探討LED綠色照明路燈節能效果及實(shí)例分析

城市路燈是城市組成的元素之一，在滿(mǎn)足道路照明的同時(shí)，實(shí)現了城市亮化，美化了城市形象，改善了城市環(huán)境。隨著(zhù)經(jīng)濟發(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，大量基礎設施投入建設，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(mén)也積極采取道路照明節能措施，但我國道路照明系統能源消耗量仍較大。在滿(mǎn)足交通安全和城市美化的前提下，開(kāi)展道路照明系統的節能降耗工作，推廣“綠色照明”理念，已經(jīng)成為各級政府高度關(guān)注的問(wèn)題?！　∫?、城市路燈節能措施現狀

目前，我國城市道路照明采用的光源品種繁多，與城市規模及所處的區域位置、經(jīng)濟發(fā)展水平、人口等因素有關(guān)，據統計，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。針對高壓鈉燈的使用原理和結構特點(diǎn)，以及常規使用情況，路燈科研和管理部門(mén)采取了一系列的使用管理和技術(shù)管理措施，對延長(cháng)路燈的使用壽命和節能起到了一定的作用。

1、路燈使用管理節能措施

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

2、路燈光源結構的技術(shù)節能措施

一套路燈系統包括燈桿、燈具、光源、鎮流器、控制開(kāi)關(guān)等組成。高壓鈉燈作為城市路燈照明的主要光源，鎮流器是高壓鈉燈的重要組成部分，減少鎮流器的自身功耗，提高鎮流器的工作效率和綜合技術(shù)指標，對實(shí)現高壓鈉燈的節能效率具有十分重要的作用。高壓鈉燈鎮流器節能的技術(shù)措施包括電容補償式節能、調壓式節能等。

3、智能控制節能措施

智能化路燈控制措施的工作原理是：采集環(huán)境信息一微機計算出對應的路燈目標輸出功率一執行機構調壓穩壓一實(shí)現調光。根據時(shí)間、空間參數的采集，采用微電腦控制系統，實(shí)時(shí)對采集輸出、輸入電壓信號并與最佳照明電壓比較，通過(guò)計算自動(dòng)控制執行裝置，調節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)，節能效果更為有效。采用這種措施不僅節約電能，而且能夠穩定電壓，延長(cháng)了路燈的使用壽命。

二、LED光源的優(yōu)勢分析

目前，城市照明系統中，選用了合理的、推薦使用的電光源，并根據當地社會(huì )的具體情況，采用了適合當地經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )活動(dòng)的路燈控制系統，對節能降耗、降低運行成本發(fā)揮了積極作用。但是我國照明電耗量大，仍是節能降耗的重要領(lǐng)域?，F有城市路燈照明系統的節能潛力有限，因此轉而選擇新型電光源，才能更有效的實(shí)現節能的目的。隨著(zhù)LED燈具的散熱、克服點(diǎn)光源的設計、成本等問(wèn)題的逐步解決，LED燈具作為城市路燈照明使用，已突現其優(yōu)越性，正在各地新建道路照明和路燈改造中選用。通過(guò)各地對LED路燈照明的試用情況來(lái)看，節能效果顯著(zhù)，運行成本大幅降低。

1、LED路燈相對高壓鈉燈節能對比分析

高壓鈉燈光線(xiàn)分散，光場(chǎng)分布為一個(gè)中心亮的圓斑形狀，大量的能量則浪費在路燈的正下方中心處和道路的外側，利用率低。目前新型的LED路燈采用先進(jìn)的配光設計，有效控制光線(xiàn)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(xiàn)是四面發(fā)散的，必須通過(guò)燈具反射光線(xiàn)使之達到路面，由于鈉燈發(fā)光時(shí)溫度很高，反射器設計難度大且效率低，因此燈具本身的光能損失就達35%，再加上從燈具里面出來(lái)的光線(xiàn)不能全部達到路面，一部分照射到了路面以外的區域，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(guò)使用高效率的塑膠透鏡來(lái)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(jiàn)，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)參數對比如下表。

表1 LED路燈與高壓鈉燈路燈的技術(shù)參數對比

2、大功率LED路燈的特點(diǎn)

LED光源具有節能、環(huán)保、單色性好、光線(xiàn)柔和、發(fā)光效率高、無(wú)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)光電轉換率高

大功率LED光源是低電壓微電子產(chǎn)品，光電轉換效率高。據文獻介紹，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光源可以根據需要設計成定向發(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，在設計合理的情況下，燈具的出光效率甚至能夠達~iJ90%以上。

(3)初始照度設計低

由于現有路燈壽命較短，光衰較大，在三年使用期內為了達到正常照明效果，初始照度設計值一般較高。而LED燈具在同樣的使用周期內，光源幾乎沒(méi)有衰減，除考慮燈具污染帶來(lái)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流器的功率損失在20%，也就是說(shuō)1個(gè)250W高壓鈉燈的實(shí)際功耗為300W。而LED路燈開(kāi)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(cháng)

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

三.LED綠色照明案例分析

1、節能效果分析

根據某市采用LED路燈改造試運行的數據，LED路燈的實(shí)際運行功率比燈具的功率提高10%，高壓鈉燈的實(shí)際運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行情況，路燈平均每天運行時(shí)間為11小時(shí)，年運行365天，則改造后節約電量為：(3282.7—1077.0)×11×365=885.67萬(wàn)度，改造后節能效果達到67.1%。

2、經(jīng)濟效益分析

通過(guò)實(shí)施路燈節能改造，電費平均價(jià)格0.844元/kwh，節電部分可以節省運行費用如下：改造前年需要支付電費3282.7×11×365×0.844/10000=l1l2萬(wàn)元改造后年需要支付電費1077×11×365×0.844/10000=365萬(wàn)元，改造前后節省電費747萬(wàn)元。

3.減排效果分析

進(jìn)行路燈的節能改造，可有效的節約道路照明用電，從而節省發(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NREL(美國可再生能源實(shí)驗室)有關(guān)數據，目前的火力發(fā)電廠(chǎng)CO：排放指數約為0.75kg/kW·h，SO和NOx的排放指數約為0.006kg/kW·h和0.0045kg/kW·h;另根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )統計信息部發(fā)布的數據，全國供電標準煤耗為350g/kW·h。

本案例每年平均可節約道路照明用電量約885.6萬(wàn)kW·h，按350克標煤產(chǎn)生1度電計算，本案例每年可以節省2803.5噸標準煤，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%計算，每年可少排放2551.1萬(wàn)立方米的煙塵，841.9;5-立方米廢氣。同樣，與火力發(fā)電廠(chǎng)平均能耗和排放情況對比，本案例改造完成后，預計每年可減排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

根據文獻報道，目前我國約660多座城市約有路燈400萬(wàn)盞，參照目前最常用的高壓鈉燈的指標，按照其中50%可進(jìn)行綠色照明改造計算，則有200萬(wàn)盞可以進(jìn)行改造，根據前面案例計算，改造1萬(wàn)盞路，每年可節約用電量885.6萬(wàn)度，節省電費747萬(wàn)元，減少煙塵排放2551.1萬(wàn)立方米的煙塵，廢氣841.9萬(wàn)立方米。因此如果在全國范圍內進(jìn)行路燈的綠色照明改造，則可實(shí)現年節約用電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，節能減排效果顯著(zhù)。

綜上所述，LED路燈具有光電轉換率高、光的利用率高、電源使用效率高、可靠性高、使用壽命長(cháng)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能效果，示范作用明顯，如能在全國范圍內推廣’對我國節能減排目標將有較大的貢獻。