Question

6．广义上说，一切节能行为都有助于减轻雾霾，针对目前城市路灯照明系统存在问题，如自动化管理水平还不很高，能耗高等，某城市提出了一个较为完善的路灯综合控制系统，即用LED路灯替换原先的高压钠灯，并与交通红绿灯控制系统结合在一起，利用每一路段红绿灯的转换实现对下一路段灯光强弱的控制．某路口有一红黄绿三色LED信号灯，每盏灯的功率为9瓦，它们的循环工作时间如表：

颜色	绿灯	黄灯	红灯
亮灯时间（秒）	30	5	25

每盏信号灯内有100多个LED灯，它们每12个串联成1组，然后与其他组并联在一起，接在专用的24伏直流电源上．该路口下一路段共有10盏路灯．原先使用高压钠灯，每盏功率均为500W．现在改用LED灯，每盏LED灯分甲，乙两组，每组功率均为50W，甲，乙组灯组在红绿灯循环状态的工作状态如表所示（为简便起见，黄灯的时间算为红灯时间） 这样既能免在充分满足各种照明需求情况下最大限度地节约电能，又能够让每组灯组留有较为充足的散热时间，延长LED路灯的使用寿命．

红绿灯工作状态	0  1  0  1  0  1  0  1  0  1	注：“1“为绿灯工作，“0“为绿灯不工作
甲组工作状态	1  1  0  1  1  1  0  1  1  1	注：“1“为工作，“0“为不工作
乙组工作状态	0  1  1  1  0  1  1  1  0  1

①这种路灯综合控制系统的主要优点是发光效率高、节能降耗（写两点）．
②使用LED灯后，这一路段一年可以减少电费多少元，按一年360天，每天平均工作12小时，每度（千瓦时）电价格0.5元计算．

Answer 1

分析 （1）LED灯电压低，功率小，响应时间短，故可从以上几点进行分析其优点．
（2）根据W=Pt计算出普通高压钠灯消耗的电能；
根据循环工作时间表中绿灯工作的规律，明确LED灯的工作的时间：红绿灯工作，甲乙两组LED灯工作，红绿灯不工作，乙两组LED灯工作，根据题意计算出一年工作时间为360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h；
已知两只灯的额定功率和使用时间，根据公式W=Pt可计算消耗的电能，从而算出电费．

解答 解：（1）白炽灯是通过钨丝高温发光把电能转化为内能和光能，而LED灯是通过二极管发光，电能直接转化为光能，从而发光效率高，节省电能；LED灯的额定电压低，人直接接触不会触电；LED灯响应时间短，也就是从开始发光到正常发光所用的时间短；LED灯额定功率小，节约能源．故优点可从发光效率高、节能降耗，响应时间短、环保、额定电压低（安全电压）以上任意写出两点均可．
（2）普通高压钠灯消耗的电能：W₁=P₁t₁=10×0.5kW×360×12h=21600kW•h，
循环工作时间表中，黄灯的时间算为红灯时间时，可看作红灯和绿灯交替工作，绿灯亮30s，黄灯亮5s，红灯亮25s，共60s，
绿灯亮的时间占总时间的：$\frac{30}{30+5+25}$=$\frac{1}{2}$，
红灯（含黄灯）亮的时间占总时间的：$\frac{30}{30+5+25}$=$\frac{1}{2}$，
由表中的代码表示的意义可知：
绿灯工作时，甲乙组同时工作，LED灯工作的时间：t₂=360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h，消耗的电能为W₂=P₂t₂=2×0.05kW×2160h=216kW•h，
绿灯不工作时，乙组工作，LED灯工作的时间：t₃=360×12h×$\frac{1}{2}$=2160h，消耗的电能为W₃=P₃t₃=0.05kW×2160h=108kW•h，
一年可以节约的电能：W=W₁-W₂-W₃=21600kW•h-216kW•h-108kW•h=21276kW•h，
节约电费：0.5元/kW•h×21276kW•h=10638元．
答：①发光效率高、节能降耗．
②使用LED灯后，这一路段一年可以减少电费10638元．

点评 随着科技创新，传统的红绿交通信号灯逐渐被发光二极管（LED）灯所替代．如果同学们仔细观察会发现，现在一些手电筒的灯泡也被LED灯所取代．LED灯是怎样发光的？使用LED灯有什么优点？等等问题相信很早就萦绕在你的心头，通过本题会帮助你解开一些谜团．你也可以在生活中寻找还有哪些用电装置可以用来节约电能？