LED節能燈的應用現狀和節能效果實證分析研究

王　坤　周連升　翟曉磊　劉新利　何少聰

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

LED節能燈的應用現狀和節能效果實證分析研究

王坤1周連升1翟曉磊2劉新利1何少聰1

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

LED節能燈是一種新型的綠色照明燈具，具有環保、節能、發光效率高、使用壽命長等突出優點，推廣LED節能燈對國家節能減排工程意義重大。首先，介紹了LED節能燈在國內的發展現狀；然后，通過實地考察天津市75家新建及改造的LED照明項目，驗證了LED節能燈相對于傳統燈具的節能優越性；最后，總結了LED節能燈在我國今后的發展趨勢。

LED節能燈；節能減排；LED應用；節能改造

1　引言

LED節能燈也稱發光二極管，是英文Light EmittingDiode的簡稱，它是一種固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光，被稱為第四代照明光源或綠色光源。LED節能燈在許多方面都具有傳統光源無可比擬的優越性，相比于白熾燈和日光燈等傳統的燈具，它的優勢主要表現在節省能源、環保、無公害、發光效率高、使用壽命長、發熱少、清靜舒適、沒有噪音、光線柔和、有利眼睛、不產生紫外線、電壓可調范圍大等諸多方面。

隨著社會的不斷進步和技術的加速發展，人們越來越認識到環境對人類生存的重要性，世界各國都在采取積極的措施改善環境，減少污染。其中，節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節能減排工作進程。LED節能燈作為21世紀的新型光源，它的特殊優勢符合現代社會的“綠色”標準，也適應新興科學技術快速發展的進程。

本文首先介紹了LED節能燈在我國的發展現狀；然后根據實地考察，通過進行節能量計算驗證了LED節能燈的節能優勢；最后，總結了LED節能燈在我國今后的發展趨勢。

2　LED節能燈的應用現狀

隨著LED技術的快速發展，LED節能燈的發光效率也在逐步提高，它的應用市場日益廣泛，特別在全球能源短缺、大力推廣節能減排的背景下，LED節能燈在照明市場的前景備受矚目。

2.1LED節能燈的研究現狀

在我國，LED節能燈在我們的日常生活中和工業生產中越來越普及。目前，LED節能燈已經被廣泛應用于室內照明、道路照明、汽車照明、景觀燈飾等領域，尤其適用于家庭、商場、銀行、醫院、賓館、飯店等各種公共場所長時間的照明，更能體現LED節能燈效率高的優勢。因此，國內許多學者就LED節能燈技術展開了多方面的研究，為LED節能燈在國內的推廣提供了理論基礎和技術支撐。

早在2010年，就有學者對LED節能燈的使用進行了可行性分析，發現LED節能燈與傳統的白熾燈相比具有良好的節能效果，對推進節能減排工作具有重要的實際意義，應用前景十分廣闊；隨后又發現LED節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；為了更好的適應市場和提高性能，有關研究人員設計與研制了一種恒流源的LED照明燈，并對開發出的產品進行了較為全面的性能測試，性能十分良好。由此可以看出，隨著LED技術的進一步提高，LED節能燈也越來越適應市場需要，可以適用于市場上大部分的照明需求，可以預見到，在不遠的將來，LED節能燈替代大部分傳統的照明工具將不再是設想。

2.2LED節能燈的實地應用調查

為了進一步深入了解LED節能燈，考察LED節能燈的具體應用情況，于2015年對天津市75家新建及改造的LED照明項目進行了實地調查。圖1顯示了實地調查的75家單位分布情況。可以看到安裝LED節能燈的領域十分廣泛，包括物業公司、酒店商場、醫藥行業和制造公司等。其中，醫藥行業和制造公司占比超過了50%，這是因為這些行業的照明面積需求大和照明時間長，使用LED節能燈的節能效果尤為明顯。

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

在所調查的75家單位中，他們用于購置安裝LED節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量分布。可以看到，大部分單位的投資金額在100萬元以內，購置的數量也在10000個以內，少數大型企業由于需求特別高，投資高達幾百萬元，購置的數量也超過了10000個。經過計算，得到本次所調查的75家單位總投資額為5961.3萬元，購置總LED節能燈量為21.5萬個，可見本次調查的范圍之廣、數量之大，確保本次調查的LED節能燈節能效果真實準確。此外，還可以計算得到LED節能燈的平均單價近280元，甚至有些大功率的路燈單價可以達到幾千元，可見LED節能燈的價格相對于傳統燈具的確偏高。

圖1　安裝LED節能燈的單位分布情況

表1　　75家單位的投資金額分布和數量分布

為了計算出每家單位所安裝的LED節能燈的節能量，我們在調查過程中對每家單位所購置的LED節能燈和換之前的傳統燈具的相關參數做了詳細的調查，包括每種LED節能燈和更換前傳統燈具的功率、數量、每盞燈使用平均小時數和每年使用平均天數。然后通過計算得到每家單位按照LED節能燈后的年節能量等參數，以此來分析LED節能燈的節能效果。

3　LED節能效果實證分析研究

3.1節能燈節能量計算方法

在調查過程中，75家單位更換LED節能燈主要分為兩種情況，分別為舊燈改造和增設新燈，這兩種情況的節能量計算方法不同，需要分別進行計算。首先，舊燈改造節能量計算為：

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

當LED節能燈為增設新燈時，認為節能量為LED節能燈年耗電量的一倍，因此得到計算方法為：

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

計算得到每家單位安裝LED節能燈后的節能比例和年節約電費，如下：

其中，a表示安裝LED節能燈后的節能比例，LED節能燈為增設新燈時，a為固定值50%；R（元）表示每家單位年節約電費；p（元/千瓦時）表示天津本地工業用電價格，取0.8元/千瓦時。

然后，可以計算得到每家單位LED節能燈安裝成本預期回收年數，如下：

其中，N（年）表示預期回收年數；K（元）表示LED節能燈的投資額。

3.2LED節能燈實證分析結果

由于75家單位數據較多，結果無法完全展示，所以按照投資金額從小到大挑選了10家典型的單位進行分析，分別用單位1、單位2以此類推到單位10進行表示。表2顯示了10家單位的投資金額、購燈數量、年節能量以及年節約電費。可以看到，10家單位的投資額從7.04萬元到198.6萬元不等，購買數量少的有130個，多的則高達14660個。觀察這10家單位的年節能量，可以發現大致上投資金額越高，年節能量越大，但是個別有反常，這是因為有些單位的LED節能燈每天工作小時數和一年工作天數較少。因此可以看出，LED節能燈的工作時間越密集，其節能效果越顯著。節省電費是按照工業用電0.8元/千瓦時來計算的，所以每家單位的節省電費和其年節能量是成正比關系的，趨勢相同。

表210　家典型單位的投資金額、購燈數量、年節能量以及年節約電費

圖2顯示了這10家單位安裝LED節能燈后的節能比例。可以看到，所有這10家單位的節能比例都在50%及以上，有一家單位甚至達到了74.73%。其中，第10家單位節能比例為50%，是因為該單位的LED節能燈為增設新燈。縱觀所有75家單位，除1家單位以外所有單位的節能比例都達到了50%以上，說明LED節能燈相比于傳統的燈具具有非常明顯的節能優勢。

節能比例在一定程度上可以說明LED節能燈的優越性，但是并沒有考慮LED節能燈的成本。圖3顯示了這10家單位安裝LED節能燈后成本預期回收年數。可以看到，有近7家單位基本上在一年半的時間內就可以收回LED節能燈的投資成本，隨后將進入收益狀態。然而，有一家單位的預期回收年數達到了5.83年，而從圖2中可以看到其節能比例為52%，并不算低，通過分析發現該單位安裝的全部為LED路燈，成本相對較高，平均單價達到了2200元/盞，因此回收年數較長。縱觀所有75家單位，有77%的單位預期回收年數都在3年以內，只有8%的單位預期回收年數超過了5年，說明大部分單位安裝LED節能燈在經濟上也具有較高的優越性。

圖3　　10家單位安裝LED節能燈后預期回收年數

4　LED節能燈的發展趨勢

本文首先介紹了LED節能燈在我國的發展現狀，然后通過實地考察，驗證了LED節能燈相對于傳統燈具的節能優越性。此外，在分析過程中，也發現了一些關于LED節能燈在我國發展過程中的一些問題，總結了LED節能燈在我國今后的發展趨勢。

目前，LED節能燈的應用還主要集中在大型企業、醫院、公共場所等地方，受中國消費水平和環保意識所限，LED節能燈還沒有大量進入普通家庭，因此LED節能燈在國內市場潛力還很巨大，使更多的普通家庭使用LED節能燈是今后重點發展方向；LED節能燈相對于傳統燈具其市場價格還是偏高，但是隨著技術的不斷進步，其成本會慢慢降低，并且考慮到LED燈的消耗電費和維護費用較低，其價格將不再是劣勢；根據國家節能減排政策，政府會大力支持LED節能燈的廣泛應用，采取許多積極的措施來促進LED節能燈的發展，例如對大量購買LED節能燈的企業進行節能補貼、在普通家庭里加大宣傳推廣力度、制定節能燈標準和規范節能燈市場秩序等措施。

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

[2]李寶文.大功率LED節能燈在鐵路燈橋燈塔應用研究[J].鐵路節能環保與安全衛生,2011,01(5):231-234.

[3]林桂文.LED節能燈的優勢和設計的構想[J].大眾科技,2013(5): 126-128.

王坤(1990—),男,工程師,研究方向熱經濟計算與節能。