绿色照明工程处理技术

 1.固体光源技术（发光二极管LED）

采用半导体发光二极管(LED)来作照明灯的技术称之为固体光源技术。大规模固体电光源，不仅可给人们带来美的享受，而且也符合环保要求。荧光灯的冷色调辉光则逊色于更加柔和的LED ，这是因为可通过对LED 光的颜色和其空间分布来提升LED 光的柔和感。采用LED 固体电光源，全球电光源所耗的电力就将降低50 %以上，而全球总耗电力则可降低10 %以上。同时，跟电厂相关的碳排放量则可望降低10 %还多。

每个发光二极管发出的光通量只有10lm。所以必须要有多个发光二极管组合才能用于照明。幸而发光二极管的体积9很小，在封装后其尺寸也只有几个毫米，可以很方便地将它们组合起来构成新的照明器。

①   模块型照明器

这是一种最简单的照明器，均匀排列在平板上一组发光二极管和覆盖其上的光扩散板构成，它是一种面光源，其光利用率较高，光线柔和，可用于普通照明和局部照明。

②   导光板型照明器

它由一组排列的发光二极管和导光板组成。二极管发出的光从侧面照入导光板。导光板一面涂有反射膜，光线进入导光板后，部分被反射，另一部分透射，使导光板均匀发光，图$。二极管出射光分布应与导光板匹配，以提高光耦合效率。这种照明器运用于液晶背光照明、仪表、仪器照明等。

③   聚光型照明器

它由一组排列在凹形球面上和菲涅耳透镜组成的聚光灯。二极管发出的光线会聚在球心上，形成一虚光源，然后由菲涅耳透镜把光线射出去。调节菲涅耳透镜相对球心的位置，可得到不同的光线扩散角。这种照明器适用于各种定向照明、投光照明和指示信号灯。

④   反射型照明器

它由一组排列在凸形球面上的发光二极管和反射镜组成。二极管发出的光线与位于球心的电光源发出的光线等效。球心位于反射镜的焦点上，反射光线与反射镜形状有关，如抛物反射镜的反射光为平行光，椭圆反射镜的反射光为会聚光，可根据使用要求选择反射镜形状。可用于小型投光灯。

⑤ 散热技术

一个好的灯具散热系统光选择低热阻的LED器件是远远不够的，它必须有效降低PN 结到环境的热阻，以此尽可能降低LED 的PN 结结温来提高整个LED 灯具的寿命。与传统光源不同的是，PCB 板即是LED 的供电载体，也是散热载体，所以PCB 的散热设计（包括布线，焊盘大小等）也尤为重要。

⑥   光学设计

LED 是一个点光源，又有方向性，如何利用好LED的这两个特性是灯具光学设计的关键。通过LED 点阵的设计和二次光学的设计，LED 灯具可以达到比较理想的配光曲线。例如在整体照明中，要求灯具的亮度高，可以使用线性LED 灯条，外加透过率较高的灯罩以提高出光效率，另外也有灯具加入导光板技术使LED点光源成为面光源，提高其均匀度而防止眩光的发生；一些辅助照明、层次照明中则需要一定的聚光效果，以突出被照物体，主要可以选择配一些聚光透镜来达到光学要求。除以上因素外，色温、亮度和色彩的控制也是光学上需要考虑的。

⑦   驱动设计

LED 是单极性器件，在实际使用中仅允许电流从固定一侧流入并从相应另一侧流出，因此不能在LED器件两端直接施加交变电流或电压，同时，为了获得稳定的LED 光通量输出，LED 器件的输入电压(顺向)或电流亦需稳定，所以必须选用LED 电源驱动器。一般可将LED 电源驱动解决方案划分为以下三大类：

(a) DC/DC应用：如手电筒，闪光灯，MR16，头灯，橱柜照明等；

(b) AC/DC应用：( ≤ 25W) 如普通照明，汞灯替代照明等；

(c) AC/DC 应用：( ≥ 25W) 如道路照明，隧道照明，铁路照明，洗墙照明等。

另一方面， 调光设计也是目前驱动的主流设计之一，这在一些情景照明中应用的比较多，根据不同环境调节出不同亮度，充分达到节能的效果。目前驱动器的主要设计方向主要围绕提高电源功率因子，降低本身功耗，提高控制精度，加快响应速度为主。除了驱动器的选择，PCB 板的布线，串并联方式也是设计时需要考虑的。

 

2.其他节能光源

① 卤钨灯

卤钨灯就是充有卤素的钨丝白炽灯。现在常用的是碘钨灯和溴钨灯。1959年人们发明了卤钨循环原理后制造出卤钨灯，它给热辐射光源注入了新的活力。这类灯体积小，光维持率达到95%以上，光效和寿命更明显的优于白炽灯。卤钨灯与普通白炽灯相比，发光效率可提高到30%左右，高质量的卤钨灯寿命提高到普通白炽灯寿命的3倍左右。

近年来，我国已生产出可直接用于电网、电压220V或110V的卤钨灯，其尺寸可小到14×54mm，具有优异的灯丝稳定性和抗震性。泡壳有透明和磨砂两种不同规格，灯头易于连接，与白炽灯一样。卤钨灯的另一改进措施是采用浸涂法、真空蒸镀法或化学蒸镀法，在石英泡壳上采用红外反射层技术制成的新型卤钨灯，让可见光透过，而将红外线反射回灯丝的过程，使灯的光效提高30-45%， 寿命可达3000h。

卤钨灯主要用于强光照明，例如，用于公共建筑、交通、拍摄电影、电视等。此外，有一类碘钨灯工作温度稍低，能发出大量红外线，可以做干燥器、烘箱的热源。还有一类碘钨灯可以用在灯光球场、体育场、游泳池等场合，既光亮又色彩逼真。

②高气压放电灯

         包括高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯，由于高强度气体放电灯具的光效较高、功率大、寿命长（达到10000左右），已成为大面积户外照明的首选品种。

         高压汞灯是利用汞放电时产生的高气压获得可见光的电光源，它由荧光泡壳和放电管两部分组成。放电管又细又短、内装高压水银蒸气，放电管外面有一椭球形的荧光泡壳。通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。它在发光管的内部充有汞和氩气，有的在内壳上涂以荧光粉，有的是完全透明的。高压汞灯它的发光效率与普通荧光灯差不多，使用寿命却比较长。它的缺点是显色性差些，发出蓝绿色的光，缺少红色成份，除照到绿色物体上外，其他多呈灰暗色，而且不能瞬时启动。高压汞灯适于高大厂房、体育场馆、仓储货栈、公路街道、广场、车站、码头、停车厂、立交桥、交易市场等等照明，是在公共场合应用很广的一个灯种。但发出的光中不含红色，它照射下的物体发青。

         高压钠灯是一种高强度气体放电灯，工作时发出金白色光，其发光管采用半透明氧化铝管制成，灯的外壳采用硬质玻璃。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。高压钠灯具有高效、节能、光通量高、透雾性强、光色柔和，寿命长等优点，广泛应用在广场、街道、机场、港口、隧道、大桥、工矿厂房等需要照明的场所。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，直至灯或电路中的零件、部件被过流烧毁。

         金属卤化物灯又称金属卤素灯，是利用极间距通过电流所形成的电子束与气体分子碰撞，激发产生光线，金属卤化物丸在参与整个发光过程中，绝大部分能量被转换成可见光，仅有很小部分能量转换成热量，从而产生了相当高的光效。镝灯是利用碘化镝、碘化钬的蒸气放电而发光的。碘镓灯是在石英玻璃灯管内，充入碘化镓、定量的汞及稀有气体，两端有钨丝电极。金属卤化物灯作为一种新型光源，具有发光效率高、光色好、应用范围广、是重要的节能光源。与发出暗黄色光的高压钠灯和发出蓝色光的高压汞灯相比，金卤灯所发出的舒适纯白色光受到大多数工业场所和商业场所喜爱。它可使暗室内或夜色下的景致如同在阳光照耀下一样色彩艳丽。金属卤化物灯可制成由20W到30000W不同功率的光源，可广泛用于彩色电影电视的录制播放、印刷制版、体育场馆、广场、街道、铁路、码头、施工工地、大型厂房等的照明。

③高频无极灯

高频无极灯亦称高频等离子体无极放电灯，或高频等离子体放电无极灯，是国际上新近推出的一种新型照明器具。它是基于荧光灯的气体放电原理和高频电磁感应原理相结合的一种新颖光源；它是综合利用功率电子学、等离子体、磁性材料等领域最新成果的高新技术产品。高频无极灯有三部分组成，灯泡、偶合极子和高频激励源。它是综合利用功率电子学、等离子体、磁性材料等领域最新成果的高新技术产品，又称电子灯泡。该灯由高频发生器、功率耦合器和涂有稀土三基色荧光粉的灯泡三部分组成。它的工作原理是：高频电磁场能量以感应方式耦合进灯泡内，使灯泡内的气体雪崩电离形成等离子体，等离子体受激原子返回基态时自发辐射出254nm的紫外线，灯泡内壁荧光粉受到紫外线激发而发出可见光。这项技术比较新，高频无极放电灯的主要特点是无灯丝或电极，因而寿命特别长，可达数万小时，是其它电光源产品无可比拟的。同时，发光效率也很高，可达60lm/W以上，且显色性好，无闪烁，可瞬时启动。高频无极放电灯特别适合于需要长期照明而更换灯具困难的场所。如商业照明和公用照明：商场、办公大楼、大厅、博物馆、车站、码头、机场、高速公路、隧道、市政道路设施等。

④   稀土三基色紧凑型荧光灯

一般有两种结构: 一种是由灯头、镇流器、灯管构成， 这些部件固定连接在一起， 因此称之为一体化紧凑型节能荧光灯。其中的镇流器又有电感镇流器、电子镇流器、节能型电感镇流器之分。另一种为灯头与镇流器连接固定， 灯管可插进、拔出，同功率灯管可替换， 称之为插拔式紧凑型荧光灯， 这种灯的镇流器多为电感镇流器。灯头的规格有E14， E27 等， 特殊用途的有E40。采用的材料有铁镀锌、铝和铜等; 镇流器的体积， 电感镇流器比节能型电感镇流器体积稍大， 电子镇流器可做得小巧玲珑， 甚至大部分可放进灯头里; 普通电感镇流器的自身功耗较大， 约占整个灯耗的1/3～ 1/4， 节能型电感镇流器比普通电感镇流器功耗小得多， 电子镇流器自身功耗最小。

 

3.节能灯具

选用高反射材料和改进配光设计以提高灯具效率; 发展节能光源灯具品种， 例如大功率高光效光源用于室内照明的灯具、配电子镇流器的一体化灯具、局部照明的不同光束角灯具等; 开发导光管照明系统。美国能源部大楼使用的硫灯就是通过导光管照明的。

①导光管照明系统

导光管照明系统主要由人工光源或定日镜(日光采集器) 和导光管构成，导光管可将来自于光源或定日镜的光通量传播至照明场所，因此，导光管的性能决定着照明质量的优劣，它在整个系统中起着重要的作用。目前，世界上生产的导光管主要有两种类型:有缝导光管和棱镜导光管。

有缝导光管：这种导光管截面呈圆筒状，内表面喷涂有高反射率的金属镜面反射涂层， 圆筒下方开有长长的出光缝，光线由此逸出，并传播至照明区域，故又称其为圆柱形金属镜面反射导光管。该导光管可用刚性或柔性材料制成，其管径多为1. 2～0. 45m ，管长可达80 m ，管壁厚度为20～50μm ，适用于大面积的照明场所。这种导光管的优点在于可通过圆柱体的旋转或改变出光缝的宽度来控制光分布，它在导光管中具有最低的造价。但是，由于这种导光管利用多次反射的原理，造成光在传播过程中损失较大， 使得导光效率相对较低。

棱镜薄膜空心导光管：这种导光管根据光辐射在光密介质中的全反射原理而制造。其棱镜薄膜用透明的有机玻璃或聚碳酸脂制成，薄膜厚0. 5 mm ， 其两侧分别为平滑表面和具有均匀分布的纵向波纹面。这些波纹的截面是顶角为90°的三角形棱镜，当光线射到平滑表面上而不被反射时，就会射入材料内部，若将棱镜薄膜作成圆柱空心管，沿管道轴线方向入射的光线就可通过导光管断面进入，并经多次反射后到达管道的另一端。这种导光管具有优良的亮度均匀性，但由于工艺技术水平的限制，目前很难制作大尺度的棱镜导光管，从而难以解决大面积照明区域的光通量传播。

定日镜：是一种跟踪太阳并将阳光反射汇聚到固定位置的聚光装置。定日镜种类虽多，但大致可分为采用双轴跟踪方式的传统定日镜和采用单轴跟踪方式的极轴式定日镜。前者分别利用与地球自转轴平行的赤经轴和位于赤道平行平面内的赤纬轴相互垂直旋转跟踪太阳，使太阳光始终照射在随两轴旋转的平面镜上，并经其反射至光学汇聚系统，再通过导光装置，传播到所需的照明场所。虽然，在跟踪过程中镜面法线的方向在时刻变化， 但反射光的方向却不会改变。

②高效灯具

         灯具的效率:条件允许时，优先选用直接开启式灯具。对室内荧光灯和高强度气体放电灯的开启式灯具效率不应低于75%。当灯具装有遮光格栅时要注意遮光格栅保护角对降低灯具效率的影响，灯具效率不应低于60% ，以提高灯具效率。

灯具的材质:应选用变质速度较慢的材料，如用玻璃灯罩或搪瓷反射罩制成的灯具，以减少光能衰减率;采用易清洁、防静电且不吸尘材质制造的灯具。同时，优选光通量利用系数高的灯具。

照明技术特性: 可采用非对称光分布的灯具，它具有减弱工作区反射眩光的特点，在一定的照度下，能够大大改善视觉条件，因而可获得较高的效能。

 

4.节能照明电器

①电子镇流器

         电子镇流器是将工频（50HZ/60HZ）交流电变换为较高效率的交流电，并能使一个或多个荧光灯管正常启动和稳定工作的变换器。

基本原理：

电子镇流器的核心——用电子元器件组成高频变换电路，AC/DC变换由全桥整流器等完成，整流前经电磁干扰（EMI）滤波器滤波（含射频干扰RFI），由电感L和电容C组成，阻止镇流器产生的高次谐波反馈到输入电网，抑制对电网污染和对设备的干扰，同时阻止电网谐波干扰进入镇流器。DC滤波前，设置功率因数校正（PFC）升压电路可以减少电流谐波畸变，提高功率因数。由双极型或MOS-FET等功率晶体管构成的DC/AC逆变器将直流电压变换为20~50KHZ高频正弦波电压。

输出网络——采用LC串联谐振（自激）电路或它激电路，高频谐振使启动电容产生高压脉冲将灯点燃，启动后电感期限流作用。

辅助电路——用以提高安全、可靠性，解决电路灯管的匹配工作，包括预热启动电路、异常状态保护电路、高频反馈及控制电路。

使用电子镇流器，灯管在采用了高频或低频方波电流电灯工作后，其系统发光效率得到大幅提高，在同等条件下，要得到相同的照度，相对于传统电感镇流器，输入功率普遍可减少10%以上，自身损耗小，功率因数高，输出灯功率稳定，可取的更好的电灯效果，具有自动保护动能，实现了自动控制功能。

②电子霓虹变压器

 

③ 节能型电感镇流器

节能型电感镇流器从结构上可分为以下两种:

铁心叠片型: 主要是通过采用优质高导磁硅钢片和加粗铜导线， 减小铁心磁通密度和铜导线直流电阻， 从而达到降低镇流器自身功耗的目的。其特点是工艺简单，适合大批量生产。

铁心卷绕型: 采用卷绕型的硅钢片结构， 包括环形、C 形、O 形电感镇流器。该产品磁路短、漏磁小、自身功耗有明显下降， 仅为相同用料的叠片型电感镇流器的50%～ 60%。这种镇流器工艺过程较复杂，制造工时较多。

除了铁心结构外，有是节能型电感镇流器在电路上采用电感、电容谐振或半谐振形式，使镇流器与灯配套工作室功率因数提高到0.85~0.95，从而使流过镇流器主绕组的电流大大下降，因此有效地减少了镇流器的自身功耗。

 

5.节能照明设计

设计选用高效灯具和节能光源， 节电的配电控制装置; 推广红外或照度传感开关定时开关灯; 均匀布光与局部照明相结合， 节省非照明区耗电; 充分利用天然采光，减少人工照明用电等等。

照明设计的主要原则有：尽可能使用高光效光源，如尽量减少或不用白炽灯，减少高压汞灯的使用，特别是不随意使用自整流高压汞灯。采用高效率节能灯具；如在满足眩光限制要求下，应选择直接型灯具。使用电子整流器。合理进行照明设计节能。照明控制的节能。

①电光源的选用

各种场所对灯光性能均有不同的要求，设计人员根据要求选取适合的灯具。

②镇流器的选用

与光源选用须同时考虑的就是镇流器的功率损耗。镇流器是高耗能器件，规定能效值是镇流器节能的重要一环。能效限定值指标见规范GB17625.1-2003。能效限定值是必须达到的最低限值，属强制性标准。尽量选用电子镇流器，其主要优点有无频闪、发光稳定、起点可靠、低功耗、功率因数高（不小于0.95）、噪声低以及可以调光。但功率不大于25W的荧光灯谐波含量大，如自镇流荧光灯（紧凑型） 镇流器选用，这种灯系自带镇流器，又以小功率（小于25W） 灯居多，由于GB17625.1-2003标准对25W以下产品的谐波限值很宽（规定3次谐波不超86%，5次谐波不超61%），选用时务必注意，当大量使用时，必将对中性线产生很大危害。另外当功率大于250W时使用电子镇流器并不一定节能。

③灯具的选型

         按配光进行分类包括：直接照明、半直接照明、漫射式照明（直接-间接）、半间接照明及间接照明5种。直接照明灯具又分为5类：特狭型、狭照型（深照型）、中照型（余弦配光型）、广照型及特广照型。

         按光束角分类：这主要适合于投光灯。投光灯光强分布采用V-H系统。光束角是这样定义的：在V=0°或（和）在H=0°的截面内，光强为峰值光强1/10的光束夹角。灯具在水平方向和垂直方向上的光束角有可能不同。

按截光性能分类：这主要针对路灯而言，根据路灯灯具对水平光是否有限制分为截光型、半截光型和非截光型3种。

④   总体设计

根据视觉工作需要，合理地选取高、中、低档照度水平，在所需的照度前提下，优化照明节能设计，限定照明节能指标，有效控制单位面积照明功率密度值。

正确选用与场所特点及使用要求相适应的光源、灯具，合理布灯，保证必要的照明质量(亮度分布、眩光限制、显色均匀度、造型等) 。

采用分区控制灯光或自动控光、调光等控制方式，充分利用天然采光。

⑤   照明控制

通/ 断控制：主要有照明接触器、多极照明接触器(极数可达12 极) 、定时控制器、传感器(光电传感器、超声波传感器、声音传感器、有源红外线传感器) 可通过可编程控制器及BA 建筑设备自动控制系统来实现节能管理。

调光控制：包括调光装置(数字、智能调光器) 、计算机/ 微处理器调光控制装置等。调光控制智能地利用自然光、自动控光调光以及自动实现合理的能源管理等功能，可节电20 %～70%以上，实现照明管理智能化，对推动具有世界现代绿色照明效果的城市建设，有着极大的经济意义。