節能泡——一種高效鹵鎢燈

程泰松

(鶴山市廣明源照明電器有限公司，廣東鶴山529728)

1 引言

自1879年愛迪生發明白熾燈開始，人類進入了電氣照明時代。盡管一百多年來，熒光燈、高強度氣體放電燈等新技術、新光源不斷涌現，白熾燈仍以其獨特的優勢牢牢占據著家用照明的主導地位。

進入21世紀，隨著全球氣候變化的日趨嚴峻，節能減排已成共識。盡管普通白熾燈有著諸多的優點，然而由于其過低的能效，首當其沖成為被淘汰的對象。自澳大利亞2007年率先立法淘汰白熾燈開始，到目前世界上主要的工業國家都紛紛出臺了淘汰白熾燈的計劃。中國也即將推出逐步淘汰白熾燈的路線圖。其實，淘汰白熾燈只是我們通常的解讀，綜觀各國法規，并沒有明確表述淘汰白熾燈，但相應的規定了對燈的能效的要求，只是在現有技術下的普通白熾燈是達不到這些要求的，因此在淘汰之列。然而這種“淘汰”并非是由于市場的原因，而純粹是政府的行為。這除了是因為普通白熾燈能效太低不利于節能減排之外，另一方面也是由于緊湊型熒光燈工藝日趨成熟、LED技術飛速發展，使得淘汰白熾燈在技術上成為可能。這是否意味著白熾燈真的很快就要退出歷史的舞臺了嗎?就市場的角度來說，許多消費者對白熾燈還是情有獨鐘，畢竟白熾燈的一些獨特優勢是當前緊湊型熒光燈、LED等光源無法替代的。為填補普通白熾燈被淘汰后的市場空白，一種兼具普通白熾燈優點同時又具有較高能效的光源——節能泡應運而生。

2 節能泡概述

節能泡是一種鹵鎢燈——節能鹵鎢燈，本質上仍是白熾燈。它具有和普通白熾燈——普泡同樣的優點:

同樣的外觀、同樣的尺寸，可直接替代普泡，直接接入市電，無需變壓器或鎮流器，100%可調光，使用方便;

瞬時啟動，瞬間即可達到最大光輸出，更重要的是在迄今為止的人造電光源中，只有白熾燈發出的光是真正的連續光譜，顯色指數幾近100，而且有豐富的紅光譜線，光色柔和，無頻閃，非常適合家居照明;

結構簡單，幾乎不含有毒有害物質，即使不回收處理，也不會對環境造成危害。

除此之外，節能泡還具有普泡所不具有的優點:更高的光效——比普泡節能30%;更長的壽命——是普泡壽命的兩倍以上;更高的色溫;更為集中的發光體，易于匹配各類燈具，達到璀璨的發光效果。

圖1是一些常用的節能泡圖片:

圖1 常用的節能泡

作為普泡的替代，通常的節能泡規格有18W、28W、42W、53W、70W。

3 節能泡性能

節能泡的概念是相對于普泡而言的，盡管是一種鹵鎢燈，但不能將其簡單的理解為普通鹵鎢燈加一個普泡泡殼。它具有比普通的鹵鎢燈更高的能效。

目前各國法規對光源的能效要求不盡相同，其中最完備、最具操作性的當數歐盟法規，值得我國在制定高效鹵鎢燈相關標準時借鑒。

歐盟于2009年3月正式發布了EC No．244/2009指令［1］，對家用非定向光源生態設計要求作了明確的規定。根據該指令，生態設計要求實施分為6個階段，各階段開始時間如下:

第1階段:2009年9月1日

第2階段:2010年9月1日

第3階段:2011年9月1日

第4階段:2012年9月1日

第5階段:2013年9月1日

第6階段:2016年9月1日

除非被取代或者另有規定，各階段的要求將在其后的階段繼續有效。

對燈的光效要求見表1:

表1 燈的光效要求

可以看出，非透明泡必須要求達到A級能效，而這對目前的節能泡來說是不現實的，也就是說，節能泡只能做成透明泡，因此類似傳統普泡的磨砂泡、涂粉泡等是不能在歐洲銷售的。第1至5階段對透明泡的要求相當于歐洲C級能效的要求，到第6階段，即2016年9月1日之后，則必須要達到B級能效要求。上述要求并非僅針對白熾燈，而是針對所有的非定向家用光源?？紤]到普通白熾燈被禁用后，新型光源還不成熟，不能馬上填補普泡留下的空缺，而鹵鎢燈的技術改進也有一個過程，244指令中針對各階段又給出了相應的例外，見下表2:

表2 例外

經過了前兩個階段的過渡，從2011年9月1日開始已進入第3階段，所有光通高于450lm的透明泡必須達到C級能效。盡管光通量在60lm至450lm之間的家用透明泡，只要達到E級能效，在2016年9月之前仍然可以在市場銷售，但基本上沒有什么競爭力。

除了必須達到相關能效之外，節能泡還必須滿足EC No．859/2009給出的功能要求［2］，見表3:

表3 緊湊型熒光燈和LED除外的燈的功能要求

目前，我們常規的節能泡已能達到如下表4所示的參數:

表4 常規的節能泡相關參數

上述參數已完全符合表1中，第1至第5階段的要求?；灸軡M足家用照明中對普通白熾燈的如下替換:

4 節能泡的工藝要求

節能泡作為鹵鎢燈的一種，技術上是已經是非常成熟了。關于如何實現更有效的鹵鎢循環，使得光效和壽命都能夠達到理想的水平，實驗室里已有不少研究成果。然而要實現大批量穩定可靠的生產，對我們的制造工藝有著更高的要求。

第一，材料由于節能泡比普通鹵鎢燈具有更高的光效，燈絲的工作溫度也更高，而所用的鎢絲更細，因此要求耐溫更高的及抗蠕變的鎢絲;不同功率的燈，燈絲的工作溫度也不相同，需要對應的不同的鹵素氣體配方;更高的燈絲工作溫度，要求更加純凈的工作氛圍，因此對石英管的雜質及羥基含量有更高的要求。

第二，合理的結構設計由于直接工作與市電電壓，安全防爆始終是首要的考慮因素。采用無支架的結構設計不僅能提高光效，更是安全的必需。

第三，精確的工藝控制比普通鹵鎢燈更高的光效使得節能泡的性能對工藝參數的離散性更為敏感。精確地控制充氣壓力和燈絲安裝的拉伸長度也至關重要。

5 節能泡和節能燈比較

緊湊型熒光燈也即我們通常所說的節能燈是當前替代普通白熾燈最主要的也是數量最大的產品。節能燈最核心的優勢就是高能效，和普通白熾燈相比能節約80%的電能，相應的節能泡只能節約30%的電能。這也正是各國政府大力推廣使用節能燈的根本原因。

除此之外，在其他性能方面和節能泡相比，節能燈并不具有明顯優勢:首先，其價格較高，雖然這可以在使用中由節約的電費得到補償，但相對較高的初始投入仍然使消費者難于接受;其次，其體積相對較大。盡管和普通管型熒光燈相比，節能燈的結構緊湊，能滿足大多數照明場合使用，然而和節能泡相比，仍無法做到如此的小巧、緊湊，在一些場合的使用受到局限;最后，也是很重要的，節能燈發光面積較大，不是點光源，在燈具匹配上的靈活性受到較大局限，加上作為氣體放電燈，光譜不連續，做不到100%的顯色性，其照明效果總給人一種昏暗的感覺。相應的，節能泡由于其近似于點光源的集中的發光體，幾近黑體輻射的連續光譜、100%的顯色性，3000K左右色溫的柔和光色，在很多對照明質量要求高的場所，仍然具有不可比擬的優越性。

盡管有著種種優勢，畢竟作為一種熱輻射光源，節能泡的能效不可能和節能燈相比。由于高能效，節能燈一度是許多國家政府包括中國政府采取補貼大力推廣的對象。近10多年來，節能燈的使用迅速得到普及，目前已占據了家用照明市場大部分份額。誠然，這種補貼推廣的形式，對節能減排發揮了積極的作用，然而其帶來的環境問題也不容忽視。我們知道熒光燈包括節能燈含有汞、熒光粉以及大量的電子元器件，要回收處理這些物質，不僅成本非常高，效果也不理想?，F在有一種觀點說，由于技術的進步，熒光燈已能做到含汞量非常的少，由于其高能效，能節約大量的電能，由此帶來的因發電量的減少而減少的汞排放量遠比其污染量要少，因此沒有必要回收。這種觀點是非常片面的，它將減少汞排放和回收廢棄熒光燈放在了對立的位置。盡管由于節能燈的使用，減少了發電量，相應的也減少了由燃煤發電帶來的汞排放，但這并不能成為熒光燈在使用后不需回收而繼續向環境排放汞的理由。其實無論是在發電廠還是在熒光燈制造廠，汞的排放還是相對集中的，要進行處理減輕排放相對來說還是比較容易的，而在使用后，不進行有效的回收處理，任由消費者隨意丟棄，那污染面將非常之大，無論含汞量多么的少，日積月累，也會對環境造成巨大的危害。歐美發達國家在推廣使用節能燈的同時，都有一套完善的回收處理機制，而我們國家已經推廣使用了幾億只節能燈，到現在都沒有進行過有效的回收處理，這是非?？膳碌氖?。

除了汞污染，節能燈另一個不容忽視的劣勢就是其熒光粉需要消耗大量的稀土。稀土是國家的戰略資源，前些年由于無序的開采而被大量賤賣，現在國家已開始規范管理。今年以來，熒光粉價格大幅飆升達10倍以上，使得節能燈成本優勢逐漸喪失。

相應的節能泡相對于節能燈來說由于結構簡單，易于安裝使用，不含對環境有害的物質，回收處理相對簡單，綜合使用成本(包括環境成本)或更低，應該有更廣闊的發展空間。

6 節能泡面臨的挑戰

作為替代普泡的理想產品，節能泡一面世就受到了消費者的青睞，市場曾一度出現供不應求的局面，可以說節能泡續寫了普通白熾燈一百多年的輝煌。而隨著各國節能減排進程的加快，對節能泡的要求越來越高，節能泡也面臨越來越嚴峻的挑戰。最大的挑戰來就自于LED。［3］

新一代光源最耀眼矚目的當數LED，近年來LED的發展非常迅速，光效、顯色性、一致性等技術指標都取得了重大突破，成本也大幅度降低。LED可以說幾乎集成了傳統光源所有優點。目前，室內照明用傳統光源基本都能找到同樣款式的LED替換光源，甚至有樂觀的估計，它將取代目前所有的光源。

當然，必須也看到，目前LED還存在很多問題亟待解決，還不能完全替代傳統光源:除了其相對高昂的成本外，在技術上，采用藍光加熒光粉或者混光方式獲得的白光，無法做到如黑體輻射的連續光譜，在顯色性、顏色一致性方面，仍然無法和節能泡媲美，離大規模普及仍有一段距離。

節能泡固然有其不可比擬的優越性，但和其它節能光源相比，能效始終是限制其發展不可回避的因數。按歐盟244指令規定到第6階段，即2016年9月1日之后，所有的光源必須要達到B級能效，這將使節能泡面臨巨大的挑戰。節能泡要想在家用照明市場繼續占有一席之地，必須進一步提高能效，這就需要用到紅外反射膜技術?，F已有國外公司宣稱開發出光效達35lm/W的鍍紅外反射膜鹵鎢燈，但未見大量生產，而且僅限于低電壓(12V)光源，需要配套變壓器使用，綜合成本不低。節能泡設計為直接工作于市電電壓，燈絲細長，對紅外線的吸收面積小，暫時還做不到如此高光效。然而采用優化的泡殼設計及燈絲設計、復合鹵素配方、精準的鍍膜控制，節能泡仍然可以做到大幅度提高光效，目前我們的實驗室已能做到鍍膜比不鍍膜提高20%以上的光效。

7 結論

隨著普通白熾燈被淘汰，目前占據家用照明市場主流的三大系列:緊湊熒光燈(節能燈)、節能鹵鎢燈(節能泡)和LED。節能燈經過了近10多年的高速發展，已過了其發展頂峰，由于不可回避的環保問題及稀土耗用問題，進一步發展的空間不大;LED方興未艾，發展非常迅猛，但離大規模普及還有一段距離;節能泡由于結構簡單、相對低廉的成本、對環境無害，作為普通白熾燈的升級換代，在當前仍然具有強大的生命力。當然，要獲得可持續的發展，節能泡仍需不斷改進技術及工藝，不斷提高其能效。

［1］Commision Regulation(EC)No 244/2009 of 18 March 2009

［2］Commision Regulation(EC)No 859/2009 of 18 september 2009

［3］劉洋，陳大華．探討照明產業發展方向．消費日報2011．8．11