传统灯具与LED灯照明性能比对分析报告

　　本文的结论及观测结果源自于一个照明示范项目，这个项目属于美国能源部（DOE）GATEWAY示范工程。本文阐述了，在美国俄勒冈州波特兰博纳维尔电力总部（BPA）大厅内固态照明（SSL）展览的过程与结果。BPA是美国西北部联邦电力营销机构，这次被作为重要的角色来证明高效LED的改造方案不仅能够降低他们客户的用电量，而且可以作为传统照明产品的有力替代者，比如说用于BPA大厅里历史艺术品的照明。
　　
　　在2001年，BPA将艺术品投射灯的替换作为一项能源工程，用15W和23W的紧凑型荧光灯（CFL）替代PAR38卤素灯。GATEWAY展示比较了科锐PAR3812WLED灯与两类CFL的光学性能，比如光强，功率，能耗，寿命等。尽管CFL比科锐PAR3812WLED发出更多的光，但LED光分布比较窄，减少艺术品上方墙面的光强，能够将光线聚集在艺术作品上。并且，相对于23WPAR38和15WR30CFL来说，LED可增加艺术品与墙体之间的垂直照明对比度。
　　
　　GATEWAY项目目标包括改进大厅艺术品的可见度、展示作品的照明质量，以及新型LED替换灯的灯具外观。同时BPA也关注这项新技术的能耗和成本节省潜力，并且与太平洋西北国家实验室（PNNL）合作，对灯具改型前后的照明性能进行报告分析。
　　
　　一、LED灯与CFL展示效果的对比
　　
　　表一是CFLs与LED灯之间的特性比较。两种不同型号CFL的灯被安装在大厅的不同位置。两款荧光灯的发散角均在110°以上，而科锐LED只有18°。LED产品中心光束的光密度明显要比荧光灯高出许多，荧光灯为300左右，而LED达到了4465，这使得LED灯具可以将更多的光集中在局部区域。
　　
　　CFL的光谱在长波长红色范围内较弱，相对于卤素灯或LED灯来说，它看上去偏向于黄绿色。科锐LED能够提供更好的发光质量，并且和卤素白炽灯光谱一样，具有高的显色指数。显色指数方面，两款CFL的显示指数都是82，二科锐LED则达到93，因为科锐LED灯在长波长红色光谱区域会有更多的能量分布。
　　
　　三款灯在功率和光效上都比较类似，所以科锐LED应用的亮点并不是在节能和高亮度上。事实上，科锐LED的全部流明输出只比23W紧密型荧光灯的一半多一点。它的优势在于能够将光束集中在很小的圆锥体内，特别适用于局部照明。科锐LED灯在大角度区域会发射较少的光。
　　
　　当考虑到应用于局部照明来比较灯具的话，灯具的中心光束坎德拉值和全光谱分布要比单纯的光通量或光效重要得多。
　　
　　总之，科锐LED灯能够增加艺术品与周边墙体的对比度，使艺术品的色彩看上去更加鲜明。表二简要说明了不同灯具造成的不同光照情况。在艺术品的上方墙面，相对于23W荧光灯来说，科锐LED的平均垂直照度降低了，因为它将更多的光照集中在艺术品表面。从对比度上能够分析得到，CFL只有0.5，而LED灯地对比度则达到了1.9，这大大增强了艺术品的照明效果。
　　
　　二、各灯具费用对比分析
　　
　　LED新型灯的具有更高的购买费用，但是这些超额费用理论上会与它更低的耗电量和维护费用相抵消。
　　
　　在这个灯具改型工程中，LED替换灯全部工作在自动控制电路上，每天工作12小时，一周5天，每年共52周（3120小时／年）。LEDPAR38公布的有效寿命是50000小时，按照以上使用，折合是16年。两款荧光灯的平均寿命是8000小时，折合2年又6个月。
　　
　　在美国，不同的州或不同的地域商业用电价格都有很大的差距。2011年4月份美国给出的平均零售电价大约0.1＄／KWh，电价的幅度从夏威夷最高的0.284＄／KWh到犹他最低的0.0695＄／KWh。总体来说，LED产品在经济上能够承受那些高电费地区，因为它们所带来的能耗节约足以补偿它们本身高昂的销售价格。
　　
　　博纳维尔电力局CFLR30灯的每年重置费用大概是424.69＄，CFLPar38是537.26＄，其中包括劳动力成本。而在相同情况下，LED新型灯每年重置花费大约275.56＄。但是LED灯在16年的生命周期里不会损坏或需要维护。
　　
　　三、选用灯具经验总结
　　
　　对于局部照明来说，不仅仅需要比较产品的光通量和功率，更需要侧重衡量其光分布特性。在博纳维尔电力总部大厅投射灯的使用中，相比于PAR38卤素灯，荧光灯很大程度上降低了电能的损耗，但是光分布效果却未能达标。LED灯却很好的解决了这一问题，因为其有很小的光发散角，使得艺术品本身的照明效果要比周边墙体好得多。在考虑选用灯具时，如发射角及中心发射光密度等因素，都应和光通量、功率一起作为考查指标。
　　
　　LED替代灯相对于其他高效光源（如CFL），可能算不上体现其价值较快的灯具，但这并不是替换的关键所在。经济回报率只是部分取决于现任系统和替换系统之间的不同功率。虽然荧光灯已经很节能省电，但LED需要更长的时间来体现其经济价值。CFL不能把光源聚焦在艺术品上，说明它不适合这种应用。
　　
　　相比于荧光灯，LED灯可以提高颜色质量和功率效率。购买产品时，检查LED产品的技术指标（如CCT、CRI等）来保证产品适合该应用的基本要求。但是颜色指标有时想人眼看到的信息一样，并不能有效传达照亮后的颜色质量。因此就需要一个实体模型来具体分析评价。
　　
　　单纯的颜色和光束指标并不全面，并不能预见灯具安装后的实际效果。因此，大量采购替代灯之前，多看一些灯具安装后的实际效果非常重要。