Ein umfassender Energieeinsparungsvergleich zwischen traditionellen Beleuchtungseinrichtungen und LED-Beleuchtung

Unter der globalen Führung der "Dual Carbon"-Ziele ist die energieeinsparende Modernisierung im Beleuchtungssektor zu einem wichtigen Schwerpunkt für Energieeinsparung und Emissionsreduzierung geworden. Traditionelle Beleuchtungskörper (repräsentiert durch Glühlampen und Leuchtstofflampen) haben lange Zeit den Beleuchtungsmarkt dominiert, während LED-Beleuchtung (Light-Emitting Diode) mit ihren zentralen Energieeinsparungsvorteilen die Ablösung traditioneller Beleuchtung beschleunigt. Dieser Artikel führt einen professionellen Vergleich der energiesparenden Eigenschaften der beiden Beleuchtungsarten aus mehreren Dimensionen durch, darunter Kernindikatoren für den Energieverbrauch, Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus, zusätzliche Energiespareffekte und Anpassungsfähigkeit an Anwendungsszenarien, kombiniert mit technischen Prinzipien und praktischen Daten, um eine Referenz für die energieeinsparende Renovierung und Auswahl von Beleuchtung zu bieten.

Der wichtigste Bewertungsindikator für die Energieeffizienz von Beleuchtungskörpern ist die Lichtausbeute, die sich auf den pro Einheitsstromverbrauch erzeugten Lichtstrom bezieht (Einheit: lm/W). Eine höhere Lichtausbeute bedeutet einen geringeren Energieverbrauch bei gleichen Beleuchtungsanforderungen. Darüber hinaus ist die Leistungsdichte (pro Flächeneinheit benötigte Leistung für die Beleuchtung, Einheit: W/㎡) ein weiterer wichtiger Parameter zur Messung des Energiesparniveaus eines Szenarios, der direkt mit der Lichtausbeute zusammenhängt.

Glühlampen funktionieren nach dem Prinzip, dass elektrischer Strom durch einen Wolframdraht fließt, um Wärme und Licht zu erzeugen, wobei die Energieumwandlungseffizienz extrem niedrig ist. Der Großteil der elektrischen Energie wird als Wärme abgeführt (Wärmeverlust macht über 90 % aus), und weniger als 10 % werden in sichtbares Licht umgewandelt. Die Lichtausbeute herkömmlicher Glühlampen beträgt nur 10-18 lm/W. Beispielsweise hat eine 100-W-Glühlampe eine effektive Leistung für die Beleuchtung von weniger als 10 W, mit einem Lichtstrom von etwa 1200-1800 lm. Um den gleichen Beleuchtungsbedarf (z. B. einen Lichtstrom von 3000 lm) zu decken, wird eine Glühlampe von 200 W oder mehr benötigt, was zu einem erheblich hohen Energieverbrauch führt.

Leuchtstofflampen (einschließlich geradliniger Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen (KLLs)) erzeugen ultraviolettes Licht durch Quecksilberdampfentladung, das Leuchtstoffe zum Leuchten anregt. Ihre Energieumwandlungseffizienz ist deutlich höher als die von Glühlampen, wobei der Wärmeverlust 50 % bis 60 % ausmacht. Die Lichtausbeute von herkömmlichen geradlinigen Leuchtstofflampen beträgt 50-80 lm/W und die von Kompaktleuchtstofflampen (KLLs) 60-90 lm/W. Um einen Lichtstrom von 3000 lm zu erzielen, benötigt eine Leuchtstofflampe nur 35-60 W Leistung, was 60 %-70 % mehr Energie als eine Glühlampe spart. Leuchtstofflampen bergen jedoch das Risiko einer Quecksilberverschmutzung, haben einen sofortigen Energieverbrauch beim Start, und häufiges Schalten auf lange Sicht verringert die Lichtausbeute und die Lebensdauer.

LED-Beleuchtung basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz von Halbleiter-PN-Übergängen, mit extrem hoher Energieumwandlungseffizienz und einem Wärmeverlust von nur 20 % bis 30 %. Ihre Kernvorteile liegen in der hohen Lichtausbeute und dem geringen Stromverbrauch. Die Lichtausbeute aktueller Mainstream-LED-Beleuchtung hat 120-180 lm/W erreicht, und High-End-Produkte übertreffen sogar 200 lm/W. Um denselben Lichtstrom von 3000 lm zu erzielen, benötigt LED-Beleuchtung nur 17-25 W Leistung, was im Vergleich zu Glühlampen mehr als 85 % Energie und im Vergleich zu Leuchtstofflampen 40 % bis 60 % Energie spart. Darüber hinaus kann die Leistung von LEDs präzise eingestellt werden, und eine stabile hohe Lichtausbeute kann von Mikro-Lampen mit 0,5 W bis hin zu Industriebeleuchtungskörpern mit Hunderten von Watt aufrechterhalten werden, wodurch sie sich an verschiedene Leistungsanforderungen anpassen lässt.

Die Energieeinsparleistung von Beleuchtungskörpern sollte über den gesamten Lebenszyklus (Rohstoffproduktion, Herstellung, Transport, Nutzung, Recycling und Entsorgung) umfassend bewertet werden, anstatt sich nur auf den Energieverbrauch während der Nutzungsphase zu konzentrieren. Es gibt erhebliche Unterschiede im Energieverbrauch zwischen traditioneller Beleuchtung und LED-Beleuchtung in jedem Schritt des gesamten Lebenszyklus.

Die Chipfertigungs- und Verpackungsprozesse von LED-Beleuchtung erfordern hochpräzise Geräte und hochreine Rohmaterialien, was zu einem etwas höheren Energieverbrauch während der Produktionsphase im Vergleich zu Glüh- und Leuchtstofflampen führt. Daten zeigen, dass der Energieverbrauch bei der Produktion einer LED-Glühbirne etwa 1,5 kWh beträgt, während der einer Glühlampe nur 0,1 kWh und der einer Energiesparlampe etwa 0,5 kWh beträgt. Während der Transportphase ist der Energieverbrauch von LED-Beleuchtung jedoch aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts (bei gleichem Lichtstrom wiegt LED-Beleuchtung nur 1/3 einer Glühlampe und 1/2 einer Leuchtstofflampe) um 30 % bis 50 % geringer als bei herkömmlicher Beleuchtung. Unter Berücksichtigung des Gesamtenergieverbrauchs der Produktions- und Transportphasen kann der anfängliche Energieverbrauchsnachteil von LED-Beleuchtung in kurzer Zeit durch Energieeinsparungen während der Nutzungsphase vollständig ausgeglichen werden.

Die Nutzungsphase ist das Kernstück des Energieverbrauchs im gesamten Lebenszyklus von Beleuchtungskörpern und macht über 90 % aus. Basierend auf 8 Stunden täglicher Beleuchtung und 2920 Stunden jährlicher Beleuchtung ergibt sich der jährliche Energieverbrauchsvergleich der drei Arten von Beleuchtungskörpern zur Erzielung eines Lichtstroms von 3000 lm wie folgt: Glühlampe (200 W) hat einen jährlichen Energieverbrauch von 584 kWh, Leuchtstofflampe (40 W) hat einen jährlichen Energieverbrauch von 116,8 kWh und LED-Beleuchtung (20 W) hat einen jährlichen Energieverbrauch von 58,4 kWh. Basierend auf dem durchschnittlichen Industriestrompreis von 0,8 Yuan/kWh betragen die jährlichen Stromkosten für LED-Beleuchtung nur 46,72 Yuan, was eine Einsparung von 429,76 Yuan im Vergleich zu Glühlampen und 46,72 Yuan im Vergleich zu Leuchtstofflampen bedeutet. Bei langfristiger Nutzung sind die energiesparenden wirtschaftlichen Vorteile von LEDs äußerst signifikant.

Glühlampen bestehen hauptsächlich aus Glas und Wolframdraht, mit geringem Energieverbrauch für Recycling und Entsorgung. Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer (ca. 1000 Stunden) ist die Austauschhäufigkeit jedoch hoch, was zu einem hohen kumulativen Energieverbrauch für Recycling und Entsorgung führt. Leuchtstofflampen enthalten Quecksilber und erfordern spezielle Geräte für Recycling und Entsorgung (um Quecksilberlecks zu vermeiden), mit hohem Energieverbrauch und Umweltkosten. LED-Beleuchtung hat eine lange Lebensdauer (ca. 50000 Stunden), eine geringe Austauschhäufigkeit und enthält keine schädlichen Substanzen wie Quecksilber und Blei. Beim Recycling und der Entsorgung müssen nur Metall- und Kunststoffgehäuse getrennt werden, mit geringem Energieverbrauch und geringeren Umweltauswirkungen, was den Anforderungen der grünen und kohlenstoffarmen Entwicklung entspricht.

Neben den Kernindikatoren für den Energieverbrauch beeinflussen die Wärmeableitungseigenschaften und die intelligenten Regelungsfähigkeiten von Beleuchtungskörpern auch indirekt die energiesparenden Effekte. Traditionelle Beleuchtungskörper sind in beiden Aspekten schlechter als LED-Beleuchtung.

Herkömmliche Leuchten (insbesondere Glühlampen) erzeugen eine große Menge Wärme. Bei Innenbeleuchtung erhöhen sie die Kühllast von Klimaanlagen und steigern indirekt den Energieverbrauch von Gebäuden. Daten zeigen, dass eine 100-W-Glühlampe pro Stunde etwa 341 kcal Wärme erzeugt, was der Kühlleistung einer kleinen Klimaanlage für 10 Minuten entspricht. Im Gegensatz dazu haben LED-Leuchten eine hohe Wärmeableitungseffizienz (schnelle Wärmeableitung durch Kühlkörper), und die Wärmeentwicklung bei gleicher Leistung beträgt nur 1/5 der von Glühlampen und 1/2 der von Leuchtstofflampen. Während der Sommer-Klimatisierungsperiode können LED-Leuchten die interne Klimatisierungslast um 10 % bis 20 % reduzieren und so die allgemeine Energieeinsparung des Gebäudes weiter verbessern.

Die Halbleitereigenschaften der LED-Beleuchtung ermöglichen eine einfache Anpassung an intelligente Regelungstechnologien wie Dimmung, Farbtemperaturanpassung, Körperwahrnehmung und Lichtsensorsteuerung, wodurch eine "Beleuchtung nach Bedarf" realisiert und der ineffektive Energieverbrauch weiter reduziert wird. Beispielsweise kann in Szenarien wie Tiefgaragen und Korridoren durch den Einsatz von Körperwahrnehmung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens sowie der Helligkeit der LED-Beleuchtung die tatsächliche Beleuchtungszeit um mehr als 60 % verkürzt und der Energieverbrauch um 50 % bis 70 % gesenkt werden. Im Gegensatz dazu haben Glühlampen einen engen Dimmbereich (die Lichtausbeute nimmt bei Dimmung erheblich ab), und Leuchtstofflampen erfordern spezielle Vorschaltgeräte zum Dimmen, mit geringer Dimmpräzision und hohen Kosten, was eine effiziente intelligente Energiesparsteuerung erschwert.

Unterschiedliche Beleuchtungsszenarien (Wohn-, Gewerbe-, Industrie-, Straßenbeleuchtung) haben unterschiedliche Anforderungen an Lampenleistung, Lichtausbeute, Lebensdauer und Regelungsbedarf, was zu erheblichen Unterschieden in der Anwendbarkeit von traditioneller Beleuchtung und LED-Beleuchtung führt. Kombiniert mit den Kernanforderungen jedes Szenarios vergleicht der folgende Abschnitt den Anwendungsbereich, die Vorteile und die Einschränkungen der beiden Beleuchtungsarten und liefert präzise Referenzen für die szenariospezifische Auswahl.

Die Beleuchtung in Wohnräumen hat vielfältige Anforderungen (hohe Helligkeit in Wohnzimmern, sanftes Licht in Schlafzimmern), lange tägliche Beleuchtungszeiten (durchschnittlich 3-5 Stunden) und hohe Ansprüche an Sicherheit, Komfort und Wartungsfreundlichkeit. LED-Beleuchtung ist mit ihren Vorteilen wie geringem Stromverbrauch, hoher Lichtausbeute, Dimmbarkeit und Farbtonverstellbarkeit sowie dem Fehlen von Flimmern und Strahlung bestens für moderne Wohnbedürfnisse geeignet, insbesondere für Räume, die empfindlich auf Lichtqualität reagieren, wie Kinderzimmer und Schlafzimmer. Darüber hinaus sind LEDs klein und können in verschiedenen Formen wie Deckenleuchten, Einbaustrahlern und Spots gestaltet werden, um sich verschiedenen Dekorationsstilen anzupassen. Obwohl Glühlampen ein sanftes Licht und extrem niedrige Kosten haben, verbrauchen sie viel Energie und haben eine kurze Lebensdauer (nur 1000 Stunden), weshalb sie nur für temporäre Beleuchtung oder Nischenanwendungen mit besonderen Vorlieben für die Lichttextur geeignet sind. Energiesparlampen (CFLs) sind zwar energiesparender als Glühlampen, bergen aber das Risiko von Quecksilberverschmutzung, Startverzögerungen und schlechter Dimmleistung und wurden schrittweise vom Markt für Wohnraumbeleuchtung verdrängt, wo sie nur noch zum Austausch in alten Häusern verwendet werden.

Gewerbliche Beleuchtung zeichnet sich durch lange Beleuchtungszeiten (durchschnittlich 10-12 Stunden), hohe Leistungsdichte, flexible Lichtanforderungen (zur Hervorhebung von Produkttexturen oder für Büromomfort) und große Schwankungen im Fußgängerverkehr aus, mit extrem hohen Anforderungen an Energieeinsparung und intelligente Regelungsfähigkeiten. Die Vorteile von LED-Beleuchtung wie hohe Lichtausbeute, hoher Farbwiedergabeindex (Ra≥80) und flexible Dimmbarkeit sind in diesem Szenario besonders hervorzuheben. Beispielsweise können Shop-Schienenstrahler Produktfarben präzise wiedergeben, und Gitterleuchten in Bürogebäuden können die Helligkeit durch intelligente Systemverknüpfung mit Vorhängen und Präsenzmeldern anpassen und sich so vollständig an die vielfältigen Bedürfnisse kommerzieller Szenarien anpassen. Leuchtstofflampen wurden früher häufig in Bürogebäuden eingesetzt, weisen jedoch Probleme wie schlechte Farbwiedergabe, offensichtliches Flimmern (beeinträchtigt die Arbeitseffizienz), Quecksilberverschmutzungsrisiken und häufige Wartung auf und werden nach und nach durch LEDs ersetzt. Aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs werden Glühlampen in kommerziellen Räumen nur noch in sehr wenigen Fällen zur Schaffung einer lokalen Atmosphäre eingesetzt und haben im Grunde keinen großflächigen Anwendungswert mehr.

Industrielle Beleuchtung erfordert hohe Helligkeit, lange Lebensdauer (durchschnittlich 12-16 Stunden) und die Umgebung ist oft staubig, heiß und vibrierend, mit strengen Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Wetterbeständigkeit und Wartungsfreundlichkeit von Leuchten. LED-Industrieleuchten sind mit ihren Vorteilen hoher Lichtausbeute, hohem Schutzgrad (IP65 und höher), Vibrationsfestigkeit und langer Lebensdauer (50000 Stunden) bestens für raue Industrieumgebungen geeignet, insbesondere für Werkstätten mit hoher Decke (keine häufige Wartung in großer Höhe erforderlich). Gleichzeitig können die gerichteten Lichtemissionseigenschaften von LEDs Lichtverschwendung reduzieren und den Arbeitsbereich präzise abdecken. Traditionelle industrielle Beleuchtung verwendet meist 400-W-Natriumdampf-Hochdrucklampen, die eine starke Durchdringung, aber eine geringe Lichtausbeute, hohen Energieverbrauch, kurze Lebensdauer (nur 12000 Stunden), schlechte Farbwiedergabe (Ra<70, beeinträchtigt die Arbeitssicherheit) und lange Startvorheizzeit aufweisen. Sie werden in staubigen und vibrierenden Umgebungen leicht beschädigt und eignen sich nur für alte Werkstätten ohne Bedingungen für energiesparende Renovierungen. Glühlampen sind aufgrund ihrer schlechten Wetterbeständigkeit und ihres extrem hohen Energieverbrauchs für industrielle Szenarien völlig ungeeignet.

Straßenbeleuchtung muss 24 Stunden am Tag (durchschnittlich mehr als 12 Stunden) betrieben werden, mit Kernanforderungen an hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, gute Straßenuniformität und Farbwiedergabe (Gewährleistung der Sicherheit von Fahrern und Fußgängern) sowie hohe Anforderungen an die Energieeinsparung und die Kostenkontrolle für Betrieb und Wartung. LED-Straßenleuchten sind aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Lichtausbeute, hohem Farbwiedergabeindex (Ra>80), langer Lebensdauer und Anpassungsfähigkeit an intelligente Regelung zur Mainstream-Wahl für die Straßenbeleuchtung geworden, insbesondere geeignet für städtische Hauptstraßen, Nebenstraßen und ländliche Autobahnen. Ihr gerichtetes Lichtemissionsdesign kann die Gleichmäßigkeit der Straßenbeleuchtung verbessern, und das intelligente System kann die Helligkeit dynamisch an den Verkehrsfluss und die Lichtintensität anpassen, wodurch der Energieverbrauch weiter reduziert wird. Traditionelle Straßenbeleuchtung verwendet meist 250W und 400W Natriumdampf-Hochdrucklampen, die eine starke Durchdringung und niedrige Kosten aufweisen, aber eine geringe Lichtausbeute, hohen Energieverbrauch, kurze Lebensdauer, schlechte Farbwiedergabe (leicht zu Farbabweichungen führend) und lange Startvorheizzeit haben. Ihre Lichtausbeute nimmt in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen signifikant ab, und sie sind nur für abgelegene ländliche Straßen mit extrem niedrigen Anforderungen an die Beleuchtungsqualität und ohne Renovierungspläne für den Moment geeignet. Glühlampen sind aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs und ihrer schlechten Wetterbeständigkeit für Straßenbeleuchtungsszenarien völlig ungeeignet.

Ein umfassender Vergleich aus mehreren Dimensionen zeigt, dass LED-Beleuchtung herkömmlichen Leuchten (Glühlampen, Leuchtstofflampen, Natriumdampf-Hochdrucklampen usw.) in Bezug auf die Kernlichtausbeute, den Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus, zusätzliche Energieeinspareffekte und die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungsszenarien deutlich überlegen ist. LED-Beleuchtung kann nicht nur eine direkte Energieeinsparung von über 80 % erzielen, sondern auch indirekte Energieeinsparungen durch Reduzierung der Klimatisierungslasten und Anpassung an intelligente Regelungen realisieren. Gleichzeitig bietet sie die Vorteile einer langen Lebensdauer, Umweltfreundlichkeit, keinerlei Verschmutzung und geringer Wartungskosten, was sie zur Kernrichtung für energieeffiziente Modernisierungen im Beleuchtungssektor macht.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Halbleitertechnologie wird die Lichtausbeute von LED-Beleuchtung weiter verbessert und die Kosten werden weiter sinken. Gleichzeitig werden intelligente LED-Beleuchtungssysteme in Kombination mit Technologien wie dem Internet der Dinge und künstlicher Intelligenz eine präzisere Energieverbrauchsverwaltung und -steuerung erreichen. In Zukunft wird LED-Beleuchtung tiefgreifend in weiteren Bereichen wie Bauwesen, Industrie, Transport und Landwirtschaft eingesetzt werden und wichtige Unterstützung für die Erreichung globaler Energieeinsparungs- und Emissionsreduktionsziele leisten.