智慧照明解决方案V11.docx
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智慧照明解决方案V11
智慧照明，点亮XX市
--XX市智慧照明解决方案
大唐移动通信设备有限公司
2013年6月
第一章、智慧照明系统方案
智慧照明是通过应用物联网和IT技术实现对路灯的远程单灯开关、调光、检测等智能化管理功能，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，节省维护成本。
智慧照明系统分为光源终端部分和智能控制系统部分。
本方案是由我司综合先进的氙气灯加融入物联网技术的智能控制系统，从硬件以及软件的技术手段以及合同能源管理方式共同实现对现有老式城市照明系统的升级改造，在提高城市照明的效果的同时，实现节能减排并减少政府财政支出等等。
（一）光源终端部分
1.主流路灯对比
从发光效果看，气体放电灯是照明发展的方向。
本系统方案的光源终端采用氙气灯。
2.氙气灯的优势
①显色性最好。
显色性是光线使物体呈现本来色彩的能力。
氙灯是人造光源中显色性最好的光源，显示路面和物件清晰逼真，人们在此光线下工作几乎不产生视觉疲劳。
目前广泛应用于高品质照明，植物生长光源，仪器仪表等。
太阳显色性为100，氙灯为90以上，是所有光源里面显色性最好的，所以称其为高品质光源（现在氙灯是大学实验室或是科研机构试验用光源）。
从下图片可看出，氙灯的显色性明显优于钠灯和LED灯。
高显色性光源可以使高压钠灯所无法呈现的死角清晰的显现出来，以提供更加安全舒适的交通照明。
②穿透性良好。
穿透性指透雾性和远距离投射能力。
目前透雾性相对较好的是黄色钠灯，但钠灯光污染较大。
氙灯拥有最接近阳光的光谱，其透雾性和远距离（超过100米）投射能力都很优异，金卤灯比氙灯差30%，LED和节能灯的乳白柔光穿透性最差。
③发光效率高。
发光效率指每瓦电量所能发出（仪表在全光谱下测量）的光通量，有效光效是人眼识别的光效。
钠灯光污染严重，50%的光为无用光，不能为人眼所用，所以有效光效底。
有效光效越高，光源越节能，氙灯的测试光效达110Lm/W，有效光效超过120Lm。
如下图在明视觉状态下，人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感，在暗视觉环境下，人眼对波长为507nm的蓝绿光最敏感。
道路照明属于中间视觉，两种视觉细胞同时工作，对波长为507~555nm范围的绿光最敏感，具体峰值波长取决于亮度值。
如果照明光源光谱与敏感波长一致，则视觉效率最高。
所以，在道路照明亮度环境下，希望照明光源的光谱在480~580nm之间要丰富。
氙气灯在此光谱接近太阳光谱，如下图，使用氙气灯取代高压钠灯用作道路照明光源将是最经济高效的光源。
④典型寿命高。
光源光衰到50%视为寿命终结，LED灯因解决不了散热问题而影响了荧光粉发光效率，光衰非常大，从而直接影响其寿命，使用1-2年光照度就下降50%以上。
节能灯因发光面大温度低，对其寿命影响小。
氙灯典型寿命超过普通灯具的3倍，而且光衰光衰非常小，年光衰不足3%。
高压钠灯的寿命在6000小时左右，而氙气灯的灯管寿命可达16000小时以上，镇流器（2.5万小时5%失效率）寿命可达5-8年。
电感镇流器功耗29-55w>Secoing®电子镇流器功耗15w。
⑤节能环保。
经实测，150W氙气灯的照度是250W高压钠灯的3倍,是150W节能灯的3倍，在达到同等光照度的情况下，氙气路灯可以比高压钠灯、普通金卤灯节能70%以上，节能效果非常明显。
氙气无毒，氙灯报废后对环境无污染，目前已经引起国家相关部门的注意。
因此，无论从节能的角度，还是从减少光污染的角度，采用氙气灯作为光源的路灯、景观灯、厂房用灯等都称得上是绿色光源。
氙气灯光源被山东省政府“智慧城市”项目指定用配套光源。
序号
项目类型
HID氙气灯
LED灯
无极灯
高压钠灯
1
功率（W）
75
100
100
250
2
光效（Lm/W）
120
90
70
80
3
光衰
年少于5%
年大于10%
低
较高
4
功率因数
0.98
0.95
0.98
0.8
5
使用寿命
10000h
50000h
10000h
8000h
6
启动时间
瞬间启动
瞬间启动
快速启动
10分钟
7
电源范围
AC90~250V,DC
AC80~350V,DC
AC220V±10%
AC220V±10%
8
显色指数（Ra）
90
80
80
70
9
色温（K）
3000~12000
4000~8000
6000
2000~2500
10
环保
无汞
无汞
有汞
有汞
在要求达到同等光照度下，一般用150W氙灯（实际全部输入功率为161W）代替400W高压钠灯（实际全部输入功率为530W以上）、75W氙灯代替250W高压钠灯。
⑥支持热启动。
氙气灯支持热启动，可以持续多次启动。
目前的钠灯、金卤灯等都不支持热启动，需要双电路保护或者UPS保护，使用成本比较高。
在同等节能照明设备中，他比LED成本能缩小70%，具有更广的推广空间。
150W氙气灯瞬间启动功率为70W左右，然后慢慢升至额定功率，对项目建设中的线材要求非常低，造价大约在10元/米。
而400W的高压钠灯的瞬间启动电压可达2000W以上，对线材要求非常高，一般要求为72立方米以上的，造价大约在80元/米。
这样一个12米的灯杆，用氙气灯仅线材一项可以节省（80-10）*12*2=1680元。
⑦自主创新。
氙气灯和高压钠灯、金卤灯的灯口是同一标准，镇流器属于压线设计，所以更换起来方便，适合所有的灯具。
氙气灯和镇流器属于我公司自主研发的新型专利技术，受国家知识产权局保护。
照明用氙灯电子整流器专利号：
ZL200820017041.1
户外氙气光源照明灯专利号：
ZL200820020041.7
（二）智能控制系统
智慧照明控制系统采用全模块化设计，拥有标准数据接口，兼容性良好，系统功能完善、维护管理便捷。
其结构主要由远程灯光控制器和远程灯光控制管理软件组成，基于433MHZ无线传输网络和CDMA/GPRS无线公共网络进行远程传输控制，城市路灯和景观灯的开/关控制和相应的景观灯节目表演均可实现远程或者自动控制。
将用户的所有光源进行智能联网控制，可以进行多种方式的控制方式，包括单灯控制，环路控制、时钟控制、组合控制等等。
系统由控制中心、集中控制器和节点控制器组成。
用户通过客户终端（如手机或者电脑）能够控制系统。
1.控制中心
控制中心软件安装于监控中心电脑上，通过网络进行远程操控集中控制器，可配GSM报警发送器，发送报警等信息给值班人员。
监控中心是照明管理人员对路灯运行状态进行监视和管理的办公区域，管理人员通过主控软件实现对全市/区照明变压器/配电柜以及路灯的访问和控制，包括开关灯命令发送、参数配置、状态查询、故障检测等。
通过监控中心可以方便直观的了解到全市/区照明设备运行状况。
2.集中控制器
集中控制器安装于配电柜里，通过无线GPRS接收监控中心的命令对线路进行管理和控制，利用电力载波技术对单灯终端发送命令（单灯控制）及其信息反馈。
实现对变压器/配电柜输出交流接触器控制，采集线路的各种状态信息，当监控中心通信故障时，能够按照预先设置的时间曲线自动进行配电柜级别的开关灯操作。
能够与单灯控制器进行对接。
3.节点控制器
单灯节电控制器，安装于路灯灯杆处，与控制主机配套使用，采用电力载波技术，通过控制主机接收监控中心的指令，实现单灯级别的开关灯和调压，并主动收集单灯故障信息进行上报。
实现单灯联网，单灯控制、单灯节能、单灯数据采集、单灯电能计量等功能。
注：
控制系统可以不选择此终端，直接使用远程集中控制功能，预留此终端接口，方便今后改造成单灯控制做准备，降低了今后改造成单灯控制系统的成本。
直接上单灯终端就可实现单灯控制，不需更换单灯控制主机。
4.智能控制的优势
①节约能源。
可以使光源实现多种控制模式，可对无照明需求的时间段进行关灯控制，也可以间隔灯控制和集中控制，实现节能。
以试用提供的171盏灯为例（400W*3/250W*27/150W*103/75W*38）开灯时间18：
00分，关灯时间5：
30分,共11个半小时。
因采用单灯控制后开关灯模式可任意设置，现以几种模式为例计算年用电量：
全亮时总功率：
400×3+250*27+150*103+75*38=26250W=26.25KW.
节电计算
19-22点
8-11点、15-19点
7-8点、11-15点、22-23点
23-7点
平均每度电费
电费单格
1.4639
1.3442
0.8545
0.4619
0.8342
总功率（KW）
26.2500
26.2500
26.2500
26.2500
26.2500
不同电费亮灯时间
3.0000
1.0000
1.0000
6.5000
11.5000
每天不节电耗费
115.2821
35.2853
22.4306
78.8117
251.8097
每天节电后耗费
69.1693
17.6426
11.2153
39.4058
137.4331
按需降功率节电
60%
50%
50%
50%还可以隔盏亮
全线共26.25KW，根据开灯时间计算，平均每度电费0.8342元，一天可节约114.3766元，一年可节约114.3766元*365天=41747.47元，5年就是208737.35元。
②控制方便。
系统具有定时控制、按经纬度调整每天开、关时间和人工控制等多种控制方式，能随时调整灯光的开/关灯时间，实现辖区范围内的全夜灯、半夜灯开/关灯自动控制。
在特殊的天气情况时能通过人工控制进行应急调度。
③安装方便。
不用额外布线，单端收发器与光源串联，即可实现全照明设备的联网工作。
巡检方便。
④节省人工巡检。
智慧照明控制系统具有自动报警和监测功能，管理人员可以在办公室就能及时了解监控范围内的所有景观灯的故障发生的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障,为本系统的正常运转提供了坚实可靠技术保障。
第二章、照明系统实施方案
（一）XX市的照明现状
1.XX市的照明设备老化，反光器氧化严重，玻璃板硫化严重，透光性和反光性降低，照明效率大大降低。
2.灯具生锈腐蚀严重，个别灯头有生锈坠落危险，急需进行更换。
3.照明控制方式落后，为人工拉闸方式控制，维护不便，耗费人力成本。
4.照明组合方式落后，不能做到单灯控制。
5.现有的路灯多为高压钠灯，额定功率为400W和150W，加上镇流器无功损耗和功率补偿等因素，单盏路灯的实际耗能在550W和206W以上。
能耗大，亮度低，每年单盏多耗能近1300千瓦时和430千瓦时。
6.现有照明设备统计表（见下表）。
照明设备
功率（W）
数量（套）
存在问题
金卤灯
1000W
200
老化严重，耗电严重，亮度低
部分坏掉不亮。
高压钠灯/金卤灯
400W
5100
高压钠灯/金卤灯
250W
1000
高压钠灯/金卤灯
150W
12400
节能灯
18W
600
照度小，基本起不到照明效果
（二）照明实施方案：
1、将原有的照明设备全部更换为节能氙气灯。
具体更换见下表。
照明设备
功率（W）
数量（套）
更换为照明设备
功率（W）
节能率
金卤灯
1000W
200
陶瓷氙气灯
400
60%
高压钠灯
400W
3900
高压HID氙气灯
150
70%
金卤灯
400W
1200
陶瓷氙气灯
250
50%
高压钠灯/金卤灯
250W
1000
高压HID氙气灯
100
60%
高压钠灯/金卤灯
150W
12400
高压HID氙气灯
70
60%
节能灯
18W
600
一体化低压氙气灯
55W
提高亮度
增加单灯控制系统，实现隔灯控制或者降功率30%，可以响应地节能。
2、实施智慧照明控制系统，达到节能要求。
（三）系统实施预算
更换为照明设备
功率（W）
数量（套）
价格（元/套）
小计（元）
陶瓷氙气灯
400
200
2400
480000
陶瓷氙气灯
250
1200
2200
2640000
高压HID氙气灯
150
3900
2000
7800000
高压HID氙气灯
100
1000
1800
1800000
高压HID氙气灯
70
12400
1700
21080000
一体化低压氙气灯
55
600
800
480000
集中控制器
400
6250
2500000
节点控制器
19300
300
5790000
辅材
19300
15
289500
sim卡
410
100
41000
软件界面
1
50000
50000
手持维护终端
10
3850
38500
小计
42989000
工程费
运输费、安装、维护、调试、无线通信（20%）
8,597,800
增值税
增值税（17%）
1,461,626
合计
53,048,426
注：
以上费用仅供参考。
（四）工程实施效益
项目类型
HID氙气灯/金卤灯
高压钠灯/金卤灯
功率（W）
75
250
400
70
50
150
250
400
1000
150
18
400
电口功率因素
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
灯具总耗功率（W）
82.5
275
440
77
55
165
325
520
1300
195
23.4
520
灯数量
1000
1200
200
12400
600
3900
1000
1200
200
12400
600
3900
每天耗电量度（11小时）
726
2904
774.4
8402.24
290.4
5662.8
3575
6864
2860
26598
154.44
22308
全年耗电量度（365天）
264990
1059960
282656
3066818
105996
2066922
1304875
2505360
1043900
9708270
56371
8142420
电价
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
0.8342
氙灯气节能
0.2538
0.52885
0.3385
0.39487
2.3504
0.31731
1
1
1
1
1
1
智能控制系统节电20%
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
1
1
1
1
1
1
全年电费
221055
884219
235792
2558339
88422
1724226
1088527
2089971
870821
8098639
47024
6792407
每年节电费
13275337.01
5年节电费
66376685.03
1.工程实施后的经济效益比主要集中在实现的节电效益，每盏灯可实现节电50%以上（见附件）。
2.智能照明的经济效益主要体现在照度的提高和寿命的延长。
照度提高后，满足了行人出行的要求。
一体化低压氙气灯的寿命在8000小时左右，可以降低更换次数，降低人工更换成本和照明设备成本。
3.从表格可以看出，更换后，5年可实现节约电费6637万元以上。
4.更换后，5年实现减少碳排放79330吨，节省标准煤29440吨，符合国家“节能减排”政策倡导。
5.智慧照明智能控制系统节能效益表
计算项目
1天
1年
5年
节电（度）
43599.6
15913854
79569270
减少碳排放（吨）
43.4688
15866.11
79330.562
节省标准煤（吨）
16.1319
5888.126
29440.63
节电费（元）
36370.8
13275337
66376685
计算方法
1度电相当于0.997kgCO2、0.37kg标煤、0.8342元
第三章、合同能源管理模式
（一）合同能源管理概念
合同能源管理（EPC，EnergyPerformanceContracting）是一种新型的市场化节能机制，以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。
我司通过与XXX市管理局签订节能服务合同，为客户提供包括能源审计、项目融资、设备采购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。
此商业模式1997年从欧美引入中国，基于政府的政策与资金扶植，目前用于节能减排已趋于成熟，合同签约一般是5到10年。
（二）合同能源管理模式
1.我司采用合同能源管理方案（EMC）进行节能改造，XX市管理局零投资，并立即享受节能改造带来的直接经济效益。
2.由我司免费提供产品，以租赁管理形式承担节能改造。
3.项目改造完成后，所节约电费按照如下比例进行分配。
4.分成比例为：
自验收投入运行之日起的每一年我司分成85%，XX管理局15%。
5.项目投资回收期5年，5年内每年从XX管理局收取节能费用分成，作为智慧照明智能控制系统是的投资成本回收。
6.5年内智慧照明智能控制系统所有权属于我公司，回收期满后，设备及再节省的电费全部归XX管理局所有。
7.5年内，我公司对所提供的智慧照明智能控制系统免费保修，但不包括照明光源氙气灯取下及安装上灯杆的服务。
8.合同执行的每一个自然月1日，XX管理局与我司进行电费分成的结算，按月进行预付费。
综上所述，如进行改造并进行合同能源管理方式与我司合作，项目改造完成后，XX管理局可直接节省改造费用4980万元，并且每年可直接减少电费支出210万元，并且减少每年的维护费用预计为400万元，5年合计节省费用可达到3100万元。
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