凡可以將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成光能,從而提供光通量的設(shè)備、器具統(tǒng)稱為光源;而其中可以將電能轉(zhuǎn)換為光能,從而提供光通量的設(shè)備、器具則稱為電光源。常用的電光源有:①熱致發(fā)光電光源(如白熾燈、鹵鎢燈等);②氣體放電發(fā)光電光源(如熒光燈、汞燈、鈉燈、金屬鹵化物燈等);③固體發(fā)光電光源(如LED和場致發(fā)光器件等)。在這三類電光源中,各種電光源的發(fā)光效率有較大差別,熱致發(fā)光電光源如白熾燈,它利用斯蒂芬-玻爾茲曼定律:物體溫度越高,它輻射出的能量越大。這可用公式E=μξT4表示。式中,E表示物體在溫度T時(shí)單位面積和單位時(shí)間內(nèi)的輻射總能量;μ表示斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)(μ=5.6697×10-12W/(cm2·K4));ξ表示比輻射率,即物體表面輻射本領(lǐng)與黑體輻射本領(lǐng)的比值;T表示物體的絕對溫度。利用熱致發(fā)光原理制成的電光源制作簡單和成本低,但是發(fā)光效率低,其余的能量則以熱的形式消耗掉。
白熾燈的發(fā)光效率一般為7~20lm/W,發(fā)光效率僅有11%,紅外、熱能消耗分別占69%、20%;大部分能量被發(fā)熱損耗了。而氣體放電發(fā)光器件,如熒光燈(Florescent)、金鹵燈(Halide)、高強(qiáng)度放電燈(HID)等氣體放電發(fā)光器件的發(fā)光效率比熱輻射電光源就要高很多,它們的發(fā)光效率為普通白熾燈的數(shù)十倍,一般情況下,可以逐步用發(fā)光效率高的氣體放電電光源替代熱輻射電光源。
由于氣體放電燈的功率可以做得較大(數(shù)千瓦),發(fā)光效率又高,是一種綠色照明電光源。常用電光源的分類如圖1所示。
由于氣體放電燈電光源在燈的發(fā)光效率和工作壽命方面具有白熾燈無可比擬的優(yōu)勢,因此,從它誕生之日起就一直受到人們的廣泛關(guān)注,由此派生的產(chǎn)品可謂異彩紛呈。目前,市場上已有約5000多種電光源。熱輻射電光源以普通白熾燈泡和鹵鎢系列燈泡為代表。氣體放電電光源,主要是指弧光放電電光源和輝光放電電光源,例如熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈和霓虹燈等?;」夥烹婋姽庠从挚煞譃榈蜌鈮悍烹婋姽庠春透邚?qiáng)度放電電光源。
低氣壓氣體放電電光源以熒光燈及節(jié)能燈為代表;高強(qiáng)度氣體放電電光源以高壓水銀熒光燈、高壓鈉燈(國外還有低壓鈉燈)和金鹵燈為代表。例如,高壓鈉燈的發(fā)光效率是白熾燈的8~10倍,壽命長、特性穩(wěn)定、光通量維持率高,適用于在顯色性要求不高的道路、廣場、碼頭和室內(nèi)高大的廠房、倉庫等場所的照明場合應(yīng)用。
金屬鹵化物燈,具有發(fā)光效率高、顯色性好、功率大的特點(diǎn),適用于劇院、總裝車間等大面積照明場所應(yīng)用。
單端緊湊型熒光燈的發(fā)光效率為50lm/W。采用一只9W、壽命為3000~5000h的節(jié)能燈完全可以替代40W的白熾燈泡;雙端直管T12型的熒光燈的發(fā)光效率為55lm/W,壽命為3000~5000h,而現(xiàn)在的T5熒光燈的發(fā)光效率可達(dá)90~110lm/W,壽命可達(dá)8000~10000h。
近些年來,許多其他類型的新型電光源在不斷地產(chǎn)生和發(fā)展,如準(zhǔn)分子光源(ELS)、微波光源以及固體光源(如LED)等。而固體發(fā)光光源,如發(fā)光二極管、等離子體發(fā)光器件等,盡管它們的發(fā)光效率高,目前還不能得到大功率(如數(shù)百瓦),所以固體發(fā)光器件要進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段還有一段距離,據(jù)分析在近十幾年內(nèi),傳統(tǒng)電光源將還是主流(例如白熾燈和熒光燈等)。
(1) 氣休放電光源按放電形式劃分
① 弧光放電燈。這類氣體放電電光源主要利用弧光放電柱產(chǎn)生光。陰極工作在較高溫度下,所以又叫熱陰極燈。這類氣體放電電光源通常需要專門的啟動(dòng)器件和線路才能工作,電光源主要有熒光燈、汞燈、鈉燈等。
② 輝光放電燈。這類氣體放電電光源由輝光放電柱產(chǎn)生光,放電時(shí)陰極溫度不高,所以又叫冷陰極氣體放電電光源。陽極到陰極的電壓降較大(100V左右),電流密度小。霓虹燈即屬此類。
(2) 按放電時(shí)電流經(jīng)過的媒質(zhì)劃分
① 氣體放電燈。利用氣體的放電發(fā)光。如氙燈、熒光燈和氖燈等。
② 金屬蒸氣燈。利用金屬蒸氣(如汞蒸氣、鈉蒸氣等)產(chǎn)生光,如汞燈、鈉燈等。
(3) 按放電時(shí)燈內(nèi)大氣壓的高低劃分
① 低氣壓燈。放電時(shí),燈內(nèi)氣壓為1%個(gè)大氣壓左右,如熒光燈、低壓鈉燈等。
② 高氣壓燈。放電時(shí),燈內(nèi)氣壓為1~5個(gè)大氣壓,如高壓汞燈、高壓鈉燈、高壓氙燈等。
③ 超高氣壓燈。放電時(shí),燈內(nèi)氣壓大于10個(gè)大氣壓,如鏑燈、鈧鈉燈、鈉鈧煙燈等。
其中高壓汞燈的發(fā)光效率可達(dá)50lm/W,顯色指數(shù)Ra超過65,色溫4000~6000K,壽命也可達(dá)到約10000h,功率規(guī)格有35~3500W,已形成系列化。高壓鈉燈發(fā)光效率達(dá)到120lm/W,顯色指數(shù)Ra為25,壽命達(dá)到24000h,功率規(guī)格有30~1000W。HID燈所散發(fā)的熱量只是鹵素?zé)舻囊话耄?a >燈具壽命可達(dá)2500h以上。
熒光燈比白熾燈節(jié)電70%,適用于在辦公室、宿舍及頂棚高度低于5m的車間等室內(nèi)照明場合應(yīng)用。緊湊型熒光燈發(fā)光效率比普通熒光燈高5%,細(xì)管型熒光燈比普通熒光燈節(jié)電10%,因此,緊湊型和細(xì)管型熒光燈是當(dāng)今“綠色照明工程”實(shí)施方案中推出的高效節(jié)能電光源。