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
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【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-T8-4FW-15、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）。