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    照明技术四次重大飞跃

    2012-4-10 18:08:32

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           2011年,英国和荷兰将停售白炽灯。此前,澳大利亚、阿根廷和意大利已在2010年首开停售先河。此后,停售国家更将扩大到欧盟、加拿大、美国。随着2017年,中国大陆也将停售白炽灯,从此,国内再无白炽灯。
     
      一个多世纪以前,1879年的爱迪生以一只钨丝电灯泡引领人类开启了崭新的“光明时代”;一个多世纪以后,到2017年将满138岁“高寿”的白炽灯老矣,将广阔舞台让路给新的主角———LED灯。
     
      历史悠久的钨丝灯泡
     
      大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能,只有少于10%的能量会成为光。
     
      “1879年10月21日,一位美国发明家通过长期的反复试验,终于点亮了世界上第一盏有实用价值的电灯。从此,这位发明家的名字,就像他发明的电灯一样,走入了千家万户。他,就是被后人赞誉为‘发明大王’的爱迪生。”
     
      这个故事传遍千家万户。虽然有些材料还提到一名叫亨利·戈培尔的美国人早于爱迪生用炭化的竹丝通电使其发光,但是,真正尝试对1600多种不同的耐热材料进行试验、最终使用钨丝为灯丝进行长时间发光的,还是爱迪生。
     
      钨丝灯泡,就是传统意义上的“白炽灯”。1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法,最终让廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡走进寻常百姓家,并被使用至今。
     
      只不过,白炽灯“成也钨丝、败也钨丝”———因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一,在电阻较大的地方,温度上升得较高,钨丝亦升华得较快,造成钨丝变细,电阻进一步增大循环,最终令钨丝烧断。这个问题一直困扰着电灯泡的寿命,直到工程师发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气,一般寿命为1000小时左右。
     
      一个世纪之后,白炽灯不得不面临退下历史舞台的困境———大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能,只有少于10%的能量会成为光。如此庞大的浪费,注定了白炽灯的命运即将终止。
     
      为了节能和环保,各国都制订了淘汰白炽灯的时间表:澳大利亚、阿根廷和意大利率先于2010年停止了白炽灯的销售;英国和荷兰是2011年;欧盟、加拿大是2012年;美国是2014年;中国大陆将于2017年最后停止销售白炽灯泡。
     
      随机而来的荧光灯
     
      荧光灯的发光效率高,发光面积大,它的能效接近40%,所产生的热只是相同亮度的白炽灯的1/6。
     
      站在白炽灯这个“巨人”的身上,荧光灯的出现似乎顺理成章———1910年,法国的A·克洛德发明氖气放电灯,他将汞充入灯中制成辐射蓝光的灯管,后来又在灯管内壁涂上荧光粉制成辐射白光的灯管。
     
      1939年,纽约和洛杉矶世博会,展示了第一个实用荧光灯。一种利用荧光粉把低气压汞蒸汽放电过程中产生的紫外线转变成可见光的电光源的“荧光灯”正式诞生,荧光灯一般制成管形,就是我们俗称的“光管”。荧光灯的发光效率高,发光面积大,它的能效接近40%,所产生的热只是相同亮度的白炽灯的六分之一。同时,荧光灯光线柔和,使用寿命长,可以使光色近似日光色或其他各种光色,是一种良好的室内照明光源。
     
      缩小荧光灯灯管直径可以提高发光效率,也成就了“节能灯”的出现。节能灯的正式名称是稀土三基色紧凑型荧光灯,20世纪70年代诞生于荷兰的飞利浦公司。节能灯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,这种光源在达到同样光能输出的前提下,只需耗费普通白炽灯用电量的1/5至1/4,从而可以节约大量的照明电能和费用,因此被称为“节能灯”。
     
      照亮黑夜的HID灯
     
      正常的HID灯光通量是普通灯的三倍以上,色温由3000k到超过12000k,适用夜间照明、路灯照明。
     
      就在荧光灯发展的同时,灯泡的另一分支也在发展———1932年,高压汞灯开始出售,这便是HID灯(High Intensity Discharge气体放电灯)发展的开始。
     
      1961年,通用电器的吉伯特·雷令申请了第一个金属卤化物灯的专利,这种灯适合用作商业、街道和工业的照明,3年后,它在1964年的世博会上展出,技惊四座。
     
      紧接着,通用公司在1965年发明的高压钠灯问世。HID灯家族开始庞大起来。氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理,在石英灯管内填充高压惰性气体———Xenon氙气,取代传统的灯丝,在两段电极上有水银和碳素化合物,透过安定器以23000伏高压电流刺激氙气发光。
     
      正常的HID灯光通量是普通灯的三倍以上,且HID灯的色温由3000k到超过12000k,而在6000k左右的光色正好是最接近正午日光的颜色,人眼的接受度舒适度最高。这样的灯光用在车辆的夜间照明、路灯照明上,可以有效减少驾驶人的视觉疲劳,车灯亮度的提高也有效扩大了车前方的视觉范围,从而营造出更为安全的驾驶条件。
     
      第四代光源的LED
     
      有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最伟大的发明之一。
     
      进入21世纪,照明舞台上新的主角开始浮现———LED灯。
     
      什么是LED?LED就是Light Emitting Diode,发光二极管的英文缩写。其实它面世很早,1964年首先出现红色发光二极管,之后出现黄色LED。直到1994年,蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亚)成功开发出白色LED。
     
      LED以其固有的特点,如省电、寿命长、耐震动、响应速度快、冷光源等特点,广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域,在我们的日常生活中处处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。
     
      起初,由于LED亮度差、价格昂贵等条件的限制,无法作为通用光源推广应用。近年来,随着人们对半导体发光材料研究的不断深入,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最伟大的发明之一。
     
      “与传统照明相比,目前的LED照明还有很多不足之处。例如,LED光源的表面亮度较高,如果光学设计不好的话会造成眩光;LED照明产品的互换性较差,各个公司的产品不能互换;LED照明产品缺少标准,检测方法还不完善;LED照明产品的价格很高,性价比还不够理想。”复旦大学光源与照明工程系教授周太明分析指出,“但LED照明无紫外线辐射,灯中不含汞;与传统照明相比,LED照明更环保,更少产生光污染。”
     
    羊城晚报记者 李晓莉
     
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