关于教室照明使用LED灯具的节能环保效果与经济性的实验研究

5月 4, 2022 产品展示

【摘 要】 LED 灯具是人类历史上一项重要的节能环保发明,具备多项优点。为扩大人们 在实际生活中对 LED 灯具的环保效果与经济效益的了解,我在深圳市耀华实验学校进行了该 项实验研究,以期得出 LED 灯具比普通灯具更加节能的实际测算数据,为学校的节能环保举 措提供较为准确的建议。 【关键词】 LED 灯具 节能 环保 经济可行 社会效益 通过实验有 2 点重要发现:(1)在满足同样照明效果的要求下,使用 LED 灯管比普通荧 光灯可减少用电消耗 61%;(2)使用 LED 灯管不仅可以在较短时间内收回采购成本,而且收 回成本的时间周期远远低于其使用寿命。因此,将普通灯管更换为 LED 灯管,对于学校、办 公、以及家庭等照明场所不仅经济可行,而且具有广泛的社会效益。 1 实验的目的 人类的照明工具一直在发展,从古代的蜡烛、油灯,到爱迪生发明的白炽灯,再到后来广 泛使用的荧光灯。现在,人类又发明出了 LED 照明。相比传统的荧光灯,LED 照明有着许多 优点。 第一,节能环保。LED 灯具光效高,能够节约大量的电,可以减少发电厂二氧化碳等 x 气 体的排放。 第二,安全健康。LED 灯不会发出紫外线,对人体无害;采用直流驱动,消除了传统灯 具的频闪现象,色温低,显色指数高,可以更好的保护视力。另外,LED 灯管不含铅、汞等 有害物质,不小心打破了不会造成重金属有毒物质的扩散。 第三,使用寿命长。一盏 LED 灯的额定寿命一般是几万小时,甚至达到十万小时以上, 而普通荧光灯则在一万小时以下。 虽然 LED 照明有如此多的优点,但是人们对这些优点缺乏直观的感受,加上 LED 灯比普 通荧光灯售价要高,因此在实际生活中,人们对于使用 LED 灯具,一直存在着疑问和迟疑。 因此,我们组织了本次实验,对 LED 照明的节能环保效果和经济性进行测算检验,即验 证:

(1)在教室使用中,LED 灯具的节能环保效果是否显著。 (2)在教室使用中,LED 照明所节省的电费在多长时间内能够回收购买 LED 灯管的成 本。 通过本次实验,我们希望推动学校管理人员做出决策,将教室现在使用的荧光灯管逐步更 换为 LED 灯管。 2 实验的方法、场地与器材 2.1 实验方法 选择两间用灯时间基本相同的教室,其中一间教室继续使用现有的荧光灯管,另一件教室 将荧光灯管替换为 LED 灯管,并确保两间教室课桌的照度大致相同。使用电度表分别测量出 两个教室一段时期内的用电量,从而进行计算、对比和分析。 2.2 教室的选择 实验小组选择了深圳市耀华实验学校(以下简称“耀华学校”)的 A412 与 A512 两间教 室,A412 保留原有的荧光灯管,A512 则使用 LED 灯管。选用这两间教室的原因为: (1)两间教室在同一个学部,学生的作息时间基本相同,因此两个教室的用灯习惯和用 灯时长基本相同。 (2)两间教室都有 9 个灯座,共计 18 个灯管。灯座和课桌的数量、摆放方式相同,因而 灯管的照度便于比较。 (3)两间教室学生的作息时间与全校其他学生的作息时间相同。因此试验的结论具有普 遍性。 (4)两间教室相隔距离较短,方便采集数据。 (5)两间教室的学生和老师愿意配合此次试验。 2.3 实验器材 2.3.1 LED 灯管 为 A512 教室选择 LED 灯管的原则是使两间教室的课桌照度基本相同。实验小组为了找到 与 A412 教室照度基本相同的 LED 灯管,做了以下准备工作。 ①通过对 A412 教室荧光灯的观察,得知此教室使用的灯为雷氏 36w 荧光灯。

②单灯对照:实验小组在夜晚到 A412 教室,点亮一盏荧光灯管,在此灯管的正下方的课 桌上测量照度。再将三种不同功率的 T8 LED 灯管(型号分别为 KK-T8-4FW-12、KK-T8-4FW15、KK-T8-4FW-18)分别安装在实验灯座上并点亮。通过在灯管正下方的课桌上测量照度, 得知型号为 KK-T8-4FW-15 的灯管的照度最接近原有的荧光灯管。 ③多灯对照:将 A512 教室的荧光灯全部替换为 KK-T8-4FW-15 LED 灯管。在同一时间, 多名实验者测量了开着灯的 A512 和 A412 教室的多个课桌的照度,结果显示 A412 教室各课桌 的平均照度为 282Lx,A512 教室各课桌的平均照度为 313Lx,两间教室照度误差在 10%以 内,可以认为基本一致(而且 A512 的 LED 灯照度更高)。 最终,实验选择了 KK-T8-4FW-15LED 灯管作为本次实验中与普通荧光灯管进行对比的照 明工具,一共 18 根。 2.3.2 其他器材 电度表 2 个:用来测量两种灯管的电量消耗,是实验数据的读取来源。 照度仪 1 个:在选择 LED 灯管时,用来与普通荧光灯的照度进行对比,是实验的辅助仪 器。 3 实验的组织与实施 3.1 实验器材的来源与安装 (1)LED 灯管:从上海绿色照明公司购买,型号 KK-T8-4FW-15,价格 60 元/根,18 根 灯管共计花费 1080 元。 (2)电度表:在淘宝网上购买,型号 ZJ120-001,2 个电度表共计花费 130 元。 (3)照度仪:在淘宝网上购买,型号 AS823,花费 253 元。 (4)以上物品共计 1463 元,所需费用由耀华环保协会募集。 (5)在学校电工的指导下,实验小组对灯具和电度表进行了安装调试。 3.2 实验数据的采集方法 (1)数据采集期间:实验小组选择了一个完整的学期(从 2013 年 9 月 2 日到 2014 年 1 月 24 日)作为数据采集期间,共计 21 周,扣除周末及节假日后正常学习日为 101 天。 (2)数据采集频率:每月采集一次,时间为每月最后一天下午下课后,17:30 前后。

3.3 实验人员安排 (1)分为两个采集小组,两个小组轮流采集数据。 (2)每个小组有两个同学,一个负责采集数据,另一个核实数据。 4 实验数据与计算结果 4.1 实验采集数据(见表 1) 4.2 数据计算与结果 4.2.1 节能效果检验 在实验期间内,使用普通荧光灯的 A412 教室(以下简称“普通教室”)共计用电 654.5 度。 普通教室平均每个正常学习日的照明用电量为 q1,则: q1=654.5 度÷ 101 天=6.48 度/天 全年正常学习日为 188 天。 普通教室每年照明用电总量为 Q1,则: Q1=6.48 度/天× 188 天=1218.2 度 而使用 LED 灯管的 A512 教室(以下简称“LED 教室”)在实验期间内共计用电 254.5 度。 LED 教室平均每个正常学习日的照明用电量为 q2,则: q2=254.5 度÷ 101 天=2.52 度/天 LED 教室每年照明用电总量为 Q2,则: Q2=2.52 度/天× 188 天=473.8 度 因此,一间 LED 教室每年节省的用电量为 △ Q=Q1-Q2=1218.2-473.8=744.4 度 省电幅度=△ Q/Q2=61%(见图 1)

4.2.2 降低碳排放效果测算 根据中国生命周期基础数据库 CLCD,生产 1 度电需要约 400 克标准煤,产生 CO2 排放 960 克左右(各种电力混合后的平均值)。由此可以得出,一间 LED 教室每年省电相当于减少 CO2 排放=△ Q× 960=715 千克。 4.2.3 经济性测算 按深圳市现行居民用电收费标准 0.68 元/度,在此实验中,一间 LED 教室每年节省的电费 为:△ F=△ Q× 0.68 元/度=506.19 元 而用于更换的 LED 灯管采购开支为 1080 元,则节省的电费用于收回 LED 灯成本的时间 为: L=1080/△ F=2.13 年 即需要两年时间(或四个学期)稍多一点时间,使用 LED 灯管所节省的电费就可以收回 其采购成本。 4.3 延伸计算 4.3.1 全校推广 耀华学校是一所全日制学校,位于深圳市福田区,现有小学、初中、高中三个办学层次, 共 67 个教学班,在校学生 1758 人,任课教师 164 人。学校共有 67 个如 A512 大小的标准教 室,如果全部更换为 LED 灯具,则每年可。 节约照明用电量:4.99 万度; 减少 CO2 排放:4.79 万千克; 节约电费:3.39 万元。 4.3.2 全国推广 根据统计数据,目前全国共有各类教室约 340 万间,如果全部更换为 LED 灯具,则全国 教室每年可节约照明用电量约:24 亿度(相当于一个大型火电站一年发电量); 减少标准煤消耗约:100 万吨; 减少 CO2 排放约:230 万吨;

节约电费约:16 亿元。 5 实验结论与建议 5.1 实验结论 (1)通过实验数据的计算,我们认为在满足同样照明效果的要求下,使用 LED 灯管比普 通荧光灯有显著的节能作用(减少用电消耗 61%),从而有利于环境的保护。 (2)通过 LED 灯管的经济性测算,我们得知:使用 LED 灯管两年以上,节约的电费即 可以收回灯管的采购成本,这个时间远远低于其使用寿命。而且,更换灯管简便易行,不需要 其他投入和辅助设施。因此,更换 LED 灯管,对于学校,以及办公、家庭等照明场所都是经 济可行的。 5.2 我们的建议 (1)实验小组首先向耀华学校建议,在将来教室的更新改造中,优先考虑更换 LED 灯 管,这不仅可以节能环保,还可以有效降低学校运转成本,也可以通过使用节能设施向全校同 学宣传节能环保的理念,是一件兼具节能环保、经济性和教育意义的工作。 (2)我们向全国的学校建议,考虑将教室照明尽早更换为 LED 灯管。同时,我们向全社 会倡议,希望每个人、每个单位都能对节能环保投入更大的关注和热情。我们希望通过大家共 同的努力,让水更清、天更蓝,让我们的地球家园变得更美好! 附:部分实验照片 (1)两间用作实验对比的教室(图 2 为 A412 教室,图 3 为 A512 教室)。两间教室灯座 和课桌的数量、摆放方式相同。 (2)本次实验用到的主要器材(图 4 为 T8 LED 灯管,图 5 为电度表,图 6 为照度仪)。 (3)实验小组成员工作现场照片(图 7:进行 LED 灯照度对比;图 8:月底进行数据采 集;图 9:计算与讨论)。