LED節(jié)能燈的應(yīng)用現(xiàn)狀和節(jié)能效果實(shí)證分析研究

王　坤　周連升　翟曉磊　劉新利　何少聰

（1國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津3003842國網(wǎng)天津市電力公司調(diào)度控制中心天津300010）

LED節(jié)能燈的應(yīng)用現(xiàn)狀和節(jié)能效果實(shí)證分析研究

王坤1周連升1翟曉磊2劉新利1何少聰1

（1國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津3003842國網(wǎng)天津市電力公司調(diào)度控制中心天津300010）

LED節(jié)能燈是一種新型的綠色照明燈具，具有環(huán)保、節(jié)能、發(fā)光效率高、使用壽命長等突出優(yōu)點(diǎn)，推廣LED節(jié)能燈對(duì)國家節(jié)能減排工程意義重大。首先，介紹了LED節(jié)能燈在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀；然后，通過實(shí)地考察天津市75家新建及改造的LED照明項(xiàng)目，驗(yàn)證了LED節(jié)能燈相對(duì)于傳統(tǒng)燈具的節(jié)能優(yōu)越性；最后，總結(jié)了LED節(jié)能燈在我國今后的發(fā)展趨勢(shì)。

LED節(jié)能燈；節(jié)能減排；LED應(yīng)用；節(jié)能改造

1　引言

LED節(jié)能燈也稱發(fā)光二極管，是英文Light EmittingDiode的簡稱，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，被稱為第四代照明光源或綠色光源。LED節(jié)能燈在許多方面都具有傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)越性，相比于白熾燈和日光燈等傳統(tǒng)的燈具，它的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在節(jié)省能源、環(huán)保、無公害、發(fā)光效率高、使用壽命長、發(fā)熱少、清靜舒適、沒有噪音、光線柔和、有利眼睛、不產(chǎn)生紫外線、電壓可調(diào)范圍大等諸多方面。

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和技術(shù)的加速發(fā)展，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到環(huán)境對(duì)人類生存的重要性，世界各國都在采取積極的措施改善環(huán)境，減少污染。其中，節(jié)能是目前最直接有效的重要措施，因此，我國近年來在大力推進(jìn)節(jié)能減排工作進(jìn)程。LED節(jié)能燈作為21世紀(jì)的新型光源，它的特殊優(yōu)勢(shì)符合現(xiàn)代社會(huì)的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)，也適應(yīng)新興科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的進(jìn)程。

本文首先介紹了LED節(jié)能燈在我國的發(fā)展現(xiàn)狀；然后根據(jù)實(shí)地考察，通過進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算驗(yàn)證了LED節(jié)能燈的節(jié)能優(yōu)勢(shì)；最后，總結(jié)了LED節(jié)能燈在我國今后的發(fā)展趨勢(shì)。

2　LED節(jié)能燈的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展，LED節(jié)能燈的發(fā)光效率也在逐步提高，它的應(yīng)用市場(chǎng)日益廣泛，特別在全球能源短缺、大力推廣節(jié)能減排的背景下，LED節(jié)能燈在照明市場(chǎng)的前景備受矚目。

2.1LED節(jié)能燈的研究現(xiàn)狀

在我國，LED節(jié)能燈在我們的日常生活中和工業(yè)生產(chǎn)中越來越普及。目前，LED節(jié)能燈已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明、道路照明、汽車照明、景觀燈飾等領(lǐng)域，尤其適用于家庭、商場(chǎng)、銀行、醫(yī)院、賓館、飯店等各種公共場(chǎng)所長時(shí)間的照明，更能體現(xiàn)LED節(jié)能燈效率高的優(yōu)勢(shì)。因此，國內(nèi)許多學(xué)者就LED節(jié)能燈技術(shù)展開了多方面的研究，為LED節(jié)能燈在國內(nèi)的推廣提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

早在2010年，就有學(xué)者對(duì)LED節(jié)能燈的使用進(jìn)行了可行性分析，發(fā)現(xiàn)LED節(jié)能燈與傳統(tǒng)的白熾燈相比具有良好的節(jié)能效果，對(duì)推進(jìn)節(jié)能減排工作具有重要的實(shí)際意義，應(yīng)用前景十分廣闊；隨后又發(fā)現(xiàn)LED節(jié)能燈不僅可以替代小功率的白熾燈，還可以替代大功率的高壓鈉燈和金鹵燈；為了更好的適應(yīng)市場(chǎng)和提高性能，有關(guān)研究人員設(shè)計(jì)與研制了一種恒流源的LED照明燈，并對(duì)開發(fā)出的產(chǎn)品進(jìn)行了較為全面的性能測(cè)試，性能十分良好。由此可以看出，隨著LED技術(shù)的進(jìn)一步提高，LED節(jié)能燈也越來越適應(yīng)市場(chǎng)需要，可以適用于市場(chǎng)上大部分的照明需求，可以預(yù)見到，在不遠(yuǎn)的將來，LED節(jié)能燈替代大部分傳統(tǒng)的照明工具將不再是設(shè)想。

2.2LED節(jié)能燈的實(shí)地應(yīng)用調(diào)查

為了進(jìn)一步深入了解LED節(jié)能燈，考察LED節(jié)能燈的具體應(yīng)用情況，于2015年對(duì)天津市75家新建及改造的LED照明項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。圖1顯示了實(shí)地調(diào)查的75家單位分布情況?？梢钥吹桨惭bLED節(jié)能燈的領(lǐng)域十分廣泛，包括物業(yè)公司、酒店商場(chǎng)、醫(yī)藥行業(yè)和制造公司等。其中，醫(yī)藥行業(yè)和制造公司占比超過了50%，這是因?yàn)檫@些行業(yè)的照明面積需求大和照明時(shí)間長，使用LED節(jié)能燈的節(jié)能效果尤為明顯。

除此之外，這些單位根據(jù)自身的需求不同，安裝LED節(jié)能燈的種類也不相同。例如，醫(yī)院和商場(chǎng)多是小空間室內(nèi)場(chǎng)所，需要適用于室內(nèi)的小功率LED節(jié)能燈，有LED筒燈、LED球泡燈、LED燈管和LED吸頂燈等；而制造公司會(huì)有車間這種大空間的室內(nèi)照明，這就需要大功率的LED投光燈、LED工礦燈和LED大型射燈等；物業(yè)公司以及大型企業(yè)則會(huì)用到更大功率的LED路燈。由此可見，LED節(jié)能燈的種類齊全，可以滿足不同照明環(huán)境下的照明需求。

在所調(diào)查的75家單位中，他們用于購置安裝LED節(jié)能燈的投資金額從幾萬元到幾百萬元不等。表1顯示了75家單位的投資金額分布和數(shù)量分布。可以看到，大部分單位的投資金額在100萬元以內(nèi)，購置的數(shù)量也在10000個(gè)以內(nèi)，少數(shù)大型企業(yè)由于需求特別高，投資高達(dá)幾百萬元，購置的數(shù)量也超過了10000個(gè)。經(jīng)過計(jì)算，得到本次所調(diào)查的75家單位總投資額為5961.3萬元，購置總LED節(jié)能燈量為21.5萬個(gè)，可見本次調(diào)查的范圍之廣、數(shù)量之大，確保本次調(diào)查的LED節(jié)能燈節(jié)能效果真實(shí)準(zhǔn)確。此外，還可以計(jì)算得到LED節(jié)能燈的平均單價(jià)近280元，甚至有些大功率的路燈單價(jià)可以達(dá)到幾千元，可見LED節(jié)能燈的價(jià)格相對(duì)于傳統(tǒng)燈具的確偏高。

圖1　安裝LED節(jié)能燈的單位分布情況

表1　　75家單位的投資金額分布和數(shù)量分布

為了計(jì)算出每家單位所安裝的LED節(jié)能燈的節(jié)能量，我們?cè)谡{(diào)查過程中對(duì)每家單位所購置的LED節(jié)能燈和換之前的傳統(tǒng)燈具的相關(guān)參數(shù)做了詳細(xì)的調(diào)查，包括每種LED節(jié)能燈和更換前傳統(tǒng)燈具的功率、數(shù)量、每盞燈使用平均小時(shí)數(shù)和每年使用平均天數(shù)。然后通過計(jì)算得到每家單位按照LED節(jié)能燈后的年節(jié)能量等參數(shù)，以此來分析LED節(jié)能燈的節(jié)能效果。

3　LED節(jié)能效果實(shí)證分析研究

3.1節(jié)能燈節(jié)能量計(jì)算方法

在調(diào)查過程中，75家單位更換LED節(jié)能燈主要分為兩種情況，分別為舊燈改造和增設(shè)新燈，這兩種情況的節(jié)能量計(jì)算方法不同，需要分別進(jìn)行計(jì)算。首先，舊燈改造節(jié)能量計(jì)算為：

其中，W（千瓦時(shí)/年）為年節(jié)能量；P1，P2（千瓦）分別為舊燈總功率和LED燈總功率；T1，T2（小時(shí)/天）分別為舊燈每天平均運(yùn)行時(shí)間和LED燈每天平均運(yùn)行時(shí)間；D1，D2(天/年)分別為舊燈平均年運(yùn)行天數(shù)和LED燈平均年運(yùn)行天數(shù)。

當(dāng)LED節(jié)能燈為增設(shè)新燈時(shí)，認(rèn)為節(jié)能量為LED節(jié)能燈年耗電量的一倍，因此得到計(jì)算方法為：

其中P（千瓦）為LED燈功率；T（小時(shí)/天）為LED燈每天運(yùn)行時(shí)間；D(天/年)為LED燈平均年運(yùn)行天數(shù)。

計(jì)算得到每家單位安裝LED節(jié)能燈后的節(jié)能比例和年節(jié)約電費(fèi)，如下：

其中，a表示安裝LED節(jié)能燈后的節(jié)能比例，LED節(jié)能燈為增設(shè)新燈時(shí)，a為固定值50%；R（元）表示每家單位年節(jié)約電費(fèi)；p（元/千瓦時(shí)）表示天津本地工業(yè)用電價(jià)格，取0.8元/千瓦時(shí)。

然后，可以計(jì)算得到每家單位LED節(jié)能燈安裝成本預(yù)期回收年數(shù)，如下：

其中，N（年）表示預(yù)期回收年數(shù)；K（元）表示LED節(jié)能燈的投資額。

3.2LED節(jié)能燈實(shí)證分析結(jié)果

由于75家單位數(shù)據(jù)較多，結(jié)果無法完全展示，所以按照投資金額從小到大挑選了10家典型的單位進(jìn)行分析，分別用單位1、單位2以此類推到單位10進(jìn)行表示。表2顯示了10家單位的投資金額、購燈數(shù)量、年節(jié)能量以及年節(jié)約電費(fèi)。可以看到，10家單位的投資額從7.04萬元到198.6萬元不等，購買數(shù)量少的有130個(gè)，多的則高達(dá)14660個(gè)。觀察這10家單位的年節(jié)能量，可以發(fā)現(xiàn)大致上投資金額越高，年節(jié)能量越大，但是個(gè)別有反常，這是因?yàn)橛行﹩挝坏腖ED節(jié)能燈每天工作小時(shí)數(shù)和一年工作天數(shù)較少。因此可以看出，LED節(jié)能燈的工作時(shí)間越密集，其節(jié)能效果越顯著。節(jié)省電費(fèi)是按照工業(yè)用電0.8元/千瓦時(shí)來計(jì)算的，所以每家單位的節(jié)省電費(fèi)和其年節(jié)能量是成正比關(guān)系的，趨勢(shì)相同。

表210　家典型單位的投資金額、購燈數(shù)量、年節(jié)能量以及年節(jié)約電費(fèi)

圖2顯示了這10家單位安裝LED節(jié)能燈后的節(jié)能比例。可以看到，所有這10家單位的節(jié)能比例都在50%及以上，有一家單位甚至達(dá)到了74.73%。其中，第10家單位節(jié)能比例為50%，是因?yàn)樵搯挝坏腖ED節(jié)能燈為增設(shè)新燈。縱觀所有75家單位，除1家單位以外所有單位的節(jié)能比例都達(dá)到了50%以上，說明LED節(jié)能燈相比于傳統(tǒng)的燈具具有非常明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

節(jié)能比例在一定程度上可以說明LED節(jié)能燈的優(yōu)越性，但是并沒有考慮LED節(jié)能燈的成本。圖3顯示了這10家單位安裝LED節(jié)能燈后成本預(yù)期回收年數(shù)。可以看到，有近7家單位基本上在一年半的時(shí)間內(nèi)就可以收回LED節(jié)能燈的投資成本，隨后將進(jìn)入收益狀態(tài)。然而，有一家單位的預(yù)期回收年數(shù)達(dá)到了5.83年，而從圖2中可以看到其節(jié)能比例為52%，并不算低，通過分析發(fā)現(xiàn)該單位安裝的全部為LED路燈，成本相對(duì)較高，平均單價(jià)達(dá)到了2200元/盞，因此回收年數(shù)較長。縱觀所有75家單位，有77%的單位預(yù)期回收年數(shù)都在3年以內(nèi)，只有8%的單位預(yù)期回收年數(shù)超過了5年，說明大部分單位安裝LED節(jié)能燈在經(jīng)濟(jì)上也具有較高的優(yōu)越性。

圖3　　10家單位安裝LED節(jié)能燈后預(yù)期回收年數(shù)

4　LED節(jié)能燈的發(fā)展趨勢(shì)

本文首先介紹了LED節(jié)能燈在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，然后通過實(shí)地考察，驗(yàn)證了LED節(jié)能燈相對(duì)于傳統(tǒng)燈具的節(jié)能優(yōu)越性。此外，在分析過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于LED節(jié)能燈在我國發(fā)展過程中的一些問題，總結(jié)了LED節(jié)能燈在我國今后的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，LED節(jié)能燈的應(yīng)用還主要集中在大型企業(yè)、醫(yī)院、公共場(chǎng)所等地方，受中國消費(fèi)水平和環(huán)保意識(shí)所限，LED節(jié)能燈還沒有大量進(jìn)入普通家庭，因此LED節(jié)能燈在國內(nèi)市場(chǎng)潛力還很巨大，使更多的普通家庭使用LED節(jié)能燈是今后重點(diǎn)發(fā)展方向；LED節(jié)能燈相對(duì)于傳統(tǒng)燈具其市場(chǎng)價(jià)格還是偏高，但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其成本會(huì)慢慢降低，并且考慮到LED燈的消耗電費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用較低，其價(jià)格將不再是劣勢(shì)；根據(jù)國家節(jié)能減排政策，政府會(huì)大力支持LED節(jié)能燈的廣泛應(yīng)用，采取許多積極的措施來促進(jìn)LED節(jié)能燈的發(fā)展，例如對(duì)大量購買LED節(jié)能燈的企業(yè)進(jìn)行節(jié)能補(bǔ)貼、在普通家庭里加大宣傳推廣力度、制定節(jié)能燈標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范節(jié)能燈市場(chǎng)秩序等措施。

[1]華曉.LED節(jié)能燈使用的可行性分析[J].現(xiàn)代制造,2010(36): 169-170.

[2]李寶文.大功率LED節(jié)能燈在鐵路燈橋燈塔應(yīng)用研究[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生,2011,01(5):231-234.

[3]林桂文.LED節(jié)能燈的優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)的構(gòu)想[J].大眾科技,2013(5): 126-128.

王坤(1990—),男,工程師,研究方向熱經(jīng)濟(jì)計(jì)算與節(jié)能。