第二期：节能电光源[2]

国家经贸委 /UNDP/GEF 中国绿色照明工程促进项目
绿色照明科普宣传资料系列
第二期 节能电光源
SETC/UNDP/GEF
China Green Lights Project
Series of Materials For Green Lights Scientific
Popularization and Propaganda
No.2 Energy Saving Electric Light Source
— 消费者指南 —
— Guide for customer of lighting products —

国家经贸委 / 联合国开发计划署 / 全球环境基金
中国绿色照明工程促进项目
SETC/UNDP/GEF China Green Lights Project
中国照明学会
China Illuminating Engineering Society (CIES)

绿 色 照 明
耀 我 中 华
周光召
二00 二年四月

全国人大常委会副委员长、中国科学技术学会 主席、中国科学院周光召院 “绿色照明、耀我中华”。 (英译文)

追 溯

　　近 300万年前，人类诞生于非洲热带 地区，以后发展遍及全球。白天，人类依靠太阳光，通过视觉系统（眼睛和视神经）感知五彩缤纷的万物世界。进入到茫茫的黑夜，人们需要通过照明装置营造一个空间环境，来延伸其活动的时间和空间。 人类采用火炬、烛光、油灯等原始照 明方式，经历了悠悠的漫长岁月。直至 1879年美国发明家爱迪生发明了白 炽 灯， 人类才开始进入到电光源的照明时代。随着科学技术的进步，电光源不断发展： 1931年发明低压钠灯，1936年发明荧光 灯和高压汞灯， 1959年发明卤钨灯，1964 年发明金属卤化物灯， 1965年发明高压钠 灯， 1973年发明三基色荧光灯，1980年发 明紧凑型荧光灯， 1991年发明高频无极灯 等。电光源是构成照明系统的主体， 123年 来有了很大的发展，目前其品种已超过 3000 种，规格已达到 5万多种。品种规格繁多的 优质电光源产品的诞生，为人类迈进绿色照 明的光文化时代，创造了良好的条件。

名 词 术 语

光 度

光通量 (luminous flux ) 单位：流明（lm）

光 源在 单位时间内发出的光量总和称为光源的光通量 。

例如，一只 40W的普通白 炽 灯的光通量为350 ~ 470lm，而一只40W的普通直管型荧光灯光通量为2800lm左右，为白 炽 灯的6 ~ 8倍。

光 强（ luminous intensity ） 单位：坎德拉（cd）

光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度，简称光强。
1cd = 1lm·sr -1
即 1单位立体角内发射1流明的光，光强为1坎德拉。sr为球面度是立体角的单位。立体角的最大数值为4π球面度。例如，如果一只40W普通白 炽 灯的光通量为350lm，则它的平均光强为：
350lm/4πsr = 28cd

照度 (illuminance) 单位：勒克斯（lx）
照度是光源照射在被照物体单位面积上的光通量。
1lx = 1lm·m -2
即 1流明的光通量平均分布在1平方米的面积上，其照度为1勒克斯。在装有40W普通白 炽 灯的书写台灯下看书，桌面上的照度平均为200 ~ 300lx

亮度（ luminance） 单位：cd/m 2, ， 尼 特（ nt）是旧的单位名称，现很少采用。
光源在某一方向的亮度是光源在该方向上的单位投影面中单位立体角内发射的光通量。
1nt =1cd·m -2
即每平方米光强为 1坎德拉，其亮度为 1尼特
太阳的亮度为2×10 9 cd/m 2
白 炽 灯的亮度约为（3 ~ 5）×10 6 cd/m 2
普通荧光灯的亮度只有6 ~ 8×10 3 cd/m 2

发光效率（ luminous efficacy of light source） 单位：流明/瓦（lm/W）
光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。

平均寿命（ average life） 单位：小 时（h）
指一批灯燃点，当其中有 50%的灯损坏不亮时所燃点的小时数 。

名 词 术 语

色 度

色温 CT-colour temperatur e
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下（例如将铂加热）辐射的颜色相同时，黑体对应的温度就称为该光源的色温，用绝对温度K（kelvim）表示。
黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的，所以白 炽 灯一类的热辐射光源的光谱能量分布与黑体的光谱能量分布比较接近，都是连续光谱，用色温的概念完全可以描述这类光源的颜色特性。

相关色温 CCT-correlated colour temperature
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体对应的温度就称为该光源的相关色温，单位为K。
由于气体放电光源一般为非连续光谱，与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合，所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性。
色温（或相关色温）在3300K以下的光源，颜色偏红，给人一种温暖的感觉。色温超过5300K时，颜色偏兰，给人一种清冷的感觉。通常气温较高的地区，人们多采用色温高于4000K的光源，而气温较低的地区则多用4000K以下的光源。

显色指数 （Ra） colour rendering index
太阳光和白 炽 灯均辐射连续光谱，在可见光的波长（ 380nm-760nm）范围内，包含着红、橙、黄、绿、青、兰、紫等各种色光。物体在太阳光和白 炽 灯的照射下，显示出它的真实颜色，但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下，颜色就会有不同程度的失真。我们把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的 显色性 。
为了对光源的显色性进行定量的评价，引入 显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为 100，其余光源的显色指数均低于100。显色指数用 Ra 表示， Ra 值越大，光源的显色性越好。

照明电光源的分类
照明电光源一般分为三类，即：白 炽 灯、气体放电灯、其他。

主要光源的技术指标

在绿色照明工程中消费者如何正确选用电光源
绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制设备和控光器件），改善和提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。
实施绿色照明工程，必须在全面理解绿色照明意义的基础上，正确选用电光源。

正确选择光源，总的必须综合考虑以下因素：
光通量— 根据照明场所的高度、面积，判断使用何种光源，多大功率，多少数量能满足照明环境的照度要求；
光 效— 光效是衡量节电的一个重要指标，一般是越高越好，但又不是唯一的，必须综合考虑其他因素；
显色性— 应符合人的心理生理要求，并与照明环境的氛围协调一致；
寿 命— 原则是寿命越长越好，以节约资源、减少维修；
环 保— 光源无论在生产、使用还是在回收过程中，都应不影响环境质量；
系统成本— 选择光源应考虑使投资或运行费用最佳或价格性能比最好。

光源的具体选择：

１、 白炽灯的选用：
白炽灯是利用热辐射原理，使电流通过由钨丝制成的灯丝发热到白炽状态而发光的光源。
特点：显色性好、瞬间点燃、可连续调光、结构简单、成本低廉。
缺点：光效低、寿命短。
在颜色要求较高的条件下，可选用 60W 以下的普通照明白炽灯，但应选用 双螺旋灯丝灯泡，因其光效提高 10~15% ；
　　 100W以上的普通照明 白炽灯应尽可能不采用；
按美国能源政策（ Emergy Policy Act, EPACT ） ,R 型（ 45-150W ）及 PAR （ 50-100W ）钨丝灯不符合所定的最低能效标准，已于 1995 年 10 月 31 日禁止在美国使用。

２、 用卤钨灯取代普通照明白炽灯
卤钨灯是在灯的充填气体内添加少量卤族元素或卤化物的白炽灯。光效和寿 命比普通照明白炽灯提高一倍以上。主要应用在显色性要求较高的各种场所。

３、 广泛采用荧光灯
荧光灯俗称日光灯，属低气压放电灯。它是利用低压汞蒸气放电辐射出的短 波紫外线（波长为 253.7nm ）激发荧光粉而发出可见光。
荧光灯的光效比普通白炽灯高 6~8 倍，寿命长 5~10 倍。显色性虽比不上白炽灯，但其光色可通过三基色荧光粉来加以改善。
荧光灯有直管型、环型、紧凑型等，是面大量广泛的节能电光源。
用直管型荧光灯取代 白炽灯（节电 70~90% ）；
对直管型荧光灯进行升级换代（节电 15 ~ 50%）；
用紧凑型荧光灯取代 白炽灯（节电 70~80% ）。

４、 大力推广高强度气体放电灯的应用
放电管的单位面积的电力密度大于 3W/cm 2 的气体放电灯称为高强度气体放 灯。高强度气体放电灯效率高、寿命长，发光体相对较集中，其光分布状态便于光学控制，可应用于广场、港口、码头、车站、机场、道路、街道、体育场馆、园林、庭院、大型车间以及建筑物立面等各种场所的室内、外环境照明。
· 荧光高压汞灯
荧光高压汞灯是由汞蒸气放电而发光，汞蒸气的分压强达到或大于10 5 Pa，外玻壳内壁涂有荧光物质的放电灯。
特点： 寿命长、成本相对较低。
用途： 道路照明、室内外工业照明、商业照明。
· 高压钠灯
高压钠灯是由钠蒸气放电而发光，灯内钠蒸气的分压强达到10 4 Pa的放电灯。
特点： 寿命长、光效高、透雾性强。
用途： 道路照明、泛光照明、广场照明、工业照明等。
· 金属卤化物灯
金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上添加金属卤化物，使金属原子或分子参与放电而发光的气体放电灯。
特点： 寿命长、光效高、显色性好。
用途： 工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明以及道路 照明等。
· 陶瓷金属卤化物灯
陶瓷金属卤化物灯是将金属卤化物灯的石英放电管改成陶瓷材料放电管的金属卤化物灯。
特点： 性能优于一般金卤灯。
用途： 商场、橱窗、重点展示及商业街道照明。

５、 特定场所选用低压钠灯
低压钠灯是由钠蒸气的分压强在 0.5Pa的压力下，辐射出波长为589.0 和 589.6mm的黄橙光的低气体放电灯。
特点： 发光效率特高、寿命长、光通维持率高、透雾性强，但显色性差。
用途： 隧道、港口、码头、矿场等照明。

６、 采用长寿命的高频无极灯
高频无极灯系高频电能通过灯内的感应线圈，产生交变电磁场，使放电管内的汞蒸气放 电产生的紫外线激发管壁的荧光粉而发出可见光。
特点： 超长寿命（ 40000~80000 小时）、无电极、瞬间启动和再启动、无频闪、显色性好。
用途： 公共建筑、商店、隧道、步行街、高杆路灯、保安和安全照明及其他室外照明。

７、 拓展 LED的应用
LED 是电致发光的固体半导体光源。
特点 ：高亮度点光源、可辐射各种色光和白光、 0~100% 光输出（电子调光）、 寿命长、耐冲击防震动、无紫外（ UV ）和红外（ IR ）辐射、低电压下工作（安全）。
用途： 交通信号灯、高速道路分界照明、道路护栏照明、汽车尾灯、出口和 入口指示灯、桥体或建筑物轮廓照明及装饰灯等。

“绿色照明工程”的经济回报

范例 1 、用紧凑型荧光灯取代普通照明白炽灯。
（取代后照度相同）

普通照明白炽灯 紧凑型荧光灯 节电效果（节电率 % ） 电费节省

100W ———— 25W 75W （ 75% ） 75%

60W ———— 16W 44W （ 73% ） 73%

40W ———— 10W 30W （ 75% ） 75%

范例 2 、直管型荧光灯的升级换代
以下列出从 T12 到 T5 的直管型荧光灯发光效率的变化：

范例 3 、 HID 灯的正确选择

用 NO-2取代NO-1，照度相同，但节电 37.5 %。
用 NO-3取代NO-1，照度降低13 .6% ，但节电 37.5 %。
用 NO-4取代NO-1，照度提高 37.1% ，但耗电相同。