LED产品在书库照明改造中的应用及其节能效果

牛盛楠，苗纪奎

(山东建筑大学，山东 济南 250101)

引言

书库是图书馆的主要组成，其藏书空间照明系统的科学合理设计是一项重要的课题[1]。据统计，在我国一些大型公共图书馆中藏书区使用面积比例为30%～35%[2]，其照明能耗较高，有效降低其照明能耗对建筑节能具有明显作用[3]。另外，若典藏区及书库区无设置感应装置，则书库区常处于无人使用但灯具却长时间开启的状态，除耗能外也浪费馆方人力[4]。因此书库是进行图书馆建筑照明节能改造的重点。

从产品角度考虑，照明节能改造可通过照明系统设备能效的提升实现。为推进照明节能，GB/T 51141—2015《既有建筑绿色改造评价标准》相关条款对设计选用的照明光源、镇流器规定了产品能效水平要求，并且鼓励在走廊、楼梯间、门厅、大堂、车库等公共区域采用能效高的发光二极管(LED)照明。从场所需求角度考虑，书库(闭架书库、密集书库)通常只进行短时照明，无人长时间逗留则照明无长时间开启的必要。

1 书库照明节能改造方案

目前既有图书馆建筑的书库照明光源多采用单管36 W T8卤粉荧光灯或双管18 W T8卤粉荧光灯；书库照明灯具多采用格栅灯、铝制控照灯。本文以书库照明常用的T8卤粉荧光灯(标称功率：36 W；标称尺寸：26 mm×1 200 mm；灯头：G13)和格栅灯作为改造前的光源和灯具，表1分别给出了该光源不同能效等级的初始光效[5]及光通量，该光源配用镇流器功率按4 W进行计算的系统效能，格栅灯灯具效率按0.65计算得到的灯具效能，以此作为节能量计算基准。

表1 书库照明常用光源、灯具能效参数Table 1 The illuminators and luminaire efficacy parameters in common use for stack lighting

对于书库照明的节能改造有两种方式：光源替换；灯具替换。

1)光源替换：在原有灯具里替换光源。依据光源替换的光通量原则，目前32 W T8三基色荧光灯和27 W直管型LED光源(T8)可直接用于替换36 W T8卤粉荧光灯。表2给出了这两种高效替换光源的额定光通量。

表2 两种高效替换光源的额定光通量

2)灯具替换。书库照明改造如进行整灯替换，为了保证较高的利用系数，平行行道的布灯方式宜选择LED线形灯或LED平面灯。

所以，我们确定了图1所示的比较研究的方案。

图1 替换光源和替代灯具节能效果比较研究方案Fig.1 The research plan of efficiency-saving effects of alternative illuminators and lamps

2 节能效果分析

依据《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》(GB 19043—2013)[5]、《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)[6]规定的三基色荧光灯各能效等级的初始光效、格栅灯的灯具效率得到系统效能；依据《LED室内照明应用技术要求》(GB/T 31832—2015)[7]规定的直管型LED光源、LED线形灯、LED平面灯规格分类确定灯具效能最低值，见图2～图4。

1)光源替换节能率。2种高效光源替换的节能率如图5所示。

图2 两种高效替换光源的系统效能比较Fig.2 The comparison in system efficiency of two types of high-efficiency alternative illuminators

图3 LED灯和格栅灯灯具效能比较Fig.3 The comparison in lamp-efficiency of LED and grille lamps

图4 LED灯和格栅灯(T5高光效系列荧光灯)灯具效能比较Fig.4 Comparison in lamp-efficiency of LED and Grille Lamps

图5 两种高效光源替换卤粉荧光灯的节能率比较Fig.5 Comparison in efficiency-rate of two types of high-efficiency illuminators instead of halogen fluorescent lamp

2)灯具替换节能率。计算得到整灯替换实现的节能率(两种高效格栅灯替代卤粉格栅灯节能率和两种LED灯替代卤粉格栅灯节能率)，见图6。

图6 四种高效灯具替换格栅灯(卤粉荧光灯)节能率比较Fig.6 Comparison in efficiency-rate of four types of high-efficiency lamps instead of grille lamp

由图6可知，LED灯替代相应能效等级的卤粉格栅灯的节能率均高于2种能效等级1级的高效荧光灯的节能率。根据4种高效替换灯具的灯具效能不同，节能率也有明显的提高，即ηLED线形灯>ηLED平面灯>η格栅灯(三基色T8)>η格栅灯(高光效T5)(η为节能率)。

LED线形灯替代能效等级3级卤粉荧光灯可实现节能52%/50%以上；替代节能型卤粉荧光灯(能效等级2级以上)仍有显著的节能效果，节能率分别在33%/32%以上，32%/28%以上。

与光源替换产生的节能率相比，改造时用LED平面灯进行整灯替换比仅更换直管型LED光源(T8)节能率提高16%/15%；用LED线形灯进行整灯替换比仅更换直管型LED光源(T8)节能率提高28%/27%。

对书库照明另一种常用灯具——控照灯而言，由于控照灯灯具效率比格栅灯高，则灯具效能更高，因此改造前原有灯具如果是控照灯时，节能率要低于本文计算得到替换格栅灯的节能率。

另一方面，如果比较LED灯和控照灯(配高光效T5或三基色T8)两种替换灯具的灯具效能，按照LOR控照灯=1.15LOR格栅灯(LOR为灯具效能)，结合图2、图3，则LED线形灯与能效等级1级的45W T8节能效果接近；LED平面灯的节能效果普遍没有控照灯的好。

3 结束语

通过以上数据的分析比较，可以得出以下结论：

1)用27 W直管型LED T8管替换卤粉荧光灯的节能效果与32 W能效等级3级三基色T8管接近，对于只更换光源的改造方式，LED灯同荧光灯相比无明显优势；

2)由于LED线形灯灯具效能相对较高，因此节能率高于高光效系列T5格栅灯、三基色T8格栅灯以及LED平面灯，替换能效等级2级的卤粉格栅灯节能率达到30%以上，节能效果明显；

3)用LED灯进行整灯替代比仅替换LED光源的改造方式节能率高16%/28%，因此仅从节能效果出发，照明改造应优先考虑整灯替代。