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赵恒谦:绿色照明、科学照明、健康照明
发表时间 2017-08-18 14:15 来源 本站原创
  ——记哈尔滨世光公司总经理赵恒谦和他的创新团队的“中国梦”   编者按:随着经济的发展,照明灯具逐渐进入人们的日常生活中,从白炽灯、卤钨灯、荧光灯、气体放电灯,再到LED灯的相继问世,每一种灯具都对人们的生活和行为方式的改变产生巨大的影响。在节能环保业已成为新时期主旋律的大背景下,如今全球都在倡导节能减排、绿色环保,并积极研发、推广使用各种节能产品。隶属于哈尔滨工业大学应用技术研究所的哈尔滨世光光电技术开发有限公司(以下简称哈尔滨世光公司),长期专业从事工矿高效节能照明及体育场馆高效节能照明产品的科研开发、生产、销售。多年来,哈尔滨工业大学教授、世光公司总经理赵恒谦一直致力于以高新技术推动照明新理念的推广,他表示:“照明技术发展到今天,绿色照明、科学照明、健康照明已经成为发展趋势,这也是我们哈尔滨世光公司一直在努力追寻的目标。”长期以来,赵恒谦投身照明产业,创立哈尔滨世光公司,先后研发出四代高效节能灯具反射器,形成了自身独具特色的产品线,赢得了科技界和广大用户的广泛好评。“绿色照明、科学照明、健康照明”已然成为他孜孜以求并取得丰硕成果的“中国梦”。   一、 绿色照明的定义   绿色照明,即通过提高照明电和系统的效率,节约能源,减少发电排放对大气的污染物和温室气体,保护环境,改善生活质量,提高工作效率,营造体现现代文明的光文化。   绿色照明是美国国家环保局于上世纪90年代初提出的概念,完整的绿色照明内容包含高效节能、环保、安全、舒适四项要术。高效节能意味着既消耗少的电能,又得到足够的照明,从而明显地减少电厂对大气污染的排放,达到环保的目地。安全舒适是指光照清晰、柔和,不产生紫外线、眩光等有害的光照,不产生光污染。   二、实施绿色照明的基础   如今,实施绿色照明是国家战略任务,是造福人类、关系到子孙千秋上万代的大事,也是我们中国对国际社会承诺的硬指标。建立节能环保型低碳社会,可以说是匹夫有责。   哈尔滨世光公司对照明的理念是“二高、二长、一管理”。   1、长寿命高光效的灯泡和其相配套的节能电器配件。如:T5、T8荧光灯管,金卤灯,高压钠灯,无极灯,LED等都是长寿命高光效光源。紧凑型荧光灯比同W白炽灯节电70~80%,寿命长5~10倍。细管荧光灯比粗管荧灯节电15~50%,电子镇流器或节电型电感镇流器比电感镇流器节电30%以上。上述这些光源都属长寿命光源和电器组件。   2、长寿命高光效灯具。赵恒谦认为对于工矿用灯灯具光效至少应达到B级,按照轻工部规定是属于B级(良好,国内先进水平),距高比1.0≦S/H<1.5。只有高光效的光源配以高光效的灯具才能最大程度的节电。哈尔滨世光公司之所以能够做到节电效果达到62%以上,就是因为他们的灯具光效达到86%(优等,国际先进水平)。高光效灯具的核心组件是高效的反射器,对于不同的光源具有不同的光学特性(金卤灯是点光源特性、高压钠灯是线光源特性、无极灯是扩展光源特性、LED是面光源特性)。反射器的设计必需与其相匹配,才能把一个光源的良好特性全部展示出来,贡献给照明空间。   一个良好的高效节能灯具反射器应充分地考虑以下三点要求:   ● 正确的选好与光源相匹配的反射器宏观结构。如探照灯必需用抛面反射器,金卤灯光源与球面和其它形式相结合的反射器取得最好的光效。   ● 要尽可能大的提高反射器的反射率。为此世光公司采用了高反射率的薄膜技术,当反射率达到90%时,灯具光效可达80%以上。   世光公司研发的灯具光效达到如下效果:   150w金卤灯:   反射率 90% 灯具光效 87.9%   反射率 94% 灯具光效 91.1%   反射率 95% 灯具光效 93.8%   反射率 98% 灯具光效 94.3%   200w环形无极灯:   反射率 90% 灯具光效 88%   反射毕 94% 灯具光效 93%   反射率 95% 灯具光效 93.8%   反射率 98% 灯具光效 96%   ● 优化反射器反射面的结构。目前世光公司根据光源的特点反射面结构主要是钻石形和蟒蛇式及漫射式结构,每个微观面形的特殊角度及其增大的反射面有利于增加灯具的光效,改善投光质量,减小反射光的眩光,改善照明均匀性。   ● 对于要求更为严格的体育场馆照明灯具,在灯具的出射口处应增加柔光罩(扩光板)。   3、向管理要节能效益。各单位,特别是用电大户,往往忽略了照明节电。节电要芝麻西瓜一起抓,赵恒谦曾经做过路灯调研,某省委门前的一条街的路灯照度达几百Lx,某城市的一条路有五千多个路灯平均照度达80多Lx,而国家规定这种快速路的标淮平均照度应不高于30Lx。这些地方为什么不能按国家标淮办事?这就是特权与面子工程在做怪。特权与面子工程给国家造成极大的浪费,这也是犯罪。类似这种现象很多,节电应该从管理者做起,这样可以起到事半功倍的效果。企业的车间最好是根据实际需要按排照明,并进行智能控制。   4、最大限度地充分利用好自然光照明,这应该是设计方面的责任。有条件的地方应研发和应用光导照明。   5、太阳能照明和风力发电照明是最为环保和节能的,有条件的地方要充分利用,它的质量和管理将更为重要。   三、全方位地实施绿色照明工程   今天的绿色照明已不只是具有节能的意义,它有多元化的更深层次的延伸。一个好的绿色照明工程应该具有环保、安全、舒适的效果。   关于绿色照明工程的基础中,首要的是光源。绿色照明的光源应是全色的连续光谱,只有太阳光能达到这样的要求;应不含有紫外光和红外光谱,但是太阳光也含有紫外和红外线。紫外光光波短,频率高,虽然含的少,但能量大,它对人的健康造成较大影响,紫外光和人的皮肤产生光化反应是致皮肤癌的因素之一,此外还会对眼睛晶状体、视网膜、脉络膜造成伤害;红外线极易被水吸收,过多的红外线经过人眼晶状体聚集时被大量吸收,久而久之晶状体会发生变性导致白内障。其次是人造绿色光源应接近太阳光,因为太阳光既没有频闪,又有100%均匀性,而且具有完整的显色性。在我们过去常用的光源中,只有三基色的,电子镇流器的荧光灯较好,接近太阳光,不足之处含有紫外线。在选用光源时应选用显色指数高的,为了保护人眼健康,特别是对于就学读书的青少年,至少选用显色指数80%以上。显色指数越高越接近阳光越有利于健康。在灯光布置上不应梯度太大,一个好的车间照明应有环境空间照明,也要有局部照明,这样可避免瞳孔调节量过大造成眼睛疲劳。   红外线具有双重性。许多医疗保健仪器都用到红外线,在自然光中也含有大量红外线。红外线的热效应会使人的血管膨胀,加速血液流动,对人的健康是有益的,但同样也由于体内水分的蒸发使皮肤变的粗糙;另外由紫外线造成的伤害也会因红外线的作用而变的更坏。   眩光也是伤害眼睛的因素之一,超亮度产生眩光,亮度梯度大也产生眩光感,产生眼疲劳和影响眼睛的鉴别率。   频闪大的光源有害于眼睛健康,用50Hz的光源打乒乓球会出现多个球影,造成眼疲劳。   上述讲的这些就是哈尔滨世光公司观念之一“健康照明”。   目前可推荐光源有荧光灯、无极灯、金卤灯、高压钠灯、低压钠灯等。在这些光源中,钠灯的显色指数最低只有20~25%。目前大功率LED灯具己广泛应用,但它仍然存在许多不足之处有待解决,未来LED可能成为光源主导地位的灯具。   上述各种光源要科学的选用,它们有各自发挥其长处的空间,10米高以下的空间选用节能荧光灯及无极灯较为理想,有条件的单位也可选用100w ~150wLED;在人眼长时间直接使用灯光工作或在小球体育运动的环境中不提倡使用金卤灯;对于高大厂房或大球体育体育场馆,首选应当是金卤灯;对于主干道路灯,综合各方面因素,高压钠灯应当是首选光源。   高效节能照明器材是照明节能的基础,光源是首要元素,但同样不能忽略灯具和电器的节能作用,一套好的照明器材比同功率但是使用劣质照明器材的光源可以提高照明效率50~100%。   哈尔滨世光公司向各方用户保证所提供的灯具光源和反射器是最佳配档。   反射式照明灯具是最节能的照明器材。以点源为例:它的发光角为四∏立体角(12.56 弧度 ),其中一个孤度角是直射光线,还有一个孤度角的光被挡住,则其余光线都要经反器射再投到工作面上,这样经过反射器的光能投到工作面上的多少便取决于反射器的面型和反射率。世光公司在中煤集团用了近万套150w金卤灯替代传统的400w金卤灯(光源节电62.5%,镇流器节电37.5%),用400w金卤灯替代传统的1000w金卤灯(光源节电60%,镇流器节电60%),达到中国乃至世界的节电先进水平。   灯具反射器的质量是灯具节能的关键部件。上边的三盏环形无极灯皆为同一光源(200w环形无极灯),反射器面型不同,照明效果相差较大。   上边左图是渐开线面形,反射面蟒蛇式结构,内有副反射器。复合材质模塑成形,反射面镀高光效反射膜。   上边右图铝合金反射器,旋压成形并抛光,带有内置副反射器,机械镜面结构。   下图反射器据说为南韩设计、中国制造,旋压成形并抛光成机械镜面,正体似锥形反射面成棱形结构。   上边各灯具光学参数如下:   上左图,灯具光效87.3% 最大允许距高比L/H=1.59   上右图,灯具光效81% 最大允许距高比L/H=1.62   下边图,灯具光效57.8% 最大允许距高比L/H=1.38   照明效果比较如下:   上图左边的灯具是哈尔滨世光公司的产品,右边的则是常州某公司的产品。   照明效果只能比较灯挂相同高度的点照度,照明复盖面左灯具>右灯具>下边灯具。   它们都是200W环形灯具,都装有副反射器,世光公司反射面结构是蟒蛇式结构,常州某公司的是铝合金的镜面结构。点照度比较如下:   哈尔滨世光公司:   挂灯3米照度 1008Lx 挂灯10米照度75Lx   常州某公司:   挂灯3米照度 661Lx 挂灯10米照度 40.7Lx   效果比较:3米点世光一常州=1008一661=347Lx高52%   10米点世光一常州=75一40.7=34.3Lx高84%   说明世光公司灯具反射面形与光源更匹配,光源发出同样的光能,而照度却提高50%以上。   一个光源必需和它相匹配的灯具相结合才能实现最大的节能效果。金卤灯、高压钠灯、无极灯、LED等它们的反射器设计的原则各不相同,这些光源的反射器不好互相替代。   世光公司为某单位设计网球场,原设计72台200W环形无极灯,实装52台便满足照明要求,原因是光源与灯具的光效高,距高比大,光源与灯具基本匹配的好,见下图。   一个真正好的照明工程设计,应当把它的电器系统也设计成节能的,这主要指的是镇流器。节能电感镇流器比普通电感镇流器节电30%,电子镇流器比电感镇流器节电50%以上,整套电器系统的功率因数应达90%以上。   在照明灯具选择上,能满足照度要求的前提下应尽量选择宽配光的灯具,用距高比1.5的灯具要比用距高比1.0的灯具最少可减少20%的灯具数量。   哈尔滨世光公司科技人员从参与照明事业以来便致力于高效灯具反射器的研制与开发,从传统灯具反射器的光效50%多到今天实现灯具光效达到80%以上,主要是借力于光学技术和知识的应用。为了进一步推进高效节能灯具反射器的发展,公司特意组建了“光反射器研发中心”,从事“照明光学”的应用和研究。   四、哈尔滨世光公司高效节能灯具介绍及应用情况   在高效节能灯具研制开发上,世光公司始终坚持自己的民族品牌,在国家创新基金的支持下,获得国家批准的十多项专利,还有多项待批的和待申请的专利。世光公司多年来一直坚持走独立自主的知识产权路,和独立自主的创新路。现在介绍世光公司各种高效节能灯具。   1.金卤灯灯具   在各种金卤灯具中150W的最好,灯具光效达87%,距高比H/L=1,可完美地替代传统的400W金卤灯,节电率达62.5%。中煤集团到目前已安装世光公司各种金卤灯近万套(见下各图)。张家口煤矿机械厂是中国第一大煤矿机械厂,一期工程占地2800亩,是百年老厂(见下图),该厂装灯5000多套灯,各车间照度均达到240Lx左右。鄂尔多斯已装备2000多套。陕西榆林煤矿机械厂用400W金卤灯替代1000W金卤灯,节电达60%,共装300多套,装150W金卤灯600多套。目前世光公司已注册为中煤集团照明供应商之一,下图为中煤集团三大煤矿机械制造基地。   张家口煤矿机械制造厂   张家口煤矿机械厂车间照明情况(240Lx左右)   中煤鄂尔多斯装配制造园   中煤集团陕西榆林煤矿机械制造基地高大车间,用400W金卤灯替代1000W金卤灯,节电率60%。   2. 高压钠路灯节电模式   高压钠路灯与同功率的LED、无极灯路灯相比是费电,但全面衡量对路面的照明效果后二者远不如高压钠灯。哈尔滨世光公司研发的高效节能路灯反射器,把路灯灯具光效提高到80%,创建了高压钠路灯新的节电效果,节电率达到50%。对于机动车高速路、主干道的平均照度达到E平=36Lx,照明功率密度值ρ=0.82W/M²。   下图是上、下各三车道的快速路示意图,这样宽的车道按传统的设计每个灯至少一盏400W高压钠灯,世光公司则每盏灯200W高压钠灯。经比较可以看出已高于国家规定的节能标淮,这说明还有节能上升的空间(关于计算参数略)。国家关于高压钠路灯的节电规范E平=20/30Lx,照明功率密度值ρ≤1.05W/M²。   3、 无极灯的节电效果   无极灯是一种新光源,有高频和低频的区别。无极灯光源属于荧光灯,体积较大。它节电,光线柔和,眩光小,显色指数高,寿命长,最适合的照明空间大致10米以下。由于它是扩展光源,灯具反射器面形可选择的空间有限,渐开线面形是它最好的反射器面形。哈尔滨世光公司研发的无极灯反射器使灯具的光效达到85%以上。世光公司环形无极灯(200W)节电效果与其相同的国内某厂相比照度提高50%以上。它对于小球体育馆、乒乓球室、网球室、健身房、学校等方面的应用,都优于其它灯具。   4、大功率工矿用LED灯具开发取得极大的成果   LED是固体光源,它是最清洁最节能的光源,当它的显色指数达4基色或5基色、光效达到200LM/W时,解决了散热难关,将会成为主导光源。LED光源比较复杂,它是由许多发光点组成的长方形,目前又出现多种贴片式结构。每个发光点都可以做成各种发光角,45°、60°、90°、120°,总之180°以下都可以做。   哈尔滨世光公司从实际应用出发,对100W和150W工矿灯具进行了研究和开发,散热系统采用超导方法,反射器选用广口漫射结构,改善照度均匀性,这样获得的效果比较满意。对PN结温度多次测试的结果如下:   100W PN结温度61℃以下电极温度84℃以下   150W PN结温度57℃沙下电极温度69℃以下   车间实验,共装九盏灯,经三年时间,除节日每天开灯24小时,无一损坏。一旦时机成熟,世光公司将把自己研发的大功率LED灯具推向市场。世光公司在研发大功率LED灯具的方向有三点,第一在降低PN结温度方面采用相变散热器(又称超导散热器),相变散热器的导热速度是传统散热器导热速度的1500倍;第二是更合理的完善二次光学设计,增加光的透过率;第三是提高反射器的反射率,增加整个灯具的光效。   世光公司从自己应用角度需要,研发了“大功率LED灯具综合测试仪”。由该仪器完成了对超导散热器和LED灯具所需参数的测量,并与微机联网不间断地记录所需参数,并用数字和曲线同时显示。目前许多数据存在微机中,公司研究人员正在整理和分析(在诸多的参数测量中,只有PN结温是近似的,与室验室理论研究的测量方法不同,但从动态情况下还是可信的)。   哈尔滨世光公司是一个产学研一体的小微企业,由于紧紧地依托哈尔滨工业大学,横向与黑龙江大学和黑龙江工程学院有关科技人才合作,在哈尔滨高新技术开发区及科技部有关部门的支持下,取得了高效节能灯具反射器的研发成功并将其逐步产业化。未来,世光公司将更加努力地进行管理改革,不断地在研发创新和科研成果产业化上努力拼博,把“世光”品牌推向世界。   2012年全运会蓝、排球决赛馆,用400W金卤灯替代原设计的1000W金卤灯,节电60%。   沈阳展会中心,展厅照明原设计1000W普通灯具,现采用哈工大高效节能灯具400W,完全替代普通1000W灯具的亮度,节电率高达60%   环形无极灯装备的羽毛球馆,比原设计少装 20 盏 ( 设计 72 盏现装 52 盏 );世光公司灯具设计的光效高距髙比大 , 光源与灯貝匹配合理   世光公司研发的LED灯具
 
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