淺說(shuō)燈具的光能研究
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1“光成本”的提出
每一種電光源產(chǎn)品都有穩(wěn)定的流明維持隨時(shí)間變化的曲線。依據(jù)北美照明工程協(xié)會(huì)IESNA(TM-21-11)標(biāo)準(zhǔn)給出的電光源燈具光通量的計(jì)算公式，燈具在壽命期內(nèi)輸出的全部光能光能輸出是電光源燈具的光通量流明的輸出，電光源燈具的流明輸出隨著使用時(shí)間的增加流明維持率在不斷地減少，不同種類電光源燈具的流明維持曲線是不同的，依據(jù)制造商提供的不同電光源光能輸出的流明維持曲線，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模擬，可以計(jì)算出各種燈具在壽命周期內(nèi)光能輸出總量，其單位是lm·h，與壽命成正比，燈具的壽命越長(zhǎng)輸出的光能就越多。光源綜合能效:燈具的功能就是將電能轉(zhuǎn)換成光能輸出，而光能輸出的效率就是光源綜合能效。光源綜合能效綜合了光源光效和壽命兩個(gè)方面的要素，采用兩個(gè)維度來(lái)對(duì)電光源的能效進(jìn)行評(píng)價(jià)。單位為lm·hW其表達(dá)式為式:光源綜合能效=光效×壽命燈具的壽命周期費(fèi)用:為獲得電光源燈具的光能輸出在壽命期內(nèi)所花費(fèi)的全部費(fèi)用∑C包括燈具的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和使用過(guò)程消耗的全部電費(fèi)等費(fèi)用支出式中C燈具的壽命周期費(fèi)用，單位:元。其中:ci，i=1，2，3，4，分別是購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和使用電費(fèi)等。前面兩項(xiàng)屬于購(gòu)置成本，發(fā)生在使用之前;后面兩項(xiàng)屬于使用成本，發(fā)生在安裝使用之后光成本:燈具在壽命周期內(nèi)獲得單位光能輸出所消耗的費(fèi)用。即購(gòu)置使用電光源燈具所付的全部費(fèi)用與燈具在壽命期內(nèi)獲得的全部光能輸出之比。光成本=成本光能=燈具購(gòu)置費(fèi)+燈具安裝費(fèi)+燈具維護(hù)費(fèi)+電費(fèi)∫壽命終站初始Φ(t)d(t)為進(jìn)一步分析光成本結(jié)構(gòu)可以將以上公式作如下分解:燈具購(gòu)置費(fèi)光能;燈具安裝費(fèi)光能;燈具維護(hù)費(fèi)光能;電費(fèi)光能前三項(xiàng)費(fèi)用與光能輸出沒(méi)有明顯的直接聯(lián)系，燈具輸出光能越大成本越低，而第四項(xiàng)燈具的光能輸出和電功率直接相關(guān)，即僅與燈具的效率相關(guān)。可以看出，電光源燈具的光能輸出與燈具的使用壽命直接相關(guān)。因此可以說(shuō)壽命越長(zhǎng)“光成本”越低。光成本的計(jì)算公式表示如式所示:Ge=∑ni=1Ci∫T0Φ(t)d(t)(4)式中Ge光成本，單位:元(lm·h);Ci燈具購(gòu)置和運(yùn)行成本，單位:元;T光源壽命，單位:h;Φ光源的光通量，單位:lm。利用光成本Ge的概念可以把所有照明產(chǎn)品放在同一個(gè)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)下評(píng)價(jià)燈具為獲得光輸出而消耗資源的大小。光成本Ge越低，燈具的價(jià)值就越高，消費(fèi)者獲得的利益就越多，反之，光成本Ge越高，燈具的價(jià)值就越低，用戶獲得的利益就越少。當(dāng)然，這一切都是在對(duì)比燈具光輸出品質(zhì)基本相似的前提下。
2光成本比較分析
國(guó)際電工委員會(huì)IECPAS把流明維持時(shí)間50%(L50)推薦為消費(fèi)場(chǎng)所。而把流明維持的時(shí)間70%(L70)推薦為專業(yè)場(chǎng)所。依據(jù)北美照明工程協(xié)會(huì)IESNA(TM-21-11)和國(guó)內(nèi)專業(yè)期刊部分燈具的數(shù)據(jù)，本文選擇下列9種燈具做流明維持曲線，壽命周期輸出光能，光源綜合能效和光成本作計(jì)算比較，更準(zhǔn)確地計(jì)算應(yīng)在同等規(guī)模燈具間進(jìn)行。選擇的9種燈具如下:100W大功率杠杠的天棚燈Ts=55℃;100W大功率杠杠的天棚燈Ts=85℃;100W大功率杠杠的天棚燈Ts=105℃;大功率雙端金鹵燈;陶瓷金鹵燈CDM-T830150W;內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈SON-T1000W;普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈YPZ2209-2U;緊湊型節(jié)能燈15W四管燈(國(guó)內(nèi)玻管);緊湊型節(jié)能燈15W四管燈(國(guó)外玻管)。列舉了部分對(duì)比燈具光效(流明)維持率隨使用時(shí)間增加變化的曲線，光效維持率與流明維持率是等效的。是對(duì)比燈具的技術(shù)參數(shù)表和依據(jù)對(duì)應(yīng)流明維持曲線所做的光成本和要素計(jì)算。為讀取數(shù)據(jù)方便，把每100萬(wàn)流明小時(shí)光能輸出稱之為1個(gè)單位光能輸出。是對(duì)比燈具光源綜合能效的對(duì)比表;是對(duì)比燈具在L70和L50條件下光成本的比較;是在L70條件下結(jié)溫對(duì)杠杠的對(duì)比燈具壽命的影響;是溫度對(duì)杠杠的對(duì)比燈具光成本的影響。通過(guò)對(duì)各種燈具壽命，流明維持率，壽命周期費(fèi)用，壽命周期光能輸出，光源綜合能效等技術(shù)參數(shù)的對(duì)比，可以得到如下結(jié)論:所有對(duì)比燈具中，杠杠的燈具的流明(光效)維持能力和光能輸出水平優(yōu)于其他照明產(chǎn)品產(chǎn)品的總體光能輸出影響較大。在壽命期內(nèi)100W杠杠的(Ts=85℃)的光能輸出水平與2000W大功率雙端金鹵燈和1000W內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈相當(dāng)，大約在6×108～7×108lm·h;而100W杠杠的(Ts=55℃)時(shí)，杠杠的燈具在壽命周期的光能輸出高于前者一以上，5×109lm·h;提高散熱能力和降低散熱成本是提高杠杠的燈具價(jià)值的重要選項(xiàng)。杠杠的的光源綜合能效指標(biāo)高于其他光源對(duì)比燈具，100W杠杠的(Ts=55℃)綜合能效指標(biāo)高于1000W高壓鈉燈21倍，高于2000W大功率金屬鹵化物燈45倍。光源綜合能效是從光效和壽命兩個(gè)維度來(lái)評(píng)價(jià)燈具能效的指標(biāo)。較高的綜合能效，代表該燈具具有較高的光效和較長(zhǎng)的使用壽命。壽命周期比較，100W杠杠的燈具當(dāng)TS=55℃時(shí)，推算壽命L(70)=130000h;當(dāng)TS=85℃時(shí)，壽命L(70)=65000h;當(dāng)TS=105℃時(shí)，壽命L(70)=35000h;高于其他燈具。
3光能輸出
結(jié)合壽命周期的光能輸出，可以說(shuō)一只100W杠杠的(Ts=55℃)的杠杠的燈相當(dāng)于100W杠杠的(Ts=85℃)的2只杠杠的燈的使用價(jià)值，相當(dāng)于100W杠杠的(Ts=105℃)的3只杠杠的燈的使用價(jià)值。光成本比較，每一個(gè)單位(100萬(wàn)流明小時(shí))的光能輸出100W杠杠的(Ts=55℃)需要支出7.52元人民幣光成本，100W杠杠的(Ts=85℃)需要8.76元，100W杠杠的(Ts=105℃)需要10.9元;而1000W大功率高壓鈉燈需要支付20.5元，2000W大功率金鹵燈需要支付25.5元的光成本。100W杠杠的(Ts=55℃)每輸出一個(gè)單位的光成本比杠杠的(Ts=85℃)約節(jié)省16.5%費(fèi)用支出;比杠杠的(Ts=105℃)約節(jié)省45%成本支出;而1000W內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈，壽命周期內(nèi)的光成本是20.5元，比100W杠杠的(Ts=55℃)高12.98元，相當(dāng)于光成本增加173%;150W雙金屬金鹵燈，光成本24.6元，每一個(gè)單位光成本要多支出17.08元，相當(dāng)于增加光成本227%4結(jié)束語(yǔ)綜上所述，對(duì)比分析各種燈具，雖然價(jià)格千變?nèi)f化、功率、光效、初始光通量、壽命、色溫、價(jià)格、燈具結(jié)構(gòu)樣式多樣化，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能也各不相同，“光成本”概念把電光源燈具在壽命周期內(nèi)的光能輸出和成本費(fèi)用作為價(jià)值的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)投入產(chǎn)出收益率的計(jì)算來(lái)判定燈具對(duì)用戶和消費(fèi)者的貢獻(xiàn)，是客觀的，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。根據(jù)“光成本”分析，可以看到提高燈具光效和壽命是提高電光源燈具價(jià)值的主要手段，而對(duì)于杠杠的照明燈具產(chǎn)品，提高燈具散熱能力和降低燈具散熱成本對(duì)杠杠的照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展有特別重要的意義。“光成本”的提出，向企業(yè)和消費(fèi)者雙方詮釋對(duì)燈具成本的傳統(tǒng)管理意識(shí)，對(duì)生產(chǎn)者來(lái)講，只有克服短期行為的利益傾向，才能使杠杠的產(chǎn)品的品質(zhì)和壽命長(zhǎng)期形成贏利;對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)購(gòu)買的是燈具的光能輸出，是使用價(jià)值，那么成本如何，利用“光成本”概念通過(guò)對(duì)燈具在壽命周期內(nèi)的光能輸出和消耗費(fèi)用的比較，可以得到一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)。“光成本”詮釋了杠杠的結(jié)溫越低，壽命越長(zhǎng)，“光成本”就越低，燈具給消費(fèi)者帶來(lái)的利益就越多。
作者：劉永峰單位：西安燈具研究中心
