民用建筑照明節(jié)能改造中LED節(jié)能效果的研究

摘要：由于我國節(jié)能環(huán)保的國策要求，民用建筑照明改造環(huán)節(jié)應(yīng)使用更多新型的節(jié)能光源，而LED光源就是其中的代表，受到廣大人民的青睞。本文通過LED光源與傳統(tǒng)電光源的對比進(jìn)行LED的節(jié)能效果研究，從而得出LED實(shí)際節(jié)能效果，以期為相關(guān)人士提供一些參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：民用建筑；LED；節(jié)能效果

由于在宣傳推廣環(huán)節(jié)的處理不當(dāng)，人們對LED照明的節(jié)能特性和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)仍然所知甚少，從而大大影響了LED照明在應(yīng)用過程中的節(jié)能效果。因此，本課題對于民用建筑節(jié)能改建中LED節(jié)能效果的研究就具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 LED光源與傳統(tǒng)電光源的區(qū)別研究

與傳統(tǒng)五花八門的電光源相比，LED光源不僅尺寸較小，而且在電氣和光學(xué)方面都存在著明顯差異。為使大家能夠能清楚明了地了解LED光源的節(jié)能特性，下文將從顯色指數(shù)和光譜能量兩方面對LED光源和日光、以白熾燈為代表的傳統(tǒng)電光源以及三基色熒光光源進(jìn)行區(qū)分和比較。

1.1 顯色指數(shù)

顯色指數(shù)是傳統(tǒng)電光源進(jìn)行色彩還原評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)電光源在日光下所呈現(xiàn)出的不同顏色，可將其分為常用顯色指數(shù)Ra以及從R1到R15這十六項(xiàng)指標(biāo)。其中，Ra取的是前八項(xiàng)顯色指數(shù)的平均值，其作為光學(xué)中的一個(gè)衡量參數(shù)，雖無法精確反映光源的顯色指數(shù)，但仍具有很大的參考價(jià)值。

下面以白光LED為例。白光LED的發(fā)電原理在于利用藍(lán)光激發(fā)黃色YAG熒光粉，從而在藍(lán)黃光相互補(bǔ)充之下形成了白光，而這過程中紫光和紅光都出現(xiàn)一定的欠缺。另外，由于藍(lán)黃光的互補(bǔ)，在光譜曲線中形成了一個(gè)波谷，雖然光譜曲線十分漂亮光滑，但也導(dǎo)致了藍(lán)光激發(fā)YAG熒光粉的顯色指數(shù)Ra難以提高，從而使得白光LED的顯色指數(shù)較低[1]。但因?yàn)槿搜鄣囊曈X關(guān)系，其對顏色還原的影響并不會(huì)很大。

1.2 光譜能量

1.2.1 LED光譜

由上文可知，白光LED乃是使用波長為450nm的藍(lán)光激發(fā)YAG熒光粉的方式發(fā)出白光。從其典型的光譜圖可知，藍(lán)光能量遠(yuǎn)大于其他各類波長，其次是綠光，而紅光的光譜能量最低，因此它的顯色指數(shù)也最低。此外在不可見光部分，LED沒有任何的能量輸出，這是其能耗低的重要原因之一。

1.2.2 日光光譜

日光的光譜是最為完整全面的光譜系列，不僅包含各種有色光，也涵蓋了多種類型的不可見光。從日光的光譜可知，其有色光光譜能量少有偏差，基本保持平衡狀態(tài)，即使有所差異但比例也不會(huì)超過40%。因此，日光的各類色彩還原程度都很高。

1.2.3 三基色熒光燈光譜

三基色熒光燈的使用已有數(shù)十年的時(shí)間，從其經(jīng)典光譜可見，它的發(fā)光機(jī)理主要是通過二次激發(fā)熒光粉來產(chǎn)生藍(lán)光，從而提高熒光燈的發(fā)光效率。但其產(chǎn)生過程了往往擺脫不了紫外光和紅外光等不可見光的影響，大大減弱了三基色熒光的燈光效果。

2 LED的節(jié)能效果研究

（1）技術(shù)指標(biāo)研究。

分析網(wǎng)上各大生產(chǎn)商的商品數(shù)據(jù)可得，相比于金屬鹵化物燈以及熒光燈，LED燈在電壓變化、顯色指數(shù)、光效、功率因數(shù)等多方面與其他兩種燈平分秋色，而在斷電再啟動(dòng)性、光穩(wěn)定性、調(diào)光能力以及環(huán)境溫度要求等方面表現(xiàn)突出，甚至在光源壽命部分的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了熒光燈和金屬鹵化物燈[2]。由此可見，LED等在民用建筑照明節(jié)能改造工程中具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。

（2）照明節(jié)能研究。

LED照明的節(jié)能效果不僅表現(xiàn)在直接節(jié)能中，更多的是體現(xiàn)在間接節(jié)能方面，如由于變壓器的照明安裝功率變低，從而大大降低了電能損耗。下面，課題將把LED燈和普通熒光燈置于同種環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，從而得出LED燈的具體照明節(jié)能效果。

實(shí)驗(yàn)如下：要求普通熒光燈和LED燈同樣滿足300Lux照度的情況下，普通熒光燈的安裝功率為7W/m2左右，發(fā)熱量約為85%，計(jì)算可得每平方米的發(fā)熱量為5.95W；而LED燈的安裝功率卻下降至4.36W/m2，發(fā)熱量只占75%左右，每平方米的發(fā)熱量只有3.27W，即每平方米至少減少2.68W的發(fā)熱量，節(jié)能效果基本上可達(dá)60%以上。

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及目前不斷突破創(chuàng)新的LED光源技術(shù)，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是LED照明擁有極大的照明節(jié)能優(yōu)勢，在未來的民用建筑節(jié)能改造工程方面將發(fā)揮巨大的作用，擁有一片光明的應(yīng)用前景。

（3）經(jīng)濟(jì)效益研究。

在對LED照明的經(jīng)濟(jì)效益研究中，本文引入了2013年各類型照明燈的價(jià)格并進(jìn)行計(jì)算和對比，以此來證明LED燈同樣具有極大的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

2013年，由于LED尚屬于新興行業(yè)，因此售價(jià)較一般傳統(tǒng)電光源較高，其中球泡燈為5元/W，支架燈為8元/W。

第一，以球泡燈為例。分別采用5WLED球泡燈和11W緊湊型熒光燈。其中，5WLED球泡燈售價(jià)為25元，而11W緊湊型熒光燈為10元，差價(jià)為15元。兩者皆按照每天10h的照明時(shí)長進(jìn)行計(jì)算，LED球泡燈每天可節(jié)約電力0.06kWh，一年則為21.9kWh。若將電力收費(fèi)設(shè)為1元/kWh，則0.685年，即大約2500h后即可收回差價(jià)成本，此后每年均可節(jié)省電費(fèi)21.9元。同時(shí)，緊湊型熒光燈在經(jīng)過2500h照明后需進(jìn)行二次更換。

第二，以支架燈為例。分別采用18WLED支架燈和36W支架熒光燈。其中，18WLED支架燈售價(jià)為144元，36W支架熒光燈售價(jià)為49元，差價(jià)為95元。兩者同樣按照每天10h的照明時(shí)長以及1元/kWh的電力收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，則LED支架燈每天節(jié)約電力0.18kWh，528天后即可回收差價(jià)成本，此后該燈每年節(jié)約電費(fèi)65.7元。并且LED燈的使用壽命為50000h左右，可以長期使用，但在此期間，支架熒光燈的更換次數(shù)卻達(dá)到12次。

由上述兩個(gè)實(shí)際例子可見，LED照明不僅可節(jié)約光源換新成本和維護(hù)成本，而且可以有效降低電費(fèi)支出。

3 結(jié)論

通過上述的具體分析和研究，可以看出LED照明極大的節(jié)能優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用過程中不僅契合了當(dāng)下社會(huì)大力提倡的節(jié)能環(huán)保觀念，而且也帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在民用建筑照明節(jié)能改造中應(yīng)充分發(fā)揮LED照明的節(jié)能優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，從而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張航，宋開偉.城市道路照明節(jié)能改造中LED節(jié)能效果分析[J].建筑節(jié)能，2015，12：9498.

[2]孟慶超，趙樹銘.探討LED照明在民用建筑中的節(jié)能應(yīng)用[J].江西建材，2015，13：297300.

作者簡介：潘磊（1988），男，河南鶴壁人，碩士，助理工程師，研究方向：城市軌道交通機(jī)電。