關于教室照明使用LED燈具的節(jié)能環(huán)保效果與經(jīng)濟性的實驗研究

侯凱瀛

【摘 要】 LED燈具是人類歷史上一項重要的節(jié)能環(huán)保發(fā)明，具備多項優(yōu)點。為擴大人們在實際生活中對LED燈具的環(huán)保效果與經(jīng)濟效益的了解，我在深圳市耀華實驗學校進行了該項實驗研究，以期得出LED燈具比普通燈具更加節(jié)能的實際測算數(shù)據(jù)，為學校的節(jié)能環(huán)保舉措提供較為準確的建議。

【關鍵詞】 LED燈具 節(jié)能 環(huán)保 經(jīng)濟可行 社會效益

通過實驗有2點重要發(fā)現(xiàn)：（1）在滿足同樣照明效果的要求下，使用LED燈管比普通熒光燈可減少用電消耗61%；（2）使用LED燈管不僅可以在較短時間內(nèi)收回采購成本，而且收回成本的時間周期遠遠低于其使用壽命。因此，將普通燈管更換為LED燈管，對于學校、辦公、以及家庭等照明場所不僅經(jīng)濟可行，而且具有廣泛的社會效益。

1 實驗的目的

人類的照明工具一直在發(fā)展，從古代的蠟燭、油燈，到愛迪生發(fā)明的白熾燈，再到后來廣泛使用的熒光燈?，F(xiàn)在，人類又發(fā)明出了LED照明。相比傳統(tǒng)的熒光燈，LED照明有著許多優(yōu)點。

第一，節(jié)能環(huán)保。LED燈具光效高，能夠節(jié)約大量的電，可以減少發(fā)電廠二氧化碳等x氣體的排放。

第二，安全健康。LED燈不會發(fā)出紫外線，對人體無害；采用直流驅(qū)動，消除了傳統(tǒng)燈具的頻閃現(xiàn)象，色溫低，顯色指數(shù)高，可以更好的保護視力。另外，LED燈管不含鉛、汞等有害物質(zhì)，不小心打破了不會造成重金屬有毒物質(zhì)的擴散。

第三，使用壽命長。一盞LED燈的額定壽命一般是幾萬小時，甚至達到十萬小時以上，而普通熒光燈則在一萬小時以下。

雖然LED照明有如此多的優(yōu)點，但是人們對這些優(yōu)點缺乏直觀的感受，加上LED燈比普通熒光燈售價要高，因此在實際生活中，人們對于使用LED燈具，一直存在著疑問和遲疑。

因此，我們組織了本次實驗，對LED照明的節(jié)能環(huán)保效果和經(jīng)濟性進行測算檢驗，即驗證：

（1）在教室使用中，LED燈具的節(jié)能環(huán)保效果是否顯著。

（2）在教室使用中，LED照明所節(jié)省的電費在多長時間內(nèi)能夠回收購買LED燈管的成本。

通過本次實驗，我們希望推動學校管理人員做出決策，將教室現(xiàn)在使用的熒光燈管逐步更換為LED燈管。

2 實驗的方法、場地與器材

2.1 實驗方法

選擇兩間用燈時間基本相同的教室，其中一間教室繼續(xù)使用現(xiàn)有的熒光燈管，另一件教室將熒光燈管替換為LED燈管，并確保兩間教室課桌的照度大致相同。使用電度表分別測量出兩個教室一段時期內(nèi)的用電量，從而進行計算、對比和分析。

2.2 教室的選擇

實驗小組選擇了深圳市耀華實驗學校（以下簡稱“耀華學?！保┑腁412與A512兩間教室，A412保留原有的熒光燈管，A512則使用LED燈管。選用這兩間教室的原因為：

（1）兩間教室在同一個學部，學生的作息時間基本相同，因此兩個教室的用燈習慣和用燈時長基本相同。

（2）兩間教室都有9個燈座，共計18個燈管。燈座和課桌的數(shù)量、擺放方式相同，因而燈管的照度便于比較。

（3）兩間教室學生的作息時間與全校其他學生的作息時間相同。因此試驗的結論具有普遍性。

（4）兩間教室相隔距離較短，方便采集數(shù)據(jù)。

（5）兩間教室的學生和老師愿意配合此次試驗。

2.3 實驗器材

2.3.1 LED燈管

為A512教室選擇LED燈管的原則是使兩間教室的課桌照度基本相同。實驗小組為了找到與A412教室照度基本相同的LED燈管，做了以下準備工作。

①通過對A412教室熒光燈的觀察，得知此教室使用的燈為雷氏36w熒光燈。

②單燈對照：實驗小組在夜晚到A412教室，點亮一盞熒光燈管，在此燈管的正下方的課桌上測量照度。再將三種不同功率的T8 LED燈管（型號分別為KK-T8-4FW-12、KK-T8-4FW-15、KK-T8-4FW-18）分別安裝在實驗燈座上并點亮。通過在燈管正下方的課桌上測量照度，得知型號為KK-T8-4FW-15的燈管的照度最接近原有的熒光燈管。

③多燈對照：將A512教室的熒光燈全部替換為KK-T8-4FW-15 LED燈管。在同一時間，多名實驗者測量了開著燈的A512和A412教室的多個課桌的照度，結果顯示A412教室各課桌的平均照度為282Lx，A512教室各課桌的平均照度為313Lx，兩間教室照度誤差在10%以內(nèi)，可以認為基本一致（而且A512的LED燈照度更高）。

最終，實驗選擇了KK-T8-4FW-15LED燈管作為本次實驗中與普通熒光燈管進行對比的照明工具，一共18根。

2.3.2 其他器材

電度表2個：用來測量兩種燈管的電量消耗，是實驗數(shù)據(jù)的讀取來源。

照度儀1個：在選擇LED燈管時，用來與普通熒光燈的照度進行對比，是實驗的輔助儀器。

3 實驗的組織與實施

3.1 實驗器材的來源與安裝

（1）LED燈管：從上海綠色照明公司購買，型號KK-T8-4FW-15，價格60元/根，18根燈管共計花費1080元。

（2）電度表：在淘寶網(wǎng)上購買，型號ZJ120-001，2個電度表共計花費130元。

（3）照度儀：在淘寶網(wǎng)上購買，型號AS823，花費253元。

（4）以上物品共計1463元，所需費用由耀華環(huán)保協(xié)會募集。

（5）在學校電工的指導下，實驗小組對燈具和電度表進行了安裝調(diào)試。

3.2 實驗數(shù)據(jù)的采集方法

（1）數(shù)據(jù)采集期間：實驗小組選擇了一個完整的學期（從2013年9月2日到2014年1月24日）作為數(shù)據(jù)采集期間，共計21周，扣除周末及節(jié)假日后正常學習日為101天。endprint

（2）數(shù)據(jù)采集頻率：每月采集一次，時間為每月最后一天下午下課后，17：30前后。

3.3 實驗人員安排

（1）分為兩個采集小組，兩個小組輪流采集數(shù)據(jù)。

（2）每個小組有兩個同學，一個負責采集數(shù)據(jù)，另一個核實數(shù)據(jù)。

4 實驗數(shù)據(jù)與計算結果

4.1 實驗采集數(shù)據(jù)（見表1）

4.2 數(shù)據(jù)計算與結果

4.2.1 節(jié)能效果檢驗

在實驗期間內(nèi)，使用普通熒光燈的A412教室（以下簡稱“普通教室”）共計用電654.5度。

普通教室平均每個正常學習日的照明用電量為q1，則：

q1=654.5度÷101天=6.48度/天

全年正常學習日為188天。

普通教室每年照明用電總量為Q1，則：

Q1=6.48度/天×188天=1218.2度

而使用LED燈管的A512教室（以下簡稱“LED教室”）在實驗期間內(nèi)共計用電254.5度。

LED教室平均每個正常學習日的照明用電量為q2，則：

q2=254.5度÷101天=2.52度/天

LED教室每年照明用電總量為Q2，則：

Q2=2.52度/天×188天=473.8度

因此，一間LED教室每年節(jié)省的用電量為

△Q=Q1-Q2=1218.2-473.8=744.4度

省電幅度=△Q/Q2=61%（見圖1）

4.2.2 降低碳排放效果測算

根據(jù)中國生命周期基礎數(shù)據(jù)庫CLCD，生產(chǎn)1度電需要約400克標準煤，產(chǎn)生CO2排放960克左右（各種電力混合后的平均值）。由此可以得出，一間LED教室每年省電相當于減少CO2排放=△Q×960=715千克。

4.2.3 經(jīng)濟性測算

按深圳市現(xiàn)行居民用電收費標準0.68元/度，在此實驗中，一間LED教室每年節(jié)省的電費為：△F=△Q×0.68元/度=506.19元

而用于更換的LED燈管采購開支為1080元，則節(jié)省的電費用于收回LED燈成本的時間為：

L=1080/△F=2.13年

即需要兩年時間（或四個學期）稍多一點時間，使用LED燈管所節(jié)省的電費就可以收回其采購成本。

4.3 延伸計算

4.3.1 全校推廣

耀華學校是一所全日制學校，位于深圳市福田區(qū)，現(xiàn)有小學、初中、高中三個辦學層次，共67個教學班，在校學生1758人，任課教師164人。學校共有67個如A512大小的標準教室，如果全部更換為LED燈具，則每年可。

節(jié)約照明用電量：4.99萬度；

減少CO2排放：4.79萬千克；

節(jié)約電費：3.39萬元。

4.3.2 全國推廣

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全國共有各類教室約340萬間，如果全部更換為LED燈具，則全國教室每年可節(jié)約照明用電量約：24億度（相當于一個大型火電站一年發(fā)電量）；

減少標準煤消耗約：100萬噸；

減少CO2排放約：230萬噸；

節(jié)約電費約：16億元。

5 實驗結論與建議

5.1 實驗結論

（1）通過實驗數(shù)據(jù)的計算，我們認為在滿足同樣照明效果的要求下，使用LED燈管比普通熒光燈有顯著的節(jié)能作用（減少用電消耗61%），從而有利于環(huán)境的保護。

（2）通過LED燈管的經(jīng)濟性測算，我們得知：使用LED燈管兩年以上，節(jié)約的電費即可以收回燈管的采購成本，這個時間遠遠低于其使用壽命。而且，更換燈管簡便易行，不需要其他投入和輔助設施。因此，更換LED燈管，對于學校，以及辦公、家庭等照明場所都是經(jīng)濟可行的。

5.2 我們的建議

（1）實驗小組首先向耀華學校建議，在將來教室的更新改造中，優(yōu)先考慮更換LED燈管，這不僅可以節(jié)能環(huán)保，還可以有效降低學校運轉(zhuǎn)成本，也可以通過使用節(jié)能設施向全校同學宣傳節(jié)能環(huán)保的理念，是一件兼具節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟性和教育意義的工作。

（2）我們向全國的學校建議，考慮將教室照明盡早更換為LED燈管。同時，我們向全社會倡議，希望每個人、每個單位都能對節(jié)能環(huán)保投入更大的關注和熱情。我們希望通過大家共同的努力，讓水更清、天更藍，讓我們的地球家園變得更美好！

附：部分實驗照片

（1）兩間用作實驗對比的教室（圖2為A412教室，圖3為A512教室）。兩間教室燈座和課桌的數(shù)量、擺放方式相同。

（2）本次實驗用到的主要器材（圖4為T8 LED燈管，圖5為電度表，圖6為照度儀）。

（3）實驗小組成員工作現(xiàn)場照片（圖7：進行LED燈照度對比；圖8：月底進行數(shù)據(jù)采集；圖9：計算與討論）。endprint

（2）數(shù)據(jù)采集頻率：每月采集一次，時間為每月最后一天下午下課后，17：30前后。

3.3 實驗人員安排

（1）分為兩個采集小組，兩個小組輪流采集數(shù)據(jù)。

（2）每個小組有兩個同學，一個負責采集數(shù)據(jù)，另一個核實數(shù)據(jù)。

4 實驗數(shù)據(jù)與計算結果

4.1 實驗采集數(shù)據(jù)（見表1）

4.2 數(shù)據(jù)計算與結果

4.2.1 節(jié)能效果檢驗

在實驗期間內(nèi)，使用普通熒光燈的A412教室（以下簡稱“普通教室”）共計用電654.5度。

普通教室平均每個正常學習日的照明用電量為q1，則：

q1=654.5度÷101天=6.48度/天

全年正常學習日為188天。

普通教室每年照明用電總量為Q1，則：

Q1=6.48度/天×188天=1218.2度

而使用LED燈管的A512教室（以下簡稱“LED教室”）在實驗期間內(nèi)共計用電254.5度。

LED教室平均每個正常學習日的照明用電量為q2，則：

q2=254.5度÷101天=2.52度/天

LED教室每年照明用電總量為Q2，則：

Q2=2.52度/天×188天=473.8度

因此，一間LED教室每年節(jié)省的用電量為

△Q=Q1-Q2=1218.2-473.8=744.4度

省電幅度=△Q/Q2=61%（見圖1）

4.2.2 降低碳排放效果測算

根據(jù)中國生命周期基礎數(shù)據(jù)庫CLCD，生產(chǎn)1度電需要約400克標準煤，產(chǎn)生CO2排放960克左右（各種電力混合后的平均值）。由此可以得出，一間LED教室每年省電相當于減少CO2排放=△Q×960=715千克。

4.2.3 經(jīng)濟性測算

按深圳市現(xiàn)行居民用電收費標準0.68元/度，在此實驗中，一間LED教室每年節(jié)省的電費為：△F=△Q×0.68元/度=506.19元

而用于更換的LED燈管采購開支為1080元，則節(jié)省的電費用于收回LED燈成本的時間為：

L=1080/△F=2.13年

即需要兩年時間（或四個學期）稍多一點時間，使用LED燈管所節(jié)省的電費就可以收回其采購成本。

4.3 延伸計算

4.3.1 全校推廣

耀華學校是一所全日制學校，位于深圳市福田區(qū)，現(xiàn)有小學、初中、高中三個辦學層次，共67個教學班，在校學生1758人，任課教師164人。學校共有67個如A512大小的標準教室，如果全部更換為LED燈具，則每年可。

節(jié)約照明用電量：4.99萬度；

減少CO2排放：4.79萬千克；

節(jié)約電費：3.39萬元。

4.3.2 全國推廣

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全國共有各類教室約340萬間，如果全部更換為LED燈具，則全國教室每年可節(jié)約照明用電量約：24億度（相當于一個大型火電站一年發(fā)電量）；

減少標準煤消耗約：100萬噸；

減少CO2排放約：230萬噸；

節(jié)約電費約：16億元。

5 實驗結論與建議

5.1 實驗結論

（1）通過實驗數(shù)據(jù)的計算，我們認為在滿足同樣照明效果的要求下，使用LED燈管比普通熒光燈有顯著的節(jié)能作用（減少用電消耗61%），從而有利于環(huán)境的保護。

（2）通過LED燈管的經(jīng)濟性測算，我們得知：使用LED燈管兩年以上，節(jié)約的電費即可以收回燈管的采購成本，這個時間遠遠低于其使用壽命。而且，更換燈管簡便易行，不需要其他投入和輔助設施。因此，更換LED燈管，對于學校，以及辦公、家庭等照明場所都是經(jīng)濟可行的。

5.2 我們的建議

（1）實驗小組首先向耀華學校建議，在將來教室的更新改造中，優(yōu)先考慮更換LED燈管，這不僅可以節(jié)能環(huán)保，還可以有效降低學校運轉(zhuǎn)成本，也可以通過使用節(jié)能設施向全校同學宣傳節(jié)能環(huán)保的理念，是一件兼具節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟性和教育意義的工作。

（2）我們向全國的學校建議，考慮將教室照明盡早更換為LED燈管。同時，我們向全社會倡議，希望每個人、每個單位都能對節(jié)能環(huán)保投入更大的關注和熱情。我們希望通過大家共同的努力，讓水更清、天更藍，讓我們的地球家園變得更美好！

附：部分實驗照片

（1）兩間用作實驗對比的教室（圖2為A412教室，圖3為A512教室）。兩間教室燈座和課桌的數(shù)量、擺放方式相同。

（2）本次實驗用到的主要器材（圖4為T8 LED燈管，圖5為電度表，圖6為照度儀）。

（3）實驗小組成員工作現(xiàn)場照片（圖7：進行LED燈照度對比；圖8：月底進行數(shù)據(jù)采集；圖9：計算與討論）。endprint

（2）數(shù)據(jù)采集頻率：每月采集一次，時間為每月最后一天下午下課后，17：30前后。

3.3 實驗人員安排

（1）分為兩個采集小組，兩個小組輪流采集數(shù)據(jù)。

（2）每個小組有兩個同學，一個負責采集數(shù)據(jù)，另一個核實數(shù)據(jù)。

4 實驗數(shù)據(jù)與計算結果

4.1 實驗采集數(shù)據(jù)（見表1）

4.2 數(shù)據(jù)計算與結果

4.2.1 節(jié)能效果檢驗

在實驗期間內(nèi)，使用普通熒光燈的A412教室（以下簡稱“普通教室”）共計用電654.5度。

普通教室平均每個正常學習日的照明用電量為q1，則：

q1=654.5度÷101天=6.48度/天

全年正常學習日為188天。

普通教室每年照明用電總量為Q1，則：

Q1=6.48度/天×188天=1218.2度

而使用LED燈管的A512教室（以下簡稱“LED教室”）在實驗期間內(nèi)共計用電254.5度。

LED教室平均每個正常學習日的照明用電量為q2，則：

q2=254.5度÷101天=2.52度/天

LED教室每年照明用電總量為Q2，則：

Q2=2.52度/天×188天=473.8度

因此，一間LED教室每年節(jié)省的用電量為

△Q=Q1-Q2=1218.2-473.8=744.4度

省電幅度=△Q/Q2=61%（見圖1）

4.2.2 降低碳排放效果測算

根據(jù)中國生命周期基礎數(shù)據(jù)庫CLCD，生產(chǎn)1度電需要約400克標準煤，產(chǎn)生CO2排放960克左右（各種電力混合后的平均值）。由此可以得出，一間LED教室每年省電相當于減少CO2排放=△Q×960=715千克。

4.2.3 經(jīng)濟性測算

按深圳市現(xiàn)行居民用電收費標準0.68元/度，在此實驗中，一間LED教室每年節(jié)省的電費為：△F=△Q×0.68元/度=506.19元

而用于更換的LED燈管采購開支為1080元，則節(jié)省的電費用于收回LED燈成本的時間為：

L=1080/△F=2.13年

即需要兩年時間（或四個學期）稍多一點時間，使用LED燈管所節(jié)省的電費就可以收回其采購成本。

4.3 延伸計算

4.3.1 全校推廣

耀華學校是一所全日制學校，位于深圳市福田區(qū)，現(xiàn)有小學、初中、高中三個辦學層次，共67個教學班，在校學生1758人，任課教師164人。學校共有67個如A512大小的標準教室，如果全部更換為LED燈具，則每年可。

節(jié)約照明用電量：4.99萬度；

減少CO2排放：4.79萬千克；

節(jié)約電費：3.39萬元。

4.3.2 全國推廣

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全國共有各類教室約340萬間，如果全部更換為LED燈具，則全國教室每年可節(jié)約照明用電量約：24億度（相當于一個大型火電站一年發(fā)電量）；

減少標準煤消耗約：100萬噸；

減少CO2排放約：230萬噸；

節(jié)約電費約：16億元。

5 實驗結論與建議

5.1 實驗結論

（1）通過實驗數(shù)據(jù)的計算，我們認為在滿足同樣照明效果的要求下，使用LED燈管比普通熒光燈有顯著的節(jié)能作用（減少用電消耗61%），從而有利于環(huán)境的保護。

（2）通過LED燈管的經(jīng)濟性測算，我們得知：使用LED燈管兩年以上，節(jié)約的電費即可以收回燈管的采購成本，這個時間遠遠低于其使用壽命。而且，更換燈管簡便易行，不需要其他投入和輔助設施。因此，更換LED燈管，對于學校，以及辦公、家庭等照明場所都是經(jīng)濟可行的。

5.2 我們的建議

（1）實驗小組首先向耀華學校建議，在將來教室的更新改造中，優(yōu)先考慮更換LED燈管，這不僅可以節(jié)能環(huán)保，還可以有效降低學校運轉(zhuǎn)成本，也可以通過使用節(jié)能設施向全校同學宣傳節(jié)能環(huán)保的理念，是一件兼具節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟性和教育意義的工作。

（2）我們向全國的學校建議，考慮將教室照明盡早更換為LED燈管。同時，我們向全社會倡議，希望每個人、每個單位都能對節(jié)能環(huán)保投入更大的關注和熱情。我們希望通過大家共同的努力，讓水更清、天更藍，讓我們的地球家園變得更美好！

附：部分實驗照片

（1）兩間用作實驗對比的教室（圖2為A412教室，圖3為A512教室）。兩間教室燈座和課桌的數(shù)量、擺放方式相同。

（2）本次實驗用到的主要器材（圖4為T8 LED燈管，圖5為電度表，圖6為照度儀）。

（3）實驗小組成員工作現(xiàn)場照片（圖7：進行LED燈照度對比；圖8：月底進行數(shù)據(jù)采集；圖9：計算與討論）。endprint