LED路燈改造方案.doc

1、XX 市 LED 路燈改造方案關(guān)于歐普司1 .公司簡(jiǎn)介歐普司科技（北京）有限公司成立于 2009年，主要從事LED照明產(chǎn)品，特 別是大功率LED芯片及大功率LED照明產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前公司已 經(jīng)通過ISO9000和14000系列管理體系認(rèn)證，具備了較為完善的管理體系。歐普司公司的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于道路照明、戶外照明、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館照明以及工 業(yè)照明等多個(gè)領(lǐng)域，并得到中國(guó)科學(xué)院光電研究中心等高端用戶的充分肯定和 好評(píng)。也正是基于歐普司科技在產(chǎn)品研發(fā)上的深厚功力，是歐普司成為全球最大 的三家照明企業(yè)之一的德國(guó)西門子-歐司朗公司的戰(zhàn)略合作伙伴。OSRAM OEM供應(yīng)商認(rèn)證原廠配套證書母普司科技讓手；

2、有T公司和ghpl*. Re . lAf J LtdJon 現(xiàn)r©IE 4第r 4i9 南亞育同分&3衿2 .產(chǎn)品及技術(shù)特點(diǎn)2.1 產(chǎn)品散熱性能優(yōu)異公司和核心團(tuán)隊(duì)曾供職于國(guó)內(nèi)最大的電子散熱產(chǎn)品廠商，具有多年從事電子散熱產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和管理經(jīng)驗(yàn)。自進(jìn)入 LED照明領(lǐng)域后，迅速將之前掌 握的相關(guān)電子散熱產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)化到LED燈具的散熱中來，所研發(fā)的大功率LED照明產(chǎn)品在實(shí)際工程項(xiàng)目中具有非常優(yōu)異的光通量維持特 性。所有產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中均經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算機(jī)熱學(xué)仿真分析并優(yōu)化，最終使 燈具的散熱能力達(dá)到可控的程度。在充分考慮靜態(tài)散熱能力的同時(shí)，歐普司的燈 具充分考慮的嚴(yán)

3、酷戶外環(huán)境的特點(diǎn)， 我們?cè)O(shè)計(jì)的燈具不但靜態(tài)散熱效能良好， 還 能充分滿足長(zhǎng)時(shí)間戶外惡劣環(huán)境中使用的散熱需求。歐普司公司目前時(shí)間最長(zhǎng)的工程案例位于清華大學(xué)校園內(nèi)，從項(xiàng)目安裝完成的2009年6月至今已經(jīng)有兩年的時(shí)間，經(jīng)測(cè)試仍然沒有光衰。位于清華大學(xué)校園內(nèi)的項(xiàng)目實(shí)景照片溫度修正后的歷史光衰測(cè)試記錄時(shí)間/樣本照度（lx）1#2#3#4#5#2009.8.243.040.340.743.041.42010.1.1444.542.542.044.544.02010.7.1743.441.340.543.141.92011.6.1142.340.039.142.141.2最長(zhǎng)間隔變化比率-2%-1%-4%-

4、2%-1%2.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)精益求精歐普司的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中非常注重產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安全特性，所有的結(jié)構(gòu)部件 均經(jīng)過計(jì)算機(jī)有限元仿真分析，確保結(jié)構(gòu)安全性。為保證散熱機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)年有效工作，歐普司的燈具除了設(shè)計(jì)了獨(dú)特的放落葉網(wǎng)，還具備自清潔能力，防止積塵。在外觀設(shè)計(jì)方面，歐普司的燈具簡(jiǎn)介流暢，是用戶的城市更具國(guó)際化特征。2.3掌握獨(dú)特的大電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)歐普司科技是目前國(guó)際上極少數(shù)掌握 700-100mA大電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)的公司， 基于先進(jìn)的大電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，我們可以更好的支持在國(guó)內(nèi)剛剛發(fā)展的 合同能源管 理項(xiàng)目。在所有LED照明應(yīng)用案例中，以合同能源管理模式實(shí)施的項(xiàng)目難度是 最大的，因?yàn)楹贤茉垂芾眄?xiàng)目需要 LED

5、燈具具備優(yōu)異的節(jié)能特性，真正意義 上的長(zhǎng)時(shí)間可靠工作，良好的照明效果和節(jié)能投資回報(bào)率。 在歐普司看來，就目 前的LED技術(shù)水平而言，沒有大電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，就沒有LED在合同能源管理項(xiàng) 目中的技術(shù)可行性。就這一點(diǎn)我們以下表做簡(jiǎn)要分析：方案*二類光源小電流二類光源大電流一類光源小電流一類光源大電流技術(shù)可行性可行/、可行可行后較同的技術(shù)難度節(jié)能特性X很高較局可靠性較低X很高很高照明效果X很高很高燈具成本較低X很高較局投資經(jīng)濟(jì)性較低X很低很高* 一類光源：進(jìn)口一線品牌的 LED光源；二類光源：國(guó)產(chǎn)或臺(tái)系品牌的LED光源由上面分析我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，如果單純考慮成本可以選二類光源小電 流驅(qū)動(dòng)；如果單純考慮

6、節(jié)能比率，可以選擇一類光源小電流驅(qū)動(dòng)，如果實(shí)施合同 能源管理項(xiàng)目，最佳選擇只有一類光源大電流驅(qū)動(dòng)。二.背景知識(shí)1 .LED與高壓鈉燈的優(yōu)劣對(duì)比基于LED光源的LED路燈將逐漸取代高壓鈉燈已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)。 相比于 傳統(tǒng)高壓鈉燈，LED光源在節(jié)能特性、環(huán)景保護(hù)甚至是經(jīng)濟(jì)性方面均具有較大 優(yōu)勢(shì)，下面我們就LED與高壓鈉燈的主要對(duì)比優(yōu)勢(shì)做簡(jiǎn)要介紹。LED高壓鈉燈LED的優(yōu)勢(shì)色溫CCT2000-6500K，2000K用戶選擇范圍更寬顯色指數(shù)CRI70-80，20-25高色彩還原度，大大增加司機(jī)辨識(shí)能力功率選擇1-200W V.150、250、400W.LED有更多的靈活選擇功率的空間環(huán)保性無鉛、汞V含

7、汞LED符合歐盟ROHS環(huán)保指令啟動(dòng)時(shí)間瞬間，5-10分鐘LED每天節(jié)省5-10分鐘的開燈時(shí)間相比于高壓鈉燈的大電流啟動(dòng)更具節(jié)能優(yōu)勢(shì)電氣安全性低壓，高電壓LED低電壓更安全結(jié)構(gòu)安全性不易破碎V易破碎L(zhǎng)ED不易傷人，更安全壽命5萬小時(shí)V1.5萬小時(shí)LED壽命更持久節(jié)能特性可超過100lm/W整燈光效60lm/WLED燈具具備更高的節(jié)能特性光源光效最高 140lm/WM90-110lm/WLED的光源光效已經(jīng)比高壓鈉燈高了燈具效率90%-95%M65-70%LED光通量損失小得多發(fā)熱因數(shù)0.9-0.951，LED發(fā)熱后光通量略有所損失驅(qū)動(dòng)損耗10%，15-25%LED驅(qū)動(dòng)電源比HPS鎮(zhèn)流器能耗更低

8、視覺修正系數(shù)1.2，0.8LED光譜中沒有不可見光，物體辨識(shí)度高應(yīng)用因數(shù)0.7-0.8V0.5LED可以把光更多地照射到了路面系統(tǒng)應(yīng)用光效65lm/W V25Lm/WLED比高壓鈉燈節(jié)電光通維持率90%-100%M70%LED更高的光通量維持能力下面我們針對(duì)LED路燈的節(jié)能特性做較詳細(xì)的描述，進(jìn)而對(duì)后續(xù)方案的確定 做一些必要的理論鋪墊。2 .LED節(jié)能特性分析我們都知道在LED作為通用照明產(chǎn)品出現(xiàn)之前，高壓鈉燈也是屬于高光效、長(zhǎng)壽命的光源，光源光效最高也可以達(dá)到120lm/W,那么與高壓鈉燈光源光效相 差并不懸殊LED燈又是怎么在這場(chǎng)節(jié)能競(jìng)賽中勝出的呢？在下面的分析中或許 我們能找到一些答案。

9、光源LED金鹵燈MH高壓鈉燈HPS光源光效100-140lm/W *80-100lm/W90-110lm/W電源效率90%-92%75-85%75-85%燈具效率90%65%-75%65%-75%熱因子0.9-0.9511系統(tǒng)效率110lm/W64lm/W70lm/W視覺因子1.1-1.31.1-1.30.8-0.95應(yīng)用因數(shù)0.750.50.5最終應(yīng)用效率99lm/W38lm/W31lm/W效率變化比率71%38%28%我們?cè)俜催^來通過國(guó)家發(fā)改委 LED路燈招標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證上述分析:比較項(xiàng)目光源光通量燈具光通量應(yīng)用光通量150W HPS14000lm10000lm4000lmLED替換標(biāo)準(zhǔn)60

10、00lm5400lm*4260lm250W HPS250001m17500lm7000lmLED替換標(biāo)準(zhǔn)100001m9000lm*7100lm400W HPS40000lm28000lm11200lmLED替換標(biāo)準(zhǔn)155001m140001m*110001m高壓鈉燈的光源光通量取值為估計(jì)值，但均高于表1中所示數(shù)據(jù)LED的總光源光通量為基于上表的測(cè)算值*替換三種高壓鈉燈的 LED整燈光通量標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家發(fā)改委標(biāo)準(zhǔn)高壓鈉燈的燈具光通量為基于上表的測(cè)算值計(jì)算依據(jù)為上表中的效率變化比率值3 .結(jié)論上述分析充分驗(yàn)證了我們之前對(duì) LED燈節(jié)能特性的認(rèn)識(shí)，即在道路照明應(yīng) 中，LED路燈的應(yīng)用光效是傳統(tǒng)高壓鈉燈

11、的 3倍以上，相應(yīng)產(chǎn)生的節(jié)能潛力在 70%以上。而且隨著LED光源光效的不斷提高，潛在的節(jié)能空間將更加巨大。二.高壓鈉燈的實(shí)際功率分析1 .高壓鈉燈的功耗表1高壓鈉燈參考參數(shù)光源型號(hào)光源功率電源電壓?jiǎn)?dòng)電流工作電流工作電壓光通量NG100100W220V1.8A1.25A135V7500lmNG150150W220V2.7A1.8A100V13000lmNG250250W220V4.5A3.0A100V22500lmNG400400W220V6.2A4.6A100V36000lm表2鎮(zhèn)流器參考參數(shù)配用光源電源電壓工作電流工作電壓100W220V1.25A167.5V250W220V3.0A18

12、0V400W220V4.6A180V我們以250W高壓鈉燈為例，通過理論計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)高壓鈉燈的實(shí)際 功耗，進(jìn)而推論得知其它額定功率光源的實(shí)際功耗。電源電壓U=220V,鎮(zhèn)流器電壓Ul=180V,輸入阻抗Z=220/3=73.33Q ,鎮(zhèn) 流器阻抗 Zl=180/3=60 Q 燈阻抗 Z h=100/3=33.3 Q 另外燈電阻 Rh=P/I2=250/32=27.78 Q 鎮(zhèn)流器電阻 Rl=4.22 Q鎮(zhèn)流器損耗的理論計(jì)算值為I2*R=32*4.22=38W所以250W高壓鈉燈的理論功耗為250W+38W=288W然而，這個(gè)產(chǎn)品的實(shí)測(cè)功耗比理論功耗高 3%左右，也就是說250W的實(shí)際 功

13、耗288W*103%=297W,鎮(zhèn)流器損耗為47W占總功耗的16%左右。以此類推，我們可以參考的的高壓鈉燈實(shí)際功耗如下:HPS光源功率100W150W250W400W實(shí)際系統(tǒng)功率*118W178W297W475W*后續(xù)將進(jìn)一步進(jìn)行分析修正2 .其它影響高壓鈉燈系統(tǒng)功耗的因素除了我們通常知道的光源功耗和鎮(zhèn)流器功耗外，通常還有幾個(gè)因素會(huì)影響到 高壓鈉燈的系統(tǒng)功耗。以下做簡(jiǎn)要說明：(1)電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響我國(guó)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象普遍存在，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)是隨著用電負(fù)荷的增減而反向變化的。通常用電負(fù)荷的最高峰時(shí)段出現(xiàn)在下午5-6點(diǎn)鐘，這時(shí)候電壓最低。低電壓現(xiàn)象會(huì)隨著負(fù)荷的減輕而逐步緩解(城市的盛夏季節(jié)除外)

14、，但在夜間特別是后半夜電網(wǎng)電壓會(huì)顯著提高。有照明行業(yè)的專業(yè)人士曾經(jīng)量測(cè)某地深夜 電網(wǎng)電壓可以上升到280V-300V。高壓鈉燈是電壓敏感性的照明設(shè)備，電網(wǎng)電壓的小幅波動(dòng)會(huì)加大電流的波 動(dòng)，從而引起功耗的較大波動(dòng)。我們還以上述250W高壓鈉燈為例，通過分析計(jì)算電壓影響對(duì)高壓鈉燈功率 的影響。我們假設(shè)在夜間某時(shí)的電網(wǎng)電壓上升了 10%,達(dá)到242V。燈電流為I=V/Z =242/73.33=3.3A ,燈功率為 I2*R=3.32*27.78=302W ;鎮(zhèn)流器功耗為 I2*R=3.32*4.22=46W,貝U總功耗為 302W+46W=348W也就是說當(dāng)電網(wǎng)電壓上升 10%的時(shí)候，高壓鈉燈的功耗

15、會(huì)上升20%(348W/288W=120%)O同理如果電網(wǎng)電壓上升 20%,高壓鈉燈系統(tǒng)功耗會(huì)上升 超過40%,以此類推。眾所周知，用電的低谷時(shí)段通常出現(xiàn)在半夜，也是高壓鈉燈工作的主要時(shí)段， 這時(shí)候人車稀少，高壓鈉燈卻因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓的升高耗費(fèi)更多的電能工作，白白浪費(fèi)寶貴的資源。但要真正認(rèn)定沒有回路穩(wěn)壓調(diào)壓裝置的高壓鈉燈的實(shí)際功率，需要常年、逐日、 分時(shí)監(jiān)測(cè)高壓鈉燈的實(shí)際計(jì)量功耗。如果存在操作性問題，至少是要監(jiān)測(cè)到連續(xù)的電壓變化，才能通過理論計(jì)算取得高壓鈉燈的積分功耗，進(jìn)而得到功率值。（ 2）大啟動(dòng)電流特性高壓鈉燈的起動(dòng)電流通常達(dá)到或超過正常工作電流的150%，這段大電流啟動(dòng)的時(shí)間通常會(huì)持續(xù)10

16、分鐘左右，如果以平均開燈時(shí)間9 小時(shí)（ 540 分鐘）為計(jì)算基準(zhǔn)，高壓鈉燈的日平均功率為標(biāo)準(zhǔn)值的1.01 倍（1.5/54+53/54=1.009）（ 3）無功功耗S 視在功率= P 有功功率 +Q 無功功率我國(guó)的電費(fèi)雖然是按照有功功率P 計(jì)算的， 但是如果負(fù)載的無功功率很高，供電線路上的無功電流很大會(huì)造成線路和變壓器的線損增加，不但降低了線路的供電質(zhì)量還會(huì)無端損耗電網(wǎng)電能，造成社會(huì)損失。高壓鈉燈的功率因數(shù)通常較低，通常只有0.4 左右，以250W 高壓鈉燈為例，如果光源功率加上鎮(zhèn)流器損耗為300W,則由COS =P/S=0.4S=P/0.4=300W/0.4=750VAI 視在電流 = 75

17、0W/220V=3.4A雖然無功功率的存在并不都直接影響到用戶的電費(fèi)支出，但卻會(huì)在供電電設(shè)備、 線路初裝及后期維護(hù)更換時(shí)時(shí)極大影響用戶的成本支出。在我國(guó)有些地方，供電部門是以罰款的形式對(duì)沒有能夠達(dá)到合格功率因數(shù)的用電戶進(jìn)行懲罰，以督促這類用戶采用就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)男问教岣吖β室驍?shù)，降低無功損耗。在本項(xiàng)目中，由于計(jì)算和計(jì)量線損和變壓器損耗有一定難度，我們?cè)诖撕鲇捎谟?jì)算和計(jì)量線損和變壓器損耗有定難度，我們?cè)诖撕雎源瞬糠值挠绊憽?.結(jié)論結(jié)合以上的分析，我們以如下功率數(shù)據(jù)作為本部分結(jié)論，并作為后續(xù)進(jìn)一步計(jì)算的依據(jù)：HPS光源功率100W150W250W400W實(shí)際系統(tǒng)功率120W180W300W480W三

18、.項(xiàng)目技術(shù)路線在前面的分析中我們已經(jīng)知道 LED路燈在達(dá)到一定光通量標(biāo)準(zhǔn)的情況下是足以替代現(xiàn)有的高壓鈉燈的，而且這種替代還具有可觀的節(jié)能效應(yīng)。 但是，具體 到項(xiàng)目方案，特別是合同能源管理項(xiàng)目，我們?nèi)孕枰獙?duì)以下幾個(gè)非常重要的問題 逐一解答:(1)要達(dá)到這樣的光通量，我們將使用多少功率的LED光源？(2)要達(dá)到這樣的光通量，我們將用多少成本代價(jià)來取得？(3)是否存在對(duì)合同能源管理項(xiàng)目來說最優(yōu)的解決方案？下面我們以替代250W高壓鈉燈的標(biāo)準(zhǔn)LED光通量( 90001m)為例，把它作為 出發(fā)的原點(diǎn)，通過分析論證，最終確定 LED燈的技術(shù)路線。1 .在標(biāo)準(zhǔn)替代中存在的2種技術(shù)路線力殺AB燈具光通量900

19、01m90001m光源類別進(jìn)口/田光效進(jìn)口 /田光效驅(qū)動(dòng)電流標(biāo)準(zhǔn)大電流燈功率低稍高散熱技術(shù)難度低高成本高稍低節(jié)電收益較局高2 .兩種技術(shù)路線的比較分析為實(shí)現(xiàn)精確比較，我們以以上 A、B方案作為參考案例做詳細(xì)的計(jì)算分析。其中B方案為大電流驅(qū)動(dòng)方案，又分為B1: 700mA驅(qū)動(dòng)方案和B2: 1A驅(qū)動(dòng)方案。在此我們略去計(jì)算過程，只顯示分析結(jié)論。節(jié)約每W功率所花費(fèi)的成本比較元/WB2: 1A B1 : 700mA A: 350mA三種方案投資回收期-電價(jià)敏感分析三種方案內(nèi)部收益率IRR-投資期限敏感分析內(nèi)部收益率：IRR25.0%20.0%15.0%10.0%5.0%0.0%1000mA700mA35

20、0mA3 .結(jié)論通過上面的分析，我們可以清楚地看到所有的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均指向了同一種方 案，那就是B2方案：采用1A驅(qū)動(dòng)電流的大電流方案。而且，經(jīng)過電價(jià)和投資 年限的敏感性分析，B2方案的始終保持著對(duì) A方案（350mA）的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)和 B1方案（ 700mA）的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。通過以上的分析，我們確定了以 1A電流驅(qū)動(dòng)的LED路燈技術(shù)路線，后續(xù) 具體到項(xiàng)目實(shí)施方案的測(cè)算也基于此技術(shù)路線。四.項(xiàng)目方案1 .項(xiàng)目概況項(xiàng)目所在城市：XX省XX市道路情況：主路雙向6車道，每車道寬3.5米，路中央有1.5米綠化隔離帶 輔路寬3.5米人行便道寬2米現(xiàn)有路燈情況：燈桿間距25米，雙向?qū)ΨQ布桿燈桿高9米，懸挑1.5米，

21、仰角20度單燈桿主輔路各250W高壓鈉燈燈頭一只2 .項(xiàng)目方案技術(shù)分析我們初步選型128WLED路燈燈頭替換現(xiàn)有主路照明的一只 250W高壓鈉 燈，同時(shí)取消輔路的250W高壓鈉燈。主路照明效果模擬計(jì)算結(jié)果:平均照度照度均勻度I級(jí)道路照明標(biāo)準(zhǔn)20-30 lx0.4主路模擬結(jié)果200.41對(duì)比結(jié)果達(dá)標(biāo)達(dá)標(biāo)另外參考輔路以及人行道照明效果平均照度照度均勻度輔路260.223人行道5.350.426具體燈具參數(shù)見下表:替代現(xiàn)高壓鈉燈額定功率250W X 2高壓鈉燈的實(shí)際功率300W X 2LED路燈的光通量輸出94501mLED路燈的光源功率115WLED路燈的實(shí)際功率128W節(jié)能比例79%LED路燈造

22、價(jià)2980-3500 元五.項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析我們已經(jīng)確定了替換目標(biāo)和替換方案，下一步就要著重分析這個(gè)合同能源管理 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)特性。我們先來把相關(guān)的測(cè)算依據(jù)整理歸納一下：1、5年250W高壓鈉燈運(yùn)營(yíng)費(fèi)用計(jì)算。主要計(jì)算參數(shù)：電費(fèi)：平均電價(jià)按0.52元/KWH計(jì)算光源種類HPSLED光源功率w250 X 2115實(shí)際功率w300 X 2128開燈時(shí)間/天h1010每年功耗 kwh2190467電價(jià)元/kwh0.520.52年電費(fèi)元1138.8242.84年節(jié)省電費(fèi)兀0895.16LED路燈改造投資3278.001.投資回收期測(cè)算靜態(tài)投資分析：250W高壓鈉燈的投資回收期：3278.00元/895.16

23、元/年=3.66 年；（2980.00 + 2980.00 X 10%依裝施工費(fèi)）=3278.00）安所節(jié)省的電費(fèi)返還建設(shè)成本，靜態(tài)計(jì)算需要4年收回建設(shè)成本。動(dòng)態(tài)投資分析：該項(xiàng)目建設(shè)成本 262.24萬，銀行3年期貸款利率7.04%,融 資回報(bào)按2%計(jì)算工程建設(shè)資金262.24 萬3278.00 X 800銀行貸款利率（7.04%）73.96 萬262.64 X 7.04%X4投資額336.20 萬融資回報(bào)2%6.724 萬336.20 X 2%5年總投資342.93 萬LED標(biāo)稱使用壽命：50000H,按實(shí)際使用壽命 40000H計(jì)算，按每年工作 3900H計(jì)算，可正常工作10.25年。高壓鈉燈標(biāo)稱15000H,按實(shí)際使用壽命