浅论照明与节能用电

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1、浅论照明与节能用电浅论照明与节能用电2006-04-11 11:07:43 董其国 近几年的夏季气候炎热，电力供应紧张，国内许多城市规定气温高于 35时夜景灯光 关闭，有些城市照明关灯的时间可能更多。照明节能的问题突显出来，成为社会公众普遍 关注的热点，媒体也纷纷报道各种节电方法。节约能源是我国的基本国策，从倡导“科学发 展观”的今天来看，更应采用科学的方法来审视城市照明管理，并提出切合实际的解决方案， 以利于照明节能工作的科学开展。1 照明与人类健康照明会引起人们视觉效应与生理效应 2 个方面的影响。(1) 照明的视觉效应。围绕照明的视觉效应的科学研究，重点放在视觉功效与工作环 境（包括情感

2、）方面，形成了一些基本的认识。视觉功效与人们的工作环境和情感通常有 以下关系：工作环境要有一定的照度，且作业与背景要有一定的亮度对比才能看清物体。 视觉与亮度对比成线性关系，而与光的数量并不成线性关系，不是越亮越好。视野中的 亮度分布或亮度范围不适宜或存在极端的对比时，会形成眩光。分为失能眩光（降低观察 细部或目标的能力）和不舒适眩光（有不舒适感）2 种。目前对不舒适眩光的机理研究只确定与瞳孔活动有密切联系。其资料尚不能应用于工 程实践，因此大多数不舒适眩光是根据视场内眩光源的大小、亮度、数量、位置及背景亮 度等因素来评价的。固定光谱成分的光，在不同适应亮度条件下，其感觉亮度与实际亮 度不同，

3、或者在同一亮度条件下，不同光谱成分的光，其亮度感觉也不同。即客观的（计 量）亮度与感受到的亮度之间有差异。为此引进了“主观亮度”的概念，称之为视亮度。视 亮度受适应水平和视觉敏锐度的影响，没有量纲。人眼介质透射率随着年龄的增长而降 低，故年龄越大，对照明的要求就越高。同样照度下，年青人的视觉功效要比老年人高。 人的视觉器官不但能反映光的强度，还能反映光的波长特性。即人眼不但有亮度感觉， 还有颜色感觉。颜色是物体的属性，通过颜色视觉，人们能从外界获得更多的信息。人眼 对波长的变化感觉很灵敏，在整个光谱区，人眼能分辨出上百种不同的颜色。光环境的 舒适与光的空间分布有关。经有关研究结果表明，在水平视

4、线上下 20球带范围内，当垂 直面的亮度达到一定的水平时，人眼才感觉适宜。晴天与阴天人的感觉不同，阴天使人有 一种朦胧的感觉，朦胧是一种视觉心理现象，会导致抑郁的情绪。 因此根据不同的工作环境要求，应具有可适应的照度水平，包括光的空间分布和显色性。 相应于视觉效应的照明质量为：根据不同工作场所可适应的照度水平、光的空间分布情况 以及显色性。(2) 照明的生理效应。2002 年美国科学家发现在人眼中有第 3 种光感受器，它与人的 生理效应相关。人的生理节律在 24h 内除体温变化外，皮质醇(紧张荷尔蒙)、氧基色胺 （退黑激素，即睡觉荷尔蒙）也在变化。脑体的生理器官与生物时钟有关，而灯光照明 与敏

5、感度有关。特别在午夜后 08h 内灵敏度降低非常多，工业生产的事故也大多发生在 午夜后，这段时间若通过提高 10 倍的照度，将有所改善。照明与沉睡度(脑电波活动)也 有密切的关系，可通过提高灯光的照度来降低沉睡度。照明与紧张度有关。人工照明与天然光结合的照明可以降低人的紧张度，因为天然光中含有很多蓝光，实验证明蓝光可明 显降低人的紧张程度，这也是医院墙壁大多采取蓝色涂料的主要原因。照明与脑觉醒有 关。实验证明荧光灯管的闪烁，在工频（50Hz）与高频（电子镇流器）状态下相比较，前 者脑觉醒程度高，阅读速度快，但错误率要比后者高出 1 倍多。2 照明质量与相关参数(1) 照明质量的要求。视觉效应的

6、研究着重于视觉功效与工作环境的研究。视觉功效 是指根据视觉作业的速度和精确度评价的视觉能力。照明质量与相关的参数见表 1。(2) 照明质量与生理健康效应和视觉效应的关系。其对应关系见表 2。照明设计要按照有关规范的要求来进行，其最后衡量的指标是照明功率密度 LPD（W/m2）。(3) 照明技术的相关名词术语。包括：光量。光量(Q)是指人眼能感知的辐射能量或 为光通量对时间的积分，单位名称为流明秒（lms）。光通量。光通量()是指单位时 间内辐射或传递的光亮，=dQ/dt。单位名称为流明（lm）。发光强度。发光强度(I)是 指单位立体角中发出的光通量，I=d/dw。单位名称为坎（cd）。亮度。亮

7、度(L)是指发 光体在给定方向上单位投影面积中发出的发光强度。单位名称为坎/米2（cd/m2）。光出射度。光出射度(M)是指单位面积上发出的光通量，M=d/ds。单位名称为流明/米2（lm/m2）。照度。照度(E)是指单位面积上接收的光通量，E=d/ds。单位名称为勒（lx）。发光效率。发光效率是指光源发出的光通量与输入的电功率之比，单位名称为 流明/瓦（lm/W）。显色性显色性是指与参考标准相比较时，一个光源显现物体颜色的 外观效果。(4) 不同灯具的性能特点和适用场所。高效节能照明灯具，可提高电能利用率、减少 用电量。如紧凑型荧光灯发光效率比普通荧光灯高 5，细管型荧光灯比普通荧光灯节电

8、10。因此紧凑型和细管型荧光灯是“九五”期间国内绿色照明工程实施方案中推出的高效 节能电光源。各类灯具的性能特点和应用场所见表 3。表 3 各类灯具的性能特点和适用场所名称性 能 特 点适用照明场所高压钠灯发光效 率一般是白炽灯的 810 倍，且寿命长、特性稳定、光通量维持率高。显色性要求不高的 道路、广场、码头和高大的厂房、仓库等场所。金属卤化物灯发光效率高、显色性好、功 率大。工厂车间、影剧院、工地等大面积照明场所。荧光灯发光效率较高，比白炽灯可节 电 70左右。办公室、宿舍及顶棚高度低于 5m 的车间。白炽灯双螺旋灯丝型白炽灯比单 螺旋灯丝型白炽灯光通量可增加 10左右。开闭频繁、面积小

9、、照明要求低的场所(5) 照 明灯具额定电压偏差的影响。当白炽灯的额定电压与电网的电源电压分别偏差5%时，其 运行情况变化见表 4。3 光环境设计与节能光环境设计应在正确的设计理念指导下，按设计规范的要求进行。(1) 满足基本的功能性要求。一般照明条件下大约需要 20lx 的水平照度刚能分辨人脸 的特征，故规定室内最小照度为 20lx；在连续工作区域维持照度不得低于 200lx；室内、 道路等要有一定的作业面照明，照度、亮度，要满足一定要求。(2) 满足不同环境的功能性要求。充分利用明、暗、光与影，根据不同的场所和不同 的环境营造不同的氛围。(3) 选用合理的照明方式。室内照明采取直接照明、间

10、接照明、半直接照明等方式， 其创造的光环境不同，消耗的能源也不同，应根据具体情况合理选用；建筑物外观照明应 少用泛光照明，多用内透光照明，可取得较好的视觉效果和节电效果。(4) 合理选择色温光源。应根据不同场合的需要选用不同色温的光源。(5) 充分利用自然光源。自然光是最纯洁、最廉价的光源，用自然光照明，人的紧张 度可以降低，心情也比较愉悦。(6) 防止光污染。注意照明对人类健康的影响，如居民楼不要打泛光灯，以免光线通 过窗户进入居民家中，影响生活节律和睡眠。4 光源选择与节能由于不同光源发光原理不同，其特性也各有不同，故各有适合使用的范围与场所，但 均应尽量采用光效高、寿命长的光源。(1)

11、白炽灯、卤钨灯。白炽灯、卤钨灯的光效较低，但它的点灯电路简单，调光方便。 色表与光谱的组成决定了它创造的氛围其他光源不能代替，因而受到人们的偏爱。一般情况下，室内照明包括卫生间、走廊，不应使用白炽灯和 100W 以上的卤钨灯，功率大于 100W 的室外照明光源不应使用白炽灯。(2) 荧光灯。紧凑型荧光灯可以做成一体化，也可以采用插拔管。细管（T5）用稀土 荧光粉（三基色）是关键，光效高、显色性好，很多场所用 T5 代替了 T8。有些地区规定 不得使用 T12 荧光灯。CIE 出版物室内工作场所照明（CIE，S008/E2001）规定显色 指数 Ra80 的光源不得用于人们长期工作或停留的室内（

12、高 6m 以上的大空间例外）。 而无极荧光灯因其寿命长，在维护困难的地方均可采用。(3) 高强气体放电灯（HID）：高压钠灯。高压钠灯的光效高，透雾性好，道路照明 标准中仍将其作为道路照明的首选光源。金卤灯。金卤灯的白光显色性好，光谱中含有 蓝色光，蓝光使人脑的醒觉度高，一般城市道路两边的建筑景观、商店等需要较好表现的 地方,均可采用金卤灯。(4) 发光二极管（LED）。白光 LED 节能电光源照明是替代白炽灯、荧光灯和高压气 体放电灯等传统光源的潜在新技术产品，将成为第 4 代电光源。白光 LED 是一种多颜色的 混合光，如蓝色光加黄色光可得二波长白光；蓝色光、绿色光与红色光混合可得三波长白

13、 光。白光 LED 具有丰富的光谱，它可广泛应用于照明场所，具有相当的发展潜力。与相同 照度的白炽钨丝灯泡及荧光灯相比，能耗仅为白炽灯泡的 1/10、荧光灯的 1/5。同时具有 体积小、发热量低(热幅射小)、耗电量低、使用寿命长(10 万 h 以上)、反应速度快(可高频 操作)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回收、无污染)、可低电压、低电流起动、可 平面封装易开发成轻薄短小产品等优点。没有白炽灯泡耗电高、易碎及日光灯废弃物含汞 污染等缺点，实验和测量的结果表明,在保持同等视觉亮度的情况下节约能源 80%以上。在 同等照度的情况下，有更高的视觉亮度。(5) 冷阴极管。冷阴极管耐离子轰击，频繁

14、开关不会影响寿命，故霓虹灯都是采用冷 阴极管。目前市场上的冷阴极管是与荧光灯管一样工作的。只不过其电极采用冷阴极，寿 命主要取决于阴极材料及上面涂的电子粉，阴极溅射是寿命受损的主要原因。一般冷阴极 管的寿命达 10000h。5 灯具选用与节能电光源一般分为热辐射电光源，(如白炽灯、卤钨灯等)和气体放电光源(如汞灯、钠灯、 氙灯、金属卤化物灯等)。各种电光源的发光效率有较大差异，气体放电光源比热辐射电光 源高得多。可逐步用气体放电光源替代热辐射电光源，并尽可能选用光效高的气体放电光 源。就室内照明而言，宜采用光通量维持率较高的灯具。同时可采用照明与空调一体化的 灯具（又称空调灯具），将灯具置于出

15、风口，减少空调冷负荷。(1) 选择投光效果好的灯具。首先要选择光分布（配光）满足使用要求的灯具，使灯 具发出的光能得到有效利用。或者说采用利用系数高的灯具，即光投到工作面上比例高的 灯具，这样可以减少溢出光，减少光污染。(2) 选择效率高、寿命长的灯具。当采用间接照明时，所选灯具（荧光灯或高强气体 放电灯）的效率 80;采用直接照明的 HID 灯出光口敞开的灯具 65；有格栅或面板 的 55；当采用光束角大于 30的投光灯时，所选灯具的效率 30%。要灯具效率高， 需要有好的光反射系统或棱境透射系统。灯具寿命一般为 10 年，按使用场所的不同，选 择不同防护等级的灯具，其寿命就会有保证。(3)

16、 加速发展和完善 LED 新光源。发光二极管 LED 作为固态光源，其亮度高、方向 性强、寿命长、耐震、功耗低、低电压（12、24V）安全与光伏电池匹配、响应快、不含紫外线与红外线、不含汞。但其抗干扰性差，特别是高频波峰电压的干扰。用三基色发光 二极管可以创造各种颜色，用作显示（大屏幕）、信号（红绿灯）、标示及装饰照明。白 光 LED 电光源与 60W 白炽灯的效果对比见表 6。目前，LED 在道路交通标志灯及指示灯，汽车、飞机、船舶照明等领域已得到广泛的 推广应用。若取代白炽灯泡，节能效果非常显著。 如果与太阳能电池结合，将成为一种理 想的城市环保照明装置，是替代传统照明器具的新技术产品。研究制作大功率管，关键是 散热及封装角度等问题。因此用它来代替其它照明光源，还需要不断发展和完善。(4) 选择照明灯具应注意问题：在灯具设计上应合理配光。如白炽灯的灯具在弧度 处理上合理，照度不变的情况下，可节电 20。 荧光灯的灯具设计错开重光部分，可提 高光效 60。在灯具选择上应