綠色照明與智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)

1概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國照明用電占全國總發(fā)電量的12％左右，這是一個(gè)不小的比例。來自中國照明學(xué)會(huì)的報(bào)道表明，2001年我國總發(fā)電量為14 332．5億kW．h，年照明耗電達(dá)l 433．25～l 719．9億kW．h，相當(dāng)于三峽水力發(fā)電工程年發(fā)電能力（840億kW．h）的2倍左右，2004年總發(fā)電量為2l 870億kW-h，照明耗電約占當(dāng)年發(fā)電量的10％，約為2 187億kW-h，相當(dāng)于三峽水力發(fā)電工程年發(fā)電能力的近3倍。

城市公共照明在我國照明耗電中約占30％的比例，每年開支高達(dá)數(shù)百億元。在市政開支比較緊張的今天，國內(nèi)絕大部分城市和地區(qū)仍然采用一些國家在20世紀(jì)70年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻——不僅導(dǎo)致路面照度分布不均勻，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損，這不是真正意義上的綠色照明與節(jié)能。

2綠色照明的基本要求

1）光源的發(fā)光效率高主要包括：高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節(jié)能熒光燈等氣體放電燈以及LED新光源。

2）不能對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染排除了晶閘管移相降壓節(jié)能的可行性，排除了諧波含量超出5％的電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能產(chǎn)品使用的可行性。

3）節(jié)能化對(duì)于HID燈，一是提高功率因數(shù)、降低鎮(zhèn)流器損耗；二是對(duì)光源進(jìn)行大范圍調(diào)光，不僅能夠大范圍大比例節(jié)能，而且有利于合理地使用光源、保護(hù)視力、保護(hù)照明產(chǎn)品和燈具。

4）沒有光污染。

5）燈具分布與燈具功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 HID燈照明節(jié)能原理

目前廣泛使用的高壓鈉燈發(fā)光的最高效率與供給燈具的電壓有著密切的關(guān)系。該電壓與很多因素有關(guān)，且隨著環(huán)境溫度的不同而不同，最低可達(dá)175～185v。因此，HID燈的節(jié)能原理就是通過降低燈具的工作電壓，在不影響視覺照度的前提下，讓燈具盡可能地靠近最高發(fā)光效率點(diǎn)工作。

4 HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求

HID燈的綠色照明理論指出，在一般的城市路燈夜間背景亮度條件下，采用降低電壓的方法可以有效地降低眩光的強(qiáng)度，可以有效地提高照明質(zhì)量，改善城市交通條件，而且能夠大量地節(jié)約能源和幾倍地延長燈具使用壽命。

美國照明科技協(xié)會(huì)的試驗(yàn)報(bào)告顯示：燈具電壓超壓10％時(shí)，燈具壽命降低一半，電壓越高，燈具壽命越短，燈具電壓為額定電壓的90％時(shí)，燈具壽命提高一倍，此時(shí)與過壓10％相比壽命延長4倍。而且照度值與額定狀態(tài)相比僅衰減7％，人眼很難察覺到。

最高光效的理論表明高壓鈉燈發(fā)光的最高效率發(fā)生在燈具電壓為175～200 V（最佳電壓）。因此HID燈節(jié)能產(chǎn)品必須能提供和保持燈具的最佳電壓，這就是HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求。它包括兩層含義：一是輸出電壓要能達(dá)到相對(duì)較低的燈具最佳電壓（確保HID燈不熄滅）；二是在最佳電壓值附近能夠穩(wěn)壓工作，不隨電網(wǎng)電壓或負(fù)載的變化而變化。

5 HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要技術(shù)要素

我們知道，HID燈節(jié)能原理的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容是降壓與穩(wěn)壓，對(duì)于道路照明中使用的高壓鈉燈在供電電壓低于200 V時(shí)就難以觸發(fā)點(diǎn)亮，接近老化的HID燈，可能需要達(dá)到220 V或更高的電壓才能觸發(fā)點(diǎn)亮，HID燈對(duì)電流和電壓的切斷十分敏感，幾毫秒的間斷就可能引起燈管電弧的不穩(wěn)和熄滅（某些燈熄滅后要冷卻幾分鐘后才能再次點(diǎn)亮）。因此，HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要技術(shù)要素如下。

1）具有較寬范圍的降壓與穩(wěn)壓功能。

2）在降壓或穩(wěn)壓過程中，保持電流連續(xù)、無沖擊、無過壓，確保HID燈不熄滅、不重啟、不損傷HID燈。此為HID燈節(jié)能產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，采用有觸點(diǎn)裝置（如繼電器、接觸器）進(jìn)行電壓檔位切換的難以實(shí)現(xiàn)此關(guān)鍵技術(shù)。

3）能適應(yīng)不同類型的HID燈或混合的HID燈負(fù)載。

4）能適應(yīng)小同的環(huán)境、不同的道路類型、不同的時(shí)間或不同人員對(duì)照明的參數(shù)的不同要求。

6當(dāng)前HID燈節(jié)能產(chǎn)品存在的主要問題及分析

目前，HID燈照明節(jié)能產(chǎn)品中的可控硅相控降壓節(jié)能產(chǎn)品，因?qū)﹄娋W(wǎng)造成諧波污染逐步趨于淘汰，電磁變壓器或電感器降壓節(jié)能產(chǎn)品是當(dāng)前的主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)前多數(shù)電磁類照明節(jié)能產(chǎn)品的主要問題大致如下。

1）不能滿足HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求對(duì)于單燈控制采用串電感降壓進(jìn)行節(jié)能，控制電路簡單是其優(yōu)點(diǎn)，但由于電感降壓太少或降壓太多，難以集中控制道路的照度。如果增加電感的抽頭數(shù)量并采取穩(wěn)壓控制電路，必然增加電路的復(fù)雜程度和成本，并降低產(chǎn)品的可靠件；對(duì)于集中控制的，多數(shù)采用自耦變壓器調(diào)整電壓，難以根據(jù)輸入電壓的變化在帶HID燈負(fù)載時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行檔位切換，在供電質(zhì)量較差時(shí)切換檔位容易燒壞無觸點(diǎn)開關(guān)或者導(dǎo)致HID燦熄滅，也有因此而燒壞路燈的，因而一些產(chǎn)品只能是固定檔位輸出，或通過手動(dòng)換檔，有的雖然使用了智能芯片，但也只是在開機(jī)時(shí)檢測電壓自動(dòng)切換檔位，而在通電帶HID燈負(fù)載期間不能進(jìn)行檔位切換或不能進(jìn)行高可靠的檔位切換。

2）節(jié)能率較低 些產(chǎn)品的最大節(jié)能率只有10％～20％，其根本原因是產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)沒有過關(guān)，不能帶HID燈動(dòng)態(tài)切換，電壓變化范圍小，難以達(dá)到燈具的最佳電壓，節(jié)能率小可能高。節(jié)能率是衡量節(jié)能產(chǎn)品的項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，既不能太高，又不能太低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值上。

3）HID 燈容易熄滅如果在電壓檔位變化時(shí)導(dǎo)致HID燈電流不連續(xù)，容易導(dǎo)致HID燈熄滅并重啟，甚至有可能產(chǎn)生瞬時(shí)過電壓，如果檔位切換后的輸出電壓較低，便會(huì)導(dǎo)致HID燈熄滅，并且不能在低電壓下重新點(diǎn)亮。

4）HID 燈容易損壞、從理論及大量的試驗(yàn)和報(bào)道可以看到，使用節(jié)能產(chǎn)品后HID燈的使用壽命應(yīng)該明顯增加。但如果在電壓檔位變化時(shí)導(dǎo)致HID燈熄滅并重啟，將加速HID燈老化、縮短使用壽命。

5）產(chǎn)品自身不可靠 主要原因是產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)沒有過關(guān)，從理論上講，在感性負(fù)載下，只要無觸點(diǎn)器件質(zhì)量過關(guān)，只要關(guān)鍵技術(shù)過關(guān)，無觸點(diǎn)產(chǎn)品的壽命肯定比有觸點(diǎn)產(chǎn)品的壽命長很多。如果采用有觸點(diǎn)產(chǎn)品或關(guān)鍵技術(shù)未過關(guān)的無觸點(diǎn)產(chǎn)品，對(duì)復(fù)雜多變的電網(wǎng)干擾信號(hào)不能進(jìn)行準(zhǔn)確地檢測與判斷，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性較差。

7智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)剖析

江蘇省泰州市前進(jìn)機(jī)電制造有限公司生產(chǎn)的RZM5系列智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)是比較理想的智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)，符合綠色照明的要求，是中國節(jié)能協(xié)會(huì)推薦的產(chǎn)品。該產(chǎn)品已獲得國家專利，下面對(duì)該系統(tǒng)介紹如下。

7．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)由采用天文算法的經(jīng)緯度開關(guān)燈控制器、單相或三相自耦變壓器無觸點(diǎn)穩(wěn)壓調(diào)壓單元、含經(jīng)緯度參數(shù)的微電腦路燈控制器軟件、照明節(jié)能控制柜調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與監(jiān)控軟件組成。單相或三相調(diào)壓單元能與開關(guān)燈控制器進(jìn)行通信，系統(tǒng)對(duì)外的通信接口來自開關(guān)燈控制器的通信接口，計(jì)算機(jī)通過該接口既能與開關(guān)燈控制器通信，也能與各相的調(diào)壓單元通信，以便能夠?qū)ο到y(tǒng)的全部工作參數(shù)和保護(hù)參數(shù)進(jìn)行修改和監(jiān)控。在計(jì)算機(jī)端，通過含經(jīng)緯度參數(shù)的微電腦路燈控制器軟件可以監(jiān)控與修改開關(guān)燈控制器的參數(shù)，也可以讀取各相調(diào)壓單元的工作狀態(tài)；通過照叫節(jié)能控制柜調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與監(jiān)控軟件可以監(jiān)控或修改各相調(diào)壓單元的工作參數(shù)或保護(hù)參數(shù)。

經(jīng)緯度開關(guān)燈控制器直接根據(jù)天文算法計(jì)算天亮天黑的時(shí)間控制開關(guān)路燈，此外，還具有光控、通過有線網(wǎng)絡(luò)、GPRS或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制路燈開關(guān)的功能；能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)回路的獨(dú)立控制：能夠通過計(jì)算機(jī)方便地查看或更改相關(guān)的參數(shù)；能夠通過網(wǎng)絡(luò)宴現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。

單相或三相自耦變壓器無觸點(diǎn)穩(wěn)壓調(diào)壓單元解決了當(dāng)前電磁技術(shù)中多燈集中控制不能帶高強(qiáng)度氣體放電燈高可靠動(dòng)態(tài)切換的技術(shù)難題，能夠確保HID燈在電壓檔位切換時(shí)不熄滅，并提高最大節(jié)能率，充分延長燈具的使用壽命。同時(shí)根據(jù)照明節(jié)能的各種特殊情況，充分發(fā)揮智能產(chǎn)品的作用，各種工作參數(shù)均可以通過電腦串口或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程方便地查看或重新設(shè)定，以適應(yīng)任何地方不同的環(huán)境或不同人員的具體需求。