电磁感应灯在道路照明领域的应用和发展前景

摘  要  “十二五”期间是我国城市照明建设事业发展的关键时期，在满足城市照明基本功能的前堤下，倡导绿色照明，降低照明的单位能耗，提高城市照明的质量和节能水平，是城市照明科学发展的主题。本文主要阐述新光源在道路照明领域的应用和发展前景。

关键词  道路照明  电磁感应灯  发展前景

随着全球面临能源危机以及环境保护浪潮的兴起，节约能源、保护环境逐渐成为全世界的共识。中国市政工程协会城市照明专业委员会的调查统计数据显示，全国道路照明年耗电约42亿kWh，年电费开支近30亿元。为此，我国近年来对绿色照明十分重视。建设部和国家发改委在2004年和2005年连续颁发了204号、234号关于加强城市照明管理、促进节约用电工作意见的通知、2006年之后又颁发了“十一五”和《“十二五”城市绿色照明工程规划纲要》等一系列重要指示精神。“十二五”期间是我国城市照明建设事业发展的战略机遇期，落实科学发展观，以人为本，构建社会主义和谐社会，促进城市照明快速、健康、科学发展的新形势、新任务赋予了我国城市照明行业新的历史使命。

因此，如何采取相应措施，降低能耗，是城市照明行业所面临的重要课题。作为国家首都的城市照明管理单位，北京市城市照明管理中心近年来积极探索各种节能减排的有效途径，其中大力推广电磁感应灯替代传统道路照明光源，是加快实施首都绿色照明工程的重要组成部分。

一、电磁感应灯的发光原理

电磁感应灯最早出现于1991年 ，它采用磁激励方式的发光原理，用特定频率和波形的电流通过线圈，产生的磁力线激发光源内部的金属蒸汽，发射出紫外辐射，紫外辐射再激发光源表面的荧光粉，产生可见光。

一次激励为纯物理结构，所以无任何衰减产生，二次激励类似荧光灯的原理，但采用超常寿命的高性能三基色荧光粉后，衰减率会降得很低，保证在60000小时后，光输出依然会大于80％。 二、电磁感应灯的特点

一种光源的性能是否优越，需要考虑以下几个因素：光源的寿命、光源的光效、光源的舒适性以及工作的稳定性。发光的原理使得电磁感应灯各项指标均满足道路照明的要求：较高光效、节能、超长寿命、光衰小，高舒适性和高稳定性。（详见下表）

类目	白炽灯	高压汞灯	金卤灯	高压钠灯	电磁感应灯
色温	1900-2700K	4000K	3000－6500K	<2000K	3000－4000K
显色性	100	45左右	65－93	30左右	大于80
光效	20－30	50左右	75－100	110－150	80－90
寿命	3000小时	10000小时	8000－15000	20000小时	>70000小时
色偏	无	无	有	无	无
光衰减	大	大	大	一般	很小
再启动时间	瞬时	>10分钟	>10分钟	>10分钟	<5秒
功率因数	1	0.85	0.85	0.85	0.9

1、电磁感应灯的寿命

传统的气体放电光源用电极放电的形式，激发特定的元素，激发出可见光。这种方式是相当成熟的技术，现在此方式的电极电子发射物质寿命可以达到20000小时以上，由于电子的轰击导致发射装置不断在衰减，因此这种方式无论技术如何改进，寿命都是有限的。对于电磁感应灯来说，光源的发光采用的特定频率的电磁波做激发，光源采用无电极结构，从理论上讲，寿命无限长，考虑到荧光粉和电气部分的因素，寿命至少也在70000小时以上。超长的寿命可以大量减少后期维护次数，降低维护成本。

2、电磁感应灯的光效

光源的光效即光源每瓦电功率产生发出的光通量。光效是检验光源是否节能的主要指标。光源每W电功率产生的光通量越多，则光效越高，亮度越高，节约电能越多。我们可以通过上面的对比表可以看出，电磁感应灯的光效为80~90Lm/W，在城市照明中广泛使用的几种光源中，电磁感应灯的光效高于白炽灯和高压汞灯，与金卤灯持平，所以，电磁感应灯更加节能。

3、电磁感应灯的舒适性

光源的舒适性即光源的色温和显色性。电磁感应灯的色温3000K-4000K，是从暖白光到日光的过渡。同时电磁感应灯具有Ra85以上的高显色性（即色彩的还原性），这会使人感到很舒适。相比高压汞灯和高压钠灯，电磁感应灯能够给人们提供个更加舒适的光环境。

4、电磁感应灯的工作稳定性

电磁感应灯不是单一的光源。由于电磁感应灯是通过利用高频电场产生高频磁场，高频磁场将金属元素激发出紫外线，紫外线轰击三基色荧光粉，发出可见光。所以，它是由玻壳、耦合器、电器组成的一个系统，三个部件的配套性保证了电磁感应灯具有较高的系统工作稳定性。

三、电磁感应灯在北京道路照明领域的应用

针对电磁感应灯所表现出来的特点和优势，从2004年开始，北京市城市照明管理中心逐步在住宅小区和胡同的步道灯、立交桥下以及隧道投光灯以及天安门广场华灯等范围内使用电磁感应灯。

1、住宅小区和胡同步道灯中的应用

根据城市的特点和路灯运行工作经验，住宅小区和胡同内居民的夜间活动频繁，对照明的需求非常高。这种需求包括两方面：一方面是小区和胡同内的路灯要有较高的亮灯率，以保证居民的夜间出行安全以及日常生产生活的顺利进行；另一方面是小区和胡同内的路灯要有舒适的视觉效果，避免出现光污染影响到居民休息和正常生活。

电磁感应灯的特点正好能够满足这两方面的需求：一是超长的寿命无疑会大幅减少灭灯的数量，亮灯率能够得到有效保证；二是良好的显色性能够为居民提供舒适的夜间照明环境。

因此，为了改善居民聚集区的照明条件，同时结合节能减排工作的推进，北京市城市照明管理中心从2004年年底开始进行试点项目，截至2012年底，北京市城八区范围内的居民小区、胡同以及人行步道共计安装了25345盏40W电磁感应灯，以此来替代传统的50W或80W高压汞灯。电磁感应灯比高压汞灯高出多倍的光效和高舒适性，带来了明显的节能效果，使其成为替代高压汞灯应用于庭院照明、步道照明比较理想的光源，目前推广工作仍在进一步实施过程中。

2、立交桥下以及隧道投光灯中的应用

2006年，随着技术的进步，电磁感应灯已经形成了从23w 到 200w的系列产品。其中大功率灯的光效能达到80lm/w以上，使其在特定区域内替代高压钠灯成为了可能。

由于电磁感应灯具有维护周期长的特点，因此车流量大、车速快且无非机动车道的立交桥下和隧道内等需要24小时长明且不易维护的特殊区域，便成为了电磁感应灯适用的场所。经过充分论证和可行性分析，北京市城市照明管理中心先后在北京西站隧道、金融街地下隧道以及环路立交桥下的投光灯中推广使用100W的电磁感应灯，替代传统的250W高压钠灯，截止到2012年底，共计安装近5000盏，取得了理想的照明效果，体现出了如下特点：

一是有效地保证了光源寿命期间的照明质量，在立交桥下和隧道照明中提高了维护系数值，减少了光源的使用数量，降低了耗电量和维护成本，同时也降低了潜在的交通安全风险。

二是根据使用的环境和要求,我们将电磁感应灯发光体的外观形状进行了灵活地变化，以适配于不同类型的应用灯具,从而达到了符合桥下或隧道中照明配光灯具的要求。

三是由于采用高频工作，电磁感应灯没有造成人眼视觉不适的任何闪烁现象。在实际的隧道照明中视觉舒适是一个重要因素，可以减轻驾驶员的视觉疲劳。

四是与其他气体放电灯相比，其反映物体位置的能力要强，可以在桥下或隧道中给驾驶员安全感，可以有效提高交通流量，预防交通事故。

3、长安街及天安门广场华灯中的应用

长安街及天安门广场作为首都乃至全国的标志性道路和地区，具有举足轻重的影响和政治意义。因此，作为该区域不可或缺的公共设施，华灯的维护管理、技术革新始终是北京市城市照明管理中心的最重要的工作之一。

华灯当初设计时在保证照明功能的同时兼顾了美观效果，设计成为投光灯加灯球的组合灯具型式。功能性照明主要靠华灯上的投光灯实现，光源采用的是高压钠灯和镝灯。球灯中则安装的是高压汞灯。由于这些气体放电灯在断电后再启动的时间很长（一般在10-15分钟），无法应对突发的断电情况，因此在每基华灯杆上还特别设计安装了8只500W半球反射型白炽灯（能瞬间启动）。限于当时的科技水平，白炽灯作为过渡产品被使用，寿命一般不到500小时，运行效果一直不理想。

结合华灯的运行情况，借鉴之前电磁感应灯在其它道路应用的成功经验，2006年，北京市城市照明管理中心对天安门广场地区的华灯进行了节能改造：用100W电磁感应灯替换520只500W半球反射型白炽灯，用85W电磁感应灯替换球灯中的2103只自镇流450W汞灯。这样每年节约用电1316.1兆瓦时，节约电费93.73万元。加上运行维护和材料所节省下来的费用，年度综合节约资金达到了105万元。这一项目的成功实施，为电磁感应灯这一新型光源的推广应用起到了比较好的示范作用。

四、电磁感应灯的发展方向和应用前景

作为城市照明风景线的道路照明，占有整个城市照明最重要的比例。道路照明主要是为夜间车辆安全、迅速和舒适地行驶提供良好的视觉条件，达到保障车辆和行人安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果。根据相关研究表明，合理的夜间道路照明至少可降低30%的城市道路交通事故率，45%的乡村道路事故率和30%的高速公路事故率。

随着社会对节约能源、保护环境意识的逐步提高，针对越来越紧缺的电能，充分合理选择最佳的照明光源和电器，实现高效、经济、舒适、便捷的道路照明建设尤为重要。现阶段，包括北京在内的绝大多数城市的道路照明光源，仍然以250W、400W标称功率的高压钠灯、金卤灯和汞灯为主，为盲目追求亮度而造成电能资源浪费，眩光现象严重而影响行车安全等，都或多或少存在不足。部分地区为节省用电采取隔杆亮灯的方法，电是节省了，却违背了照明设计的基本要求，形成光斑的弊病。近年来部分城市为改善高压钠灯的显色性低而采用冷光源金卤灯混合照明，视觉条件明显改善，但仍存在电资源损耗大的通病，而且高压钠灯或金卤灯对供电电压要求极高，以现阶段市政照明供电电压来说，220V的波动性较大，这样也间接影响高压钠灯和金卤灯的使用寿命，增加了相关的维护费用。另外，高压钠灯和金卤灯由于物理特性，一般在使用2000小时左右，光通量衰减至70%，与初始设计的照明效果反差大，影响整体照明设计目的的诉求。

而电磁感应灯作为一种绿色、环保、高效且节能型的电光源，恰恰能够解决节能与照明标准互相矛盾的问题，是最有发展前景的一种新型道路照明光源。随着电子技术长足的发展，以及近年来在道路照明领域的实践，综合性价比较高的电磁感应灯逐渐进入应用领域，在北京市城八区部分符合条件的道路和区域已经实现了对高压汞灯、白炽灯的替代。如果其技术能够继续不断地进步和成熟，届时将不失为新一代道路照明光源的选择。