摘要：金屬鹵化物燈（以下簡(jiǎn)稱金鹵燈）在城市照明中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)金鹵燈由于放電管采用的是石英材料,，在高溫情況下會(huì)出現(xiàn)析晶現(xiàn)象,，而且石英化學(xué)穩(wěn)定性差、做成的電管腔體幾何參數(shù)偏差大,，從而導(dǎo)致金鹵燈發(fā)光效率和顯色指數(shù)低,、光源壽命短、光色一致性較差,。這也導(dǎo)致金鹵燈難以在更大范圍內(nèi)推廣,。目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種以陶瓷代替石英作為放電管的新型金鹵燈,，其發(fā)光效率,、顯色性、光維持性,、光源壽命等均有較大的提高,，而且其節(jié)能效果非常明顯，它的出現(xiàn)和應(yīng)用必將為城市照明的節(jié)能工作帶來(lái)新的亮點(diǎn),。
    關(guān)鍵詞： 新型光源  陶瓷金屬鹵化物燈  城市照明  應(yīng)用

一,、金屬鹵化物燈的發(fā)光原理

電流通過(guò)氣體時(shí)伴隨有發(fā)光現(xiàn)象，由此做成的光源被稱為氣體放電光源,。放電管內(nèi)電流通過(guò)的氣體是金屬鹵化物蒸汽的燈就稱為金屬鹵化物燈,。

1、放電氣體的種類(lèi)決定了燈的發(fā)光效率和顯色本領(lǐng)

由于氣體原子都有本身固有的能級(jí)結(jié)構(gòu),，不同氣體放電光源輻射出不同的特征光譜：如低氣壓汞蒸汽放電主要輻射253.7nm的紫外光,，需利用熒光粉的轉(zhuǎn)換形成熒光燈；高壓汞蒸汽放電主要輻射藍(lán)綠光,，缺少黃光紅光,；高壓鈉蒸汽放電輻射黃色光，人眼對(duì)黃色光敏感,，故鈉燈發(fā)光效率高,。在現(xiàn)代化廠房、商業(yè)照明及電視轉(zhuǎn)播照明等要求真實(shí)體現(xiàn)被照物體客觀色彩的場(chǎng)所,，光源最好具有與太陽(yáng)光一樣的輸出光譜,，這樣才有好的顯色本領(lǐng)。照明界規(guī)定太陽(yáng)光的顯色本領(lǐng)最大,，并用參數(shù)顯色指數(shù)來(lái)表示其顯色本領(lǐng)的強(qiáng)弱,，其最大值為100,。由于高壓汞燈和高壓鈉燈都僅輻射少數(shù)幾種顏色的光譜，其顯色本領(lǐng)弱,，顯色指數(shù)分別僅為50和20左右,，即照明質(zhì)量很差，人類(lèi)長(zhǎng)期在此種光源照射下沒(méi)有舒適感,。

2,、為什么燈內(nèi)填充金屬的鹵化物

氣體放電光源點(diǎn)燃時(shí)，放電管管壁上的最冷端溫度決定了放電腔內(nèi)所充元素種類(lèi)的飽和蒸汽壓,，即參與放電的氣體原子數(shù)的多少,。一般要產(chǎn)生足夠高的光效，蒸汽壓必須≥100Pa（約千分之一大氣壓）,。因石英等透明放電管材料的熱力學(xué)特性限制,，燈工作時(shí)其管壁溫度≤1250℃，否則燈的壽命不能保證,。除汞和鈉元素以外,，其它金屬均難以在此管壁溫度條件下形成≥100Pa的蒸汽壓；但當(dāng)這些金屬以鹵化物的形式填充時(shí),，金屬鹵化物的蒸汽壓均可達(dá)上述要求,。此時(shí),，在管壁處形成的金屬鹵化物分子依靠濃度梯度向放電管中心擴(kuò)散,，在電流流過(guò)的中心高溫度分解成金屬原子和鹵素原子，同時(shí)輻射出分解金屬的特性光譜（鹵素原子的輻射不在可見(jiàn)區(qū),，計(jì)算可知鹵素原子因平均激發(fā)電位高而基本無(wú)輻射損耗）,；此時(shí)放電管中心的金屬原子濃度和鹵素原子濃度高于管壁處，同樣因濃度梯度擴(kuò)散至管壁處并復(fù)合成金屬鹵化物分子,，避免了金屬元素與管壁材料的高溫化學(xué)反應(yīng),，并如此周而復(fù)始。這種因工作氣體是金屬鹵化物而形成的燈被稱為金屬鹵化物燈（簡(jiǎn)稱金鹵燈）,。

3,、金屬鹵化物燈的優(yōu)點(diǎn)

金鹵燈中可填充多至7～8種不同的金屬鹵化物，不同金屬輻射不同的特征光譜：選擇可輻射出人眼敏感的光譜（如黃光）的金屬鹵化物,，可得到高的光效,；選擇可同時(shí)輻射多種顏色光譜的金屬鹵化物的組合，可得到高的顯色指數(shù)（如Ra≥95）,。因此金鹵燈具有高光效和高顯色性的雙重優(yōu)點(diǎn),。

二、陶瓷金屬鹵化物燈的特性

金鹵燈因放電管材料分別采用石英或透明陶瓷而分為石英金鹵燈和陶瓷金鹵燈兩類(lèi),。

1,、石英金鹵燈的缺點(diǎn)：

a）石英在850℃時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，管壁工作溫度受限制，相應(yīng)形成的蒸汽壓低,，參與放電的金屬原子濃度也低,，發(fā)光效率和顯色指數(shù)提高有限；

b）石英材料的化學(xué)穩(wěn)定性差,，向管壁擴(kuò)散的金屬原子總有少量不被鹵素原子復(fù)合的部份會(huì)與石英反應(yīng)而損失,，燈的光衰大，色飄移嚴(yán)重,；多出的鹵素原子（金屬元素,，最易吸附電子）使啟動(dòng)電壓不斷上升，燈的壽命偏短,；

c）由于石英放電管靠燒融成型,，腔體幾何參數(shù)偏差大，造成燈與燈之間的光色一致性差,。

陶瓷金鹵燈就是為克服石英金鹵燈的缺點(diǎn)而發(fā)展而來(lái)的,。

2、陶瓷金鹵燈的優(yōu)點(diǎn)：

a）集高壓鈉燈和石英金鹵燈的優(yōu)點(diǎn)于一身,；

b）發(fā)光效率比石英金鹵燈提高15%-20%,；

c）150W以下規(guī)格的光效高于同功率的高壓鈉燈，可達(dá)115流明/瓦,；

d）顯色可達(dá)95,，比石英金鹵燈的提高10～20，是鈉燈的4倍以上,；

e）光維持性更好,，燃點(diǎn)期間啟動(dòng)要求穩(wěn)定；

f）燈與燈之間色差少,，色漂移?。ā?span lang="EN-US">75K）；

g）色溫可調(diào),，范圍廣,，2800K的燈紅、黃,、綠,、藍(lán)等光譜豐富；

h）單放電管燈的壽命達(dá)15000小時(shí),，最新產(chǎn)品可達(dá)25000小時(shí),。

因此，陶瓷金鹵燈被稱為傳統(tǒng)光源中的“白馬王子”,。

三,、陶瓷金屬鹵化物燈的節(jié)能應(yīng)用

1,、在高顯色要求場(chǎng)合的應(yīng)用

陶瓷金鹵燈兼有高光效和高顯色性的雙重優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)光源中光電性能最好的光源,；顯色指數(shù)高達(dá)95,，接近太陽(yáng)光（顯色指數(shù)為100），特別適用于要求真實(shí)體現(xiàn)被照物體本色的場(chǎng)所,，例如體育場(chǎng)館,、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、大型廠房（汽車(chē)制造車(chē)間,、機(jī)庫(kù),、鋼鐵廠等）和商業(yè)照明等，達(dá)到了提高照明質(zhì)量,、保證生產(chǎn)安全,、增加銷(xiāo)售業(yè)績(jī)和節(jié)能的效果。

2,、在道路照明中的節(jié)能應(yīng)用

我國(guó)約有2800萬(wàn)盞道路照明用燈,，其中60%的光源采用高壓鈉燈，具有光效高,，透霧性（黃光）好,，壽命長(zhǎng)（24000小時(shí)）和投入費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是光色單調(diào),，被照物體見(jiàn)形不見(jiàn)色,。

2010年6月24日～25日，在國(guó)家發(fā)改委環(huán)資司舉行的“淘汰低效照明產(chǎn)品國(guó)際研討會(huì)”上,，歐盟代表宣布?xì)W盟國(guó)家和英國(guó)將從2012年開(kāi)始在城市道路照明中逐步淘汰高壓鈉燈,，首選光源為陶瓷金鹵燈,。

為什么要淘汰發(fā)光效率很高的高壓鈉燈,？究其原因，一是晚間時(shí)刻高壓鈉燈的光效并非測(cè)量得到的那么高,；二是隨著社會(huì)進(jìn)步,，照明的質(zhì)量（舒適度，且與人類(lèi)健康有關(guān)）要求越來(lái)越高,，特別是城市中的道路照明,。

a）中間視覺(jué)效應(yīng)是國(guó)際照明界近一百年來(lái)的重大研究成果

    光是由人眼接收的，人眼的視網(wǎng)膜由大量的感光細(xì)胞組成,，分別為視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞,。前者對(duì)498nm的黃綠光敏感，且能感受微弱光,，在黑暗環(huán)境下起主要作用,；后者對(duì)437nm的藍(lán)光,、533nm的綠光和564nm的黃光敏感，但不能感受微弱光,，只在明亮環(huán)境下起主要作用,。

①明視覺(jué)（Photopic）

當(dāng)環(huán)境亮度（如白天或室內(nèi)照明條件下）大于3cd/㎡時(shí)，稱明視覺(jué),，此時(shí)視錐細(xì)胞起主要作用,，波長(zhǎng)響應(yīng)峰值為555nm；

②暗視覺(jué)（Scotopic）

當(dāng)環(huán)境亮度（如無(wú)月光的深夜）小于10^-3cd/㎡時(shí),，稱暗視覺(jué),，此時(shí)視桿細(xì)胞起主要作用，波長(zhǎng)響應(yīng)峰值為507nm,；

③中間視覺(jué)（Mesopic） 

當(dāng)環(huán)境亮度（如夜間的室外照明或月光的晚上）介于上兩者之間時(shí),，稱中間視覺(jué)，此時(shí)兩種視覺(jué)細(xì)胞同時(shí)起作用,，響應(yīng)峰值在533nm處,。

目前燈的發(fā)光效率的測(cè)量和計(jì)算都采用圖1中555nm為峰值的V（λ）值，而道路照明的真實(shí)環(huán)境下應(yīng)使用533nm為峰值的V〞（λ）值,；圖2分別為高壓鈉燈和陶瓷金鹵燈輸出光譜與三種視見(jiàn)函數(shù)曲線的疊加圖,，鈉燈的光譜分布貼近V（λ），所以光效高,；陶瓷金鹵燈具有藍(lán),、綠、黃多種光譜,，更貼近V〞（λ）,。

 

b）晚間照明時(shí)，陶瓷金鹵燈的光效是高壓鈉燈的兩倍

顯而易見(jiàn),，晚間使用時(shí)燈的實(shí)際光效與測(cè)量值不同,。圖3為不同視覺(jué)條件下幾種燈的實(shí)際光效。

由圖可見(jiàn),，在兩種不同環(huán)境亮度下同一光源的光效值完全不同的,，高壓鈉燈的光效從明視覺(jué)條件下的120lm/w下降至夜間條件下的75lm/w，下降了37.5%,；而金鹵燈的光效相應(yīng)從90lm/w左右上升至150lm/w以上,。

英國(guó)科學(xué)家萊文博士在其《光源光譜對(duì)道路照明的影響》一文中指出，在夜間道路照明中,，金鹵燈的光通量利用率是高壓鈉燈的4～8倍,，也就是說(shuō)，夜間一只150w金鹵燈的照明效果至少相當(dāng)于一只600w高壓鈉燈的照明效果,，既節(jié)約了電能,，又提高了照明質(zhì)量,。

S.M.Berman博士在《白熾燈和高壓鈉燈下人眼瞳孔大小的差異》論文中得出結(jié)論，使用Ra很小的高壓鈉燈時(shí),，人眼的瞳孔會(huì)縮小,，而白熾燈下則相對(duì)放大，即達(dá)到同樣的視覺(jué)效果,，顯色性好的光源所需的照度大大低于顯色性差的光源,。

我國(guó)老建筑手冊(cè)中也規(guī)定，在教室中,，白熾燈（Ra=99）照度為75lux時(shí),，使用普通熒光燈時(shí)（Ra=60）照度值應(yīng)達(dá)到150lux。

c）國(guó)際上已有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施方案

英國(guó)是一個(gè)多霧天氣的國(guó)家,，原道路照明普遍采用能輻射透霧性強(qiáng)的黃光光源——高壓鈉燈和低壓鈉燈,。基于上述研究結(jié)果,，為了節(jié)能,，政府頒布了道路照明中使用白光的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BS5489-1：2003，其中不同等級(jí)道路的平均亮度值要求見(jiàn)表一,。

表一   為英國(guó)對(duì)于使用白光在道路照明中的規(guī)定

﹡注：中國(guó)國(guó)家道路標(biāo)準(zhǔn)與英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系：

     ME2等同于一級(jí)道路  （高速公路）

     ME3等同于二級(jí)道路  （城市主干道）

     ME4等同于三級(jí)道路  （城市次干道）

ME6等同于四級(jí)道路  （鄉(xiāng)間公路,、小街道）

表中平均亮度值為CIE13201標(biāo)準(zhǔn)中在明視覺(jué)下的要求值，白光下的平均亮度值則是使用白光時(shí)通過(guò)用中間視覺(jué)狀態(tài)下所需的“等效亮度”,，平均下降了29%,，即通過(guò)使用白光照明降低要求值的標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到節(jié)能的目的,。

國(guó)家綠色照明工程要求十一五期間實(shí)現(xiàn)照明節(jié)電390億千瓦時(shí),，按2012年道路照明用電1184億千瓦時(shí)計(jì)，采用白光光源時(shí)按平均節(jié)電25%計(jì),，一年節(jié)電就達(dá)296億千瓦時(shí),。

國(guó)際照明巨頭飛利浦公司和GE公司為此專門(mén)推出了用于道路照明的陶瓷金鹵燈Cosmo Polis系列和StreetWise系列。表二列出了達(dá)到相同照明效果下的替代功率比對(duì)值,。

表二   替換功率對(duì)應(yīng)表

d）道路照明使用陶瓷金鹵燈的其它好處

①節(jié)能：如用150W陶瓷金鹵燈替換250W高壓鈉燈,，節(jié)電率達(dá)40%（未計(jì)算鎮(zhèn)流器功耗的減少）,，在30%的調(diào)光下,，光的顏色輸出基本不變，通過(guò)智能控制可進(jìn)一步達(dá)到節(jié)電效果,；

②照明質(zhì)量高,，視野清晰，舒適感和安全感使人們?cè)谏虡I(yè)街上的停留時(shí)間增加,，零售業(yè)績(jī)倍增,；

③突發(fā)事件下人的反應(yīng)時(shí)間縮短,，根據(jù)交通管理部門(mén)的統(tǒng)計(jì)可明顯減少交通事故；

④雙電弧管結(jié)構(gòu)的陶瓷金鹵燈的壽命可達(dá)30000 hrs以上,，維護(hù)費(fèi)用低,；

⑤與高壓鈉燈具有互換性，替換經(jīng)濟(jì),、便利,。

e）實(shí)施案例

歐盟國(guó)家的城市道路改造工程計(jì)劃于2016年前完成；美國(guó)第二大城市芝加哥和韓國(guó)首爾城市道路照明也都已采用陶瓷金鹵燈,，其中首爾用量的近一半從浙江新光陽(yáng)照明股份有限公司采購(gòu),，墨西哥也開(kāi)始實(shí)施陶瓷金鹵燈推廣工程。

由于國(guó)產(chǎn)陶瓷金鹵燈的性能和產(chǎn)品系列化都已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平,，國(guó)內(nèi)陶瓷金鹵燈在道路照明中的應(yīng)用已實(shí)施了4年多,，并取得了節(jié)能和提高照明質(zhì)量的雙重效果。主要案例有：

浙江省海寧市全市2萬(wàn)多盞路燈99%已改為陶瓷金鹵燈,，用70W陶瓷金鹵燈替代150W高壓鈉燈,，用150W陶瓷金鹵燈替代250W高壓鈉燈，用250W陶瓷金鹵燈替代400W高壓鈉燈,，光源自身平均節(jié)電率43.5%（配套鎮(zhèn)流器功耗也相應(yīng)下降）,。上海閔行區(qū)辛莊工業(yè)園區(qū)、江蘇靖江盈利港務(wù)碼頭貨場(chǎng),、天津市濱海新區(qū),、南寧市、西藏拉薩,、臺(tái)灣臺(tái)南,，韓國(guó)首爾等城市由于節(jié)電效果明顯，得到了廣泛采用,。

3,、建議

任何照明產(chǎn)品應(yīng)充分體現(xiàn)其安全可靠性、健康舒適性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性三大特性：

①安全可靠性：任何產(chǎn)品首先考慮的是其安全性,，對(duì)人體不構(gòu)成傷害,。

②健康舒適性：光源要接近太陽(yáng)光色，才適應(yīng)萬(wàn)物生長(zhǎng),，藍(lán)光等高色溫的產(chǎn)品對(duì)人眼視膜造成的危害有目共睹,，我們要理性地看待任何光源產(chǎn)品。

③節(jié)能經(jīng)濟(jì)性：節(jié)能不節(jié)材（不節(jié)財(cái)）,，節(jié)能就毫無(wú)意義,，節(jié)能不環(huán)保更是失去意義。一個(gè)產(chǎn)品是否真正環(huán)保,、節(jié)能降耗,，要看它這個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn),、制作和壽終處理過(guò)程是否環(huán)保、節(jié)能降耗的,。

目前很多新裝修的辦公,、居室將LED當(dāng)成時(shí)髦和奢侈品來(lái)使用，沒(méi)有真正去考慮它們的經(jīng)濟(jì)性,、實(shí)用性和舒適性,。

不能唯發(fā)光效率是問(wèn)，我國(guó)環(huán)境污染亟待改善,，節(jié)能是國(guó)策,。富人也應(yīng)過(guò)節(jié)儉的日子，不能把可使用的東西（如燈罩等）一概扔掉,。為此建議從政策上鼓勵(lì)推廣陶瓷金鹵燈在城市道路中的應(yīng)用,，其效果為：

a）陶瓷金鹵燈的色溫為2800K±200K，符合自然時(shí)辰規(guī)律,，舒適感強(qiáng),，絕不宜使用6000K（中午太陽(yáng)光的色溫）的光源。

b）陶瓷金鹵燈晚間的實(shí)際光效大于150流明/瓦,，且光譜接近太陽(yáng)光,，節(jié)能的同時(shí)顯著提高了照明質(zhì)量。

c）陶瓷金鹵燈的價(jià)格與高壓鈉燈的相差無(wú)幾,，安裝尺寸和發(fā)光中心與高壓鈉燈相同,，可在不換燈具或只替換其中老化了的舊反光器前提下替換，投入成本低,。

d）用于道路照明的陶瓷金鹵燈為雙放電管結(jié)構(gòu),，兩放電管輪流燃點(diǎn)，燈壽命25000 hrs以上,，可使用5年以上,，維護(hù)費(fèi)用低。