民用建筑照明节能改造中LED节能效果的研究

摘要：由于我国节能环保的国策要求，民用建筑照明改造环节应使用更多新型的节能光源，而LED光源就是其中的代表，受到广大人民的青睐。本文通过LED光源与传统电光源的对比进行LED的节能效果研究，从而得出LED实际节能效果，以期为相关人士提供一些参考和借鉴。

关键词：民用建筑；LED；节能效果

由于在宣传推广环节的处理不当，人们对LED照明的节能特性和应用标准仍然所知甚少，从而大大影响了LED照明在应用过程中的节能效果。因此，本课题对于民用建筑节能改建中LED节能效果的研究就具有十分重要的理论意义和现实意义。

1 LED光源与传统电光源的区别研究

与传统五花八门的电光源相比，LED光源不仅尺寸较小，而且在电气和光学方面都存在着明显差异。为使大家能够能清楚明了地了解LED光源的节能特性，下文将从显色指数和光谱能量两方面对LED光源和日光、以白炽灯为代表的传统电光源以及三基色荧光光源进行区分和比较。

1.1 显色指数

显色指数是传统电光源进行色彩还原评估的一个重要指标。根据电光源在日光下所呈现出的不同颜色，可将其分为常用显色指数Ra以及从R1到R15这十六项指标。其中，Ra取的是前八项显色指数的平均值，其作为光学中的一个衡量参数，虽无法精确反映光源的显色指数，但仍具有很大的参考价值。

下面以白光LED为例。白光LED的发电原理在于利用蓝光激发黄色YAG荧光粉，从而在蓝黄光相互补充之下形成了白光，而这过程中紫光和红光都出现一定的欠缺。另外，由于蓝黄光的互补，在光谱曲线中形成了一个波谷，虽然光谱曲线十分漂亮光滑，但也导致了蓝光激发YAG荧光粉的显色指数Ra难以提高，从而使得白光LED的显色指数较低[1]。但因为人眼的视觉关系，其对颜色还原的影响并不会很大。

1.2 光谱能量

1.2.1 LED光谱

由上文可知，白光LED乃是使用波长为450nm的蓝光激发YAG荧光粉的方式发出白光。从其典型的光谱图可知，蓝光能量远大于其他各类波长，其次是绿光，而红光的光谱能量最低，因此它的显色指数也最低。此外在不可见光部分，LED没有任何的能量输出，这是其能耗低的重要原因之一。

1.2.2 日光光谱

日光的光谱是最为完整全面的光谱系列，不仅包含各种有色光，也涵盖了多种类型的不可见光。从日光的光谱可知，其有色光光谱能量少有偏差，基本保持平衡状态，即使有所差异但比例也不会超过40%。因此，日光的各类色彩还原程度都很高。

1.2.3 三基色荧光灯光谱

三基色荧光灯的使用已有数十年的时间，从其经典光谱可见，它的发光机理主要是通过二次激发荧光粉来产生蓝光，从而提高荧光灯的发光效率。但其产生过程了往往摆脱不了紫外光和红外光等不可见光的影响，大大减弱了三基色荧光的灯光效果。

2 LED的节能效果研究

（1）技术指标研究。

分析网上各大生产商的商品数据可得，相比于金属卤化物灯以及荧光灯，LED灯在电压变化、显色指数、光效、功率因数等多方面与其他两种灯平分秋色，而在断电再启动性、光稳定性、调光能力以及环境温度要求等方面表现突出，甚至在光源寿命部分的优势远远超过了荧光灯和金属卤化物灯[2]。由此可见，LED等在民用建筑照明节能改造工程中具有很大的应用优势。

（2）照明节能研究。

LED照明的节能效果不仅表现在直接节能中，更多的是体现在间接节能方面，如由于变压器的照明安装功率变低，从而大大降低了电能损耗。下面，课题将把LED灯和普通荧光灯置于同种环境下进行试验，从而得出LED灯的具体照明节能效果。

实验如下：要求普通荧光灯和LED灯同样满足300Lux照度的情况下，普通荧光灯的安装功率为7W/m2左右，发热量约为85%，计算可得每平方米的发熱量为5.95W；而LED灯的安装功率却下降至4.36W/m2，发热量只占75%左右，每平方米的发热量只有3.27W，即每平方米至少减少2.68W的发热量，节能效果基本上可达60%以上。

结合上述实验数据以及目前不断突破创新的LED光源技术，我们可以得出一个结论，那就是LED照明拥有极大的照明节能优势，在未来的民用建筑节能改造工程方面将发挥巨大的作用，拥有一片光明的应用前景。

（3）经济效益研究。

在对LED照明的经济效益研究中，本文引入了2013年各类型照明灯的价格并进行计算和对比，以此来证明LED灯同样具有极大的经济效益优势。

2013年，由于LED尚属于新兴行业，因此售价较一般传统电光源较高，其中球泡灯为5元/W，支架灯为8元/W。

第一，以球泡灯为例。分别采用5WLED球泡灯和11W紧凑型荧光灯。其中，5WLED球泡灯售价为25元，而11W紧凑型荧光灯为10元，差价为15元。两者皆按照每天10h的照明时长进行计算，LED球泡灯每天可节约电力0.06kWh，一年则为21.9kWh。若将电力收费设为1元/kWh，则0.685年，即大约2500h后即可收回差价成本，此后每年均可节省电费21.9元。同时，紧凑型荧光灯在经过2500h照明后需进行二次更换。

第二，以支架灯为例。分别采用18WLED支架灯和36W支架荧光灯。其中，18WLED支架灯售价为144元，36W支架荧光灯售价为49元，差价为95元。两者同样按照每天10h的照明時长以及1元/kWh的电力收费标准进行计算，则LED支架灯每天节约电力0.18kWh，528天后即可回收差价成本，此后该灯每年节约电费65.7元。并且LED灯的使用寿命为50000h左右，可以长期使用，但在此期间，支架荧光灯的更换次数却达到12次。

由上述两个实际例子可见，LED照明不仅可节约光源换新成本和维护成本，而且可以有效降低电费支出。

3 结论

通过上述的具体分析和研究，可以看出LED照明极大的节能优势，在实际应用过程中不仅契合了当下社会大力提倡的节能环保观念，而且也带来了更大的经济效益。因此，在民用建筑照明节能改造中应充分发挥LED照明的节能优势和经济优势，从而促进我国经济的可持续健康发展。

参考文献：

[1]张航，宋开伟.城市道路照明节能改造中LED节能效果分析[J].建筑节能，2015，12：9498.

[2]孟庆超，赵树铭.探讨LED照明在民用建筑中的节能应用[J].江西建材，2015，13：297300.

作者简介：潘磊（1988），男，河南鹤壁人，硕士，助理工程师，研究方向：城市轨道交通机电。