绿色照明中国节能产业跨世纪的战略.docx
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绿色照明中国节能产业跨世纪的战略.docx
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绿色照明中国节能产业跨世纪的战略
一、绿色照明─中国节能产业跨世纪的战略
1.1绿色照明
●是指通过科学的照明设计,采用高效节电照明产品,达到节电、保护照明环境和提高照明质量的统称;
●是国际发展趋势和国家现代化的标志;
●我国已将“绿色照明工程”列为重点推广项目和节能产业跨世纪战略;
1.2绿色照明是系统工程
绿色照明是照明节电、减少对环境污染、保护生态平衡的系统工程。
实施“绿色照明”包括:
●推广使用高效节能电光源,如细管径荧光灯、电子节能灯等;
●推广使用高性价比节电照明电器附件,如电子镇流器、调光装置、智能照明控制设备、光控开关等;
●采用高效节能灯具,提高灯饰透光率、反射率等;
●控制生产和使用中产生的污染,包括汞、稀土元素,以及灯、灯具高频工作产生的电磁干扰等;
●采用先进照明设计,合理选用高效节能产品,营造现代照明环境和光文化;
●组织制定有关政策、法规、标准,培育技术和市场,促进推广应用等;
1.3绿色照明产品
●泛指能创造绿色照明环境的产品,包括新型、高效、节能电光源和配套照明电器附件、灯具及控制器等;
●“中国绿色照明工程”现阶段重点发展和推广应用的绿色照明产品包括:
―光效高、光色好、寿命长、安全和性能稳定的节能电光源,如细管径荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯及其它新型光源等;
―自耗小、省电,对环境、人体无污染和影响的照明电器附件,包括电子镇流器、节能型电感镇流器、电子变压器等;
―光能利用率高,安全、可靠,美观、适用的照明灯具;
―传输效率高,电能损耗小,使用安全可靠的配线器材,各种调光装置,感应、光控开关和遥控等控制器具;
―集光、电、IT技术于一体的智能照明系统;
1.4绿色照明,功在当代、利在千秋
●缓解电力供需矛盾。
目前,我国照明用电1500亿度(占总发电量10%),约相当长江三峡电站年发
电量的2倍,缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈;
●实施“中国绿色照明工程”,可节电300亿度,节约原煤1500亿吨,减少污染、保护环境;
●推动产业结构调整和技术进步;
●产生巨大的社会经济效益;
―11W电子节能灯替代60W白炽灯可节电48W,按4小时/天使用计算,年节电71度,全国替换2亿只,年可节电142亿度;
―全国家庭2.76亿户(含农村2亿户),照明仍以白炽灯为主体,加上企事业、公用设施用白炽灯,数量可观。
若全部改用电子节能灯,年可节电938亿度,超过长江三峡总发电量,是葛洲坝水电站年发电量的5倍;
1.5全球“绿色照明”新发展
●美国九十年代初首先推出“绿色照明计划”,随着全球绿色环保运动的兴起,已在各国推广,并有新发展:
―美国正在开展旨在降低生产、销售成本和扩大市场容量的“能源之星”活动和“大宗采购计划”;
―欧盟各国在开展电力需求管理活动(DSM)基础上,将“绿色照明计划”扩展到私人公司或团体;
―中国等发展中国家正逐步实施“绿色照明计划”。
近年环绕提高产品技术、质量水平,提高节电产品认识和建立持续、高效照明产品市场三大主题工作;
●全球“绿色照明”运动呈现三大特点:
―美国“绿色照明”成功经验和“能源之星”活动是全球“绿色照明”活动的典范;
―组织“大宗采购计划”是推广“绿色照明”的有效方法;
―建立非补贴、可持续化高效照明产品市场是各国发展的目标;
二、绿色照明新一族—节能电光源
2.1照明电光源的发展
电光源是当今照明的主体,自1879年白炽灯问世以来,发展经历了三代:
●第一代热辐射光源
―利用钨丝发热而发光。
代表产品为白炽灯和60年代开发的卤钨灯;
―优点:
结构简单、光色好、发光柔和稳定、成本低,使用方便;
―缺点:
光效低、耗电大、寿命短,逐步为节能电光源取代;
●第二代气体放电光源
三十年代起开发,较白炽灯发光机理不同(辉光放电),发光效率有质的飞跃。
代表产品:
―荧光灯(1938年问世),光效高白炽灯5倍,作一般照明;
―低压钠灯,光效高白炽灯十几倍,光色单一(黄光),只能作道路、隧道照明;
―高压气体放电光源(高压汞灯、大功率氙灯等),功率大、光效高,用作场馆和泛光照明;
表2–1照明电光源发展简况
类别
灯种
开发
年代
光效
(Lm/w)
平均寿命
(小时)
优缺点
应用
第一代
热辐射
光源
白炽灯
1879
9~34
500~
1000
光线柔和、稳定,成本
低;光效低、寿命短
室内外
卤钨灯
60~70
20~50
第二代
气体放电
光源
荧光灯
1938
40~50
5000
光效较高、显色性提高
室内
低压钠灯
30~40
54~144
色单一、显色性差
道路、隧道
高压汞灯
大功率氙灯
50~60
40~50
室内、
泛光照明
第三代
细管径荧光灯
(T8、T5)
70~95
50~105
5000
~
20000
三基色、体积小、寿命
长;功率小;
室内
紧凑型荧光灯
70末
高压钠灯
66~80
55~140
显色性好(﹥60)、光
色多、光效高;寿命长
道路、场馆
照明工程
金属卤化物灯
60~90
80~125
新光源
耦合放电
高频无极灯
90
55~65
﹥40000
光效高、显色性好、寿
命长;功率小;
室内外
螺旋一体灯
10000
陶瓷金卤灯
光效高、光性能稳定;
介质放电
紫外光源
90末
6000~
12000
光效高、性能稳定;
研制中
表面放电
平面荧光灯
27
光均匀、无汞、低温性
能好;光效低
微波放电
微波金卤灯
90末
80~110
﹥30000
启动快、光稳定、寿命
长;功率低、成本高;
微波准分子灯
微波硫灯
光效高、寿命长;
结构复杂、成本高;
●第三代节能气体放电光源
六十至七十年代起开发,代表产品:
―细管径荧光灯(T8、T5)
―紧凑型荧光灯(电子节能灯)
两类灯较普通荧光灯光效高(从40~50Lm/W提高到80Lm/W)、显色性好、寿命长、且结构紧凑、通用性好,已成为室内照明主体;
―高强度气体放电光源(HID),如高压钠灯(HPS)、金属卤化物灯(MH),六十年代研制、八十年代形成规模生产。
较高压汞灯光效高(1~1.5倍),显色性好(Ra﹥60),寿命6000小时以上,广泛用于道路、场馆、大型照明工程等。
―八十至九十年代已开发出一批新型节能气体光源,包括:
●无汞荧光灯●高频无极荧光灯
●平面荧光灯●高显色性高压钠灯
●陶瓷金属卤化物灯●微波硫灯
表2–2主要灯种性能比较
灯种
功率(W)
光效(Lm/W)
显色指数(Ra)
平均寿命(小时)
频闪效应
表面亮度
白炽灯
5~1000
9~34
90~100
500~1000
不明显
大
普通荧光灯
3~125
40~50
﹥60
2000~5000
明显
小
紧凑型荧光灯
(电子节能灯)
3~26
50~105
﹥60
6000~8000
无
小
HID灯
(HPS、MH)
35~1000
55~140
60~90
20000
不明显
大
表2–3主要灯种节电效果比较
灯种
替代光源
节电比例(%)
使用、替代情况
备注
T12荧光灯
白炽灯
70~73
室内外照明,无条件替代
粗管径
T8荧光灯
T12荧光灯
10~20
室内照明,逐步替代
细管径
T5荧光灯
T8荧光灯
20~30
同上
细管径
紧凑型荧光灯
白炽灯
70~83
室内照明(调光要求除外)
电子节能灯
高压钠灯(HPS)
高压汞灯
56~60
道路、场馆,逐步替代
金属卤化物灯(MH)
高压汞灯
42~46
商场、宾馆,逐步替代
2.2节能电光源
泛指光效高或节电效率高的光源,主要为第三代节能光源和新光源。
2.2.1细管径荧光灯
●针对普通T12(φ38㎜)荧光灯耗材、发光效率低等缺点,七十年代末飞利浦公司开发出T8(φ26
㎜)细管径荧光灯,目前已逐步替代T12管。
T8荧光灯较T12灯有以下优点:
―节电,在光通量相同条件下T8节电约10%~20%,光效(70Lm/W)提高15%;
―节材约30%;
―表面亮度提高约20%;
―附加成本(仓储、运费等)降低50%;
―与T8管脚、长度相同,易互换;
●我国T8管产量已突破2000万只,主要厂家飞东照明公司、佛山照明公司、北京松下显像管公司等;
表2–4管型荧光灯分类及尺寸
灯功率
20
30
36
40
65
80
85
125
长度(m)
0.6
0.9
1.2
1.2
1.5
1.5
1.8
2.4
直径(mm)
T5(ф16)T8(ф26)T10(ф32)T12(ф38)
发光颜色
日光色(RR)暖白色(RN)冷白色(RL)等
表2–5T8荧光灯主要参数
类型
功率(W)
长度(mm)
光通量(Lm)
光效(Lm/W)
寿命(h)
经济型
(普通荧光粉)
18
600
1050
58
8000
36
1200
2500
69
8000
豪华型
(三基色荧光粉)
18
600
1500
83
16000
36
1200
3350
93
16000
●九五年,飞利浦、美国GE公司相继生产T5荧光灯(ф16mm),比T8灯节电20%~30%;具有管电流一致性好、管压降高等特点,光效可达106Lm/W、寿命16000小时,我国上海真空电子器件公司已开发生产;
●九六年,日本东芝公司推出T5环形荧光灯,光通量提高1.5倍,并注重改善显色指数(高显色性Ra可达85~95);
表2–6常用细管径荧光灯
产品
管径Ф(mm)
功率(W)
替代产品
备注
T8
(略新)
26
36
T12/40W
北美已结束
欧洲已开始
18
36
T12/20W
T8(较新)
26
32
T8/36W
北美已开始
T5
(最新)
16
28
T8/36W
将开始
16
14
T8/18W
2.2.2紧凑型荧光灯(CFL)
●俗称电子节能灯。
具有光效高(是普泡4-5倍)、节电明显、寿命长(是普泡5-8倍)、体积小、使用方便等优点;
●79年,飞利浦最先推出SL型灯。
我国82年开始研制,99年产量1.2亿只(占世界总产量35%),但质量参差不齐,寿命一般为3000~5000小时(国外10000小时);
●CFL分整体式(一体灯)和分离式两类。
发展方向是一体灯,原因:
―互换性好,有H、U、π、D等不同紧凑型,尺寸形状接近白炽灯,且发光面积大;
―采用稀土三基色荧光粉及涂敷新工艺,提高光效、降低色温;
―内置电子镇流器,省电、启动快、无频闪躁声,使用方便;
表2–7CFL替代普灯节电效果
CFL替代普泡
光通量(Lm)
单灯节电(W/只)
单灯年节电(度/年.只)
9W替代40W
400
31
46.5
11W替代60W
600
49
73.5
15W替代75W
900
60
90
20W替代100W
1200
80
120
●为提高灯功率,95年美国GE公司生产出螺旋一体灯(13-48W),在保证紧凑尺寸和配光曲线同时,光效提高到60-70Lm/W(是白炽灯7-8倍),寿命1万小时以上;
图2–1插入式螺旋一体灯
2.2.3高压钠灯(HPS)
●属高强度气体放电光源(HID),在光效、显色性和寿命方面有明显优势(表2-3),另具透雾力强和不诱虫等特点,已广泛用于道路、场馆等照明;
●主要品种
A普通型—光效高、寿命长,但显色性较差,适合一般道路、场馆等照明;
B替代型—可直接替代高压汞灯,满足照度同时功率略有下降;
C舒适型—显色性好,可扩展室内外重要场合照明;
D高光效型—改进光电管结构并填充高压氙气,光效高达140Lm/W,是理想电光源;
E高显色性—白色高压钠灯,高显色指数(﹥80),适合高要求照明场合使用;
F农艺型—有特殊光色,适合农艺栽培照明;
2.2.4金属卤化物灯(MH)
●60年代初,钠-铊-铟金卤灯问世,最大优点是光色好(Ra=65-90)、光效可达130Lm/W,平均寿命1~2万小时。
九十年代技术日趋成熟,正逐步替代卤钨灯、高压汞灯和高压钠灯,是发展广阔的新光源;
●主要类别:
稀土金卤灯、光谱型金卤灯(钠-铊-铟系列)、连续辐射型金卤灯和单色性金卤灯等;
●我国八十年代末生产,目前年产量已达200万只,主要厂家:
上海亚明灯泡厂、浙江阳光集团等;
表2–8主要气体放电光源性能比较
性能
高压汞灯
高压钠灯
金卤灯
光效(Lm/W)
250W
51
121
80
400W
55
132
95
1000W
60
147
112
显色性(Ra)
20~40
30~65
65~90
2.3荧光灯产品的技术发展
2.3.1发展主题
●保护环境.从三方面入手:
―提高光效、减少能耗;
―减少用汞量、开发无汞荧光灯;
―采用低铅或无铅玻璃,推广应用水涂粉工艺技术等;
●节约能源.包括:
―提高光效,改善显色性;
―开发新型点灯附件(如电子镇流器、智能控制系统)、提高节电效果;
―提高生产工艺、设备水平,降低生产能耗;
●满足市场、用户要求
―开发不同光色、不同显色性能和不同形状荧光灯;
2.3.2技术发展趋势
环绕提高光效、光色、寿命三大主题和以下课题进行:
●研究低压气体高频放电特性,包括惰性气体---汞高频放电特性,并从灯及电子镇流器方面改进;
●控制汞量,采用汞齐、涂敷保护膜,改善荧光粉表面特性;
●开发无汞荧光灯,包括研究准分子等离子特性,开发光子激发荧光粉等;
●研究应用Al2O3等保护膜及涂敷工艺,提高光通维持率;
●研究应用高频无极灯,降低干扰、提高光效;
●改善电子镇流器性能,实现对荧光灯可调光功能,适应智能照明系统应用;
●研究荧光灯光谱特性、显色性能等,开发适应各种需要的特种荧光灯;当今,应特别重视高频无极荧光灯、平面荧光灯、无汞荧光灯等产品的开发;
2.4HID灯的技术发展
●为使HID灯(特别是MH)向室内照明发展,HID灯正向灯功率大型或小型化、光色稳定性(低色温)好、高显色性和超长寿命方向发展;
●主要研究课题:
―发光机理,包括高温热化学反应、高频高压启动和声共振现象等;
―新材料,主要是放电管管壁(如半透明陶瓷管)及电极材料;
―配套电器附件,重点是一体式电子镇流器。
包括解决:
承受高压/大电流冲击、降低温升、二次热启动和高频声频共振四大技术难题;
―开发新系列品种,重点是陶瓷金卤灯、车用小功率金卤灯等;
三、电子镇流器—绿色照明新一代产品
3.1电子镇流器基础
3.1.1电感镇流器
1.管型荧光灯是气体放电灯,传统使用必须有“启辉器”和“镇流器”:
●启辉器:
并接灯管两端。
通电后,能产生高电压,迫使灯管“放电”―导通―发光,是荧光灯正常工作的启动器;
●镇流器:
与灯管串联。
能自动限制启动电流的增大(灯管负阻效应),使灯管获得稳定的灯电压、灯电流,是荧光灯正常工作的镇流装置;
2.荧光灯的启动电压、灯电压、灯电流与灯管类别有关,使用启辉器和镇流器必须与之匹配,否则影响灯管寿命,甚至不能工作;
3.电感镇流器(又称铁磁式镇流器)用铁芯和漆包线绕制。
结构简单、成本低,但自耗大(40W镇流器实际功耗48W),易产生“热”和噪声,还因低频工作产生100~120HZ频闪,且体积大、重量重;
3.1.2电子镇流器
电子镇流器是将工频(50HZ/60HZ)交流电变换为较高频率的交流电,并能使一个或几个荧光灯正常
启动和稳定工作的变换器(国外称安定器)。
1.基本原理:
用电子元器件组成高频变换电路。
先将照明交流电源整流变成直流电,再由“逆变器”变为高频交流电,由振荡电路产生20~50KHZ的高频电压去启动和点亮荧光灯,经调整可正确与灯匹配,满足不同功率灯管的启动电压、灯电压和灯电流,达到正常工作。
2.优点―电子镇流器较电感镇流器有以下优点:
(1)节电省钱
●比同规格电感镇流器节电25~30%,原因:
—高频工作,提高灯发光效率。
图3–1曲线表明:
光效随工作频率(50HZ~50KHZ)提高而增加,
同光照度下电子镇流器输入功率降低;
—自身功耗低,约为灯功率的5%(较电感镇流器降低15%);多管驱动和高功率的电子镇流器节电
效果更显著;
—线路功率因数提高(由电感镇流器的0.5提高到0.9以上),电网利用率相应提高,实现间接节能;
●发光效率高,产生热能小,空调房等用电量相应减少;
●功率因数高,输入电流减少,电力配线安装要求及
成本降低;
●不需启辉器,省去更换时间和费用;
(2)无频闪,发光柔和,有益保护视力;
(3)启动快,不出现反复起辉、闪烁现象;有预热启动
功能,大大延长灯管寿命;
(4)工作宁静,无噪声,提高照明环境质量;
(5)可用市电和直流电源供电,低压(150V)下能启动,
允许电压波动范围宽(±10~15%);图3–1荧光灯光效频率变化曲线
(6)采用调频、脉宽调制(PWM)、光接收等技术,容易
实现对荧光灯调光和光控智能开关;
(7)具异常状态(灯开路、短路、过载等)保护功能,延长镇流器寿命;
(8)体积小、重量轻,安装使用方便;
表3―1电子镇流器与电感镇流器性能比较(40W)
项目
电感镇流器
电子镇流器
光照质量
●工作频率50HZ,有严重频闪
●电感线圈镇流,噪声大
●有害视觉
●工作频率﹥20KHZ,无频闪
●电子器件镇流,无噪声
●光照质量改善,保护视力
启动
工作
条件
环境温度
-5℃~+50℃
-10℃~+50℃
电网电压
低于180V不能正常启动
低至150V仍能正常启动、工作,
但光通量降低
工作温度
●最高达+120℃,影响室内温度
●自身温升大,易发生火灾
•+50℃左右
●有过热控制、保护措施
电
能
消
耗
线路电流(A)
0.43
0.2
有功损耗(W)
49
42(节电14%)
无功损耗(W)
●电网有50%无功损耗
●电网有3%无功损耗•无功节电
45%以上
后期维护
●低压或低温时,不能一次启动,
多次启动易损坏灯阴极,缩短灯
管寿命
●启辉器寿命短,需经常更换
●频繁维修,易损坏灯具
●具预热功能,一次启动,可延长
灯管寿命
●无需更换启辉器
●具异常状态保护功能,延长镇流器
寿命
3.2电子镇流器的发展
1978年,飞利浦公司率先研制出电子镇流器。
随着光源技术的进步和开发应用,电子镇流器已经历五代发展:
●第一代:
普通(简单)型电子镇流器
七十年代末生产,是低频向高频过渡的产品。
多半采用简单电子线路,功能单一,缺乏可靠性和对电网影响考虑。
电器性能差:
功能因数小于0.6,电流谐波含量高达130%。
无预热启动和异常保护功能,严重影响灯管和镇流器寿命,并对电视机等有严重干扰,已不再生产使用;
●第二代:
无源滤波“高功率因数电子镇流器”
在第一代基础上,按IEC标准和国标GB15143/15144生产。
采用无源滤波技术和功率因数校正电路(PFC),提高功率因数(﹥0.9)、抑制谐波含量(THD﹤30%),并设计预热启动、异常状态保护等功能,使镇流器性能和可靠性有较大改善,加上电路简单,成本较低,有较强市场竞争力。
缺点是灯电流波峰系数CCF超过标准(﹥1.7),对灯管寿命不利。
此外,抗电磁干扰(EMI)差,易引起线路干扰;
●第三代:
有源滤波“高性能电子镇流器”
为克服电子镇流器电流谐波含量大而对电网污染(称“银网痼疾”),国外九三年开发出有功率因数补偿功能的高性能电子镇流器。
采用有源滤波单端脉宽调制(PWM)技术,抑制电流波形失真,实现了高性能:
功率因素﹥0.98,THD﹤10%,CCF﹤1.7。
同时,采用预热软启动、零电压开关(谐波逆变)、电磁兼容(EMC)等新技术,使性能、可靠性进一步提高。
缺点:
电路较复杂,成本及生产工艺难度相对提高。
但多管驱动镇流器(如2×40W以上)多半采用此技术,成本相对下降。
●第四代:
高性价比电子镇流器
九十年代起开发。
特点是采用集成技术,省去振荡电路和磁环等,将部分元器件制成专用集成电路(ASIC)或混合厚膜电路,并采用有源谐振电路使逆变器线路简化,同时,广泛采用表面贴装器件(SMD)和技术(SMT),大大提高产品性价比和可靠性,是镇流器发展的主流;
●第五代:
特种电子镇流器
九十年代中、末期,根据市场需要,相继开发出可调光、光控电子镇流器,并在高强度气体放电灯(HID)电子镇流器研制中取得进展。
电子镇流器在气体放电灯—自镇流荧光灯中几乎全部取代了电感式镇流器;
表3–2电子镇流器种类及特点
类别
性能
优缺点
应用
功率因数
(λ)
谐波含量
(THD)
灯电流波峰比
(CCF)
第一代
普通型
0.5~0.6
>130%
≥2.5
●线路简单、成本低、
有节电功能;
●性能差、功率单一;
●小功率、电压波
动小;
●已逐步淘汰;
第二代
高功率因数
≥0.90
≤30%
约2.0
●无源滤波,PFC电路
●有预热、异常保护功
能;
●性价比较高
●中功率
●广泛应用
第三代
高性能
≥0.98
≤10%
﹤1.7
●有源滤波,PWM电路
●高性能、功能齐全
●性价比适中
●中功率以上
●电压波动范围大
●多管驱动
第四代
高性价比
>0.99
<10%
﹤1.7
●集成技术(ASIC)和
厚膜电路
●应用SMD(SMT技术)
●性价比高
●推广应用
第五代
特种型
>0.98
<10%
﹤1.7
●可调光、光控开关
●HID灯电子镇流器
已开发应用
我国电子镇流器开发生产已有十几年历史,产品总体水平在第二、第三代,现状大体如表3-3;
表3-3国产电子镇流器现状
项目
类别
预热
启动
异常
保护
电磁
兼容
λ
THD
CCF
可靠性
销价
(元/只)
性价比
应用
普通改进型
不定
不定
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 绿色 照明 中国 节能 产业 跨世纪 战略
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