1.绿色照明
“绿色照明”概念的提出源于20世纪90年代初的美国,1991年美国环保局(EPA)提出了一项提高照明用电效率、节约电力、减少空气污染的行动计划,被形象地命名为“绿色照明计划”,该计划采取的是由美国环保局(EPA)与合作伙伴签订理解备忘录的形式,合作伙伴在备忘录中承诺在5年内,将90%的照明设备更新为节能产品。作为当时一项独具特色的节能行动计划,“绿色照明”在美国取得了前所未有的成功,很快得到了国际社会的广泛认可和积极响应,从此“绿色照明”一词即成为照明节电的代名词。“绿色照明”经历了20多年的实践和探索,现在已在全球范围内产生了巨大的经济效益和社会效益,被国际社会视为推动节能、保护环境的最有效措施,可以说“绿色照明”是全球影响面最大的一项节能行动计划。
美国为了实现照明节能,做出了以下关于照明节能的有关规定。
1)在美国能源部(DOE)颁布的一条法规中规定:所有新安装的4in和8in长T12荧光灯都应配备电子镇流器,从2005年4月l起开始执行,替代更新工程则从2010年4月l开始。
2)目前美国T8荧光灯已全部要求采用电子镇流器。
3)美国节能立法规定:根据美国AS~NA90 l~1999建筑物能效标准,节电率为25%时.有0.375$/in的退税优惠:如果每平方英尺节电率为40%时,退税优惠,高达0.75$/in 。这项奖励政策无疑将大大促进电子镇流器、高效电光源以及先进节能灯具的使用普及与发展。
据有关资料介绍.每个美国家庭中约有3个灯泡每天照明在5 h以上,如果这3个灯泡都用荧光灯取代,每天可以减排CO 约2400万t,如果每个家庭只将最常用的灯泡更换成荧光灯,美国每年的电量消耗可以减少320亿kW.h。
美国环保局EPA有以下照明节能的举措。
1)颁布能源之星3.1
2)紧凑型节能灯的能源之星认证。
3)家居照明灯具系统(灯、镇流器、灯具)简化矩阵式互配的能源之星认证。
美国能源部(DOE)的2020年的照明研究方向展望,采用感应式照明系统、电网高峰时减载的电子镇流器.为调光镇流器等的准入做准备。
我国制定“绿色照明”的法规和条例,是要采用光效高、光色好,寿命长、安全和性能稳定的电光源,包含以下几方面的内容。
1)采用自身功耗小、噪声低、对环境和人身无污染影响的灯具、电器附件。
2)采用光能利用率高、耐久性好和安全美观的照明灯具。
3)采用传输效率高、使用寿命长、电能损耗低,安全可靠的配电器材料和节能的调光控制设备等。
绿色照明不仅仅是传统意义上的节能和提高经济效益,更重要的是着眼资源利用和环境保护,它不是传统的节能,而是满足照明质量和视觉环境条件下的更高照明要求。
我国1997年7月1日正式提出“绿色照明”后,它将以节约能源和资源,保护地球生态环境,提高照明质量、提高舒适性和健康性为发展目标。“绿色照明革命”是一个系统工程,该工程将首先从节能型环保电子镇流器开始着手实施。“绿色照明”是20世纪90年代初国际上对节约电能、保护环境照明系统的形象说法,我国在1996年启动了“中国绿色照明工程”。事实上,照明的质量和水平已成为衡量社会现代化的一个重要标志,成为衡量人类社会可持续发展的一项重要指标。
自从我国在20世纪80年代未~90年代初研制并生产电子镇流器和电子节能灯以来,这一新兴的绿色照明产业已经得到了长足的发展,目前我国己成为世界上照明电器产品生产规模最大的国家,产量居世界首位。
荧光灯是一种充有氩气的低气压汞气体放电灯,发光效率和使用寿命都比白炽灯要高。荧光灯的发光效率约23%,红外,热能占总耗能的36%、41%。荧光灯发光均匀、亮度适中、光色柔和,是理想的室内照明光源,在照明中得到了广泛的应用。而白炽灯的光电转换效率为荧光灯光电转换效率的1/4~1/3。如果仅将世界上现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的气体放电电子镇流灯,就可以节省200GW的电能。届时我们仅将讨论改变一下灯泡就可以少建几十个电站。由于高频交流电子镇流器节能和巨大的市场潜力,进入20世纪90年代后,各种气体放电负阻性照明灯用电子镇流器不断涌现,形成了一个“绿色照明”的新兴产业。
荧光灯是通过引燃灯管内稀薄汞蒸汽进行弧光放电,汞离子受激产生紫外线,紫外线通过激发荧光灯管内壁涂层荧光粉发出可见光。但是由于荧光灯的负阻工作特性(V/I),荧光灯在使用时需配用镇流器件。
目前世界80%以上的紧凑型荧光灯(CFL)都是由我国生产,许多国际知名照明生产企业,如GE、Philips和OSRAM等都在中国生产节能灯。
表1为采用电子镇流器与电感镇流器的节能性能对比表,表2为采用电子镇流器与普通白炽灯的节能性能对比表。
如果以每天使用8h,按0.8 元/kW h计算,则使用电感镇流器每年电费为
而如果以每天使用8 h,按0.8元/kwh计算,则使用电子镇流器每年电费为
每只灯具每年可节约电费12.3 808元,可见使用电子镇流器的节电效果显著。
如果以每天使用8 h,按0.8元/kW•h计算,则使用电子镇流器的CFL灯每年电费为
而如果以每天使用8 h,按0.8元,kW.h计算,使用普通白炽灯每年电费为
每只灯具每年可节约电费107.792兀,可见使用电子镇流器的节电效果显著。
高频交流电子镇流
由于气体放电灯(如荧光灯、霓虹灯和HID灯等)是一种负阻性电光源(工作特性曲线如图1所示),要使其正常稳定工作,需加一个镇流装置。这个镇流装置被叫做镇流器。目前气体放电灯使用的镇流器主要有两种:①电感式镇流器。③电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率,体积大、笨重,还需要消耗大量铜和硅钢等金属材料,散热困难、镇流效率低、发光有频闪,所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法,而电子镇流器就是一种有效的方法。
2.1电子镇流器
自1938年荧光灯问世以来,人们一直采用电感镇流器与启辉器来使荧光灯工作。这种电感镇流器存在许多如重量重、体积大、自身耗能大、噪声大、有严重闪烁等缺点。
电子镇流器是连接在电源和一支或若干支气体放电灯之间,将气体放电灯的工作电流限制在规定值的一种装置。该装置是将低频的变流输入市电电压经过整流后转变为直流电,再经过逆变器变换成较高工作频率的交流电,由较高工作频率的交流电来驱动一只或几只气体放电灯管,使之启辉并点亮气体放电灯管,并使气体放电灯管正常工作。电子镇流器还可以包括电源电压的转换装置,以及有助于提供气体放电灯的启动电压和预热工作电流的功能。逆变器一般工作于(20~70 kHz)的高频,输出级采用LC串联谐振电路,通过高频高电压将气体放电灯负载点燃,在气体放电灯负载正常点亮后由镇流电感来限制气体放电灯负载的工作电流。据估计利用高频交流电子镇流器后可较普通电感镇流器节电20%~25%,并且高频交流电子镇流器在使用过程中没有频闪效应。
1978年,飞利浦公司率先研制出电子镇流器,由于高频交流电子镇流器采用高频开关变换电子线路的方法实现镇流,具有荧光灯发光无频闪、适应供电电压范围宽、镇流效率高(发光效率与工作频率关系曲线如图2所示,美国能源之星要求节能灯工作频率在40kHz以上,其目的之一就是为了提高光效)、体积小、重量轻、高功率因数、易启动、有异常工作状态保护控制功能、可以实现调光和智能控制、不使用大量铜材和硅钢材料等一系列优点,所以自20世纪70年代以来,高频变流电子镇流器一经问世就受到了广大用户的欢迎。世界上各种类型的电子镇流器市场分布情况如图3所示。
2.2全球镇流器生产的现状与市场分布
全球镇流器市场所占比例如图4所示,亚洲和欧洲分别占了 31%的市场,北美占了29%,这三者之和占全球市场的91%,可以说是三足鼎立,各分秋色。从图5全球镇流器制造商所占比例来看,全球镇流器制造商的72%在亚洲,占据了很大的制造商份额,其余28%的镇流器制造商在欧美及其他国家。全球镇流器市场在2005年的出货量大约为9.6亿只。
3照明技术的发展趋势
照明技术的发展方向是高技术化,主要体现在以下几方面:随着灯和灯具一体化的开发和应用,以电子镇流器为代表的照明灯具电子化技术发展迅速,各种集成化照明装置和计算机控制系统在照明系统中的应用取得了显著的进步,在灯调光、遥控、控制光灯色的灯具和照明系统方面,都有了很大的改善,具体表现有以下几点。
1)更先进、方便而且灵活的调光手段。除了在灯具中设置调光装置和开关装置外,还采用集成化的红外线接收器、遥控器或遥控的调控装置对投光光源进行调光,或使用计算机进行编程调光,具有调节和使用方便的优点。
2)利用计算机摇控台和室内电脑控制照明系统,根据自然照明程度、实现照明恒亮度控制,并且整个照明系统的参数设置、改变和监控均可通过计算机屏幕实现。
3)集成化技术正在与现代灯具的发展逐步接轨,各种灯具采用集成化电路后,节能效果显著。
4)采用总线技术实现照明系统的点控、组控和群控,具有节能效果明显、使用方便和可以实现照明控制系统的软接线和控制灵活等一系列优点。