2016.8|李炳华,等：LED灯综合能效及经济效能的研究及应用

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1 概述

LED技术推动了照明行业的革命性发展，接近颠覆传统照明理论。毋庸置疑，LED与传统光源相比，最大的特点是节能环保、寿命长、可控性强、易于调光、色彩丰富等。随着LED技术的快速发展，其质量稳步提升，发光效率显著提高。

GB / T 31831 - 2015《LED室内照明应用技术要求》给出了LED灯的发光效能定义，即在规定的使用条件下，LED灯具发出的总光通量与其所输入的功率之比，单位为lm / W，光源的发光效能简称光源的光效。

GB 50034 - 2013《建筑照明设计标准》也有类似的定义，光源的发光效能表明光源由电能转化为光能的效率，这是非常重要的光源指标。

但是，工程实践中经常发现：同样为LED灯，不同厂家甚至同一个厂家不同型号的LED灯有着不同的寿命、不同的光通维持率，有的LED灯寿命为10 000 h，有的寿命高达50 000 h。

对于消费者来说，花同样的钱购买更多光通量、更长使用时间的LED灯是最合适不过的。因此，光源的发光效能不能完全反映光源的综合能效和经济性。

笔者探索性地提出了LED灯的综合能效指标FTP（lm·h/W）和经济效能指标FTY（lm·h/Yuan），这两个概念充分考虑了光衰、光效、寿命等因素，经与传统光源进行比较分析，从中能够得出不同光源的能源转换效率和经济效能，便于用户合理选择适宜的光源。

2 综合能效指标FTP

2. 1 综合能效的定义

在规定的使用条件下，LED灯的光衰曲线与使用时间围合的面积除以所输入的功率，单位为lm·h/W，用FTP（Luminous Flux Time per Power）表示。

图1为光源的光衰曲线示意图，图中阴影部分为光通量与时间围合的面积。对于能源转换而言，用1W的电能所产生的光通量与时间围合的面积越大越好，FTP越大表明LED灯的能效越高。

光源的综合能效可用公式（1）计算：

式中：Φ（t）——光源的光衰曲线；

         T ——光源的寿命，即标准测试条件下，LED光源或灯具保持正常燃点，且光通维持率衰减到70%时的累计燃点时间，h；

         P —— 光源的额定功率，包括附件的功率，W。

2. 2 光源参数的对比

以下就白炽灯、节能灯、LED灯的综合能效指标FTP进行量化分析，表1中数据来自京东2016年4月24日网站报价，因此，具有时效性和现实意义。从表1中可以看出，5W的LED球泡光通量已经接近40W的白炽灯。

2. 3 白炽灯FTP的计算

下面就上述3种光源的FTP进行分析、比较。图2为KingdomSun公司官方网站公布的白炽灯光衰曲线。

由图2得，白炽灯的阴影部分面积，光通量× 寿命=4.39×10⁵（T积分面积）- 3.57×10 ⁵（T＜70% 部分面积）= 8.2×10⁴（T ≥70% 部分面积）lm·h，额定功率P=40W，代入式（1）得白炽灯的FTP：

FTP=（8.2*10⁴）/40= 2. 05×10 ³ lm·h/W

2. 4 节能灯F T P的计算

图3数据来自利沃照明科技官方网站，可以直观看出不同光源的光衰曲线。

由图3得节能灯的阴影部分面积，光通量×寿命=5.59×10⁶（T积分面积）- 4.91×10 ⁶（T＜70% 部分面积）= 6.8×10 ⁵（T≥70 %部分面积）lm·h，额定功率P=18W，代入式（1）得节能灯的FTP：

FTP=（6.8*10⁵）/18= 3.78×10 ⁴ lm·h/W

2. 5 LED灯FTP 的计算

图4为HangKe Optoeletronics Technolog Dept提供的LED灯光衰曲线。

由图4得LED灯的阴影部分面积，光通量× 寿命 = 8.82×10 ⁵（T积分面积）-6.3×10 ⁵（T＜70% 部分面积）= 2. 52×10 ⁵（T≥70% 部分面积）lm·h，额定功率P=5W，代入式（1）得LED灯的FTP：

FTP=（2.52*10⁵）/5 = 5.04×10 ⁴ lm·h/W

2. 6 小结

综合上述3种光源的计算，LED在综合能效FTP方面的优势明显，LED的FTP是白炽灯近25倍，是节能灯约1.33倍。同时可以看出，FTP量化光源综合能效具有简洁、直观、实用性强等特点。

3 经济效能指标FTY

3. 1 经济效能的定义

与FTP相类似，先定义LED的经济效能指标：在规定的使用条件下，LED灯的光衰曲线与使用时间围合的面积除以购买该灯的价格，单位为lm·h/Yuan），用FTY（Luminous Flux Time per Yuan）表示。

显然FTY具有明显的经济性特征，用LED的经济效能术语名副其实。与FTP相比，FTY反映的是消费者花1元可以买到多少的光通量及能使用多长时间，也就是光通量与时间围合的面积。显而易见，FTY值越大经济性越好，FTY可以用公式（2）计算：

式中：Φ（t）——光源的光衰曲线；

         T —— 光源的寿命，详见2. 1节说明，h；

         Yuan ——光源的价格，元（对于国际市场，价格需按约定的汇率折算成同一货币单位）。

标准中，T一般取光衰到70%时的值。同样，以下就白炽灯、节能灯、LED灯的FTY进行量化分析。

3. 2 白炽灯FTY的计算

由图2得白炽灯的阴影部分面积，光通量×寿命 = 4.39×10 ⁵（T积分面积）- 3.57×10 ⁵（T＜70% 部分面积）= 8.2×10⁴（T ≥70% 部分面积）lm·h，光源的价格Yuan=5元，代入式（2）得白炽灯的FTY：

FTY =（8.2*10⁴）/5=1.64×10 ⁴ lm·h/Yuan

3. 3 节能灯FTY的计算

由图3得节能灯的阴影部分面积，光通量× 寿命 = 5.59×10⁶（T积分面积）- 4.91×10 ⁶（T＜70% 部分面积）= 6.8×10 ⁵（T≥70%部分面积）lm·h，光源的价格Yuan=27元，代入式（2）得节能灯的FTY：

FTY= （6.8*10⁵）/5 = 2. 52×10 ⁴ lm·h/Yuan

3. 4 LED灯FTY的计算

由图4得LED灯的阴影部分面积，光通量× 寿命 = 8.82×10 ⁵（T积分面积）- 6.3×10 ⁵（T＜70% 部分面积）= 2. 52×10 ⁵（T≥70% 部分面积）lm·h，光源的价格Yuan=9元，代入式（2）得LED灯的FTY：

FTY=（2.52*10⁵/9 = 2.8×10 ⁴ lm·h /Yuan

3. 5 小结

综合上述计算，3种光源的FTY指标LED占有优势，LED的FTY值是白炽灯的1.7倍，是节能灯的1.11倍。表明LED灯在经济性方面已经达到或优于传统光源，具备推广使用所需的经济条件。同时，FTY可以作为量化光源经济效能的指标。

综上所述，将上述3种光源的FTP和FTY列表如表2所示，表明LED灯无论在能源转换效率还是经济性方面都有长足的进步，具备推广使用的基本条件。

还需再次说明：FTY侧重经济指标，将不同光源的FTY进行比较，LED占有一定优势，随着成本的降低，LED的这一优势会更加突出；FTP则侧重技术指标，反映电能转换成光能的效率，LED的FTP指标比其他光源优势明显。

由表1可以看出，从短期看LED经济性不明显。但科学的评价方法是在全寿命周期内进行评价，这样LED的技术经济指标比较突出。

关于FTP和FTY系笔者首次提出，有不足之处欢迎读者指正，共同讨论并推动LED技术的科学应用。

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作者：

李炳华，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司；王翔、岳云涛，北京建筑大学。

全文载于《建筑电气》2016年第8期，详文请见杂志。版权归《建筑电气》所有。

tangz0

完全同意2#~4#的意见。一个LED照明而一。公共场所的照明要严格些，对于相对私用的房间照明还是不要强调标准，个体化些比较好。

树欲静而风不止

LED和节能灯比，其实不怎么节能

尺短寸长

治学以诚 发表于 2016-9-1 08:53
作为规范编写人员，还是去把50116-2013中的，手动控制与联动控制的错误规定给纠正过来才是。

顶老诚版主！

同时纠正一下：
李炳华不是那本糟糕透顶、烂糊三鲜汤般的GB 50116-2013的编制人员，他是主要审查人员之一。
拜托老诚版主不要给人家戴错帽子。

之清

说的很好，很在理，顶