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标题 Air Lamp智慧照明系统的经济性评价
范文 文海 孙长征
摘要：针对首次投入大而影响了智慧照明推广应用的实际，提出用寿命周期费用作为经济性的评价指标，并构建了包含首次采购费、有用物费、电费、检修费、消耗品费和报废处置费等在内的寿命周期费用模型。以某小区地下停车场升级为Air Lamp智慧照明系统为实例，计算了寿命周期费用的静态费用和动态费用；然后，运用净现值法，分析了影响因素及其敏感性，评估了节能效果和硬件寿命的经济性。结果表明：虽然智慧照明的首次采购费较高，但是寿命周期费用受后续使用的影响更大；对用户来说，系统运行的年限越长，产生的节能效益越显著；对厂家来说，硬件寿命越长，越有利于降低项目的寿命周期费用。
Abstract： In order to promote the application of intelligent lighting， this paper proposes to use LCC as an index of economic evaluation. The LCC model is constructed， which includes first purchase cost， useful material cost， electricity charge， maintenance cost， consumable cost and scrap disposal cost. Then， taking a cell underground parking lot as an example， the static cost and dynamic cost of the service LCC of the Air Lamp Smart Lighting System are calculated. Finally， the influence factors and their sensitivities are analyzed by NPV method， and the efficiency of energy saving and the economy of hardware life are evaluated. The main conclusions： The LCC of smart lighting is more affected by subsequent use； For the user， the longer the system runs， the more significant the energy saving effect is； For manufacturers， the longer the hardware life， the more conducive to reduce life cycle costs.
关键词：智慧照明系统；寿命周期费用；净现值法；经济性评价；节能；硬件寿命
Key words： smart lighting systems；LCC；NPV method；economic evaluation；energy saving；jardware life
中圖分类号：F014.35 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0051-040 引言
在大力倡导节约、绿色、低碳的今天，照明节能已成为社会焦点[1]。在新建或改造照明系统时，每个单位都希望“既实现经济效益最大化，又能履行节能社会责任”。目前，照明经历了从传统照明、替代性照明、高值化数位照明到LED照明[2]的演变。随着物联网技术的不断成熟，以人为本的智慧照明成了LED照明未来发展的趋势。然而，由于智慧照明的相关概念尚不普及，市场规模化效应尚未形成，相关软件和硬件成本高企，导致智慧照明的首次投入较大，影响了智慧照明的推广应用。
为此，评价智慧照明的经济性，对单位选用决策具有重要的参考意义。1 构建经济性评价的指标及模型
对于照明工程来说，在使用过程中，电费越少，说明节能效果越好。每个单位都希望照明工程具有最小的寿命周期费用，同时取得更大的节能社会效益。为此，本文选用寿命周期费用（LCC）这个指标来评价智慧照明系统的经济性[3]。
寿命周期费用一般用英文Life Cycle Cost的首字母LCC来表达，是产品或项目在采购、使用（维持）、报废等寿命各阶段的费用总和[6]，主要包括投资费用（AC）和使用费用（SC）两部分。智慧照明系统的LCC模型见图1所示。
由于智慧照明系统是成熟产品，在投资费用（AC）中只包含首次采购费（AC0），而在使用费用（SC）中没有单列照明系统的人员管理费，只考虑了有用物费（S1）、电费（S2）、检修费（S3）、消耗品费（S4）和报废处置费（S5）等。其中：
显然，上面式（1）的计算结果没有考虑到货币的时间价值，应为寿命周期费用的静态费用。为便于单位选用决策，还需计算其动态费用。本文拟用净现值法来计算，具体见下面（2）式。
在式（2）中：LCCP为寿命周期费用的现值，i为年利率，n为年数。2 经济性评价的实例
2.1 项目概述
某小区地下停车场共有500个车位、300盏荧光灯（功率40W/盏），均匀分布在4个独立区域，每个区域有2个人员进出通道、2个80米长行车通道和1个50米长行车通道。在升级改造前，采取“在6点至10点和17点至22点等两个时间段灯全亮、其他时段灯亮一半”的策略，每年照明电费约为7.7万元（电费标准1元/度）。现在拟将其照明系统升级成一个不需要管理人员介入的全自动智慧照明系统。整个停车场实现“车（人）来灯亮，车停（人走）/车走灯暗”按需照明。新照明系统的平均故障间隔（MTBF）大于4380小时（即，连续工作0.5年），平均修复时间（MTTR）小于2小时；使用年限为10年，到期后直接废弃。
2.2 Air Lamp智慧照明系统概述
Air Lamp智慧照明系统是通过无线自由组网的ALL协议（即Air Lamp Light Link），将分散独立的照明设备，以免布线形式集成一个智能化照明系统。其中，ALL协议是基于2.45GHz射频识别技术[7]的无线传感网协议，是一种先进的灯控应用信息传递协议。以该协议为纽带，目前覆盖了终端硬件生产、芯片制造、模块网关生产、软件开发、系统集成等领域，初步形成产业生态，并成立了“中国绿色照明产业投资联盟”。所有通过Air Lamp兼容性测试认证的智能电源、灯具、控制器及软件都可以实现互操作和自由替换，可满足个性化、专业化的应用需求。其一般组成原理如图2所示。
Air Lamp智慧照明系统具有：①免回路布线，安装、检修方便；②灯与灯之间无线通信距离高达300m（无遮挡），单个网关可接入6万5千多个智能灯具，可管控海量灯具；③通信速率高达1Mbps，在保持高速数据传输的同时，还可承载多个业务应用；④采取单芯片集成和低功耗技术，无需电池，更节能、可靠；⑤开放的接口，可与其他智能应用深度融合。相对于传统总线式智慧照明的架构复杂、实施难度大、价格高企等缺点来说，Air Lamp智慧照明的系统架构简单，实施难度小，费用极大降低，是当前智慧照明发展的最新代表。
2.3 照明升级方案
该停车场的照明升级方案如下：
①现有的300盏灯具升级为比40W荧光灯更亮的20W智能LED灯；
②在每个人员出入通道处，部署1套人体感应器，并就近接入智能LED灯中的Air Lamp控制器，实现有人时自动亮灯；
③在每个行车通道上部署2个具有移动侦测的高清网络摄像机和2套双鉴探测器，其输出的响应信号就近接入智能LED灯中的Air Lamp控制器，实现有车（有人）时自动亮灯；
④每个车位部署1套双鉴探测器和1套车位感应器和1套5W的智能车位指引灯（LED），其输出的响应信号就近接入该灯中的Air Lamp控制器，通过车位指引灯的亮与暗来实现车位引导；
⑤每个区域部署1套智能网关，通过网线连接网络摄象机，然后接入在小区物业监控中心；
⑥监控中心部署1台监控计算机，用于监控停车场智能LED灯的故障状态和视频。
该停车场照明升级的主要配置见表1。其中，升级所需的网线、交换机、插座等计入安装辅材中。
2.4 寿命周期费用的计算
本文暂不考虑管理费、税费等。在计算停车场照明升级项目的寿命周期费用前，先對各分项费用说明如下：
①首次采购费（AC0）：从表1看出，首次采购费应为35.1万元。
②有用物费（S1）：硬件只要到寿命就更换，软件每年的升级费用计为0.1万元。
③电费（S2）：改造后的新照明系统实现了按需照明，整个项目的电费包括三个方面：一是照明灯的电费，按“全天有1小时工作在总额定功率的100%，5小时工作在80%，10小时工作在50%，8小时工作在20%”标准测算，其电费为：[300盏×20瓦/盏×（1小时+5小时×0.8+10小时×0.5+8小时×0.2）×365÷1000]×1元/千瓦时≈25，410元。二是指引灯的电费，由于指引灯平常是不亮的，只有车辆进出车位才亮，所以按“全天有1小时工作在总额定功率的100%，其他时候不工作”标准测算，其电费为：[500盏×5瓦/盏×（1小时+23小时×0）×365÷1000]×1元/千瓦时≈920元。三是各类配套的电费，除监控计算机（含显示器）功耗较高，按300W功率24小时连续工作，其他为低功耗产品，按每套0.5W功率24小时连续工作，其电费为：[（1×300瓦+1060×0.5瓦）×24时/天×365天÷1000]×1元/千瓦时≈7270元。电费（S2）合计为3.36万元。
④检修费（S3）：改造后，根据系统的MTBF指标，每年检修两次，每次检修费为0.05万元，每年检修费为0.1万元。
⑤消耗品费（S4）：改造后，每次检修需要的耗料计为0.07万元，每年消耗品费为0.14万元。
停车场照明升级项目的寿命周期费用计算结果见表2。
2.5 寿命周期费用的分析
2.5.1 LCC净现值的影响因素分析
从表2看出，该小区地下停车场升级为Air Lamp智慧照明系统的初始投资费为35.1万元，LCC的静态费用为122.3万元，其动态费用为85.1万元。表3分析了LCC及分项费用现值。
从表3看出，影响升级为智慧照明的具体因素主要是首次采购费（AC0）、有用物费（S1）和电费（S2），分别占总费用的41.25%、32.76%和24.25%。而检修费（S3）和消耗品费（S4）之和占总费用的1.74%。虽然升级为智慧照明的首次采购费较高，但是系统寿命周期费用的总现值受后续使用的影响更大，尤其是后续使用中的有用物费和电费具有很大的影响。
下面以此为基本方案，结合表1和表2的数据，就建设规模、使用年限及年利率等主要影响因素，用净现值法[8]进行敏感度分析。其中，无论项目规模是扩大，还是缩小，监控计算机和集中管控软件都只需一套，但有用物费、电费、检修费和消耗品费等则随规模正比例变化。具体分析结果见表4所示。

从表4看出，对升级为智慧照明方案的LCC净现值的影响因素依次是：系统规模、使用年限、年利率。因此，对具体用户来说，在规模一定的情况下，主要取决于项目的使用年限。而与使用年限紧密相关的是节能效果和硬件产品寿命。
2.5.2 评估节能效果的经济性
改造前每年电费7.7万元，升级改造后每年电费约为3.36万元，节省电费4.32万元。在项目系统的实际运行过程中，电费会更低。
若将LCC中的电费变为（S2=-4.32万元），则可重新计算项目的LCC净现值，得出LCC净现值随项目使用年限变化的曲线图，见图3。
从图3看出，当项目的使用年限超过20年后，项目LCC净现值基本达到平衡。这说明，项目使用年限越长，智慧照明的节能效益越显著。
2.5.3 评估硬件寿命的经济性
将项目使用年限延长至20年，同时项目硬件寿命延长1年、2年、3年、4年、5年，分别重新计算该项目LCC净现值，然后得到硬件寿命增加年数与项目LCC净现值之间的关系，见图4。
从图4看出，项目LCC净现值随硬件寿命增加年数几乎成直线下降趋势。说明，硬件寿命越长，项目LCC净现值越低。显然，可以预见，随着智慧照明产业生态的日益成熟，硬件产品质量会越来越高，其寿命也会随之变长，Air Lamp智慧照明系统的寿命周期费用会显著降低。3 结论
①Air Lamp智慧照明是个新事物，也是照明领域未来发展的典型代表，对其寿命周期费用进行分析评价，可以有利于推动智慧照明得到更多应用，從而促进产业生态更加健康地发展。
②结果表明：虽然智慧照明的首次采购费较高，但是寿命周期费用受后续使用的影响更大；对用户来说，系统运行年限越长，产生的节能效益越显著；对厂家来说，硬件寿命越长，越有利于降低项目的寿命周期费用。参考文献：
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[2]颜鹰，翁茂源，蒋建平.浙江省LED照明产业发展现状及其对策[J].科技管理研究，2012，32（9）：158-161.
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更新时间：2025/3/16 7:31:22