得出各试验段测量取点,形成由1mx(3.75/2)m组成的大网格,共63点.选取基本试验段中间的308#及前后307,306,309,310#(250W高压钠灯)灯具,将灯下及每2盏灯中问为分割线,道路前进方向将每条车道2等分,上述交叉点得出各试验段测量取点,形成由3mx(3.75/2)ril组成的大网格,共63点.(6)结果试验结果见表1.(7)分析LED隧道灯,高压钠灯照度能够满足要求.茅于海教授曾提出由于显色系数的差别.LED的照度修正系数为2.35倍,高压钠灯的修正系数为0.94倍.故实测的高压钠灯照度数值虽高于LED路灯,但人眼觉得LED要亮.对于照度均匀度,现行国家道路照明表主干道为0.4.LED光源经过配光后光型是矩形光斑,非常适合道路照明应用,照度均匀度远超过0.4.表1高压钠灯与LED路灯实测照度值表Lux第4期孔亮:从合同能源管理探讨老山隧道照明LED改造?61?5从合同能源管理分析LED替换的经济性根据双方初步意向和老山隧道照明系统实际情况,拟出老山隧道LED照明节能改造方案和老山隧道运营养护单位与z公司双方合作的合同能源管理模式,即照明变压器,配电柜,电缆线路均不更换,仅在原址上做LED路灯灯具替代高压钠灯灯具.z公司全额承担老山隧道高压钠灯更换改造和后期养护费用(其中人口加强照明II和过渡加强照明II共计750盏250W高压钠灯不更换,不维护).该隧道运营养护单位将改造后节约的电费和维护费以l0年为一合作周期,即老山隧道运营养护单位与z公司每年节约电费分成比分别:前3年为1:9;第4,5年为2:8;第6,7年为3:7;第8年为4:6,第9,10年为5:5.此外,还支付除不更换的750盏250W高压钠灯以外的全部维护费用给z公司作为合同改造,养护成本和利润.以往每年老山隧道运营养护单位电费约350万元.维护费20万元.拟更换的LED隧道灯电费支出大约每年152.35万元.不更换的750盏250W高压钠灯以外的维护费用占到全部的75%,即每年16万元的节能改造费用和照明更换维修费用,据此进行测算,以l0年为一合同周期,共需支付给z公司费用合计结果见表2.表2合同期内支付给z公司费用表节7.659767.6197.6597.631976.5x22x2万元支例/9080706050力兀节约维护费用/万元支付比例/万元合计支f寸/万元100100100100100l93?885174?12154?355134.59114.821x3x2x25x2602845_10年内.老山隧道运营养护单位除需支付给z公司1602.845万元外,还需支付LED路灯电费1523.5万元和剩余750盏钠灯维护费40万元,总支出费用见表3.从经济角度看,改造后按照双方给出的支付比例,老山隧道运营养护单位总支出费用可在现有支出的基础上再下降14%左右,达到每年51万元.而且改造后的LED