淺析照明節(jié)能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

楊振

【摘 ?要】全球照明行業(yè)最新發(fā)展水平和發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)表明照明產(chǎn)品的節(jié)能將成為節(jié)能產(chǎn)業(yè)不可忽視的重要組成部份，照明節(jié)能技術(shù)的不斷更新進(jìn)步，為照明節(jié)能可持續(xù)發(fā)展奠定了有力的科技保障，可再生能源的開發(fā)與利用是未來照明節(jié)能的發(fā)展方向。國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的政策的支持，使照明節(jié)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能有更廣闊的發(fā)展空間。隨著照明節(jié)能技術(shù)日趨成熟，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也會(huì)成倍的提高，照明節(jié)能前景一片光明。

【關(guān)鍵詞】電氣;節(jié)能;照明

引言

雖然當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)正在飛速發(fā)展，但是人口眾多與資源有限這一矛盾日益彰顯，自然資源過度消耗在目前已是不爭(zhēng)的事實(shí)，而電力能源嚴(yán)重浪費(fèi)問題又尤為突出，同時(shí)發(fā)電對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也不可避免，因此節(jié)約用電已是節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展提高可以最大限度的直接減少用電量、節(jié)約電力消耗，避免不必要的浪費(fèi);降低企業(yè)能耗成本、提高人民的生活水平，緩解國(guó)家越來越重的電力負(fù)擔(dān)。不斷更新的節(jié)能技術(shù)已深入到整個(gè)照明行業(yè)。照明節(jié)能技術(shù)前景廣闊，市場(chǎng)需求巨大，未來發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)遇多于挑戰(zhàn)的良好局面。

現(xiàn)代的照明技術(shù)要求節(jié)能與環(huán)保并存。照明節(jié)能技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中不斷更新提高，而越來越大的市場(chǎng)需求對(duì)照明節(jié)能技術(shù)要求也不斷提高。近幾年，市場(chǎng)要求電氣產(chǎn)品全方位都要向節(jié)能方向發(fā)展，從發(fā)電、輸電、變電、配電、送電直至終端產(chǎn)品，都要從節(jié)能的角度出發(fā)，研制出適合中國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品。既要使產(chǎn)品減少能耗，還要控制設(shè)備成本，這應(yīng)是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物。節(jié)約能源已成為當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，對(duì)貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀具有實(shí)際意義。

1 照明節(jié)能的目前狀況

1.1 國(guó)際照明行業(yè)最新發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)

在2012-2014年期間美國(guó)的照明光源要求比原有的白熾燈節(jié)能25%-30%，到2020年光源的節(jié)能比現(xiàn)有的白熾燈節(jié)能60%。按美國(guó)環(huán)境珍愛署的測(cè)算，使用一個(gè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能燈泡，每年可為用戶節(jié)省超過30美元的開支。美國(guó)每個(gè)家庭僅更換一個(gè)節(jié)能光源，每年就可節(jié)約用電量的費(fèi)用約6億美元，發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳排放相當(dāng)于80多萬輛轎車的氣體排放量。如果美國(guó)家庭全部使用節(jié)能燈具，國(guó)家一年能夠節(jié)省將近80億美元的電能消費(fèi)，相當(dāng)于1億輛轎車的氣體排放量。美國(guó)能源部已投入2000萬美元為推動(dòng)新型節(jié)能燈具的研究，到2020年，美國(guó)政府希望改進(jìn)后的照明產(chǎn)品能為消費(fèi)者節(jié)省超130億美元電費(fèi)，照明產(chǎn)品的節(jié)能將成為節(jié)能產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)。

日本因地理環(huán)境原因是十分注重節(jié)能的國(guó)家，日本經(jīng)濟(jì)工業(yè)省計(jì)劃在2030年前60%以上光源替換白熾燈的使用。日本的照明用電總量占全部用電量的20%，目前LED等節(jié)能燈的普及率已達(dá)到30%。到2030年可節(jié)約187億千瓦時(shí)的照明用電量，相當(dāng)于減少二氧化碳700萬噸的排放。

美國(guó)、加拿大、墨西哥、巴西、阿根廷、英國(guó)、澳大利亞、歐盟、日本、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)均提出了白熾燈退出市場(chǎng)的時(shí)間表，美國(guó)、歐盟、韓國(guó)、日本、中國(guó)等國(guó)家提出LED節(jié)能照明產(chǎn)品替代白熾燈的比例提議。最近3-5年是節(jié)能照明的發(fā)展關(guān)鍵期，各國(guó)政策均在大力推動(dòng)節(jié)能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展壯大。

1.2 我國(guó)照明行業(yè)最新發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

面對(duì)全球照明節(jié)能的迅速發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)也在積極制定、盡快實(shí)施減少能源浪費(fèi)，降低二氧化碳排放的節(jié)能政策，逐步禁止普通白熾燈、光效低于能效限定值的低效鹵鎢燈這類的產(chǎn)品生產(chǎn)、庫存、銷售、進(jìn)口、使用（2015年10月1日北京市建設(shè)工程中白熾燈由限制使用改為禁止使用）。我國(guó)發(fā)電總量的12%-15%用于照明用電，如果把目前正在使用的不節(jié)能白熾燈全部替換成高效的節(jié)能燈，每年可節(jié)省480億千瓦時(shí)用電量，等同于降低4800萬噸二氧化碳排放量，節(jié)能效果顯著。通過國(guó)家政策導(dǎo)向，使我國(guó)的照明電器行業(yè)的朝著更加健康的方向發(fā)展。LED、無極燈、太陽能等一批高效燈理論發(fā)光效率都在60%以上，無疑是未來綠色照明時(shí)代的最佳選擇。

1.3 照明節(jié)能的重要性

我國(guó)分別在《“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程》、《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中直接提出或間接涉及“綠色照明工程”規(guī)劃目標(biāo)，說明照明節(jié)能工作的緊迫性和重要性。建筑能耗中，空調(diào)系統(tǒng)能耗排名第一，照明系統(tǒng)能耗排名第二，照明燈具產(chǎn)生的熱量是空調(diào)的主要熱源之一。由此看出，照明節(jié)能在整個(gè)電氣節(jié)能體系中起著不可忽視的作用。

2 照明節(jié)能的技術(shù)措施

2.1 照明節(jié)能的理論依據(jù)

計(jì)算照明用電能耗的簡(jiǎn)單估算公式如下式：

W照明= ? ? × ?P燈，j ? × ?N小時(shí)數(shù)，j

式中：N燈，j 為建筑物理需要改造的j型光源的數(shù)量（包括整流器、電配線、住宅和點(diǎn)燈）;P燈，j 為每個(gè)j型光源的額定功率瓦特?cái)?shù)（應(yīng)當(dāng)說明電燈和整流器使用的電能）;N小時(shí)數(shù)，j為j型光源每年運(yùn)行的小時(shí)數(shù)。

因此，欲降低照明電耗，必須設(shè)法減少光源和整流器的額定功率，即式中的P燈，j，近幾年小型熒光燈和電子整流器等產(chǎn)品的科技進(jìn)步提高了照明系統(tǒng)能效;減少照明系統(tǒng)的使用時(shí)間，降低式中N小時(shí)數(shù)，j;減少光源數(shù)量，即式中的N燈，j。其他因素還包括選擇合理照度、高效燈泡流明和提高綜合效率、加強(qiáng)運(yùn)行管理等，

2.2 照明光源的實(shí)際應(yīng)用

自從1879年白熾燈誕生以來，白熾燈為照明領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，為人類的生活、工作提供了諸多便利。隨著時(shí)代變遷，普通白熾燈正在面臨被逐步淘汰的命運(yùn)。白熾燈缺點(diǎn)是能源利用效率低，能源浪費(fèi)達(dá)到95%，而這95%的電能消耗在加熱上，真正將電能轉(zhuǎn)換為光能的只有5%，其熱輻射性還存在火災(zāi)隱患，也使夏季空調(diào)制冷量和制冷耗電量明顯增加。與最早的照明產(chǎn)品相比，目前的照明產(chǎn)品已發(fā)生巨大變化，光源效果好、使用壽命長(zhǎng)是當(dāng)前照明節(jié)能產(chǎn)品的首選。由于不同光源發(fā)光原理不同，特性也各有不同，所以各有各的適用范圍、場(chǎng)所。簡(jiǎn)單介紹幾種經(jīng)常使用的高效節(jié)能光源。常用光源分類如圖1-1所示。

（1）發(fā)光二極管（LED-Light Emitting Diode）從1962年開始使用，從用于指示燈到顯示屏，從早期的只有千分之幾流明，發(fā)光效率只有0.1 lm/w 到目前的發(fā)光效率超過100 lm/w，這是一個(gè)創(chuàng)造性的艱辛歷程。而今，作為第四代光源，光源的能量消耗僅是白熾燈10%，是熒光燈能量消耗的50%，而壽命卻可以達(dá)到10萬小時(shí)，與白熾燈相比明顯減少了維修和更換的頻率。LED密封性能強(qiáng)和抗沖擊性能好，可在水下和環(huán)境惡劣情況下照明，優(yōu)點(diǎn)顯著;同時(shí)還具有溫度低、散熱效果好、外形精小、預(yù)熱時(shí)間短諸多優(yōu)點(diǎn)。

（2）無極燈是高頻等離子體放電無極燈的簡(jiǎn)稱，是綜合應(yīng)用多領(lǐng)域的高新科技產(chǎn)品。其性能優(yōu)于金鹵燈、高壓鈉燈等傳統(tǒng)光源，壽命可達(dá)5萬-10萬小時(shí)，比白熾燈節(jié)能75%左右，無頻閃有利于保護(hù)眼睛，光色柔和等優(yōu)點(diǎn)，是照明技術(shù)未來發(fā)展方向的新型光源。

（3）高強(qiáng)度氣體放電燈（HID-High Intensity Dischange）是高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈的統(tǒng)稱。典型光源為金屬鹵化物燈，是當(dāng)今優(yōu)秀的節(jié)能光源之一。具備熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)，而且還克服了這些燈的缺陷。金屬鹵化物燈匯集了氣體放電光源的主要優(yōu)點(diǎn)，適用于體育場(chǎng)館、道路、廣場(chǎng)等，這些環(huán)境面積寬擴(kuò)、所需覆蓋的光源多。綜上所述，使用不同的光源節(jié)電差別會(huì)很大。

（4）直管熒光燈其具有光效高、壽命好、光色好、使用方便等特點(diǎn)。產(chǎn)品有T5（管徑16mm）、T8（管徑26mm）、T12（管徑38mm）等。T5比T12管徑更細(xì)，體積減少80%以上，熒光粉材料也隨之減少80%以上，明顯降低了環(huán)境污染，可獲得更高的環(huán)保效益，更適用辦公室和學(xué)校等環(huán)境的使用。

（5）緊湊型熒光燈包括H型、U型、D型、環(huán)形等，比白熾燈節(jié)省65%-75%的使用費(fèi)用，產(chǎn)生的光通量是白熾燈的3-4倍/w，壽命是白熾燈的10倍。適用于辦公、場(chǎng)館輔助用房、門廳、走廊等場(chǎng)所。

2.3 照明燈具的實(shí)際應(yīng)用

優(yōu)質(zhì)節(jié)能照明燈具可以提升照明質(zhì)量，并具有很好的裝飾效果。燈具是除光源外第二要素，使用高效優(yōu)質(zhì)燈具有利于光源的光通量最大限度的發(fā)散出燈具以外，使照射效果理想。照明燈具采用平面反光鏡定向射燈、幅翼式配光燈、塊板式高效燈可以提高照明效果。盡量使用涂二氧化硅保護(hù)膜、鍍鋁、鍍銀、反射面燈等反射光系數(shù)高的表面材料。還應(yīng)考慮選用配光合理、反射效率高、損耗小、耐用性好的反射式燈具。以教室為例，照明一般采用高效節(jié)能日光燈，燈具安裝在教室通道和課桌上方，盡量與學(xué)生主視線平行，與桌面距離不應(yīng)小于1700mm，黑板照明應(yīng)采用斜照式黑板專用投光燈，燈具應(yīng)充分考慮照度均勻度與防止直射炫光，且黑板上垂直照度應(yīng)高于水平照度，同時(shí)還應(yīng)考慮便于維修保養(yǎng)的照明器具。

2.4 整流器在照明節(jié)能技術(shù)中的實(shí)際應(yīng)用

（1）傳統(tǒng)型電感整流器雖然具有壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全系數(shù)高、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是體積大、噪音大、有頻閃、功率損耗高、功率因數(shù)低等因素，正在逐步退出市場(chǎng)。節(jié)能型電子整流器和節(jié)能電感整流器已成為市場(chǎng)主要銷售產(chǎn)品。

（2）節(jié)能型電感整流器是采用低耗材料，其能耗介于傳統(tǒng)型和電子型之間，節(jié)能型電感整流器自身功耗比傳統(tǒng)電感整流器節(jié)能40%-60%，使用壽命為10年-20年，是傳統(tǒng)電感整流器的2倍。25W-60W管型熒光燈在使用節(jié)能型電感整流器和電子整流器時(shí)，經(jīng)測(cè)算，節(jié)能型電感整流器具有較優(yōu)異的性價(jià)比，光源的功率越大節(jié)能效果越好。目前節(jié)能型電感整流器在我國(guó)有較大的發(fā)展前景，已被國(guó)家列為“中國(guó)綠色照明推廣產(chǎn)品”。

（3）電子整流器自身重量輕、功率因數(shù)高、燈管光效可提高10%、體積小、無頻閃、無噪聲、可調(diào)光、允許電壓偏差大等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)較高、質(zhì)量不穩(wěn)定，存在大批劣質(zhì)產(chǎn)品。電子鎮(zhèn)流器大量使用時(shí)，應(yīng)選擇功率因數(shù)高、諧波含量低、異常狀態(tài)保護(hù)齊全、性能可靠的電子整流器。

3照明配電及節(jié)能控制

3.1照明配電節(jié)能措施

合理設(shè)計(jì)照明配電系統(tǒng)對(duì)提高照明質(zhì)量和節(jié)能效果非常重要。變配電室應(yīng)位于供電半徑的中心位置，減少主干線的長(zhǎng)度，以便降低線損，減少壓降。如果線路電壓過高，超過線路電壓的10%會(huì)縮短光源的壽命、同時(shí)增加能耗。如電壓過低，低于10%則降低光源發(fā)光效果，不能達(dá)到照度要求。照明配電干線負(fù)荷應(yīng)均勻分配，各相之間負(fù)荷值不超平均值的 15%。如果將單相配電改為三相配電，線損僅是原來20%，可大幅降低線路損耗。配置電感整流器的HID燈應(yīng)設(shè)置電容補(bǔ)償器，使功率因數(shù)提高到0.9，燈具內(nèi)裝設(shè)補(bǔ)償電容，可降低線路能耗、減少電壓損失。

3.2 照明的控制方式

通常的照明都是為夜間使用而設(shè)計(jì)，但實(shí)際工作與生活中，有時(shí)白天也需要開燈，當(dāng)自然光照充足時(shí)經(jīng)常忘記及時(shí)關(guān)燈，會(huì)造成不必要浪費(fèi)。諸如此類情況還很多，這樣就需要對(duì)照明開關(guān)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在樓梯間、走道、衛(wèi)生間、雨棚等人員停留時(shí)間不長(zhǎng)的場(chǎng)所，可以使用翹板式開關(guān)、紅外式延時(shí)開關(guān)、聲光控延時(shí)開關(guān)、觸摸式延時(shí)開關(guān)等，在條件允許的環(huán)境優(yōu)先使用紅外式延時(shí)開關(guān)。以住宅的樓梯間照明為例，將翹板式開關(guān)改為紅外式延時(shí)開關(guān)，該住宅樓 10 棟，每棟6層，每層安裝功率為 21W 吸頂節(jié)能燈1盞。照明控制節(jié)能經(jīng)濟(jì)分析如下：

（1）采用普通翹板開關(guān)控制，每天照明 12h，樓梯間總用電量：

年總用電 =21/1000×12×6×10×365=5518.8kW·h

（2）如果將翹板式開關(guān)改造為紅外式延時(shí)開關(guān)控制，并按照樓梯間里活動(dòng)時(shí)間的規(guī)律對(duì)樓梯間照明情況進(jìn)行折算，每層住54 人，每人每天在紅外感應(yīng)光控開關(guān)感應(yīng)范圍內(nèi)平均活動(dòng)次數(shù)5次，每盞燈在有人活動(dòng)時(shí)照明時(shí)間為20s，則樓梯間總用電量：

年總用電 =21/1000×（20×54×5）/3600×6×10×365=689.85kW·h

在兩種控制開關(guān)照明用電量對(duì)比下，改造前后相差用電量4828.95 kW·h，采用紅外式延時(shí)開關(guān)對(duì)樓梯間進(jìn)行照明控制，可以大幅降低用電量，節(jié)能效果十分顯著。

4 利用可再生能源

4.1 自然光的利用

室內(nèi)應(yīng)盡可能多的使用自然光照，自然光照對(duì)人們的精神和身體有調(diào)節(jié)作用，可以提高工作效率，使生活更加健康。合理利用自然光照，在建筑物初期設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)予以考慮，充分利用側(cè)面、頂面讓自然光進(jìn)入房間，滿足人們對(duì)通風(fēng)、采光的需求，同時(shí)也達(dá)到節(jié)能的效果。提高室內(nèi)亮度還可以在選擇墻壁裝飾時(shí)以明亮顏色為主色調(diào)，達(dá)到很好反射光的效果。隨著科技不斷發(fā)展更新，越來越多的高新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，比如導(dǎo)光管等技術(shù)的運(yùn)用，為充分運(yùn)用自然光照提供了良好的產(chǎn)品保障。

4.2 太陽能開發(fā)與利用

開發(fā)和利用太陽能照明系統(tǒng)是極具前景的事業(yè)，太陽能照明的效率和性價(jià)比得到提高，極大地推動(dòng)我國(guó)“ 綠色照明工程”的快速發(fā)展，太陽能照明系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了照明用電太陽能化，可以讓大自然為我們的照明用電買單。太陽能照明系統(tǒng)具有創(chuàng)新性、實(shí)用性，但是需要一定的技術(shù)為其提供支持和保障。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，可以與市電相結(jié)合的方式，當(dāng)太陽能照明系統(tǒng)電量不夠時(shí)，用市電補(bǔ)充，這樣既節(jié)省了能源，又能增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)論

從國(guó)家導(dǎo)向到個(gè)人習(xí)慣，節(jié)能已是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。在全球都在為節(jié)能做出努力時(shí)，我國(guó)在此領(lǐng)域也取得了顯著成效。想要達(dá)到照明節(jié)能的目的，需要在根源上解決這一節(jié)能問題，具體表現(xiàn)為：

（1）國(guó)家對(duì)照明節(jié)能的政策支持;

（2）企業(yè)不斷加大的技術(shù)資金投入，研制出科技含量高、符合人們實(shí)際使用習(xí)慣的新型節(jié)能產(chǎn)品;

（3）照明方案在最初設(shè)計(jì)階段充分考慮節(jié)能效果;

（4）培養(yǎng)節(jié)能習(xí)慣，增強(qiáng)個(gè)人環(huán)保意識(shí)。

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