照明节能的应用研究

摘要：　阐述照明节能的重要应用，主要对节能效果较明显的LED和电气附件电子镇流器的原理和功能进行说明和介绍，阐述其在建筑节能和“绿色照明”工程中的积极作用。

关键词：　照明节能；“绿色照明”；LED；电子镇流器

中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1020087－02

0　引言

随着我国科学技术的不断发展和社会的进步，人们对生活质量要求的不断提高，照明能耗在整个建筑能耗中所占比例日益增加。为了保护我们的生存环境，为了响应国家建设资源节约型、环境友好型社会的号召，照明节能的地位显得尤为重要。

“绿色照明”工程是在通过科学的照明设计，大力发展和推广高效率、长寿命、安全和性能稳定的照明器具，并逐步替代传统的低效照明产品，建立经济舒适、安全可靠、有益环境、改善生活质量、提高工作效率和保护人们身心健康的照明环境，以满足人们对照明质量、照明环境和减少环境污染的迫切需求。“绿色照明”包括照明节能、环境保护、提高照明质量等内容。

1　我国照明现状分析

随着建设事业的迅速发展，我国电力发展很快，2003年全国发电装机容量已达3.8亿kw，但是电力供应不足和效率低下的状况依然比较严峻，今后相当长时间内这种状况将继续存在。在电能消耗中，照明用电占发电总量的比例发达国家是19%，我国是12%。随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，照明节能的研究应用越来越受到重视。

照明节能通常采取以下几种主要方式：除了选用高效节能的灯具之外，电气附件电子镇流器的选择也有很大作用。

1.1　发光二极管（LED）的应用

1.1.1　发光二极管（LED）原理及性能

发光二极管（Lighting　Emitting　Diode，LED）包括可见光、不可见光、激光等不同类型。发光二极管是一种将电能直接转换为光能的固体元件。发光二极管是利用半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子负荷放出过剩能量而引起光子发射，直接发出各种颜色的光。发光二极管的发光颜色取决于所用材料，目前有红、绿、黄、橙、白等颜色，可以制成各种形状，如长方形、圆形等。LED光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

发光二极管具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，它的开启电压比普通二极管的大，红色的在1.6V～1.8V之间，绿色的约为2V。正向电流越大，发光越强。使用时，应特别注意不要超过最大功耗、最大正向电流和反向击穿电压等极限参数。在发光二极管工作时，为了防止元件的温升过高，应对正向电流加以限制，通常需串联限流电阻或采用电流源供电。

发光二极管是一种高密度辐射的电光源，其亮度取决于电流密度。市场上供应的红色LED的亮度可达3500cd/m2，而荧光灯的标准亮度可达5000cd/m2。LED的寿命很长，其额定寿命一般都超过100000h。发光二极管因其驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高、高效节能、环保等优点可以广泛用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

1.1.2　发光二极管（LED）的类型

1）单色LED。LED的颜色和发光效率等光学特性与半导体材料及其加工工艺有着密切的关系。在P型和N型材料中掺入不同的杂质，就可以得到不同发光颜色的LED。同时，不同外延材料也决定了LED的功耗、响应速度和工作寿命等光学特性和电气特性。在LED制造工艺中，目前常用的方法有“气相晶体生长法”和“液相晶体生长法”两种。晶体生长法工艺的发展使人们可以选用具有结晶特性的LED材料，进而制成高纯度、高精度的发光器件。

2）白色LED。获取白色LED的技术途径为光转换型。目前，产生蓝光的半导体材料多数采用氮铟镓（InGa：N）材料。高强度的蓝光在周围高效荧光物质内散射时，被强烈吸收，并转化为光能较低的宽带黄色荧光；其中少部分蓝光则能透过荧光物质层，并和宽带黄光一起形成色温可达6500K的白光。此时，蓝色LED通过荧光粉就变成了单色白色微型荧光灯。白色LED的光谱显色指数Ra达85。其光输出随输入电压的变化基本上呈线性，故调光简单、可靠。若将多个单片白色LED组合在一起或采用光波导板，可制成超薄白色面光源，进而形成能用于普通照明的半导体光源。

1.2　高频节能镇流器的应用

1.2.1　电子镇流器原理

当光源为荧光灯或其他气体放电光源时，推荐使用电子镇流器。

电子镇流器工作最基本的原理是把50Hz的工频交流电，变成20-100kHz的较高频率的交流电，半桥串联谐振逆变电路中上下两个三极管在谐振回路电容、电感、灯管、磁环的配合下轮流导通和截止，把工频交流电整流后的直流电变成较高频率的交流电。

采用新型的半导体器件，可以构成采用主电源供电的许多荧光灯和放电灯的电子镇流器。电子镇流器是一个电源变换器，它将输入的电源进行频率和幅度的改变，给灯管提供符合要求的能源；同时还具有灯的启动和输入功率的控制等作用。照明所采用的电子镇流器是以开关电源技术为基础进行制造的，其组成结构如图：

1.2.2　镇流器的选择

气体放电灯的镇流器主要分两大类：电感式镇流器和电子镇流器。电感式镇流器包括普通型和节能型。镇流器的一般选用原则为：自镇流荧光灯应配用电子镇流器；直管型荧光灯应配用节能型电感镇流器或电子镇流器，其能耗不应高于灯的标称功率的20%。高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器，在电压偏差较大的场所，宜配用恒功率镇流器，功率较小者可配用电子镇流器。选用荧光灯和高强气体放电灯的镇流器时，还必须考虑其能效因数（BEF）在国家相关能效限定值和节能评价值上的要求。

镇流器需设置异常保护功能。电子镇流器和灯管配套使用时会出现灯管漏气、不启动以及主电路电流过大等异常情况，在灯管发生异常时，自动关闭镇流器，以保证产品的性能和可靠性。镇流器需设置过电压、过电流保护。为防止各种谐波和雷击电流冲击等损坏开关、电容器等而设置的。镇流器镇流器还需降低温升。镇流器的温升主要来自半导体元件产生的的功耗而发热，温升过高，其寿命降低。应尽量减少功耗，提高效率。优秀电子镇流器电效率在90%以上。

1.3　照明节能其他方式

1.3.1　符合工作要求的照度水准

根据工作场所与作业需求的不同，制定适合其工作的照度水准，所有空间维持一定的平均照度要求，并且力求配光的均匀。对于照度要求高的场所，可尽量采用局部照明。

1.3.2　照明控制方式

合理的照明控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。控制方式主要有静态控制和动态控制两种。静态控制即开关控制，是最为常见、使用最普遍的照明控制方式。动态控制即调光控制，通过控制可控电力电子器件的导通角来调节负载的输入电压，改变光源的输入功率，从而使光源输出的光通量发生变化。

1.3.3　天然光的利用

充分利用天然光，以节约电能，需从被动的利用天然光向积极的利用天然光发展。目前，利用导光设备，如导光管将太阳光导入到室内进行采光，零成本使用，可以有效地减少白天建筑物对人工照明能源的消耗。导光设备的光学传输效率一般为20%～50%。

1.3.4　照明环境的影响

房间各表面装修的影响，房间各表面宜采用浅色的装修，以增加光的反射比，提高光的利用率。

1.3.5　合理的配线设计

合理的配线和各种类型节能开关设计。如定时开关、调光开关、光电自动控制器、节电控制器、限电器、电子控制门锁节电器等。

1.3.6　照明控制设备

控制设备或器件有光传感器、热辐射传感器、超声传感器、时间程序控制等。

2　结束语

随着建筑节能和“绿色照明”工程的不断发展，照明节能在节约照明能源，提高利用效率的同时，对人们生活质量、生活环境、生活水平的提高也起着至关重要的作用。

参考文献：

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