无极荧光灯应用节能分析

祁增慧 桂垣 杨晓晴

(河北建筑工程学院，张家口 075024)

1 引言

绿色照明的宗旨是提高照明质量，节约资源，保护生态环境，以获得显著的经济效益、社会效益和环境效益。通过研发和推广光效高、寿命长、性能稳定的绿色光源逐步替代传统的低光效、低寿命、维护费用高的光源是节能的主要措施。目前我国已自主研发出被誉为21世纪“绿色照明”领域可普遍推广的无极荧光灯，它具备超长的寿命、高光效、高功率因数、稳定光通量输出、高显色性、低温快速启动等良好性能参数，使用中能达到高效节能。本文对无极荧光灯适合使用的室内、室外照明场所做节能的对比分析。

2 无极荧光灯原理

如图1所示，无极荧光灯主要是由:电源高频发生器、功率耦合器和无极荧光灯管三部份组成，高频发生器产生的高频能量通过功率耦合线圈耦合到灯管内的等离子体中，激发等离子体和通过玻璃泡壳内壁上涂有的三基色荧光粉转换发光。无极荧光灯系统并不是利用电极将外部的电能转化为灯内工作所需的能量，而是利用一对铁芯在灯内形成感应电流。灯管内没有传统的灯丝和电极，它不象荧光灯、高压钠灯、金卤物灯等气体放电灯是通过电极放电发光的，所以不存在由于电极溅散或失效而造成灯寿命终止的问题，因此它有传统光源难以比拟的超长寿命。无极荧光灯光谱属典型的三基色荧光光谱。

图1 感应放电的变压器模型示意图

3 室内照明无极荧光灯应用节能分析

3.1 室内照明光源现状

室内照明属典型的明视觉照明环境，依据《建筑照明设计标准》GB 50034—2004编制组对全国六大区的部分大中城市室内照明所用光源的调查结果显示，居住建筑多采用白炽灯、紧凑型荧光灯;图书馆、办公建筑、商业建筑、会议室、医院建筑、学校建筑、博物馆照明普遍采用直管荧光灯和紧凑型荧光灯，金卤灯、卤钨灯、白炽灯等其他光源用得很少。影剧院建筑采用白炽灯比较多;旅馆建筑照明，客房大部分采用白炽灯，紧凑型荧光灯和直管荧光灯;交通建筑照明采用直管荧光灯、金卤灯、紧凑型荧光灯;工业厂房及仓储建筑普遍使用高效的直管荧光灯和金属卤化物灯，在对显色性要求不高的工业厂房中采用了高压钠灯。由上述调查结果得知，在室内照明的低空间场所普遍使用直管荧光灯和紧凑型荧光灯;在室内照明的高空间场所普遍使用金属卤化物灯、高压钠灯，符合CIE各种场所光源使用推荐标准。

3.2 室内照明无极荧光灯应用节能分析

室内照明分为功能性照明和环境照明，前者光源的选择主要考虑如照度、显色性、启动等参数，后者主要考虑通过合适的光源构建一个合适的环境氛围。两者都要考虑根据所选用的光源一次性投资费用及运行费用。在满足基本条件下，光源尽量选用高光效、寿命长、显色性好的光源，这是绿色照明的节能目标。各种主要电光源的技术指标如表1所示。

表1 各种主要电光源的技术指标

由表1知，在室内照明低空间场所 (一般小于4.5米)中使用的典型光源应选荧光灯，因其光效较高，显色性好。但也有寿命低，光衰大、单只功率不能做的较大 (否则会使光效降低、寿命降低)等缺陷，故其在使用中维护量大，需经常更换光源;而无极荧光灯性能参数和荧光灯相近，但因其无电极从而其寿命比荧光灯长6－10倍，光衰也比荧光灯小6倍，单只功率大，可以基本替代直管和紧凑型荧光灯。

在室内照明的高空间场所 (一般大于4.5米)中一般无法选择荧光灯，因单只功率低造成灯具个数太多和维护困难。现在使用的典型光源金卤灯光效大，初始效果好，显色性好，单只功率大，但其光衰大、稳定性差，再启动困难，寿命较低;高压钠灯光效在照明光源中最高，价格较低，但显色性差，光衰大、寿命较低、再启动困难;无极荧光灯虽光效稍低于金卤灯、高压钠灯，但其他性能均优于金卤灯和高压钠灯，尤其是它的长寿命使高空间场所维护困难的问题得到了根本解决。

光源的选择首先是满足照明设施的使用要求，选用高光效、寿命长、显色性好的光源、无极灯虽价格较高、一次投资较大，但使用数量减少，运行维护费用降低，在技术经济上是合理的。综合考虑无极灯的优势比较全面，其高光效、低光衰、显色性高、超长寿命、可实现瞬间启动和低温瞬时启动，它的性能决定了无极灯非常适用于室内照明中功能性照明场所，尤其适用于光源点燃时间长和光源维护困难的场所。

4 道路照明无极荧光灯应用节能分析

4.1 室外照明光源现状

道路照明分为快速路、主干路照明、次干路照明、支路照明、隧道照明。道路照明使用的光源，最早采用白炽灯，后采用高压汞灯、金卤灯，现在道路照明用典型光源是高压钠灯。道路照明光源多数情况下要求寿命长、光通量大、效率高、维护量小，主要原因是道路照明光源点燃时间长、更换、清洁等维护工作不便，同时道路照明的节能也是一个重要的问题。道路照明属于典型的中间视觉和暗视觉应用环境，其亮度介于0.035cd/m2和3cd/m2，在这种应用环境下光源的光通量和相对光效与明视觉条件下是有所不同的。

4.2 中间视觉及暗视觉条件下现有照明评估标准的缺陷

按照CIE的规定，对光度学单位的定义、光度学仪器、光源和照明灯具以及照明设备安装的评价依据，一直采用人眼在明视觉状态下的光谱光视效率函数 (曲线)v(λ);在照明应用中，其设计标准及测量仪器、光源的出厂参数均没有考虑在暗视觉下应按照v'(λ)曲线作为评价依据;而且目前在进行道路照明等中间视觉及暗视觉条件下照明的设计时，是在明视觉条件下计算光源的光通量，而对光源光通量的测量所用的测量仪器的光电池也仍是模拟明视觉下的v(λ)曲线来修正的，这与中间视觉及暗视觉下的光通量概念不符。其实任何光源在明视觉、中间视觉及暗视觉条件下发出的可见光光谱是一样的，但由于光通量的定义是人眼主观感觉的可见光部分，所以造成两种条件下光通量有很大差别。

现在道路照明用典型光源是高压钠灯，通常主、次干道使用的高压钠灯的功率为400W和250W，在实际工程应用中，通常采用200W无极荧光灯取代400W高压钠灯，用150W无极荧光灯取代250W高压钠灯，就可以达到与钠灯相同的照度。主要从以下分析。

图2 高压钠灯的相对光谱能量分布和不同亮度下的光谱仪光视效率函数叠加图

图2显示了高压钠灯 (400 W)的相对光谱能量分布曲线及三条明、暗视觉下的光谱光视效率函数曲线．从图2可清晰看出，明视觉下高压钠灯有高的光效是由于它的辐射能量光谱主要集中在560nm到620nm之间，正好在明视觉函数的峰值附近。但在暗视觉及中间视觉下，由于高压钠灯在蓝光和绿光部分 (505 nm附近及505 nm至555nm之间)几乎没有辐射能量输出，所以有效光效就会明显减少。图3显示了无极荧光灯 (200 W)的相对光谱能量分布曲线及三条明、暗视觉下的光谱光视效率函数曲线．从图3的相对光谱能量分布可以看出，无极荧光灯在436nm、545nm、610nm均出现了极大值，属典型的三基色荧光光谱，在蓝光、绿光部分有较大的能量输出，无极荧光灯能量输出的某些峰值落在了暗视觉及中间视觉下的光谱光视效率函数曲线的高灵敏度区域，从高压钠灯和无极荧光灯的光谱功率分布中看出，无极荧光灯辐射出的能量中含有短波辐射成份比高压钠灯多，在明视觉时，无极荧光灯的发光效率低于高压钠灯，但在暗视觉时，无极荧光灯的发光效率值大于高压钠灯的发光效率值1倍多。这就是说在暗视觉条件下如果采用无极荧光灯照明，会更有利于提高视觉功效，也就是在实践中为什么用200W的无极荧光灯比用400W的钠灯人眼感知还要亮的原因，而用现有照明测量仪器测得的照度却低很多，暗视觉下照明评估标准需要制定。

图3 无极荧光灯的相对光谱能量分布和不同亮度下的光谱仪光视效率函数叠加图

与高压钠灯比较，暗视觉初始光效无极荧光灯高，寿命长，光通维持率高，以2000小时为界，无极荧光灯能维持95%的光通量，而高压钠灯只能维持70%左右的光通量。国家在道路照明标准上，主干道照明维持值需要20lx以上，但实际上新设计的路段，钠灯初始照度流明数最少要设计到35～50lx，目的是为了保证6个月后道路照明能确保20lx，这就大大浪费电能了;无极荧光灯初始只要设计确保20～30lx之间，就能足以维持光输出达标。仅用初始流明状态下的照度比较还是不够科学的。在灯已经有光衰显示的情况下，同功率的无极荧光灯比同功率高压钠灯照度要提高一倍。

4.3 道路照明的节能和控制

据资料统计，我国城镇在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后道路上行人、车辆已经比较少。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在交通流量低峰的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。由于无极荧光灯采用了IC技术，可以比较容易地实现调光和智能控制，而且工作性能稳定。另外一个较好的节能途径是采用太阳能或风光互补无极荧光灯作为道路照明光源，既无污染又节约能源。无极荧光灯的高频发生器内部本身具备boost升压电路，所以它对蓄电池的供电电压的要求大大降低了，系统只要能提供150V的电压，无极荧光灯就能正常工作，这使得系统成本降低。无极荧光灯的功率因数可以达到0.99，钠灯在带补偿的情况下也只在0.85左右，所以同功率高压钠灯要比无极荧光灯多消耗15%左右的电能，在初期投资中电缆投资可以降低。

5 结论

无极荧光灯具有长寿命、高光效、高显色指数、宽范围色温、单只光源功率可大可小，可连续和瞬时启动等特性，属典型的三基色荧光光谱，这些都是荧光灯、金卤灯、高压钠灯等其他光源所无法同时具备的，这就决定了无极灯在绿色照明中具备广泛推广的价值，特别适用于公共场所照明、厂矿车间、地铁、公路、隧道、桥梁、体育场馆、机场、车站、码头、城市道路、大型商场照明以及广告牌投光等，尤其适用于室内光源点燃时间长、高空间光源维护困难的场所和道路照明领域，用以替代直管荧光灯、紧凑型荧光灯和高压钠灯。

在照明工程的改造中，采用无极灯代替高压钠灯，其在后期的运行费用上有明显的节约效果，节约的电费及维护费用可以在短期内收回前期投资的成本。随着无极灯技术的日益完善，其价格也逐步与钠灯相当，这使收回成本的时限又有所缩短。电费的支出减少也反映出电能的消耗减少，这对缓解电力供应紧张局面、建设节约型社会更具有现实意义

无极荧光灯现在推广困难主要是因为价格较高，根源是其没有形成规模生产，将来成规模之后成本必定会下降，无极灯的广泛应用将为节约能源提供一条捷径。因此无极荧光灯是绿色照明中最有应用前景的光源之一。

［1］叶峰．道路照明节能技术探讨．南京市政．2007年第1期

［2］建筑照明设计标准 编制组编．建筑照明设计标准培训讲座．北京:建筑工业出版社

［3］北京照明学会照明设计专业委员会编．照明设计手册．北京:中国电力出版社

［4］愈丽华编．电气照明．上海:同济大学出版社

［5］中国绿色照明工程项目办公室．中国建筑科学研究院编．绿色照明工程实施手册．北京:建筑工业出版社