照明的节能技术

1,照明的节能技术,2,是当今世界各国普遍关注的三大社会问题，并直接影响到人类社会的可持续发展。,人口、节能和保护环境,3,绿色照明的定义：,旨在节约能源和保护环境的照明的一种通俗而形象的描述。其内涵是选用光效高的优质节能的照明产品，再用科学方法经精心的照明设计，从而创造出一个功能合理、经济适用、节约能源的优良照明环境。,4,各种光源种类的能耗使用比例,5,能耗趋势,6,道路照明节能途径,光源例如LED微波硫灯节能镇流器LC镇流器光源运行方式例如变功率过电压保护电抗法系统管理例如智能控制集中管理,7,现代传统照明采用光源：白炽灯：效率低，15lm/W气体放电灯:效率高，平均75lm/W,显色性差。二十一世纪的崭新光源：LED，效率高，期望达到200lm/W,其独特的技术优势其他光源无法比拟。色彩范围可以覆盖色度坐标的80%90%，优于NTSC电视标准，显色性很高。利用三基色原理，可以得到几乎全部色彩，色彩艳丽，在夜景照明中极为醒目。,LED的技术优势,8,高效率，输入电能转换光能效率最,长寿命，是普通灯具的十数倍乃至几十倍以上,低能耗，与同照度镀内胆漆灯相比，耗电仅1/81/10,一灯七色，色泽稳定，不受使用年限影响色差,安全可靠，LED灯属冷光源类，不产生热量,操作方式多样，既可与PC联机，又可与普通灯泡一样使用,新技术，发光方式为电子跃迁辐射复合发光,9,科学使用,1.在夜景、标识、小光通照明方面，LED已经牢固确立技术优势。2.大光通照明方面，LED代表了技术方向，实际应用还有很多具体问题。性价比总体光效现在还不很高(约65Lm/W)光度分布与灯具效率灯具造型与传统审美观念,10,微波硫灯,11,无极荧光灯大功率节能灯,近期的热点,12,节能电感镇流器,13,在绿色照明工程中，镇流器是一个极为重要的光源电器配件。它的发展受到许多方面的关注。是电子镇流器还是电感镇流器？这是各方面人士存在较大分歧的一个问题。我们认为：根据这两类镇流器的原理、技术依据、历史发展和使用统计来看，小功率气体放电光源（40W以下）应该坚持以电子镇流器为主，因为它节能效果明显，一体化程度高；而对于高强度气体放电光源（100W以上）目前还是应该以电感镇流器为主，因为它节能效果与电子镇流器相当，电路可靠度高。,14,电感镇流器必须是节能型的。即节能型电感镇流器。国内大量的电感镇流器仍是传统型老产品，其性能稳定，价格便宜，但功率损耗大。从我国的国情出发，如果把传统电感镇流器更新为节能型的，将会取得可观的节能效果，而且在技术上、经济上皆是可行的。根据预测，如果将目前中国传统电感镇流器年产量100%转为节能电感镇流器，每年可以节电9亿千瓦小时。这相当于节省11.16亿元新建电厂投资，减排100万吨二氧化碳。,15,节能型电感镇流器的技术特性,节能电感镇流器与一般传统电感镇流器区别在于三个基本参数：镇流器功耗限定的上限值，系统功率因素的最小值符合要求的启动电流。,16,节能要求,17,对镇流器的技术要求（正常使用）,灯的电压电流值符合国家标准。初始启动电流不超过规定值的上限。电流谐波总值不影响灯的寿命。电流谐波总值不影响功率因子调整至0.8以上。温升不超过120度。,18,对镇流器的技术要求（非正常使用）,电源电压提高10%（243V），电流有规定值。在200度烘箱中，能连续工作7昼夜。电气绝缘能耐压3000V一分钟，不发生击穿。,19,初始启动电流超过规定值的上限，将缩短灯的寿命。大部分传统镇流器由于这时工作在铁心的饱和区，初始启动电流较大。节能型镇流器由于这时工作在铁心的线性区，启动电流不会很大。,20,传统型镇流器与节能型镇流器的比较,21,电流波形比较,节能镇流器,传统镇流器,结论：节能镇流器能有效防止波形失真，提高灯的寿命。,22,功率因子补偿比较,节能镇流器,传统镇流器,结论：由于节能镇流器的电流波形失真小，功率因子补偿很容易补偿至最大值。,23,电压增加10%电流增幅比较,节能镇流器,传统镇流器,结论：在异常情况下，传统镇流器电流增幅极大，容易引起事故，而节能镇流器不存在这个问题。,24,镇流器自身能耗比较,25,镇流器寿命比较,镇流器寿命取决于镇流器的温度。温度与寿命的关系呈对数关系，温度低10度，寿命增加一倍。节能镇流器的温度比传统镇流器低40度左右，因此它的寿命是传统镇流器的16倍，理论寿命可以达到50年。,26,节能镇流器外形,27,EC型镇流器外形,28,EC型镇流器尺寸,29,OM型镇流器外形,30,OM型镇流器尺寸,31,OG型镇流器外形,32,环型镇流器,33,智能控制照明节能产品,时间预置型单灯节能器适用于新道路工程适用于老道路改造时间预置型多灯节能器扩频载波式集中控制节能系统无线遥控式集中控制节能系统,34,特点：节能效果显著，可达30%以上。线路可靠，基本不需要维修，寿命为20年以上。一次性投入成本很小，不必对原有线路进行大量的改造工作。延长灯、灯具与附属电器的寿命2-4倍。,35,效益分析,36,节能效果,250WHPS节能效果表,37,400WHPS节能效果表,38,我国目前道路照明中高压钠灯的应用情况：,当前我国大陆道路照明和室外照明约有600万套HPS装置在运行，预计年增量为100万套（99年生产HPS600万支，电感镇流器150万个，其中2/3用于道路照明），因此，2000年道路和室外照明约有700万套HPS装置在运行。若其中10%的传统型HPS镇流器由节能型功率变换镇流器替代，则节电效果明显。,39,节电效果年节电为：700万x10%x250Wx5小时/天x365天x50%=1.597亿度年节电费：1.597亿度x0.4元/度=6388万元,40,投资回报期,传统型电感镇流器250W价格为80元，预制变换HPS250W节能型电感镇流器价格约为150元。每换一个镇流器需增加初始费用70元。然而，每天可节约电费为：250W5小时0.4元/度=0.5元/每天则投资回收期：700.5元/天=140天,41,技术特性,功率转换档数：400W/250W;250W/150W;150W/100W;100W/70W磁路结构：插片式单或双磁路镇流电路结构：串或并联镇流器能效值：符合国家有关标准时间转换档数：3档/24小时电路输出执行电平：0V6V电路负载电流：10A(400W/250W)电路自身能耗：5W(400W/250W),42,双功率镇流器的设计,假如满功率时的灯的功率为P灯1，降功率时的功率为P灯2，双功率镇流器的结构为单铁心抽头式，设计可分为四个步骤：l满功率镇流器的设计l根据降功率的幅度作线圈修正l几何尺寸的确定l镇流器自身能耗的计算,43,满功率镇流器的设计：求镇流器工作电压选择铁芯截面计算线圈匝数计算所需导线直径,44,根据降功率的幅度作线圈修正：计算降功率时的线圈圈数N需要增加的线圈圈数N2计算所需导线直径为,45,几何尺寸的确定：计算线圈厚度铁心窗口尺寸铁心迭厚空气隙长度,46,镇流器自身能耗的计算：由硅钢片的比耗求铁心损耗（主要由涡流损耗与磁滞损耗构成）由公式I2R计算铜耗,47,双功率镇流器的设计举例,设计高压钠灯400W/250W双功率镇流器。已知：型号电源电压(V)功率(W)灯管电压(V)工作电流(A)NG40022050Hz400110+20300NG25022050Hz250110+20180,48,概论,近几十年来，为了提高照明的质量，也即提高安全性，降低事故率，设计者在进行照明设计时把照明亮度提得越来越高。高强度气体放电灯被大量广泛地使用，伴随而至的是能耗大幅度提高。特别是近年来，能源价格大幅度提升，使电力耗费成为负担。因此，有必要加强技术改进，以期减缓能耗上升的趋势。虽然目前节能型照明器具发展很快，但仍难以获得大幅度降低能耗的效果。我们设计的电抗器法控制变换灯功率，除了优化镇流器本身的结构外，在光源运行的方式上还作了改进，即在不降低安全性的前提下，根据车流与人流统计情况，或自动或手动进行功率变换。通俗地讲，就是在繁忙的时候，灯运行在大功率状态；在车少人稀的时候，能自动变换，使灯能在60%的额定功率处运行，由此达到节能的目的。,49,电抗器法的原理,所谓电抗器法实际是利用线性电抗器，接入灯电路中，使电路的总阻抗可以进行变换，从而使灯的功率随之发生变化。如果变化次序是根据照明环境的需要而设定，即在正常情况下，灯按设计要求在额定功率下运行；在一些特殊情况下（例如道路照明的深夜；火车站无火车通过时；亮化工程的非重大节日时等等），灯不能熄灭，但不必照度很大，而且又要兼顾均匀性，这时可以使灯降功率运行。具体方法是串联接入电抗器，增大电路阻抗使灯功率下降。这种方法称之为电抗器法。考虑技术工艺和市场等因素，一般而言，电抗器法的变换设为两挡，即满功率与降功率。换档通过机电器件或电子电路来实现。,50,五、智能化集中控制,51,目前现状：作为高效光源，气体辉光、弧光放电灯已经广泛地应用于户内、户外照明。由于气体放电光源工作过程复杂，传统的控制节能方案根本无法进行。因此，目前状况是：包括街灯、集中照明区域等，一旦灯具安装，则几乎永久地保持着恒定甚至超量的功耗，不管交通是繁忙还是寥落。照明不能按需调控，仅电费一项每年就会多支出不少。,52,本项节能型智能照明控制系统特点：,用中央集中控制的方法，对所有灯具实施轻松自如调控可对系统内任意一套灯实现开、关和降功率运行三种状态的调控既可程序化自动运行，也可人工操作节能效果达到40%，而且使光源及附件的寿命延长三至四倍,53,系统的创新点,与一般控制系统只控制开、关两种状态不同，增加了降功率运行的控制。使节能效果、光源及附件寿命延长的优点明显突出。与一般调控装置（例如西班牙塞里克鲁公司的NE智能调控装置）不同，通过降低灯电流的方法实现降功率，使灯能使用至极限寿命。此项技术已经通过上海市科委鉴定。而不是通过降低灯电压的方法实现降功率，由于降低了二次启动电压，灯后期无法点燃。采用节能型电感镇流器，能耗下降50%，寿命可达20年以上。,54,系统特点：,舒适的操作性能：可以简单地同时开启及关闭一个区域内所有的照明灯具，并且按计算机的几个键，就能切换到一个合适灯光情境的场面。创造有效率的照明环境、实现节约能源的功能：整个系统的照明状态可以在监控室、管理室来做集中控制与监视，将可以有效的做到集中监控管理，以节省更多的能源施工简单化：因为采用无线遥控和扩频载波多重传送方式，所以不管是1个路或100个路皆无需另外敷设讯号线，所以较以往的传统配线器具在配之特性方面可以节省更多的线路，成本简化了许多，同时兼具低电压安全。容易设定的方便性：提高了系统设计、成本估算的速度，而材料准备、安装和系统更改也变得简单且更具经济效益。可变更设定的经济性：当照明控制范围需要变更时，只需要重新在程序中增设新的地址即可，非常快速与容易，并且不用重新配线。由于系统的弹性设计，只要选用必要的元件，就能做出一个满足需求的最佳系统。,55,社会、经济效益分析,n社会效益：改善城市形象、提高管理水平、降低犯罪率、节能环保等。n经济效益：提高管理、节能、延长灯具使用寿命等，初步估算大约在2-3年内收回投资。n实际效果：统一开关灯控制、路灯亮灯率控制、节能、保证符合路灯照度要求。,56,系统设计内容包括：,n调度端的设计n远动控制终端的设计n节能路灯前端控制器设计n无线通讯信道的设计n系统可靠性、安全性设计n系统环境适应性设计,57,设计原则,n可行性和适应性n实用性和经济性n先进性和成熟性n开放