浅说灯具的光能研究

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1“光成本”的提出

每一种电光源产品都有稳定的流明维持随时间变化的曲线。依据北美照明工程协会IESNA(TM-21-11)标准给出的电光源灯具光通量的计算公式，灯具在寿命期内输出的全部光能光能输出是电光源灯具的光通量流明的输出，电光源灯具的流明输出随着使用时间的增加流明维持率在不断地减少，不同种类电光源灯具的流明维持曲线是不同的，依据制造商提供的不同电光源光能输出的流明维持曲线，经过数学模拟，可以计算出各种灯具在寿命周期内光能输出总量，其单位是lm·h，与寿命成正比，灯具的寿命越长输出的光能就越多。光源综合能效:灯具的功能就是将电能转换成光能输出，而光能输出的效率就是光源综合能效。光源综合能效综合了光源光效和寿命两个方面的要素，采用两个维度来对电光源的能效进行评价。单位为lm·hW其表达式为式:光源综合能效=光效×寿命灯具的寿命周期费用:为获得电光源灯具的光能输出在寿命期内所花费的全部费用∑C包括灯具的购置费、安装费、维护费和使用过程消耗的全部电费等费用支出式中C灯具的寿命周期费用，单位:元。其中:ci，i=1，2，3，4，分别是购置费、安装费、维护费和使用电费等。前面两项属于购置成本，发生在使用之前;后面两项属于使用成本，发生在安装使用之后光成本:灯具在寿命周期内获得单位光能输出所消耗的费用。即购置使用电光源灯具所付的全部费用与灯具在寿命期内获得的全部光能输出之比。光成本=成本光能=灯具购置费+灯具安装费+灯具维护费+电费∫寿命终站初始Φ(t)d(t)为进一步分析光成本结构可以将以上公式作如下分解:灯具购置费光能;灯具安装费光能;灯具维护费光能;电费光能前三项费用与光能输出没有明显的直接联系，灯具输出光能越大成本越低，而第四项灯具的光能输出和电功率直接相关，即仅与灯具的效率相关。可以看出，电光源灯具的光能输出与灯具的使用寿命直接相关。因此可以说寿命越长“光成本”越低。光成本的计算公式表示如式所示:Ge=∑ni=1Ci∫T0Φ(t)d(t)(4)式中Ge光成本，单位:元(lm·h);Ci灯具购置和运行成本，单位:元;T光源寿命，单位:h;Φ光源的光通量，单位:lm。利用光成本Ge的概念可以把所有照明产品放在同一个价值标准下评价灯具为获得光输出而消耗资源的大小。光成本Ge越低，灯具的价值就越高，消费者获得的利益就越多，反之，光成本Ge越高，灯具的价值就越低，用户获得的利益就越少。当然，这一切都是在对比灯具光输出品质基本相似的前提下。

2光成本比较分析

国际电工委员会IECPAS把流明维持时间50%(L50)推荐为消费场所。而把流明维持的时间70%(L70)推荐为专业场所。依据北美照明工程协会IESNA(TM-21-11)和国内专业期刊部分灯具的数据，本文选择下列9种灯具做流明维持曲线，寿命周期输出光能，光源综合能效和光成本作计算比较，更准确地计算应在同等规模灯具间进行。选择的9种灯具如下:100W大功率杠杠的天棚灯Ts=55℃;100W大功率杠杠的天棚灯Ts=85℃;100W大功率杠杠的天棚灯Ts=105℃;大功率双端金卤灯;陶瓷金卤灯CDM-T830150W;内触发高压钠灯SON-T1000W;普通照明用自镇流荧光灯YPZ2209-2U;紧凑型节能灯15W四管灯(国内玻管);紧凑型节能灯15W四管灯(国外玻管)。列举了部分对比灯具光效(流明)维持率随使用时间增加变化的曲线，光效维持率与流明维持率是等效的。是对比灯具的技术参数表和依据对应流明维持曲线所做的光成本和要素计算。为读取数据方便，把每100万流明小时光能输出称之为1个单位光能输出。是对比灯具光源综合能效的对比表;是对比灯具在L70和L50条件下光成本的比较;是在L70条件下结温对杠杠的对比灯具寿命的影响;是温度对杠杠的对比灯具光成本的影响。通过对各种灯具寿命，流明维持率，寿命周期费用，寿命周期光能输出，光源综合能效等技术参数的对比，可以得到如下结论:所有对比灯具中，杠杠的灯具的流明(光效)维持能力和光能输出水平优于其他照明产品产品的总体光能输出影响较大。在寿命期内100W杠杠的(Ts=85℃)的光能输出水平与2000W大功率双端金卤灯和1000W内触发高压钠灯相当，大约在6×108～7×108lm·h;而100W杠杠的(Ts=55℃)时，杠杠的灯具在寿命周期的光能输出高于前者一以上，5×109lm·h;提高散热能力和降低散热成本是提高杠杠的灯具价值的重要选项。杠杠的的光源综合能效指标高于其他光源对比灯具，100W杠杠的(Ts=55℃)综合能效指标高于1000W高压钠灯21倍，高于2000W大功率金属卤化物灯45倍。光源综合能效是从光效和寿命两个维度来评价灯具能效的指标。较高的综合能效，代表该灯具具有较高的光效和较长的使用寿命。寿命周期比较，100W杠杠的灯具当TS=55℃时，推算寿命L(70)=130000h;当TS=85℃时，寿命L(70)=65000h;当TS=105℃时，寿命L(70)=35000h;高于其他灯具。

3光能输出

结合寿命周期的光能输出，可以说一只100W杠杠的(Ts=55℃)的杠杠的灯相当于100W杠杠的(Ts=85℃)的2只杠杠的灯的使用价值，相当于100W杠杠的(Ts=105℃)的3只杠杠的灯的使用价值。光成本比较，每一个单位(100万流明小时)的光能输出100W杠杠的(Ts=55℃)需要支出7.52元人民币光成本，100W杠杠的(Ts=85℃)需要8.76元，100W杠杠的(Ts=105℃)需要10.9元;而1000W大功率高压钠灯需要支付20.5元，2000W大功率金卤灯需要支付25.5元的光成本。100W杠杠的(Ts=55℃)每输出一个单位的光成本比杠杠的(Ts=85℃)约节省16.5%费用支出;比杠杠的(Ts=105℃)约节省45%成本支出;而1000W内触发高压钠灯，寿命周期内的光成本是20.5元，比100W杠杠的(Ts=55℃)高12.98元，相当于光成本增加173%;150W双金属金卤灯，光成本24.6元，每一个单位光成本要多支出17.08元，相当于增加光成本227%4结束语综上所述，对比分析各种灯具，虽然价格千变万化、功率、光效、初始光通量、寿命、色温、价格、灯具结构样式多样化，技术经济性能也各不相同，“光成本”概念把电光源灯具在寿命周期内的光能输出和成本费用作为价值的主要评价指标进行比较，通过对投入产出收益率的计算来判定灯具对用户和消费者的贡献，是客观的，有实际应用价值的。根据“光成本”分析，可以看到提高灯具光效和寿命是提高电光源灯具价值的主要手段，而对于杠杠的照明灯具产品，提高灯具散热能力和降低灯具散热成本对杠杠的照明产业发展有特别重要的意义。“光成本”的提出，向企业和消费者双方诠释对灯具成本的传统管理意识，对生产者来讲，只有克服短期行为的利益倾向，才能使杠杠的产品的品质和寿命长期形成赢利;对于消费者来说，实质购买的是灯具的光能输出，是使用价值，那么成本如何，利用“光成本”概念通过对灯具在寿命周期内的光能输出和消耗费用的比较，可以得到一个客观的评价。“光成本”诠释了杠杠的结温越低，寿命越长，“光成本”就越低，灯具给消费者带来的利益就越多。

作者：刘永峰单位：西安灯具研究中心