民用建筑照明節能改造中LED節能效果的研究

摘要：由于我國節能環保的國策要求，民用建筑照明改造環節應使用更多新型的節能光源，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光源與傳統電光源的對比進行LED的節能效果研究，從而得出LED實際節能效果，以期為相關人士提供一些參考和借鑒。

關鍵詞：民用建筑；LED；節能效果

由于在宣傳推廣環節的處理不當，人們對LED照明的節能特性和應用標準仍然所知甚少，從而大大影響了LED照明在應用過程中的節能效果。因此，本課題對于民用建筑節能改建中LED節能效果的研究就具有十分重要的理論意義和現實意義。

1 LED光源與傳統電光源的區別研究

與傳統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光源的節能特性，下文將從顯色指數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電光源以及三基色熒光光源進行區分和比較。

1.1 顯色指數

顯色指數是傳統電光源進行色彩還原評估的一個重要指標。根據電光源在日光下所呈現出的不同顏色，可將其分為常用顯色指數Ra以及從R1到R15這十六項指標。其中，Ra取的是前八項顯色指數的平均值，其作為光學中的一個衡量參數，雖無法精確反映光源的顯色指數，但仍具有很大的參考價值。

下面以白光LED為例。白光LED的發電原理在于利用藍光激發黃色YAG熒光粉，從而在藍黃光相互補充之下形成了白光，而這過程中紫光和紅光都出現一定的欠缺。另外，由于藍黃光的互補，在光譜曲線中形成了一個波谷，雖然光譜曲線十分漂亮光滑，但也導致了藍光激發YAG熒光粉的顯色指數Ra難以提高，從而使得白光LED的顯色指數較低[1]。但因為人眼的視覺關系，其對顏色還原的影響并不會很大。

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的藍光激發YAG熒光粉的方式發出白光。從其典型的光譜圖可知，藍光能量遠大于其他各類波長，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，即使有所差異但比例也不會超過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十年的時間，從其經典光譜可見，它的發光機理主要是通過二次激發熒光粉來產生藍光，從而提高熒光燈的發光效率。但其產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的節能效果研究

（1）技術指標研究。

分析網上各大生產商的商品數據可得，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、光效、功率因數等多方面與其他兩種燈平分秋色，而在斷電再啟動性、光穩定性、調光能力以及環境溫度要求等方面表現突出，甚至在光源壽命部分的優勢遠遠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能改造工程中具有很大的應用優勢。

（2）照明節能研究。

LED照明的節能效果不僅表現在直接節能中，更多的是體現在間接節能方面，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境下進行試驗，從而得出LED燈的具體照明節能效果。

實驗如下：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，發熱量約為85%，計算可得每平方米的發熱量為5.95W；而LED燈的安裝功率卻下降至4.36W/m2，發熱量只占75%左右，每平方米的發熱量只有3.27W，即每平方米至少減少2.68W的發熱量，節能效果基本上可達60%以上。

結合上述實驗數據以及目前不斷突破創新的LED光源技術，我們可以得出一個結論，那就是LED照明擁有極大的照明節能優勢，在未來的民用建筑節能改造工程方面將發揮巨大的作用，擁有一片光明的應用前景。

（3）經濟效益研究。

在對LED照明的經濟效益研究中，本文引入了2013年各類型照明燈的價格并進行計算和對比，以此來證明LED燈同樣具有極大的經濟效益優勢。

2013年，由于LED尚屬于新興行業，因此售價較一般傳統電光源較高，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球泡燈售價為25元，而11W緊湊型熒光燈為10元，差價為15元。兩者皆按照每天10h的照明時長進行計算，LED球泡燈每天可節約電力0.06kWh，一年則為21.9kWh。若將電力收費設為1元/kWh，則0.685年，即大約2500h后即可收回差價成本，此后每年均可節省電費21.9元。同時，緊湊型熒光燈在經過2500h照明后需進行二次更換。

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支架燈售價為144元，36W支架熒光燈售價為49元，差價為95元。兩者同樣按照每天10h的照明時長以及1元/kWh的電力收費標準進行計算，則LED支架燈每天節約電力0.18kWh，528天后即可回收差價成本，此后該燈每年節約電費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卻達到12次。

由上述兩個實際例子可見，LED照明不僅可節約光源換新成本和維護成本，而且可以有效降低電費支出。

3 結論

通過上述的具體分析和研究，可以看出LED照明極大的節能優勢，在實際應用過程中不僅契合了當下社會大力提倡的節能環保觀念，而且也帶來了更大的經濟效益。因此，在民用建筑照明節能改造中應充分發揮LED照明的節能優勢和經濟優勢，從而促進我國經濟的可持續健康發展。

參考文獻：

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

[2]孟慶超，趙樹銘.探討LED照明在民用建筑中的節能應用[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：城市軌道交通機電。