探討LED綠色照明路燈節(jié)能效果及實(shí)例分析

 城市路燈是城市組成的元素之一，在滿足道路照明的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了城市亮化，美化了城市形象，改善了城市環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，我國城市化進(jìn)程飛速發(fā)展，大量基礎(chǔ)設(shè)施投入建設(shè)，新道路以及照明工程量與日俱增，目前城市道路照明多采用高壓鈉燈，照明管理部門也積極采取道路照明節(jié)能措施，但我國道路照明系統(tǒng)能源消耗量仍較大。在滿足交通安全和城市美化的前提下，開展道路照明系統(tǒng)的節(jié)能降耗工作，推廣“綠色照明”理念，已經(jīng)成為各級(jí)政府高度關(guān)注的問題?！　∫?、城市路燈節(jié)能措施現(xiàn)狀

目前，我國城市道路照明采用的光源品種繁多，與城市規(guī)模及所處的區(qū)域位置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口等因素有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在城市道路照明中，高壓鈉燈是目前道路、廣場(chǎng)照明的主要照明工具，選用高壓鈉燈為光源的占70%以上。針對(duì)高壓鈉燈的使用原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及常規(guī)使用情況，路燈科研和管理部門采取了一系列的使用管理和技術(shù)管理措施，對(duì)延長路燈的使用壽命和節(jié)能起到了一定的作用。

1、路燈使用管理節(jié)能措施

針對(duì)不同時(shí)段道路對(duì)照明需求采取的一種定時(shí)控制路燈使用數(shù)量的措施，即半夜燈措施，該措施節(jié)能效果直接有效。

2、路燈光源結(jié)構(gòu)的技術(shù)節(jié)能措施

一套路燈系統(tǒng)包括燈桿、燈具、光源、鎮(zhèn)流器、控制開關(guān)等組成。高壓鈉燈作為城市路燈照明的主要光源，鎮(zhèn)流器是高壓鈉燈的重要組成部分，減少鎮(zhèn)流器的自身功耗，提高鎮(zhèn)流器的工作效率和綜合技術(shù)指標(biāo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)高壓鈉燈的節(jié)能效率具有十分重要的作用。高壓鈉燈鎮(zhèn)流器節(jié)能的技術(shù)措施包括電容補(bǔ)償式節(jié)能、調(diào)壓式節(jié)能等。

3、智能控制節(jié)能措施

智能化路燈控制措施的工作原理是：采集環(huán)境信息一微機(jī)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的路燈目標(biāo)輸出功率一執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)壓穩(wěn)壓一實(shí)現(xiàn)調(diào)光。根據(jù)時(shí)間、空間參數(shù)的采集，采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)采集輸出、輸入電壓信號(hào)并與最佳照明電壓比較，通過計(jì)算自動(dòng)控制執(zhí)行裝置，調(diào)節(jié)自耦變壓器抽頭位置，使路燈輸入功率與實(shí)際照度要求達(dá)到最佳匹配，獲取最佳的照度效果。該措施技術(shù)上更為先進(jìn)，節(jié)能效果更為有效。采用這種措施不僅節(jié)約電能，而且能夠穩(wěn)定電壓，延長了路燈的使用壽命。

二、LED光源的優(yōu)勢(shì)分析

目前，城市照明系統(tǒng)中，選用了合理的、推薦使用的電光源，并根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的具體情況，采用了適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)活動(dòng)的路燈控制系統(tǒng)，對(duì)節(jié)能降耗、降低運(yùn)行成本發(fā)揮了積極作用。但是我國照明電耗量大，仍是節(jié)能降耗的重要領(lǐng)域?，F(xiàn)有城市路燈照明系統(tǒng)的節(jié)能潛力有限，因此轉(zhuǎn)而選擇新型電光源，才能更有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。隨著LED燈具的散熱、克服點(diǎn)光源的設(shè)計(jì)、成本等問題的逐步解決，LED燈具作為城市路燈照明使用，已突現(xiàn)其優(yōu)越性，正在各地新建道路照明和路燈改造中選用。通過各地對(duì)LED路燈照明的試用情況來看，節(jié)能效果顯著，運(yùn)行成本大幅降低。

1、LED路燈相對(duì)高壓鈉燈節(jié)能對(duì)比分析

高壓鈉燈光線分散，光場(chǎng)分布為一個(gè)中心亮的圓斑形狀，大量的能量則浪費(fèi)在路燈的正下方中心處和道路的外側(cè)，利用率低。目前新型的LED路燈采用先進(jìn)的配光設(shè)計(jì)，有效控制光線的分布，利用率高。

高壓鈉燈的發(fā)光效率大約為120lm/w(流明每瓦)，但由于高壓鈉燈的光線是四面發(fā)散的，必須通過燈具反射光線使之達(dá)到路面，由于鈉燈發(fā)光時(shí)溫度很高，反射器設(shè)計(jì)難度大且效率低，因此燈具本身的光能損失就達(dá)35%，再加上從燈具里面出來的光線不能全部達(dá)到路面，一部分照射到了路面以外的區(qū)域，真正被路面利用的光能僅占鈉燈總光能的30%，也就是最終被路面利用的光能效率(應(yīng)用光效)為361m/W。LED的發(fā)光效率目前量產(chǎn)的水平在lO01m/W。LED是單向發(fā)光的，而且是冷光源，可以通過使用高效率的塑膠透鏡來使光理想分配到路面，通常其燈具效率大干90%，最終被路面利用的光能效率(應(yīng)用光效)為811m/W。不同光源的光效分析如下：高壓鈉燈：120×30%=361m/WLED燈：100X81%=811m/W由此可見，LED燈的光效比高壓鈉燈的光效提高56%。LED路燈與高壓鈉燈路燈技術(shù)參數(shù)對(duì)比如下表。

表1 LED路燈與高壓鈉燈路燈的技術(shù)參數(shù)對(duì)比

2、大功率LED路燈的特點(diǎn)

LED光源具有節(jié)能、環(huán)保、單色性好、光線柔和、發(fā)光效率高、無熱輻射等特點(diǎn)。而大功率LED路燈除了具有上述一般LED路燈的特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)：

(1)光電轉(zhuǎn)換率高

大功率LED光源是低電壓微電子產(chǎn)品，光電轉(zhuǎn)換效率高。據(jù)文獻(xiàn)介紹，在同等亮度下，LED燈具耗電僅是白熾燈的十分之一，熒光燈的三分之一，而壽命卻是白熾燈的50倍，熒光燈的20倍。

(2)光的利用率高

LED的發(fā)光角度通常情況下小于180度，且LED光源可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成定向發(fā)光的光源，光源發(fā)射出的光可以直接打到地面，燈具出光效率高，在設(shè)計(jì)合理的情況下，燈具的出光效率甚至能夠達(dá)~iJ90%以上。

(3)初始照度設(shè)計(jì)低

由于現(xiàn)有路燈壽命較短，光衰較大，在三年使用期內(nèi)為了達(dá)到正常照明效果，初始照度設(shè)計(jì)值一般較高。而LED燈具在同樣的使用周期內(nèi)，光源幾乎沒有衰減，除考慮燈具污染帶來的光衰外，初始照度與照度維持值基本相同，這樣會(huì)進(jìn)一步降低燈具的功率要求。

(4)電源使用效率高

電源效率方面，目前普遍使用的高壓鈉燈鎮(zhèn)流器的功率損失在20%，也就是說1個(gè)250W高壓鈉燈的實(shí)際功耗為300W。而LED路燈開關(guān)電源的效率可以做~190%以上，一個(gè)lOOW的LED路燈的實(shí)際功耗只有110W。

(5)安全、可靠使用壽命長

LED是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料做成的發(fā)光器，低電壓、發(fā)熱量低、可觸摸、可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和振動(dòng)，不易破碎，重量輕，便于安裝維護(hù)。具有綠色環(huán)保、使用壽命長等諸多優(yōu)勢(shì)。

三.LED綠色照明案例分析

1、節(jié)能效果分析

根據(jù)某市采用LED路燈改造試運(yùn)行的數(shù)據(jù)，LED路燈的實(shí)際運(yùn)行功率比燈具的功率提高10%，高壓鈉燈的實(shí)際運(yùn)行功率比燈具的功率提高30%。改造前高壓鈉燈10067盞，總功率2525.2kW，改造后LED燈9068盞，總功率979.08kW，實(shí)際運(yùn)行功率分別為：高壓鈉燈：2525.2×1.3=3282.7kW ，LED燈：979.08×1.1=1077kW，按照該市路燈目前的運(yùn)行情況，路燈平均每天運(yùn)行時(shí)間為11小時(shí)，年運(yùn)行365天，則改造后節(jié)約電量為：(3282.7—1077.0)×11×365=885.67萬度，改造后節(jié)能效果達(dá)到67.1%。

2、經(jīng)濟(jì)效益分析

通過實(shí)施路燈節(jié)能改造，電費(fèi)平均價(jià)格0.844元/kwh，節(jié)電部分可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用如下：改造前年需要支付電費(fèi)3282.7×11×365×0.844/10000=l1l2萬元改造后年需要支付電費(fèi)1077×11×365×0.844/10000=365萬元，改造前后節(jié)省電費(fèi)747萬元。

3.減排效果分析

進(jìn)行路燈的節(jié)能改造，可有效的節(jié)約道路照明用電，從而節(jié)省發(fā)電燃煤消耗，在減少CO：、SO：、NO、煙塵、灰渣等污染物排放上，起到積極的示范作用。根據(jù)NREL(美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室)有關(guān)數(shù)據(jù)，目前的火力發(fā)電廠CO：排放指數(shù)約為0.75kg/kW·h，SO和NOx的排放指數(shù)約為0.006kg/kW·h和0.0045kg/kW·h;另根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)信息部發(fā)布的數(shù)據(jù)，全國供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為350g/kW·h。

本案例每年平均可節(jié)約道路照明用電量約885.6萬kW·h，按350克標(biāo)煤產(chǎn)生1度電計(jì)算，本案例每年可以節(jié)省2803.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約合3924.8噸原煤。每噸煤產(chǎn)生10000立方米的煙塵，3300立方米廢氣(主要是二氧化碳、一氧化碳等)，按照目前煤電占發(fā)電總量的65%計(jì)算，每年可少排放2551.1萬立方米的煙塵，841.9;5-立方米廢氣。同樣，與火力發(fā)電廠平均能耗和排放情況對(duì)比，本案例改造完成后，預(yù)計(jì)每年可減排CO24317.3噸、SO234.5噸、NOx25.9噸，具有較好的減排效益。

四.路燈綠色照明推廣效果分析

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前我國約660多座城市約有路燈400萬盞，參照目前最常用的高壓鈉燈的指標(biāo)，按照其中50%可進(jìn)行綠色照明改造計(jì)算，則有200萬盞可以進(jìn)行改造，根據(jù)前面案例計(jì)算，改造1萬盞路，每年可節(jié)約用電量885.6萬度，節(jié)省電費(fèi)747萬元，減少煙塵排放2551.1萬立方米的煙塵，廢氣841.9萬立方米。因此如果在全國范圍內(nèi)進(jìn)行路燈的綠色照明改造，則可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約用電177120億度，減少煙塵510220.0億立方米，減少廢氣排放168380.0億立方米，節(jié)能減排效果顯著。

綜上所述，LED路燈具有光電轉(zhuǎn)換率高、光的利用率高、電源使用效率高、可靠性高、使用壽命長等特點(diǎn)。綜合考慮各方面因素，LED燈具的光效可比高壓鈉燈提高56%左右，用LED燈具替代目前常用的高壓鈉燈進(jìn)行路燈改造，已成為我國照明節(jié)能的一個(gè)重要發(fā)展方向。某市進(jìn)行的LED路燈改造工程具有較好的節(jié)能效果，示范作用明顯，如能在全國范圍內(nèi)推廣’對(duì)我國節(jié)能減排目標(biāo)將有較大的貢獻(xiàn)。