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1879年,在新泽西州“创新工场”,爱迪生研发出第一批实用便宜的白炽灯泡,人类的居家照明,从此进入电灯时代。100年后的1980年代,由于世界能源的巨大消耗,节能灯泡开始挤入普通照明领域,新世纪伊始,为实现绿色能源的目标,世界各能源大国均采取经济手段和立法手段,推广节能灯泡的应用。从今年元旦开始,全美开始执行早在2007年就经国会通过,布希总统签字生效的能源效益标准,禁止制造或进口传统100瓦白炽灯泡,推广使用各种节能灯泡,2013年75瓦白炽灯泡将全面下市,2014年40瓦和60瓦的白炽灯泡也将废止,一个持续130多年的“白炽灯照明时代”就要谢幕,代之而起的是门类繁多的各种节能灯泡,在这方面,老年朋友们可能需要一些知识准备。
现在美国已经使用的替代普通白炽灯泡的家用节能灯泡主要有三种,分别介绍如下:
1, 卤素灯泡 (Halogen Light Bulbs)
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卤素灯泡亦称钨卤灯泡,是白炽灯泡的一种。原理是在普通的钨丝灯泡内注入卤素气体,当灯丝发热时,钨原子蒸发扩散,在较冷的玻璃管壁附近和卤素原子结合形成卤化钨气体,卤化钨是一种热不稳定化合物,扩散回到灯丝处时因为被加热而分解成卤素和钨,钨重新沉积在灯丝上,弥补被蒸发掉的部分,延长了钨丝的使用寿命,达到2000小时以上。
因为钨丝不会被轻易烧断,所以卤素灯泡比普通白炽灯更高的温度运作,亮度和效率也就更高,总的电光转换效率提高约28%。
不过在较高的温度下,普通玻璃会软化,故卤素灯泡需要采用溶点高的石英玻璃,但是石英玻璃不能阻隔紫外线,故此卤素灯泡通常都需要另外添加紫外线滤镜。
卤素灯泡上的石英玻璃如果有油,会造成玻璃上温度不一,减低灯泡的寿命,因此换卤素灯泡时要避免人手触及灯泡,如果触及应以酒精清洁。
上左图是卤素灯泡,右面2个图是加了外壳或滤镜的钨卤灯泡。
本文所有的图片都取自美国Home Depot五金建材连锁店的网上介绍,图片下的标注分别为电功率(如有括号,则是等效于普通白炽灯泡的耗电功率)、寿命和价格。
2、紧凑型荧光灯 (CFL: Compact Fluorescent Lamps)
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紧凑型荧光灯(CFL)通常也称电子节能灯,大体上就是原先俗称的日光灯,不过将荧光灯管与镇流器组合成一个整体密集的照明设备。CFL的尺寸与白炽灯相近,与灯座的接口也和白炽灯相同,所以可以直接替换白炽灯泡,是目前普遍使用的节能灯泡。
CFL主要是通过镇流器给灯管灯丝加热,大约在1160K温度时,灯丝开始发射电子(在灯丝上涂有高效发射电子的材料),电子碰撞管内的氩原子使其获得能量,继而氩原子撞击汞原子使其电离,发出253.7nm的紫外线,紫外线激发涂在管壁的荧光粉发光。由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右,比白炽灯工作的温度2200K~2700K低,所以它的寿命也大大提高到8000小时以上,又由于它不存在白炽灯那样的热效应,荧光粉的能量转换效率也很高,总的电光转换效率提高约78%。
CFL的主要缺点之一是启动慢,之二是光谱线不连续,通常呈偏紫色,看东西会变色,蓝色会变紫,红黄色看上去会更鲜艳,在配色的工作场合不宜使用。
关键问题是污染,一只普通CFL的含汞量约5毫克,仅够沾满一个圆珠笔尖,但渗入地下后可能造成1800吨水受污染。由于汞的沸点低,常温下即可蒸发,废弃的灯管破碎后,瞬时可使周围空气中的汞浓度超标上百倍。而一旦进入人体的汞超标,就会破坏人的中枢神经系统,人体一次吸入25毫克汞蒸气可致死亡。
因此亟待加强对废弃CFL回收的规范管理,有必要立法强制执行。右图系加了外罩的CFL,有助于安全和美观。
3、发光二极管 (LED: Light Emitting Diodes)
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LED节能灯是新一代固体冷光源,使用高亮度白色发光二极管。高效节能,提高电光转换效率可达80%以上;超长寿命,由半导体芯片直接发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震动,不易破碎,使用寿命可长达50000小时;光线健康,紫外线和红外线都较少;绿色环保,不含汞等有害元素;保护视力,直流驱动,无频闪;等等。
但是,一个好的LED节能灯,应该由四部分组成,除了上述优质的LED芯片外,还需要有合适的散热器,恒流隔离电源,以及具有光扩散效果柔和不见点光源的灯罩。
散热很重要:如果一味强调LED是冷光源,不需要散热,那是个完全的错误,在还没有开发出真正低发热的LED芯片之前,LED不加优质散热器,那么它的寿命可能还不及现行的CFL节能灯!因为光衰到初始光通量70%时,就已经标识着LED节能灯寿命终了。
电源很重要:是否经得了高温高湿,是否过得了高压安全规定,是否过得了电磁兼容,也都是些硬性指标,决定了LED节能灯的真实寿命。按照木桶效应,电源可能就是LED节能灯的短板,寿命如同木桶中可盛水的多少,取决于短板的高低。
灯罩很关键:灯罩是LED节能灯的二次配光,现行有不加灯罩,有透明灯罩,有磨砂灯罩,有乳白灯罩,有光扩散灯罩等几种。不加灯罩和透明灯罩,无二次配光,看得见LED,多LED即多光源,直视刺眼,且物体照射发虚。磨砂灯罩点亮能看见LED光源,物体也部分发虚。乳白灯罩点亮看不见LED光源但透光率偏低。优质的LED节能灯,普遍采用光扩散材料,在LED光线到达灯罩时,将光线扩散开去,点亮后看不见LED光源,LED节能灯成为一个大的光源,照射物体不发虚,高效光扩散型灯罩的透光率在80%以上,效果好。
因为以上的种种限制,最终归结为LED节能灯的价格过高,或者说性价比并不划算,所以目前在家庭照明中尚未普及。
作者:余姚
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