節(jié)能泡——一種高效鹵鎢燈

程泰松

(鶴山市廣明源照明電器有限公司，廣東鶴山529728)

1 引言

自1879年愛迪生發(fā)明白熾燈開始，人類進入了電氣照明時代。盡管一百多年來，熒光燈、高強度氣體放電燈等新技術(shù)、新光源不斷涌現(xiàn)，白熾燈仍以其獨特的優(yōu)勢牢牢占據(jù)著家用照明的主導(dǎo)地位。

進入21世紀(jì)，隨著全球氣候變化的日趨嚴(yán)峻，節(jié)能減排已成共識。盡管普通白熾燈有著諸多的優(yōu)點，然而由于其過低的能效，首當(dāng)其沖成為被淘汰的對象。自澳大利亞2007年率先立法淘汰白熾燈開始，到目前世界上主要的工業(yè)國家都紛紛出臺了淘汰白熾燈的計劃。中國也即將推出逐步淘汰白熾燈的路線圖。其實，淘汰白熾燈只是我們通常的解讀，綜觀各國法規(guī)，并沒有明確表述淘汰白熾燈，但相應(yīng)的規(guī)定了對燈的能效的要求，只是在現(xiàn)有技術(shù)下的普通白熾燈是達不到這些要求的，因此在淘汰之列。然而這種“淘汰”并非是由于市場的原因，而純粹是政府的行為。這除了是因為普通白熾燈能效太低不利于節(jié)能減排之外，另一方面也是由于緊湊型熒光燈工藝日趨成熟、LED技術(shù)飛速發(fā)展，使得淘汰白熾燈在技術(shù)上成為可能。這是否意味著白熾燈真的很快就要退出歷史的舞臺了嗎?就市場的角度來說，許多消費者對白熾燈還是情有獨鐘，畢竟白熾燈的一些獨特優(yōu)勢是當(dāng)前緊湊型熒光燈、LED等光源無法替代的。為填補普通白熾燈被淘汰后的市場空白，一種兼具普通白熾燈優(yōu)點同時又具有較高能效的光源——節(jié)能泡應(yīng)運而生。

2 節(jié)能泡概述

節(jié)能泡是一種鹵鎢燈——節(jié)能鹵鎢燈，本質(zhì)上仍是白熾燈。它具有和普通白熾燈——普泡同樣的優(yōu)點:

同樣的外觀、同樣的尺寸，可直接替代普泡，直接接入市電，無需變壓器或鎮(zhèn)流器，100%可調(diào)光，使用方便;

瞬時啟動，瞬間即可達到最大光輸出，更重要的是在迄今為止的人造電光源中，只有白熾燈發(fā)出的光是真正的連續(xù)光譜，顯色指數(shù)幾近100，而且有豐富的紅光譜線，光色柔和，無頻閃，非常適合家居照明;

結(jié)構(gòu)簡單，幾乎不含有毒有害物質(zhì)，即使不回收處理，也不會對環(huán)境造成危害。

除此之外，節(jié)能泡還具有普泡所不具有的優(yōu)點:更高的光效——比普泡節(jié)能30%;更長的壽命——是普泡壽命的兩倍以上;更高的色溫;更為集中的發(fā)光體，易于匹配各類燈具，達到璀璨的發(fā)光效果。

圖1是一些常用的節(jié)能泡圖片:

圖1 常用的節(jié)能泡

作為普泡的替代，通常的節(jié)能泡規(guī)格有18W、28W、42W、53W、70W。

3 節(jié)能泡性能

節(jié)能泡的概念是相對于普泡而言的，盡管是一種鹵鎢燈，但不能將其簡單的理解為普通鹵鎢燈加一個普泡泡殼。它具有比普通的鹵鎢燈更高的能效。

目前各國法規(guī)對光源的能效要求不盡相同，其中最完備、最具操作性的當(dāng)數(shù)歐盟法規(guī)，值得我國在制定高效鹵鎢燈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時借鑒。

歐盟于2009年3月正式發(fā)布了EC No．244/2009指令［1］，對家用非定向光源生態(tài)設(shè)計要求作了明確的規(guī)定。根據(jù)該指令，生態(tài)設(shè)計要求實施分為6個階段，各階段開始時間如下:

第1階段:2009年9月1日

第2階段:2010年9月1日

第3階段:2011年9月1日

第4階段:2012年9月1日

第5階段:2013年9月1日

第6階段:2016年9月1日

除非被取代或者另有規(guī)定，各階段的要求將在其后的階段繼續(xù)有效。

對燈的光效要求見表1:

表1 燈的光效要求

可以看出，非透明泡必須要求達到A級能效，而這對目前的節(jié)能泡來說是不現(xiàn)實的，也就是說，節(jié)能泡只能做成透明泡，因此類似傳統(tǒng)普泡的磨砂泡、涂粉泡等是不能在歐洲銷售的。第1至5階段對透明泡的要求相當(dāng)于歐洲C級能效的要求，到第6階段，即2016年9月1日之后，則必須要達到B級能效要求。上述要求并非僅針對白熾燈，而是針對所有的非定向家用光源。考慮到普通白熾燈被禁用后，新型光源還不成熟，不能馬上填補普泡留下的空缺，而鹵鎢燈的技術(shù)改進也有一個過程，244指令中針對各階段又給出了相應(yīng)的例外，見下表2:

表2 例外

經(jīng)過了前兩個階段的過渡，從2011年9月1日開始已進入第3階段，所有光通高于450lm的透明泡必須達到C級能效。盡管光通量在60lm至450lm之間的家用透明泡，只要達到E級能效，在2016年9月之前仍然可以在市場銷售，但基本上沒有什么競爭力。

除了必須達到相關(guān)能效之外，節(jié)能泡還必須滿足EC No．859/2009給出的功能要求［2］，見表3:

表3 緊湊型熒光燈和LED除外的燈的功能要求

目前，我們常規(guī)的節(jié)能泡已能達到如下表4所示的參數(shù):

表4 常規(guī)的節(jié)能泡相關(guān)參數(shù)

上述參數(shù)已完全符合表1中，第1至第5階段的要求。基本能滿足家用照明中對普通白熾燈的如下替換:

4 節(jié)能泡的工藝要求

節(jié)能泡作為鹵鎢燈的一種，技術(shù)上是已經(jīng)是非常成熟了。關(guān)于如何實現(xiàn)更有效的鹵鎢循環(huán)，使得光效和壽命都能夠達到理想的水平，實驗室里已有不少研究成果。然而要實現(xiàn)大批量穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)，對我們的制造工藝有著更高的要求。

第一，材料由于節(jié)能泡比普通鹵鎢燈具有更高的光效，燈絲的工作溫度也更高，而所用的鎢絲更細，因此要求耐溫更高的及抗蠕變的鎢絲;不同功率的燈，燈絲的工作溫度也不相同，需要對應(yīng)的不同的鹵素氣體配方;更高的燈絲工作溫度，要求更加純凈的工作氛圍，因此對石英管的雜質(zhì)及羥基含量有更高的要求。

第二，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于直接工作與市電電壓，安全防爆始終是首要的考慮因素。采用無支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅能提高光效，更是安全的必需。

第三，精確的工藝控制比普通鹵鎢燈更高的光效使得節(jié)能泡的性能對工藝參數(shù)的離散性更為敏感。精確地控制充氣壓力和燈絲安裝的拉伸長度也至關(guān)重要。

5 節(jié)能泡和節(jié)能燈比較

緊湊型熒光燈也即我們通常所說的節(jié)能燈是當(dāng)前替代普通白熾燈最主要的也是數(shù)量最大的產(chǎn)品。節(jié)能燈最核心的優(yōu)勢就是高能效，和普通白熾燈相比能節(jié)約80%的電能，相應(yīng)的節(jié)能泡只能節(jié)約30%的電能。這也正是各國政府大力推廣使用節(jié)能燈的根本原因。

除此之外，在其他性能方面和節(jié)能泡相比，節(jié)能燈并不具有明顯優(yōu)勢:首先，其價格較高，雖然這可以在使用中由節(jié)約的電費得到補償，但相對較高的初始投入仍然使消費者難于接受;其次，其體積相對較大。盡管和普通管型熒光燈相比，節(jié)能燈的結(jié)構(gòu)緊湊，能滿足大多數(shù)照明場合使用，然而和節(jié)能泡相比，仍無法做到如此的小巧、緊湊，在一些場合的使用受到局限;最后，也是很重要的，節(jié)能燈發(fā)光面積較大，不是點光源，在燈具匹配上的靈活性受到較大局限，加上作為氣體放電燈，光譜不連續(xù)，做不到100%的顯色性，其照明效果總給人一種昏暗的感覺。相應(yīng)的，節(jié)能泡由于其近似于點光源的集中的發(fā)光體，幾近黑體輻射的連續(xù)光譜、100%的顯色性，3000K左右色溫的柔和光色，在很多對照明質(zhì)量要求高的場所，仍然具有不可比擬的優(yōu)越性。

盡管有著種種優(yōu)勢，畢竟作為一種熱輻射光源，節(jié)能泡的能效不可能和節(jié)能燈相比。由于高能效，節(jié)能燈一度是許多國家政府包括中國政府采取補貼大力推廣的對象。近10多年來，節(jié)能燈的使用迅速得到普及，目前已占據(jù)了家用照明市場大部分份額。誠然，這種補貼推廣的形式，對節(jié)能減排發(fā)揮了積極的作用，然而其帶來的環(huán)境問題也不容忽視。我們知道熒光燈包括節(jié)能燈含有汞、熒光粉以及大量的電子元器件，要回收處理這些物質(zhì)，不僅成本非常高，效果也不理想。現(xiàn)在有一種觀點說，由于技術(shù)的進步，熒光燈已能做到含汞量非常的少，由于其高能效，能節(jié)約大量的電能，由此帶來的因發(fā)電量的減少而減少的汞排放量遠比其污染量要少，因此沒有必要回收。這種觀點是非常片面的，它將減少汞排放和回收廢棄熒光燈放在了對立的位置。盡管由于節(jié)能燈的使用，減少了發(fā)電量，相應(yīng)的也減少了由燃煤發(fā)電帶來的汞排放，但這并不能成為熒光燈在使用后不需回收而繼續(xù)向環(huán)境排放汞的理由。其實無論是在發(fā)電廠還是在熒光燈制造廠，汞的排放還是相對集中的，要進行處理減輕排放相對來說還是比較容易的，而在使用后，不進行有效的回收處理，任由消費者隨意丟棄，那污染面將非常之大，無論含汞量多么的少，日積月累，也會對環(huán)境造成巨大的危害。歐美發(fā)達國家在推廣使用節(jié)能燈的同時，都有一套完善的回收處理機制，而我們國家已經(jīng)推廣使用了幾億只節(jié)能燈，到現(xiàn)在都沒有進行過有效的回收處理，這是非常可怕的事。

除了汞污染，節(jié)能燈另一個不容忽視的劣勢就是其熒光粉需要消耗大量的稀土。稀土是國家的戰(zhàn)略資源，前些年由于無序的開采而被大量賤賣，現(xiàn)在國家已開始規(guī)范管理。今年以來，熒光粉價格大幅飆升達10倍以上，使得節(jié)能燈成本優(yōu)勢逐漸喪失。

相應(yīng)的節(jié)能泡相對于節(jié)能燈來說由于結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝使用，不含對環(huán)境有害的物質(zhì)，回收處理相對簡單，綜合使用成本(包括環(huán)境成本)或更低，應(yīng)該有更廣闊的發(fā)展空間。

6 節(jié)能泡面臨的挑戰(zhàn)

作為替代普泡的理想產(chǎn)品，節(jié)能泡一面世就受到了消費者的青睞，市場曾一度出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，可以說節(jié)能泡續(xù)寫了普通白熾燈一百多年的輝煌。而隨著各國節(jié)能減排進程的加快，對節(jié)能泡的要求越來越高，節(jié)能泡也面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)來就自于LED。［3］

新一代光源最耀眼矚目的當(dāng)數(shù)LED，近年來LED的發(fā)展非常迅速，光效、顯色性、一致性等技術(shù)指標(biāo)都取得了重大突破，成本也大幅度降低。LED可以說幾乎集成了傳統(tǒng)光源所有優(yōu)點。目前，室內(nèi)照明用傳統(tǒng)光源基本都能找到同樣款式的LED替換光源，甚至有樂觀的估計，它將取代目前所有的光源。

當(dāng)然，必須也看到，目前LED還存在很多問題亟待解決，還不能完全替代傳統(tǒng)光源:除了其相對高昂的成本外，在技術(shù)上，采用藍光加熒光粉或者混光方式獲得的白光，無法做到如黑體輻射的連續(xù)光譜，在顯色性、顏色一致性方面，仍然無法和節(jié)能泡媲美，離大規(guī)模普及仍有一段距離。

節(jié)能泡固然有其不可比擬的優(yōu)越性，但和其它節(jié)能光源相比，能效始終是限制其發(fā)展不可回避的因數(shù)。按歐盟244指令規(guī)定到第6階段，即2016年9月1日之后，所有的光源必須要達到B級能效，這將使節(jié)能泡面臨巨大的挑戰(zhàn)。節(jié)能泡要想在家用照明市場繼續(xù)占有一席之地，必須進一步提高能效，這就需要用到紅外反射膜技術(shù)。現(xiàn)已有國外公司宣稱開發(fā)出光效達35lm/W的鍍紅外反射膜鹵鎢燈，但未見大量生產(chǎn)，而且僅限于低電壓(12V)光源，需要配套變壓器使用，綜合成本不低。節(jié)能泡設(shè)計為直接工作于市電電壓，燈絲細長，對紅外線的吸收面積小，暫時還做不到如此高光效。然而采用優(yōu)化的泡殼設(shè)計及燈絲設(shè)計、復(fù)合鹵素配方、精準(zhǔn)的鍍膜控制，節(jié)能泡仍然可以做到大幅度提高光效，目前我們的實驗室已能做到鍍膜比不鍍膜提高20%以上的光效。

7 結(jié)論

隨著普通白熾燈被淘汰，目前占據(jù)家用照明市場主流的三大系列:緊湊熒光燈(節(jié)能燈)、節(jié)能鹵鎢燈(節(jié)能泡)和LED。節(jié)能燈經(jīng)過了近10多年的高速發(fā)展，已過了其發(fā)展頂峰，由于不可回避的環(huán)保問題及稀土耗用問題，進一步發(fā)展的空間不大;LED方興未艾，發(fā)展非常迅猛，但離大規(guī)模普及還有一段距離;節(jié)能泡由于結(jié)構(gòu)簡單、相對低廉的成本、對環(huán)境無害，作為普通白熾燈的升級換代，在當(dāng)前仍然具有強大的生命力。當(dāng)然，要獲得可持續(xù)的發(fā)展，節(jié)能泡仍需不斷改進技術(shù)及工藝，不斷提高其能效。

［1］Commision Regulation(EC)No 244/2009 of 18 March 2009

［2］Commision Regulation(EC)No 859/2009 of 18 september 2009

［3］劉洋，陳大華．探討照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向．消費日報2011．8．11