电气照明是最先进的现代照明方式,它是由电能转化为可见光能而发出光亮。电气照明灯具包括电光源和照明器具两个部分。电光源指发光的器件,如灯泡和灯管等,器具包括引线、灯头、插座、灯罩、补偿器、控制器等等。照明节电与整个照明灯具的选择、安装和使用都有直接的关系,这里重点讨论电光源,它是照明节电的主要器件。
照明电光源的分类方式有多种,按电光转换机理分类有两种:一种是热辐射光源,另一种是气体放电光源。
热辐射光源
热辐射光源是依靠电流通过灯丝发热到白炽灯程度而发光的电光源。
1.白炽灯
普通白炽灯是一种使用最早、最多的电光源,它的使用几乎遍及了照明的各个领域。普通白炽灯的显色性好、体积小巧、光谱连续、不需镇流器、结构简单、易于制造、价格低廉、使用方便,是应用最广的灯种。但一般白炽灯光效每W电只能发出7~151m的光,能量转换效率低,大部分能量转化为红外辐射损失,可见光不多。并且,白炽灯寿命一般只有1000小时。白炽灯光效低、寿命短的缺陷,在能源日趋紧张的今天必然成为首先被节能光源替换的产品。
近些年发展起来的涂白白炽灯、氪气白炽灯和红外反射膜白炽灯,在提高发光效率和延长使用寿命方面有了进一步的改善。涂白白炽灯是在灯泡的玻璃壳上涂以白色的无机粉末,可提高5%的发光效率,而且比普通白炽灯发光柔和、感觉舒适。氪气白炽灯是以导热率低的氪气替代普通白炽灯的氩气和氮气等惰性气体作为充填气,可减少灯丝的热损失和气化速率,发光效率可提高10%,使用寿命能延长一倍。红外线反射膜白炽灯是在灯泡玻璃表面镀上透光的红外线反射膜,把灯丝反射的红外线再反射回灯丝,借提高灯丝温度来提高发光效率,可节电1/3以上。这些新的白炽灯种,依靠在光效和寿命方面的优势,正在部分地取代普通白炽灯。
白炽灯
2.卤钨灯
卤钨灯是一种在灯泡内含有一定比例卤化物的改进型白炽灯。普通白炽灯在使用过程中,由于从灯丝蒸发出来的钨(W)沉积在灯泡内壁上导致玻璃壳体黑化,降低了透光性,使发光效率逐步下降,也减少了钨丝的使用寿命。卤钨丝在灯泡内除充填惰性气体外,还充入少量的卤族光素,如氟(F)、氯(Cl)、澳(Br)、碘(I)或与其相应的卤化物,使它在灯泡内形成卤钨再循环过程,以防止钨沉积在玻璃内壳上,降低灯丝的老化速度。卤钨灯与普通白炽灯相比,发光效率可提高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,在公共建筑、交通和影视照明等方面得到了广泛的应用。
气体放电光源
气体放电光源是电极在电场作用下,电流通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电光源。气体放电光源的电弧具有负的伏安特性,即电压随电流的增加而下降,为使灯稳定地工作,在电路上安装了镇流器,它要同时消耗有功和无功功率,为了灯的启动还加装了启辉器等电气附件。值得重视的是,要注意减少和防止这种灯在生产过程中和在灯泡灯管废弃物中汞等重金属对环境的污染。气体发电光源的种类繁多,按充气压力大小可分为两大类:一类是低压气体放电灯,另一种是高压气体放电灯。高压气体放电灯主要有高压汞灯和高压钠灯,高压汞灯中使用最多的是荧光高压汞灯和金属卤钨物灯两种。低压气体放电灯主要有荧光灯和低压钠灯,在荧光灯中使用最多的是直管型、环管型和紧凑型荧光灯三种。气体放电光源比热辐射光源的发光效率高得多,应用广泛,市场占有率还在不断提高。
荧光灯
1.荧光灯
荧光灯是利用低压汞(Hg)蒸气放电产生的紫外线,去激发涂在灯管内壁上的荧光粉而转化为可见光的电光源,又称日光灯。它的发光效率是普通白炽灯的3倍多,使用寿命差不多是普通白炽灯的4倍,而且灯壁温度很低,发光比较均匀柔和。它的缺点是在使用电感镇流器时的功率因数颇低,还有频闪效应。荧光灯的应用领域极为广泛,仅次于白炽灯,是替代低效白炽灯的主要灯种。
直管荧光灯有两种类型:一种是粗管灯,也就是普通直管灯,灯管标称直径38mm;另一种是细管灯,它是一种新型管灯,标称直径26mm。细管灯是应用最多的细管灯种。粗管灯的灯管内壁一般涂以卤磷酸盐荧光粉,细管灯的灯管内壁涂以三基色荧光粉。三基色荧光粉能把紫外线转换成更多的可见光,因而细管灯比粗管灯的发光效率高。标称直径26mm的细管灯可直接使用标称直径38mm粗管灯的灯头插座,可以用电感镇流器,也可以用电子镇流器,用细管灯来替代粗管灯非常便利,是替代普通粗管灯进一步提高光效的直管灯种。(www.daowen.com)
紧凑型荧光灯是镇流器和灯管一体化的新型电光源,由于灯管造型和结构紧凑而得名。它可以配电感镇流器,也可以配电子镇流器,我国常把配上电子镇流器的紧凑型荧光灯称为电子节能灯。这种灯使用三基色荧光粉,可获得很高的发光效率,再配上低功耗的电子镇流器,可以获得明显的节电效果。紧凑型荧光灯的显色性好,大幅度地改善了频闪效应,提高了启动性能,兼有白炽灯和荧光灯的主要优点。紧凑型荧光灯可直接安装在白炽灯的灯头上,在同样光通量下可节电70%~80%,是替代白炽灯最理想的电光源。
2.高压汞灯
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。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,缺少红色成分,除照到绿色物体上外,其他多呈灰暗色,而且不能瞬时启动。
高压汞灯多应用在高照度的照明场所,如高大厂房、体育场馆、仓储货栈、公路街道、广场、车站、码头、停车场、立交桥、交易市场等等,是在公共场合应用很广的一个灯种。
3.金属卤化物灯
金属卤化物灯是通电后,使金属汞(Hg)蒸气和钠(Na)、铊(Tl)、铟(In)、钪(Sc)、镝(Dy)、铯(Cs)、锂(Li)等金属卤化物分解物的混合体辐射而发光的电光源。它是在高压汞灯的基础上发展起来的一个新灯种,在高压汞灯内添加金属卤化物,结构与高压汞灯相似。
金属卤化物灯比高压汞灯的发光效率高得多,显色性也比较好,使用寿命也比较长,为避免影响光电特性,使用中有位置朝向要求。
金属卤化物灯除可替代高压汞灯外,还可以用在要求显色性较好的场所,如展示厅、美术馆、康乐中心、大型公园、宾馆酒楼的室外照明等。小功率的金属卤化物灯也可作为在没启动性能要求的住宅和办公楼的室内照明,用以替代低效白炽灯。
高压钠灯
4.高压钠灯
高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的电光源。它在发光管内除充有适量的汞和氩(Ar)气或氙(Xe)气外,还加入过量的钠,钠的激发电位比汞低,以钠的放电发光为主,所以称为钠灯。
高压钠灯发出的是金黄色的光,是电光源中发光效率很高的一种电光源。它的发光效率比高压汞灯要高出1倍左右,使用寿命也比高压汞灯要长些。它的主要缺点是显色性差,但已有比普通型高压汞灯显色性好的改进型和高显色性钠灯问世。普通高压钠灯主要用于对光色要求较低的场所,已被广泛地应用在学校、体育场馆和康乐场馆等地方,在许多场合,高压钠灯可替代高压汞灯来节约照明用电。
5.低压钠灯
低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源,在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜,是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光,显色性很差,用于对光色没有要求的场所。但它的透雾性好,能使人清晰地看到色差比较小的物体。为保证正常工作和避免缩短使用寿命,点燃时不宜移动,尽量减少开闭次数。低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种,应用场所也在不断扩大。
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