Air Lamp智慧照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

文海 孫長(zhǎng)征

摘要：針對(duì)首次投入大而影響了智慧照明推廣應(yīng)用的實(shí)際，提出用壽命周期費(fèi)用作為經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并構(gòu)建了包含首次采購(gòu)費(fèi)、有用物費(fèi)、電費(fèi)、檢修費(fèi)、消耗品費(fèi)和報(bào)廢處置費(fèi)等在內(nèi)的壽命周期費(fèi)用模型。以某小區(qū)地下停車場(chǎng)升級(jí)為Air Lamp智慧照明系統(tǒng)為實(shí)例，計(jì)算了壽命周期費(fèi)用的靜態(tài)費(fèi)用和動(dòng)態(tài)費(fèi)用；然后，運(yùn)用凈現(xiàn)值法，分析了影響因素及其敏感性，評(píng)估了節(jié)能效果和硬件壽命的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明：雖然智慧照明的首次采購(gòu)費(fèi)較高，但是壽命周期費(fèi)用受后續(xù)使用的影響更大；對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)運(yùn)行的年限越長(zhǎng)，產(chǎn)生的節(jié)能效益越顯著；對(duì)廠家來(lái)說(shuō)，硬件壽命越長(zhǎng)，越有利于降低項(xiàng)目的壽命周期費(fèi)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.

關(guān)鍵詞：智慧照明系統(tǒng)；壽命周期費(fèi)用；凈現(xiàn)值法；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)；節(jié)能；硬件壽命

Key words： smart lighting systems；LCC；NPV method；economic evaluation；energy saving；jardware life

中圖分類號(hào)：F014.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0051-04

0 引言

在大力倡導(dǎo)節(jié)約、綠色、低碳的今天，照明節(jié)能已成為社會(huì)焦點(diǎn)[1]。在新建或改造照明系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)單位都希望“既實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，又能履行節(jié)能社會(huì)責(zé)任”。目前，照明經(jīng)歷了從傳統(tǒng)照明、替代性照明、高值化數(shù)位照明到LED照明[2]的演變。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，以人為本的智慧照明成了LED照明未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。然而，由于智慧照明的相關(guān)概念尚不普及，市場(chǎng)規(guī)模化效應(yīng)尚未形成，相關(guān)軟件和硬件成本高企，導(dǎo)致智慧照明的首次投入較大，影響了智慧照明的推廣應(yīng)用。

為此，評(píng)價(jià)智慧照明的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)單位選用決策具有重要的參考意義。

1 構(gòu)建經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)及模型

對(duì)于照明工程來(lái)說(shuō)，在使用過(guò)程中，電費(fèi)越少，說(shuō)明節(jié)能效果越好。每個(gè)單位都希望照明工程具有最小的壽命周期費(fèi)用，同時(shí)取得更大的節(jié)能社會(huì)效益。為此，本文選用壽命周期費(fèi)用（LCC）這個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)智慧照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性[3]。

壽命周期費(fèi)用一般用英文Life Cycle Cost的首字母LCC來(lái)表達(dá)，是產(chǎn)品或項(xiàng)目在采購(gòu)、使用（維持）、報(bào)廢等壽命各階段的費(fèi)用總和[6]，主要包括投資費(fèi)用（AC）和使用費(fèi)用（SC）兩部分。智慧照明系統(tǒng)的LCC模型見(jiàn)圖1所示。

由于智慧照明系統(tǒng)是成熟產(chǎn)品，在投資費(fèi)用（AC）中只包含首次采購(gòu)費(fèi)（AC0），而在使用費(fèi)用（SC）中沒(méi)有單列照明系統(tǒng)的人員管理費(fèi)，只考慮了有用物費(fèi)（S1）、電費(fèi)（S2）、檢修費(fèi)（S3）、消耗品費(fèi)（S4）和報(bào)廢處置費(fèi)（S5）等。其中：

顯然，上面式（1）的計(jì)算結(jié)果沒(méi)有考慮到貨幣的時(shí)間價(jià)值，應(yīng)為壽命周期費(fèi)用的靜態(tài)費(fèi)用。為便于單位選用決策，還需計(jì)算其動(dòng)態(tài)費(fèi)用。本文擬用凈現(xiàn)值法來(lái)計(jì)算，具體見(jiàn)下面（2）式。

在式（2）中：LCCP為壽命周期費(fèi)用的現(xiàn)值，i為年利率，n為年數(shù)。

2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概述

某小區(qū)地下停車場(chǎng)共有500個(gè)車位、300盞熒光燈（功率40W/盞），均勻分布在4個(gè)獨(dú)立區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有2個(gè)人員進(jìn)出通道、2個(gè)80米長(zhǎng)行車通道和1個(gè)50米長(zhǎng)行車通道。在升級(jí)改造前，采取“在6點(diǎn)至10點(diǎn)和17點(diǎn)至22點(diǎn)等兩個(gè)時(shí)間段燈全亮、其他時(shí)段燈亮一半”的策略，每年照明電費(fèi)約為7.7萬(wàn)元（電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)1元/度）。現(xiàn)在擬將其照明系統(tǒng)升級(jí)成一個(gè)不需要管理人員介入的全自動(dòng)智慧照明系統(tǒng)。整個(gè)停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)“車（人）來(lái)燈亮，車停（人走）/車走燈暗”按需照明。新照明系統(tǒng)的平均故障間隔（MTBF）大于4380小時(shí)（即，連續(xù)工作0.5年），平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）小于2小時(shí)；使用年限為10年，到期后直接廢棄。

2.2 Air Lamp智慧照明系統(tǒng)概述

Air Lamp智慧照明系統(tǒng)是通過(guò)無(wú)線自由組網(wǎng)的ALL協(xié)議（即Air Lamp Light Link），將分散獨(dú)立的照明設(shè)備，以免布線形式集成一個(gè)智能化照明系統(tǒng)。其中，ALL協(xié)議是基于2.45GHz射頻識(shí)別技術(shù)[7]的無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)議，是一種先進(jìn)的燈控應(yīng)用信息傳遞協(xié)議。以該協(xié)議為紐帶，目前覆蓋了終端硬件生產(chǎn)、芯片制造、模塊網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成等領(lǐng)域，初步形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)，并成立了“中國(guó)綠色照明產(chǎn)業(yè)投資聯(lián)盟”。所有通過(guò)Air Lamp兼容性測(cè)試認(rèn)證的智能電源、燈具、控制器及軟件都可以實(shí)現(xiàn)互操作和自由替換，可滿足個(gè)性化、專業(yè)化的應(yīng)用需求。其一般組成原理如圖2所示。

Air Lamp智慧照明系統(tǒng)具有：①免回路布線，安裝、檢修方便；②燈與燈之間無(wú)線通信距離高達(dá)300m（無(wú)遮擋），單個(gè)網(wǎng)關(guān)可接入6萬(wàn)5千多個(gè)智能燈具，可管控海量燈具；③通信速率高達(dá)1Mbps，在保持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還可承載多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用；④采取單芯片集成和低功耗技術(shù)，無(wú)需電池，更節(jié)能、可靠；⑤開放的接口，可與其他智能應(yīng)用深度融合。相對(duì)于傳統(tǒng)總線式智慧照明的架構(gòu)復(fù)雜、實(shí)施難度大、價(jià)格高企等缺點(diǎn)來(lái)說(shuō)，Air Lamp智慧照明的系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施難度小，費(fèi)用極大降低，是當(dāng)前智慧照明發(fā)展的最新代表。

2.3 照明升級(jí)方案

該停車場(chǎng)的照明升級(jí)方案如下：

①現(xiàn)有的300盞燈具升級(jí)為比40W熒光燈更亮的20W智能LED燈；

②在每個(gè)人員出入通道處，部署1套人體感應(yīng)器，并就近接入智能LED燈中的Air Lamp控制器，實(shí)現(xiàn)有人時(shí)自動(dòng)亮燈；

③在每個(gè)行車通道上部署2個(gè)具有移動(dòng)偵測(cè)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和2套雙鑒探測(cè)器，其輸出的響應(yīng)信號(hào)就近接入智能LED燈中的Air Lamp控制器，實(shí)現(xiàn)有車（有人）時(shí)自動(dòng)亮燈；

④每個(gè)車位部署1套雙鑒探測(cè)器和1套車位感應(yīng)器和1套5W的智能車位指引燈（LED），其輸出的響應(yīng)信號(hào)就近接入該燈中的Air Lamp控制器，通過(guò)車位指引燈的亮與暗來(lái)實(shí)現(xiàn)車位引導(dǎo)；

⑤每個(gè)區(qū)域部署1套智能網(wǎng)關(guān)，通過(guò)網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)，然后接入在小區(qū)物業(yè)監(jiān)控中心；

⑥監(jiān)控中心部署1臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)控停車場(chǎng)智能LED燈的故障狀態(tài)和視頻。

該停車場(chǎng)照明升級(jí)的主要配置見(jiàn)表1。其中，升級(jí)所需的網(wǎng)線、交換機(jī)、插座等計(jì)入安裝輔材中。

2.4 壽命周期費(fèi)用的計(jì)算

本文暫不考慮管理費(fèi)、稅費(fèi)等。在計(jì)算停車場(chǎng)照明升級(jí)項(xiàng)目的壽命周期費(fèi)用前，先對(duì)各分項(xiàng)費(fèi)用說(shuō)明如下：

①首次采購(gòu)費(fèi)（AC0）：從表1看出，首次采購(gòu)費(fèi)應(yīng)為35.1萬(wàn)元。

②有用物費(fèi)（S1）：硬件只要到壽命就更換，軟件每年的升級(jí)費(fèi)用計(jì)為0.1萬(wàn)元。

③電費(fèi)（S2）：改造后的新照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了按需照明，整個(gè)項(xiàng)目的電費(fèi)包括三個(gè)方面：一是照明燈的電費(fèi)，按“全天有1小時(shí)工作在總額定功率的100%，5小時(shí)工作在80%，10小時(shí)工作在50%，8小時(shí)工作在20%”標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算，其電費(fèi)為：[300盞×20瓦/盞×（1小時(shí)+5小時(shí)×0.8+10小時(shí)×0.5+8小時(shí)×0.2）×365÷1000]×1元/千瓦時(shí)≈25，410元。二是指引燈的電費(fèi)，由于指引燈平常是不亮的，只有車輛進(jìn)出車位才亮，所以按“全天有1小時(shí)工作在總額定功率的100%，其他時(shí)候不工作”標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算，其電費(fèi)為：[500盞×5瓦/盞×（1小時(shí)+23小時(shí)×0）×365÷1000]×1元/千瓦時(shí)≈920元。三是各類配套的電費(fèi)，除監(jiān)控計(jì)算機(jī)（含顯示器）功耗較高，按300W功率24小時(shí)連續(xù)工作，其他為低功耗產(chǎn)品，按每套0.5W功率24小時(shí)連續(xù)工作，其電費(fèi)為：[（1×300瓦+1060×0.5瓦）×24時(shí)/天×365天÷1000]×1元/千瓦時(shí)≈7270元。電費(fèi)（S2）合計(jì)為3.36萬(wàn)元。

④檢修費(fèi)（S3）：改造后，根據(jù)系統(tǒng)的MTBF指標(biāo)，每年檢修兩次，每次檢修費(fèi)為0.05萬(wàn)元，每年檢修費(fèi)為0.1萬(wàn)元。

⑤消耗品費(fèi)（S4）：改造后，每次檢修需要的耗料計(jì)為0.07萬(wàn)元，每年消耗品費(fèi)為0.14萬(wàn)元。

停車場(chǎng)照明升級(jí)項(xiàng)目的壽命周期費(fèi)用計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2.5 壽命周期費(fèi)用的分析

2.5.1 LCC凈現(xiàn)值的影響因素分析

從表2看出，該小區(qū)地下停車場(chǎng)升級(jí)為Air Lamp智慧照明系統(tǒng)的初始投資費(fèi)為35.1萬(wàn)元，LCC的靜態(tài)費(fèi)用為122.3萬(wàn)元，其動(dòng)態(tài)費(fèi)用為85.1萬(wàn)元。表3分析了LCC及分項(xiàng)費(fèi)用現(xiàn)值。

從表3看出，影響升級(jí)為智慧照明的具體因素主要是首次采購(gòu)費(fèi)（AC0）、有用物費(fèi)（S1）和電費(fèi)（S2），分別占總費(fèi)用的41.25%、32.76%和24.25%。而檢修費(fèi)（S3）和消耗品費(fèi)（S4）之和占總費(fèi)用的1.74%。雖然升級(jí)為智慧照明的首次采購(gòu)費(fèi)較高，但是系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用的總現(xiàn)值受后續(xù)使用的影響更大，尤其是后續(xù)使用中的有用物費(fèi)和電費(fèi)具有很大的影響。

下面以此為基本方案，結(jié)合表1和表2的數(shù)據(jù)，就建設(shè)規(guī)模、使用年限及年利率等主要影響因素，用凈現(xiàn)值法[8]進(jìn)行敏感度分析。其中，無(wú)論項(xiàng)目規(guī)模是擴(kuò)大，還是縮小，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和集中管控軟件都只需一套，但有用物費(fèi)、電費(fèi)、檢修費(fèi)和消耗品費(fèi)等則隨規(guī)模正比例變化。具體分析結(jié)果見(jiàn)表4所示。

從表4看出，對(duì)升級(jí)為智慧照明方案的LCC凈現(xiàn)值的影響因素依次是：系統(tǒng)規(guī)模、使用年限、年利率。因此，對(duì)具體用戶來(lái)說(shuō)，在規(guī)模一定的情況下，主要取決于項(xiàng)目的使用年限。而與使用年限緊密相關(guān)的是節(jié)能效果和硬件產(chǎn)品壽命。

2.5.2 評(píng)估節(jié)能效果的經(jīng)濟(jì)性

改造前每年電費(fèi)7.7萬(wàn)元，升級(jí)改造后每年電費(fèi)約為3.36萬(wàn)元，節(jié)省電費(fèi)4.32萬(wàn)元。在項(xiàng)目系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電費(fèi)會(huì)更低。

若將LCC中的電費(fèi)變?yōu)椋⊿2=-4.32萬(wàn)元），則可重新計(jì)算項(xiàng)目的LCC凈現(xiàn)值，得出LCC凈現(xiàn)值隨項(xiàng)目使用年限變化的曲線圖，見(jiàn)圖3。

從圖3看出，當(dāng)項(xiàng)目的使用年限超過(guò)20年后，項(xiàng)目LCC凈現(xiàn)值基本達(dá)到平衡。這說(shuō)明，項(xiàng)目使用年限越長(zhǎng)，智慧照明的節(jié)能效益越顯著。

2.5.3 評(píng)估硬件壽命的經(jīng)濟(jì)性

將項(xiàng)目使用年限延長(zhǎng)至20年，同時(shí)項(xiàng)目硬件壽命延長(zhǎng)1年、2年、3年、4年、5年，分別重新計(jì)算該項(xiàng)目LCC凈現(xiàn)值，然后得到硬件壽命增加年數(shù)與項(xiàng)目LCC凈現(xiàn)值之間的關(guān)系，見(jiàn)圖4。

從圖4看出，項(xiàng)目LCC凈現(xiàn)值隨硬件壽命增加年數(shù)幾乎成直線下降趨勢(shì)。說(shuō)明，硬件壽命越長(zhǎng)，項(xiàng)目LCC凈現(xiàn)值越低。顯然，可以預(yù)見(jiàn)，隨著智慧照明產(chǎn)業(yè)生態(tài)的日益成熟，硬件產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)越來(lái)越高，其壽命也會(huì)隨之變長(zhǎng)，Air Lamp智慧照明系統(tǒng)的壽命周期費(fèi)用會(huì)顯著降低。

3 結(jié)論

①Air Lamp智慧照明是個(gè)新事物，也是照明領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的典型代表，對(duì)其壽命周期費(fèi)用進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，可以有利于推動(dòng)智慧照明得到更多應(yīng)用，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)更加健康地發(fā)展。

②結(jié)果表明：雖然智慧照明的首次采購(gòu)費(fèi)較高，但是壽命周期費(fèi)用受后續(xù)使用的影響更大；對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)運(yùn)行年限越長(zhǎng)，產(chǎn)生的節(jié)能效益越顯著；對(duì)廠家來(lái)說(shuō)，硬件壽命越長(zhǎng)，越有利于降低項(xiàng)目的壽命周期費(fèi)用。

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