[南京屋頂花園裝修]綠色照明的理論與實(shí)踐

2016-03-22 瀏覽741次

一、綠色照明的基本要求 

    在國(guó)際照明界的專家們看來(lái)，綠色照明應(yīng)當(dāng)滿足如下要求： 

    1、光源的發(fā)光效率高目前發(fā)光效率較高又能商品化的光源包括：高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節(jié)能熒光燈等氣體放電燈以及最近兩年來(lái)開(kāi)始商品化的LED新光源。關(guān)于LED光源我們想重點(diǎn)介紹如下：早在六十年代初，人們就開(kāi)始研究半導(dǎo)體砷化鎵、磷化鎵的PN結(jié)電致發(fā)光特性，首先出現(xiàn)了所謂半導(dǎo)體燈。LED是Light-emittingDiodes的縮寫，翻譯為發(fā)光二極管。發(fā)光二極管作為一種光源，具有幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：1）是一種高密度輻射的點(diǎn)光源，白色亮度達(dá)到甚至超過(guò)熒光燈，即達(dá)到了5000cd.m-2以上； 

    2）象熒光燈一樣，完全不產(chǎn)生眩光，可以獲得良好的視覺(jué)照度； 

    3）因?yàn)闆](méi)有鎮(zhèn)流器的電能消耗，發(fā)光效率比節(jié)能熒光燈高； 

    4）因?yàn)闆](méi)有高壓起輝和電子濺射問(wèn)題，穩(wěn)定的使用壽命可達(dá)到20萬(wàn)小時(shí)以上，是節(jié)能熒光燈類氣體放電燈壽命的100倍左右，是白熾燈的300多倍； 

    5）可以利用不同的半導(dǎo)體材料制造出發(fā)射不同顏色光的LED。因而，與使用彩色透光材料來(lái)制造的彩色燈比較，彩色發(fā)光二極管有更高的效率和色彩逼真度； 

    6）電源與數(shù)字電路兼容，便于實(shí)現(xiàn)照明的數(shù)字控制和計(jì)算機(jī)控制。 

    7）使用低壓直流電源，配電簡(jiǎn)單成本低，可以帶電施工和維護(hù)。近兩年來(lái)，伴隨著發(fā)光二極管生產(chǎn)成本的大幅度下降以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)光二極管作為一種新光源已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入公共照明和家庭照明。其突出表現(xiàn)為城市交通信號(hào)燈、霓虹燈、各種彩燈、庭院燈、草坪燈、太陽(yáng)能燈、手電筒等已經(jīng)開(kāi)始商品化。其色彩的純凈性，數(shù)字化特性（數(shù)字可控性）、特別低的功耗以及特別長(zhǎng)的壽命和任何其它光源無(wú)法比擬的高可靠性、穩(wěn)定性，向人們展示了其誘人的市場(chǎng)前景。發(fā)光二極管還是存在其固有的缺點(diǎn)：難以形成高強(qiáng)度點(diǎn)光源，不可能取代目前的高強(qiáng)度氣體放電燈。但是用其取代熒光燈、節(jié)能燈的趨勢(shì)已經(jīng)初見(jiàn)端倪。南京園林工程特別指出，發(fā)光二極管的各種設(shè)計(jì)用來(lái)美化建筑、庭院、草坪、家庭、公共場(chǎng)所是其它光源所無(wú)法比擬的。 

    2、不能對(duì)低壓電網(wǎng)造成諧波污染照明設(shè)備與燈具不能對(duì)低壓電網(wǎng)造成諧波污染的原則，排除了可控硅移相降壓節(jié)能的可行性，排除了THD諧波含量超出5%的電子鎮(zhèn)流器使用的可行性。 

    3、不能給照明造成光污染所謂光污染，其核心問(wèn)題是眩光產(chǎn)生帶來(lái)的照明質(zhì)量下降問(wèn)題。眩光是一種在一定背景亮度條件下，相對(duì)高強(qiáng)度光源產(chǎn)生的傷害視力從而降低視覺(jué)照度的光分量。通常在夜間條件下，高強(qiáng)度氣體放電燈在滿功率或過(guò)功率照明時(shí)都會(huì)不同程度地產(chǎn)生眩光。路燈照明中的眩光不僅不利于道路照明，反而會(huì)導(dǎo)致交通事故。為了避免眩光對(duì)交通和日常生活帶來(lái)不便，通常使用燈罩濾除眩光。或采用拉遠(yuǎn)光源與照明對(duì)象的距離的方法，減弱眩光或采用泛光方法消除眩光。顯然，從視覺(jué)照度的觀點(diǎn)出發(fā)，可以認(rèn)為：如果不考慮特定的背景亮度條件而一味地提高光源的亮度，勢(shì)必造成大量眩光的產(chǎn)生，不僅傷害人的視力而且明顯降低視覺(jué)照度，使人們難以分辨眩光下的物體。事實(shí)證明，在一般的城市路燈夜間背景亮度條件下，采用降低電壓的方法可以有效地抑制眩光的產(chǎn)生。這里南京園林工程特別強(qiáng)調(diào)： 

    1）以降低光源電壓來(lái)減少眩光不等于降低功率就能減少眩光。例如，無(wú)論燈功率的規(guī)格如何小，只要滿電壓工作，相同背景亮度條件下其眩光含量的比例是一定的。但是，如果較大功率的光源（例如400W）通過(guò)降壓減小了功率（例如250W），眩光的含量幾乎可以降低到零。這與滿電壓工作的250W燈有本質(zhì)的不同。 

     

    2）眩光的消除可以大大地提高視覺(jué)照度，有效地提高照明質(zhì)量，改善城市交通條件。

    3）合理地使用光源電壓（不同的背景亮度、不同的溫度環(huán)境、不同的燈具結(jié)構(gòu)、不同的燈具種類，使用的電壓是不相同的），不僅能有效地抑制眩光、提高視覺(jué)照度、提高照明質(zhì)量，而且能夠大量地節(jié)約能源和幾倍地延長(zhǎng)燈具使用壽命。 

    4節(jié)能化照明設(shè)備與燈具的節(jié)能化是綠色照明的一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容，它包括： 

    1）光源本身是高效節(jié)能的，上節(jié)已經(jīng)提到了這一點(diǎn)。路燈的高壓鈉燈化，公共照明的節(jié)能熒光燈化，未來(lái)照明的LED化等等； 

    2）對(duì)于氣體放電燈，高功率因數(shù)、低鎮(zhèn)流器損耗是綠色照明的重要條件，例如采用高功率因數(shù)、低鎮(zhèn)流器損耗的電子鎮(zhèn)流器，采用特低功率因數(shù)的電感鎮(zhèn)流器； 

    3）對(duì)光源進(jìn)行大范圍調(diào)光。大范圍調(diào)光不僅能夠大范圍大比例節(jié)能，而且有利于合理地使用光源、保護(hù)視力、保護(hù)照明設(shè)備和燈具； 

    4）安裝照明節(jié)能器。在國(guó)外特別在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)是一個(gè)常識(shí)。但是在我國(guó)，節(jié)能器的推廣使用卻遇到了如下困難：*對(duì)于路燈來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行政策可能會(huì)使實(shí)施節(jié)能工程的單位和個(gè)人在經(jīng)濟(jì)上受到損失，因而許多路燈管理部門對(duì)此采取消極態(tài)度；*不少政府有關(guān)部門只希望路燈越多越好，一般不知道什么是最佳照明；*有一些照明界同行對(duì)路燈節(jié)能器存在偏見(jiàn)，認(rèn)為降壓節(jié)能就是降低照明功率，沒(méi)有推廣價(jià)值。這些困難可以歸結(jié)為兩個(gè)問(wèn)題，其一是現(xiàn)行政策不利于綠色照明，其二是對(duì)于綠色照明缺乏明確的理論指導(dǎo)。為此，我們后面專門對(duì)第二個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。 

    5、燈具分布與燈具功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)目前我國(guó)照明界對(duì)照明質(zhì)量的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和錯(cuò)誤做法阻礙了燈具分布與燈功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和錯(cuò)誤做法是： 

    1、用一桿多燈法增加照明功率，導(dǎo)致效率低成本高：*發(fā)光效率隨燈功率增加而增加的結(jié)論只適合于不同功率規(guī)格燈泡的情況，如果企圖使用一桿多燈來(lái)增加功率，那么不僅達(dá)不到相同功率獨(dú)燈的發(fā)光效率而且會(huì)浪費(fèi)大量能源。這是因?yàn)椋弘妷合嗤瑫r(shí)，功率規(guī)格越大，放電電流越大，放電管的壁溫和弧溫越高，輻射功率比例越大；*功率規(guī)格越大，鎮(zhèn)流器電阻越小，所占燈具總功率比例越??；*功率規(guī)格越大，放電管的半徑越大，熱傳導(dǎo)損失越小。例如高壓納燈，400瓦的燈光效差不多是50瓦燈光效的兩倍（按照Lm/W計(jì)算），如果使用8只50瓦燈來(lái)替代400瓦燈，雖然功率相等，但是光亮度將下降一倍，成本也會(huì)大幅度提高，其方法的錯(cuò)誤是顯然的。但是一桿多燈的現(xiàn)象卻普遍存在。 

    2、燈距太遠(yuǎn)，形成照明死角；這是一種很危險(xiǎn)的做法，不僅會(huì)導(dǎo)致局部路段無(wú)照明，更重要的是會(huì)起反作用：嚴(yán)重降低背景亮度，因而產(chǎn)生強(qiáng)烈眩光。換一句話說(shuō)，司機(jī)的視覺(jué)無(wú)法適應(yīng)忽亮忽暗的光線變化，易形成眩光失明，造成重大交通事故。 

    3、不顧背景亮度，只顧增強(qiáng)點(diǎn)光源的光強(qiáng)度，既所謂“越亮越好”：這是產(chǎn)生眩光的又一原因，通常人們所說(shuō)的光污染，就是這種情況。為了避免眩光產(chǎn)生，要么提高背景亮度（常常較困難，成本也較高），要么使用與背景亮度相適應(yīng)的光強(qiáng)度。 

    4、燈桿太高，路面可視性下降：科學(xué)的道路照明實(shí)際是路燈對(duì)路面的泛光照明。國(guó)際照明協(xié)會(huì)的專家們?cè)?jīng)統(tǒng)計(jì)過(guò)，路面可視性強(qiáng)弱與交通事故成反比，而與光源亮度幾乎無(wú)關(guān)。如果為了顯示路燈的“燈火輝煌”而不適當(dāng)?shù)乩邿綦x路面的距離，就勢(shì)必降低路面的可視性，增加了夜間交通事故發(fā)生的可能。二、綠色照明中的節(jié)能問(wèn)題 

    1、最高光效的理論導(dǎo)致了降壓節(jié)能的可行性“道路照明”2003年第二期刊登了本人發(fā)表的文章《氣體放電燈節(jié)能理論與實(shí)踐》，該文從高壓鈉燈的發(fā)光效率觀點(diǎn)出發(fā)論述高壓鈉燈的降壓節(jié)能原理。在這里，我們想重申：高壓鈉燈發(fā)光的最高效率產(chǎn)生在5000-10000pa的納蒸汽氣壓處，實(shí)現(xiàn)這樣的氣壓與許多條件相關(guān)，例如：環(huán)境溫度、燈殼反光板及燈罩的形狀（不同形狀的反光板對(duì)燈芯的加熱程度大不相同，不同燈罩形成的燈室溫度也不相同）、給燈具提供的電壓以及制造燈泡使用的全部材料。其中起決定意義的是給燈具提供的電壓。但是，燈具的上述諸多因素可以相當(dāng)程度地影響最佳電壓的選擇。一般說(shuō)來(lái)，在夏季、在炎熱地區(qū)，對(duì)大瓦數(shù)和密封嚴(yán)密的燈具，電壓使用可以偏低，例如175-185伏；反之，電壓使用可以偏高，例如190-200伏。問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)最佳電壓的提供和保持，最重要的是所提供的電壓不要伴隨電網(wǎng)電壓的變化而變化、不要伴隨負(fù)載的變化而變化，這就是對(duì)節(jié)能器提出了如何確定最佳電壓和如何實(shí)現(xiàn)與保持最佳電壓。 

    2、視覺(jué)照度的理論導(dǎo)致了降壓節(jié)能的可行性由于高壓鈉燈有電壓越高顯白色性越好的特點(diǎn)，使得用戶感到降壓節(jié)能降低了光亮度。這里，我們有必要再一次強(qiáng)調(diào)：我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)地衡量道路照明的質(zhì)量，視覺(jué)照度始終應(yīng)該是我們判斷和解決照明質(zhì)量問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)。 

    1）對(duì)于同一規(guī)格的氣體放電燈來(lái)說(shuō)，當(dāng)電壓下降使得功率下降時(shí)，視覺(jué)照度的下降與功率下降不成比例。當(dāng)我們將電壓下降到最高效率工作點(diǎn)時(shí)，視覺(jué)照度并沒(méi)有受到實(shí)際影響。有人說(shuō)，降壓降低功率還不如更換小功率規(guī)格燈泡好。其實(shí)，這是一個(gè)極大的誤解：如果電壓沒(méi)變，燈具發(fā)光效率就沒(méi)有最佳，既達(dá)不到相應(yīng)的照度又必然浪費(fèi)能源。 

    2）采用最佳電源電壓不僅會(huì)使發(fā)光效率最佳，而且可以有效地抑制眩光的產(chǎn)生，反而提高了視覺(jué)照度。就是說(shuō)，合理地降壓節(jié)能不僅不會(huì)影響視覺(jué)照度，反而有利于提高照明質(zhì)量。眩光是一種在特定背景亮度下的傷害視力的‘刺眼’光。消除了眩光，光線不刺眼了，有人會(huì)說(shuō)亮度下降。這又是一個(gè)很大的誤解。3）眩光與背景亮度直接相關(guān)，眾多光源的相互距離越近，形成的背景亮度越強(qiáng)（燈光的散射和漫射以及光線的交叉形成背景亮度），眩光分量就減小。如果夜間十點(diǎn)和后半夜利用關(guān)一半和部分燈的辦法節(jié)能，則勢(shì)必拉大光源的相互距離，大大減弱了背景亮度甚至?xí)斐烧彰魉澜?，眩光分量就?huì)很大。因此，利用關(guān)部分燈的辦法節(jié)能將惡化照明質(zhì)量。相反，采用定時(shí)降壓調(diào)光方法節(jié)能卻可以得到節(jié)能比例高、不產(chǎn)生眩光、保護(hù)燈具不被后半夜出現(xiàn)的高電壓損壞的一系列優(yōu)點(diǎn)。由于眩光的消除有利于提高視覺(jué)照度，因此后半夜的照明質(zhì)量并不會(huì)因?yàn)榇蟊壤?jié)能而有明顯下降。 

    4）儀表照度是照度計(jì)對(duì)全部光譜射線輻射強(qiáng)度的度量，但是可見(jiàn)光譜只占全光譜很小一部分。不可見(jiàn)光，例如X射線、γ射線、紫外線、紅外線等都將以其輻射能量作用于照度計(jì)，而這些不可見(jiàn)光完全沒(méi)有照明價(jià)值。 

    5）人類視覺(jué)對(duì)可見(jiàn)光譜的敏感度差別巨大。例如，在暗視條件下對(duì)綠光短波長(zhǎng)光的敏感度可以是紫光短波長(zhǎng)光敏感度的100倍以上。在明視條件下，對(duì)綠光長(zhǎng)波長(zhǎng)光的敏感度可以是蘭光短波長(zhǎng)光敏感度的16倍以上。但是在照度計(jì)上反映的結(jié)果卻沒(méi)有任何差別。 

    6）儀表照度隨燈具的功率的增加而成正比例地增加，不存在飽和問(wèn)題。但是，由于人類視覺(jué)有對(duì)光照背景亮度與光源亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，有對(duì)同一背景亮度下不同光源亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用（對(duì)弱光有放大作用，對(duì)強(qiáng)光有遮避作用），視覺(jué)照度不會(huì)隨燈具的功率的增加而成正比例地增加，而是接近成對(duì)數(shù)關(guān)系：例如功率增加1倍，視覺(jué)照度僅增加0.1倍。最重要的是，同一背景亮度下，人的視覺(jué)會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，背景亮度的提高決不是簡(jiǎn)單地提高燈具功率所能解決的。 

    3、電壓的線路損失與補(bǔ)償目前我國(guó)路燈供電存在電壓的線路損失較嚴(yán)重的問(wèn)題，這為降壓節(jié)能帶來(lái)了技術(shù)上的困難。例如，當(dāng)路燈變壓器輸出電壓首端為額定值時(shí)，很可能末端已經(jīng)低于最佳值，已經(jīng)沒(méi)有降壓節(jié)能的余地。另一方面，如果保證末端電壓處于最佳狀態(tài)，勢(shì)必造成首端電壓太高，不僅嚴(yán)重浪費(fèi)能源而且損壞燈具。為此，我們可以采用如下辦法解決這個(gè)問(wèn)題： 

    1）制訂一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定路燈線路允許的最大電壓損失。建議為11伏（或額定電壓的5%）。這個(gè)電壓的變化是不會(huì)影響降壓節(jié)能的。 

    2）安裝補(bǔ)償電容，提高功率因數(shù)，減少線路損失。 

    3）增加電纜容量，減少線路損失。 

    4）當(dāng)線路太長(zhǎng)時(shí)，增設(shè)中間電壓提升自耦變壓器。 

    5）單燈電壓控制，但是不宜采用可控硅調(diào)壓。 

    6）設(shè)計(jì)自感遞減鎮(zhèn)流器，保證各燈的燈電流最佳，可以達(dá)到最佳電壓的相同目的。三、純綠色照明———太陽(yáng)能燈太陽(yáng)能燈被稱為純綠色照明，它不需要架設(shè)或鋪設(shè)照明電纜，只要有足夠功率的光電池和蓄電池，就能夠在連陰天幾日內(nèi)保證夜晚有足夠的照明。太陽(yáng)能燈的關(guān)鍵技術(shù)包括： 

    1、效率高、成本低的光電池技術(shù)與生產(chǎn)工藝； 

    2、容量大、壽命長(zhǎng)、無(wú)環(huán)境污染的蓄電池； 

    3、對(duì)充放電以及開(kāi)關(guān)燈的電子控制技術(shù)。目前，硅光電池效率還偏低，只有大約0.2左右，因此光電池面積太大成了太陽(yáng)能燈向大功率發(fā)展的主要障礙。例如，100瓦的路燈所需光電池板約0.5平方米。但是，隨著LED光源成本的大幅度下降，LED所特有的高效率、長(zhǎng)壽命就非常適合于太陽(yáng)能燈的小功率特點(diǎn)?？紤]到不需要架設(shè)或鋪設(shè)照明電纜、考慮到不消耗電能、考慮到LED光源成本的大幅度下降，太陽(yáng)能燈正式進(jìn)入照明產(chǎn)品市場(chǎng)已指日可待。目前，太陽(yáng)能燈適合的照明包括：庭院燈、草坪燈、矮路燈以及各種彩燈。