浅谈低频无极灯在核电厂的运用

杨昭云 房鑫炎

摘要：在全球节能减排的大背景下，作为第四代照明灯具的无极灯发展迅速，本文根据无极灯的特点分析了核电厂内各厂房使用无极灯的可行性，并通过DIALux软件进行仿真建模计算，比较了低频无极灯和金卤灯的照明效果，并结合实际情况，提出了无极灯存在的一些不足，如果无极灯完善这些不足，无极灯完全可以在核电厂替代金卤灯，以达到节能的目的。

關键词：节能减排；照明；无极灯；金卤灯；DIALux仿真建模

无极灯，即电磁感应灯，灯管内没有传统的灯丝和电极，采用电磁感应原理，先由电产生磁场，再由磁场产生感应电流，应用耦合震荡原理将产生的电压注入到真空的玻壳或玻管里，与三基色荧光粉及惰性气体作用发光，是综合应用功率电子学、等离子体学、磁性材料学等领域的高新技术产品，是新一代实用型长寿命、高光效的光源。

由于核电厂本身的特殊性，在如今已运行或在建各类核电厂中，白炽灯，荧光灯，金卤灯等传统第一代，第二代，第三代光源仍是最主要的照明手段。如果可以根据和电厂内实际情况采用一些第四代绿色照明灯具，可降低部分厂用电需求，也可以减缓部分柴油机容量的压力。

1.无极灯发光原理

无极灯分高频无极灯（HID）和低频无极灯（LVD）。无极灯灯具由灯泡、电子镇流器（高频发生器）和耦合器三部分组成的。高频无极灯在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生高频恒电压送给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大气进行电离，灯管内的带电粒子运动使汞合金分子发生电离和激发，产生 253.7nm 紫外光子，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光子激励发光。低频无极灯和高频无极灯发光原理相同（见图 1.1）。高频无极灯工作频率为2MHz 以上，其泡体为常规型，内置耦合器；低频无极灯的工作频率在2kHz 左右，泡体多以环型为主，外置耦合器。

2.核电厂厂房使用低频无极灯和金卤灯方案比较

由于点照度法采用的房间模型复杂，计算量很大，需要用计算机辅助软件进行，本文采用DIALux软件进行计算。

本文采用某核电站某厂房作为例子进行比较，该厂房长13.4米，宽6.8米，高7米，面积为91.12平方米，室形指数为0.64。

2.1、金卤灯仿真建模计算

根据该核电厂要求，该厂房照度要求为250lx，原采用6盏某品牌金卤灯进行照明。该金卤灯的光通量为18000lm，灯具总功率为250W，配光曲线图和维护方案和维护系数分别见图2.1和图2.2，灯具采用均匀布置，布置方案见图2.3。

计算照度的平面取无设备遮挡的地面，经DIAlux计算出来的金卤灯方案照度仿真建模计算结果见图24。可见照度满足了厂房250lx的要求，照度均匀度也基本满足条件，可是LPD值高达16.46 W/m2。

2.2、低频无极灯仿真建模计算

现改为采用6盏某品牌低频无极灯进行照明。该低频无极灯的光通量为12000lm，功率为150W，配光曲线图和维护方案和维护系数分别见图2.5和图2.6，灯具采用均匀布置，布置方案与金卤灯相同，见图2.3。

计算照度的平面取无设备遮挡的地面，与金卤灯方案相同，经DIAlux计算出来的低频无极灯方案照度仿真建模计算结果见图2.7。可见照度略低于厂房250lx的要求，照度均匀度基本满足条件，LPD值降至9.88 W/m2。

2.3、两种方案的比较

1）照明效果比较

通过比较两个方案，虽然低频无极灯和金卤灯的光效差不多，但是由于低频无极灯有更高的功率因数，且由于发光原理更接近荧光灯，其维护系数更高，所以一比一的用150W的低频无极灯替换250W金卤灯后，平均照度和照度均匀度与原来基本持平，150W的低频无极灯略低一些，但是考虑到低频无极灯拥有更高的显色指数和可见光比例，对于人的肉眼的视觉环境效果低频无极灯更佳。

同时从光通量校正系数出发，通过查询相关资料，可认为低频无极灯的光通量校正系数为1.62，金卤灯的光通量校正系数为1.45，灯具光通量根据该系数校正后，平均照度可近似认为正比提高，金卤灯方案的平均照度可校正为266×1.45=385lx，低频无极灯方案的平均照度可校正为246×1.45=398lx，低频无极灯反而更优。

2）经济比较

（1）初次投入费用

据不完全统计，金卤灯单个灯具价格约为900元，低频无极灯单个灯具价格约为1500元，该厂房初次投入成本分别为5400元和9000元。

（2）运行费用

在核电站内，该厂房灯具为常亮，金卤灯和低频无极灯总功率分别为276W和153W，两种方案每年用电量分别为：

W金卤灯 = 6×0.276×24×365= 14506.56 kWh

W低频无极灯 = 6×0.153×24×365= 8041.68 kWh

可见使用低频无极灯可以节省45%的用电负荷。

考虑到核电厂用电为厂内用电，无需计算用电费用，但是可以减少大大变压器和柴油发电机的压力。另本文为使比较结果更直观，假定电费为0.8元/kWh，则两种方案年用电费用分别为11605.3元和6433.3元。

（3）更换费用

经查原金卤灯资料，该金卤灯光源为高寿命金卤灯，寿命约为16000小时，以十年计算，需更换两次光源，每个光源费用约为150元，金卤灯方案五年内的更换费用为1800元。

该低频无极灯寿命为60000小时，五年内无需更换。低频无极灯方案五年内的更换费用为0元。

（4）总费用比较

按照五年费用统计比较，该厂房金卤灯方案总费用为：5400+11605.3+1800=18805.3元。该厂房低频无极灯方案总费用为：9000+6433.3+0=15433.3元。

可见尽管低频无极灯的一次投入相比金卤灯要显得昂贵，不过综合五年费用却比金卤灯节省许多，而且随着使用时间的增长（核电厂寿命为60年），效益会更加明显。

本文仅选取了核电厂内一个典型的高棚厂房，如果综合整个核电厂，包括核岛，常规岛和BOP厂房，该效益也会更加明显。

3.结论

从照明的技术角度来看，低频无极灯在核电厂部分厂房内替换金卤灯或者高压钠灯是完全可行的，满足节能减排的国际趋势，而且低频无极灯有着更大的可见光比例，拥有更好的显色性、光衰特性、光学特性和电气性能，更广的色温范围和更低的表面温度以及能瞬间启动和再启动的优势。

但是由于国家政策和标准的缺失，使得无极灯在设计文件上的运用和市场上的推广有着很大困难，如要进入门槛较高，安全要求非常高的核电厂，相关厂家和部门还是有着很多的事情要做，比如保证产品的质量，继续灯具以及电子元件的研发，增加市场宣传力度，并且将产品带去一些权威机构进行相关性能的测试和认证（如电磁兼容，光学性能等）等等。

如果能够完善这些不足，低频无极灯完全可以在核电厂替代金卤灯，以达到节能的目的。

参考文献：

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