论LED新型灯具在高校节能减排中的作用

第一篇：论LED新型灯具在高校节能减排中的作用

论LED新型灯具在高校节能减排中的作用

北京语言大学后勤管理处孙伟

2008北京奥运会上LED产品的应用规模空前

第29届北京奥运会的开幕式以其宏大的气魄展示了中国5000年的璀璨文明，在这台大气恢宏的开幕式演出中，LED产品得到了大量应用，无数颗LED将体育场打造成数字时代的多媒体空间。开场的巨大卷轴打开了一个4564平方米的巨大LED屏幕，这是迄今为止世界上最大的单体全彩色大屏幕，构成历届开幕式面积最大的一个舞台，上面铺了４万４千颗LED，是科技含量非常高的一个巨大平台。LED制造的光影效果和表演密切结合，幻化出各种图案，将观众引入梦幻般的世界中。在开幕式表演中升入空中的“梦幻五环”，也是由４万５千颗LED在一张大网上描绘而成。连演员身上的演出服也缀满了一颗颗LED，随着演员阵形变化，让星空降临人间、“鸟巢”幻影重现„„

在2008年北京奥运会上，秉承着举办出一届绿色奥运、人文奥运和科技奥运的理念，LED产品作为一种具体的产品形态和新技术的应用将以上理念进行了完美诠释。LED产品不仅为开幕式增光添彩，而且在奥运会各个环节都发挥了重要作用，全面助力北京奥运会。

水立方留给人们的印象是蓝色的外观，这实际上是由气枕里面安置的LED灯所控制的。投资5100万元的水立方LED景观照明系统面积达5万平方米，整个水立方的气枕中安装了49.6万颗大功率的LED，通过自动化系统的控制，三种基色可以自由组合，能呈现出你所能想象的任何一种颜色。

在北京奥运会36个比赛场馆和众多训练场馆中使用的LED全彩高分辨率显示屏，其产品总值已接近5亿元，开创了奥运会历史上大规模使用LED照明技术的先河。

北京市严重拥堵的交通曾经被视为2008年北京奥运会成功举办所面临的重要挑战性问题，因此交通信息服务被作为奥运交通保障体系的重要环节。通过LED显示产品为公众提供动态交通信息服务，成为京城一道亮丽的风景线。到目前为止，北京全市范围内LED交通可变情报板总数量已经接近300面，遍布北京市快速路系统和城市主要道路，形成了覆盖范围大、受众群体广、智能化水平高、居于国际领先水平的先进的交通诱导系统。

可以说，2008年北京奥运会所采用的LED产品从数量到技术水准以及应用方面都达到了一个新的里程碑，以节能、环保、寿命长、色彩丰富等优点著称的新型高效固体光源——LED成为支撑北京绿色奥运、人文奥运、科技奥运的重要力量，为2008北京奥运会增添了绚烂异彩。

LED产品在照明工程中的应用

LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，过去10年来在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。LED寿命理论上长达10万小时，意味着每天工作八小时，可以有35年免维护的理论保障。由于采用低压运行，几乎可达到100％的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色。经过

二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。

传统的ＬＥＤ主要应用于信号显示领域、建筑物航空障碍灯、航标灯、汽车信号灯、仪表背光照明，如今娱乐、建筑物室内外、城市美化、景观照明中应用也越来越广泛，而本文要强调的是白光LED技术在通用照明领域的应用问题。随着亮度增加和价格降低，白光LED在通用照明领域的市场潜力越来越大。白光LED在通用照明产业的使用，将对国家或地区的能源策略和环保策略产生积极的影响。

白光LED魅力四射，优点多多。除了寿命长、耗能低之外，白光LED更大的长处有四点：一是应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是环保效益更佳，由于光谱中没有紫外线和红外线，没有辐射，属于典型的绿色照明光源，而且废弃物可回收，没有污染；三是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光；四是响应速度快。市场上已有销售的大功率白光LED光效已能达到100lm/W，美国加州大学固态发光及显示中心已开发出发光效率为200lm/W的白光LED，这意味着一只1W的白光LED和一只20W白炽灯发出的光是等效的，而白光LED能量消耗只有白炽灯的1/20。

白光LED的市场，是被LED业界看好的具有强大市场潜力的照明光源市场。根据美国一家公司的预估显示，全球照明光源市场平均每年以5%的成长率稳定爬升；其中，白光LED较易进入的是白炽灯泡及荧光灯市场，此两项产品是民用照明最普及的光源，未来白光LED的市场潜力可说是相当的巨大。

白光LED照明产业的发展将影响到一个国家和地区的能源战略和环保战略，因此，各个国家纷纷进行将LED半导体照明产业列为国家重大发展进行支持，我国台湾地区也投入巨资进行研究和开发。国际性大公司如通用电气、西门子、飞利浦、惠普等都已积极投入白光LED 的研发工作。

在全球能源价格高涨的情况下，节能降耗比过去任何时候都更为重要，全球通过国家政策导向或强制执行的节能目标比过去更为明确和急迫。日本、美国、欧盟、韩国等相继推出国家半导体照明计划，全球照明巨头之一飞利浦更是宣布2016 年前分阶段完成关闭所有的白炽灯生产体系。我国台湾地区也计划全面淘汰白炽灯泡，改用LED照明，预计2010年起陆续停产白炽灯，2012年底将全面停止使用白炽灯泡。该计划第一步将首先从公共部门开始禁用白炽灯，更换照明设备时不再使用白炽灯，全面改用省电灯泡或LED灯。预计公共部门将在2009年第一季全面淘汰白炽灯，改用LED灯，而到2012年底，全台湾地区将全面停止使用白炽灯泡。台湾地区能源局长表示，“未来若全面淘汰白炽灯泡，改为LED照明，每年将可节能达41%。”

我国政府也非常重视LED照明产业的发展，早在国家863计划中就将“半导体照明工程”作为新材料领域的重大项目进行研究，2003年我国半导体照明工程全面启动，于2003年6月17日宣告成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”，同时把上海、大连、厦门、南昌和深圳等五个城市设立为国家半导体照明产业示范基地，半导体灯替代传统灯已是大势所趋，LED照明产业获得了前所未有的发展机遇。

LED产品在高校节能减排中的作用

（1）节能减排对维持我国经济可持续高速发展具有重要战略意义

加快建设资源节约型、环境友好型社会，是党中央、国务院在新形势下做出的重大战略决策，建设节约型校园是教育系统落实这一战略决策的重要举措。高等学校是培养人才和促进科技进步的主要阵地，深入开展高等学校节约型校园建设工作，不仅可以促进学校本身的能源资源节约，降低办学成本，在社会起到示范和带动作用，还有利于促使广大学生树立节能环保意识，掌握节能环保技能，对我国经济和社会发展产生深远影响。根据教育部和建设部联合下发的“建科

[2008]90号”文件精神，要求各学校在“十一五”期间总体节能目标是：实现已有用能项目人均用能在2005年所耗能量的基础上降低15%。因此各学校要完成此项工作的任务非常艰巨。

（2）高校能源使用成本惊人

我校在教育部直属高校中算是比较小的学校之一，但我校每年所用电费都达到上千万，2006年所用电费为1209万元，2007年所用电费为1140万元。如果照明用电占总电量按22%估算，那么我校仅仅用于照明，2006年为266万元，2007年为251万元，能源使用成本惊人。

（3）传统日光灯维修成本惊人

据我校水电维修中心统计，从2007年8月~2008年8月一年时间内，我校教学区共维修和更换日光灯9968条，学生宿舍区共维修和更换日光灯15030条。如果把由此产生的设备故障成本、人工维护成本、产品产出成本、时间效率成本、设备更新成本、系统增容成本等诸多间接的成本支出都算在内，可以看出传统日光灯的使用成本非常惊人。

（4）国家设计标准与现实使用的矛盾

国家《建筑照明设计标准》GB500034—2004中已经明确指出，在新设计建筑中必须使用节能灯具，否则节能审查不予通过。但各学校节约能源的措施之一就是在公共走廊照明位置设置声控开关，通过声音控制灯具的开关。由于普通荧光节能灯不适合这种高频率的开关，因此通常声控照明都是使用不节能的普通白炽灯。于是这里就出现了一个悖论，建筑物设计时指定用节能灯，但安装后各学校为适应声控开关又改造为普通白炽灯。

从以上几点可以看出，无论是从国家战略高度，还是从实际使用中的问题来看，都需要有一种新型的灯具来代替广泛使用的普通白炽灯和日光灯，而LED灯具正好是这样一个替代品。

（5）白光LED日光灯代替荧光日光灯节能分析

北京市节能环保中心曾经作过一个检测，将同样数量的普通荧光日光灯和LED日光灯进行对比试验，结论是：在同等条件下LED日光灯比荧光日光灯，电功率下降62.8%；北京交通大学也作过相类似的试验，在两个不同的教室分别安装LED日光灯和荧光日光灯，在照度和使用时间相同的条件下，用电表纪录这两个教室在一段时间内的用电量，结果发现每支LED日光灯比普通荧光日光灯每天可以节约0.4度电。

虽然0.4度电并不大，但如果按照一所学校有10000支日光灯计算，若用LED日光灯替换荧光日光灯，则对比数据经济分析如下：

① 普通荧光日光灯管一次性购置费为：20万元

20元/套×10000套=20万元（含灯管、镇流器、起辉器费用）

② LED日光管一次性购置费用为：248万元

248元/支×10000支=248万元

③ 普通荧光日光灯管年维修费用：28万元

其中：年损耗率的更换量费用为：20元/支×10000支×20%=4万元，年人工维修费用为：2元/月×10000支×12个月=24万元 ④ LED日光管年维修费用：7.44万元

年人工维修费用约：248万（按购置费）×3%=7.44万元

⑤ LED日光管年节约电费约为：72万元

10000支×0.4度×30天×12个月×0.5元/度=72万元

⑥ LED日光管比普通荧光日光灯管每年节约电费、人工维护费、更换费用为：72万+（28万-7.44万）=92万

通过以上数据对比可以看出，如将普通荧光灯管更换为LED日光灯管。按产品保守估计6年的使用寿命、目前电费的市场价0.5元/度为基数来计算，约2.5年即可收回产品购置成本，后续3.5年可节省综合费用约322万元（92×

3.5=322）。如果电价提高，经济效益更为可观。

结论

光电子技术是21世纪的尖端科技。21世纪具有代表性的主导产业排序，第一是光电子产业，其后是信息通信产业及健康和福利产业。LED不依靠灯丝发热来发光，能量转化效率非常高，节能、环保和长寿命。理论上可以达到白炽灯10%的能耗，相比荧光灯，LED也可以达到50%的节能效果，寿命则是白炽灯的100倍，具有高效、节能、寿命长、免维护、环保等优点。我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，节省的照明用电，就意味着节约1000亿度，相当于一个总投资超过2000亿三峡工程全年的发电量。虽然目前价格较贵，暂时难以普及，但是可以预期，在LED形成一定市场规模后，LED技术将飞速发展，LED价格的大幅度下降将指日可待，因此，LED在照明领域的应用前景不可估量。

第二篇：灯具光学系统设计在照明节能减排中的作用

灯具光学系统设计在照明节能减排中的作用

摘 要：本文主要根据照明应用场合的具体情况分析，在灯具光学设计时充分考虑CIE关于绿色照明的理念和要求，首先选择短弧，高光通或高显色性和高流明维持率的光源，其次采用模块化设计全方位组合不同反射功能的反光罩和遮光罩，控制光的投射方向和光束形状，同时改善照明灯具控光材料的光学性能，提高灯具的光输出效率，降低灯具溢出光及偏射光，减小人工照明形成的天空杂散光，提高照明场合的照明水平和视觉舒适度，控制光污染，节省能源，降低照明成本。

关键词：光学设计（optics design）；照明灯具(luminaire)；绿色照明(green lighting)； 溅射光(spill light)；

一、引 言

灯具作为照明单位器件，从功能方面可划分为机械结构及安装系统、电器及照明控制系统和光学照明系统，这三者相互作用，相互依赖，相互交融组成一个完整的灯具。其中灯具光学照明系统是实现灯具照明功能的终端执行部件，该系统主要包括光源和控光系统，它的工作最终体现灯具的使用性能。“绿色照明”是一个针对照明场合的要求，它的科学定义为：通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。“绿色照明”是20 世纪９０年代初期照明行业提出的一个全新方针，它的出发点是节约能源、保护环境。实施绿色照明的宗旨是发展和推广高效照明器具，节约照明用电，建立优质、高效、经济、舒适、安全、有益的环境，绿色照明不仅要求节能，还要在满足对照明质量和视觉环境条件的要求下实现节能，因此不能单纯依靠降低照明标准来实现上述目的，而是要提高整个照明系统的节能能力，在同样的照明标准和照明质量下用通过更少的灯具和更低的功率消耗来实现。

二、基于绿色照明理念的灯具光学设计

照明系统的节能主要从两方面进行：一是研制和推广应用高效优质的照明灯具；二是提供合理的照明控制系统和工程应用。研究高效的照明灯具主要是从灯具光学系统的设计出发，合理选择灯具光源，科学设计灯具光学系统形状，采用性价比合理的反射材料和折射控光材料。

（一）光源的选择

电光源的发光原理不同、制作工艺不同、材料不同，则发光效率就不同。单位功率发出的光通量称为发光效率（以下简称光效），更确切地说就是电光源的发光能力。照明要节电，首先尽量提高电光源的发光能力，让尽量少的电能产生尽量多的光。金属卤化物灯的光效已接近甚至超过了1001m/W，有专家预计2010 年光效可达1201m/W，是泛光照明、道路照明和高大厂房照明的主要光源；高压钠灯光效已达1501m/W，是目前光效最高的照明光源，多用于道路照明和泛光照明。

在实际的照明应用中，片面追求光源的高显色性和高色温，能造成极大的能源浪费。在一些体育场馆的泛光照明中，一般都采用１０００～２０００Ｗ的大功率金属卤化物灯，按显色指数通常分为６５（或８０）、９０两种；按相应的色温分为３７００Ｋ（或４０００Ｋ）、５６００Ｋ两种。后者通常应用于国际性的彩电转播、奥林匹克运动会、“世界杯”比赛以及高清电视转播中；前者用于日常的训练、比赛、彩电转播中。在全球不同地区如北美和欧洲，其执行的标准也有较大的差别，现行的体育照明标准对此要求也有所不同。不同显色指数和色温的光源其光通量有明显差别，以１０００Ｗ的金卤灯光源为例。显色指数为６５的金卤灯光源光输出为１１００００Lm，而显色指数为９０的金卤灯光源光输出仅为９００００Lm。前者的光通量高出后者约２０％，意味着在同样的照度水平和照度均匀度要求下，后者可节能２０％左右。

现有金卤灯结构分为单端金卤灯和双端金卤灯2 种（图1），每种金卤灯又可分为长弧发光管和短弧发光管两种(图1)，应用于不同的灯具中。比较这些产品特性可以发现，短弧双端金卤灯具有以下特点：允许灯具系统的设计更加简洁，并使精确的光学系统具有较高的效率、良好的光束控制能力和最低限度的溢出光；燃点位置位于水平方向±5°以内，有助于金卤灯性能的稳定；但是在工作时，灯的封装部位将暴露在空气中，因此必须控制灯具温度，灯与灯之间颜色差异较难控制。单端短弧金卤灯同样具有自己的优势，特别是在对眩光、外溢光的控制以及灯具的精确配光方面：也可以精确地控制光线，提供更多的配光选择、良好的外溢光及眩光控制、透明管状外玻壳、高光效等；如果保持水平方向±5°以内的燃点位置，可以最大程度地降低金属卤化物灯固有的色差，初始及燃点寿命期间均具有很高的光效，灯具寿命比双端金卤灯长，灯与灯之间的颜色差异容易控制。根据金属卤化物灯具的特性，当灯管处于水平和垂直状态时被点燃，灯具的燃点效率最高。一般灯具安装在灯杆或者马道上时，灯具的瞄准角度与水平方向会有一个２５°～４０°左右的夹角，此时，灯具的倾斜系数较低，总的光失系数降低，灯具的利用效率下降，必须使用更多的灯具才能达到这一照明效果。使用Ｚ形光源。

（图2）时，通过灯管Ｚ形的校正，可使灯管基本处于水平状态，提高灯具的倾斜系数，提高了灯具的利用效率，减少灯具的使用数量，有效节约了电能。同时，采用Ｚ形光源后，结合灯具的设计，部分本来投射到空中的外溢光通过反射器的反射被重新投射到场地中，从而提高了灯具的效率，使场地内可供利用的光能提高了２５％左右，并且减少了对周边环境的外溢光污染和场地内眩光。在没有配置外置眩光控制器的情况下，可减少外溢光达５０％左右；选用外置眩光控制器后，外溢光可减少９０％～９５％。

（二）灯具控光器件的设计原理

1．灯具光学设计与照明节能的关系

灯具是光源、灯罩和相应附件组成的总体。灯具的光照主要特性，一是配光性能；二是灯具效率；三是防止眩光特性。灯具的主要作用是让光依人们需要按一定的规律分配。光源在灯具内发光后总会损失一部分光，灯具发出的光通量与光源光通量之比称为灯具效率，灯具效率高意味着光在灯具内的损失少，发出光多，意味着节能。各种灯具的效率差异很大，大致在30%～95%之间，如窄光束的投光灯一般在30%～50%左右，为了提高灯具效率，灯具光学系统设计就显得非常重要。

不同分类的灯具，照明要求不同，光学系统设计所要关注的内容不同，灯具的分类方法很多，若从光分布图看，可分为三种形式。１、双向非对称式，2、单向对称式，3、双向对称式，4、轴对称式 3。按照照明设计要求对灯具分类，可分为：１、室内照明灯具，２、泛光及投光照明灯具，３、道路及庭园照明灯具。按照使用场合分类就更多。

就灯具使用而言，泛光照明用投光灯功率大，亮度高，又布置在建筑物附近，极易对路人造成眩光，对周围建筑物内的居民造成光干扰。因此，在进行照明设计时，对灯具的选型及灯具安装位置的选择都要充分考虑，应尽量减少溢散光，灯具的位置和投射角度要合理，要提高泛光照明利用系数（被照表面所得到的光通量与光源发出的光通量之比值）。国际照明协会规定了７种最基本的灯具配光曲线（图4），也有部分灯具提供更多类型配光曲线，以满足市场的不同需求。

道路照明的范围十分广阔，覆盖了城市乡村的大小街道。其最重要的功能是为驾驶员提供安全的照明，尤其是高峰期间在市中心交通混乱的区域，对照明的要求是非常高的,表一是常见道路照明功率密度限值。道路照明能源消耗占整个照明能源消耗的比重很高，依照2002 年数据，全国道路照明灯光盏总数将超过1200 万只，以市场用量最大的 250W 高压钠灯做计算基础，每只钠灯的年耗电量为： 250×1.15(电感镇流器的电耗)×11.5h÷1000×365 天h=1200 度。所以灯具光学性能对节能至关重要。当前的灯具相关标准已经对灯具光强分布、灯具效率和眩光限制提出要求。对于灯具效率，常规道路照明灯具效率由60%提高到70%，泛光灯效率由55%提高到65%，分别提高了10%。因此灯具性能要高于标准要求实现配光分布，效率及眩光控制，必须进行科学合理的灯具光学系统设计，传统道路照明的配光特征曲线如图5 所示。

室内照明灯具光学设计对节能减排也起到重要作用，比如办公室照明多采用格栅灯，如果格栅和反射器能够科学设计，提高格栅灯的效率，那么节能效果就相当明显。当前格栅灯满足CAT II 眩光控要求的效率大多50%～60%，而且光分布也不是很好，要保证办公室照明的基本要求，就需要更多数量的灯具，会造成能源浪费。现在一些著名企业都推出灯具效率在70%以上的优良眩光控制格栅灯，照明质量得以改善，而且立刻节能10%以上。还有就是厂房和仓库的照明，目前大多使用HID 光源的工矿灯，HID 工矿灯的效率大概在60%~80%之间，如果采用荧光灯管的高挂灯，科学设计其光学系统，则眩光控制要求比HID 工矿灯好，灯具效率可达90%以上。比如采用6X54W 高效荧光灯管的高挂灯照明效果与采用400W 金卤灯的工矿灯相当,但可节能20%以上。图6 是一些室内照明用典型灯具的配光特征曲线。

2．灯具光学系统设计原理

灯具光学系统就是灯具使用光源，遮光罩（灯罩）和反射器（灯杯）组成的具有相互位置关系的整体，是灯具结构一个子系统，是实现灯具照明功能最直接的、也是最终的执行系统。灯具光学设计就是利用几何光学原理设计由复杂非自由曲面组成的反射器和遮光罩，使光线射向所要求照明方向的一种办法。在灯具光学设计中，评价灯具光学性能的主要因素是被照平面的照度及照度均匀度、灯具输出的光通量、灯具眩光等。有许多因素影响灯具光学功能的评价，诸如使用场合照明的要求，照明空间的布局与结构，被照面的表面特性、背景光强、墙面的反射甚至人眼的特性，眩光及溢散光控制和亮度比控制等。

目前反射器和遮光罩工作面形状都是由很多自由微曲面组成，反射曲面的形成采用多曲面反射配光设计法（图7），灯具的反射器由许多片不同的反射片嵌在反射罩内组成（图8），采用３６０°角布置，反射器可以组合成不同形状，不同功能的小反射曲面组合成特定光反射功能的子模块，以实现特定的光反射功能,采用这种布置方式对光线的控制更加精准，进一步减少了外溢光，提高灯具的效率。反射片的不同组合搭配，能够形成多种配光曲线。在新开发照明灯具时只需按照配光要求组合反射器模块，就可以实现特殊要求的配光设计，从而在应用中选择合适的配光，做到合理投射和利用光线，以达到最佳的照明效果。这样做一则减少灯具开发进度，二则便于通过改变局部反射器模块形成新的配光，灯具结构不需要太大改动。采用模块化设计全方位组合不同反射功能的反光罩和遮光罩，减少内部反射次数，控制投射方向和光束形状，原本投射到非照明区域的散射眩光、溢出及偏射光和人工照明形成的天空杂散光得以减少。可以提供一个舒适、清晰自然的照明环境，同时节省成本，降低能源消耗。

3．照明灯具控光器件材料的选用

灯具的反射面应尽量选用高反射比的材料，灯具上的透光罩应尽量选用透射比高的材料，以提高灯具的效率。目前多数投光灯的反射器材料大多采用铝型材厂提供的用于照明的铝板，如安铝，美铝、意铝、法铝等品牌的铝板，国产铝主要是甘铝、贵铝等。在设计反射器时为了保证工作平面上照度的均匀性，一般多采用锤纹或是雾面材料(图9)，但缺点是光线漫射会造成灯具出光率降低，而且不易形成窄光束配光，造成照明眩光，与绿色照明的宗旨相背离，根据笔者灯具设计的经验，可以考虑反射器多采用高反射率的镜面铝板（图9），整个反射器采用多自由反射曲面的组合，而不是当前一大块曲面的反射形式，便于实现灯具光束的控制。虽然反射器加工成型成本会增加，但从长远考虑，考虑节能的费用，加工成本增加的费用完全可以补偿，利用镜面反射材料代替一般的雾面材料，灯具出光率提高10%以上，利用镜面材料代替锤纹铝材，提高出光率5%以上。另一个方面是有关折射罩材料的选用，由于光线以大入射角入射透镜，则在入射表面形成较强的反射，真正进入透镜的光线就会减少，降低灯具出光率。比如非对称配光的投光灯具为了在工作平面形成均匀照度，希望在垂直平面内灯具的最大光强角度较大，比如60º，一般的设计也在40º以上，但是出现的问题是当光线以较大入射角照射到玻璃表面时，玻璃表面反射率将增加，穿透玻璃射出的光线将减少，从而影响灯具的出光率，所以在选择泛光灯具折射器时，考虑在玻璃内表面涂镀增透膜或采用防反射玻璃，以提高灯具的出光率。只有根据要求合理选择灯具的反射器材料和折射器材料，再结合多曲面反射的配光设计，全面提高灯具的出光率，降低照明能耗，减少眩光，真正实现绿色照明。

三、典型灯具光学设计示例

GE 在灯具新产品研发过程中，特别注意灯具的光学系统设计，考虑如何提高灯具的光输出效率、灯具溢出光控制和良好的灯具配光分布，以期实现最佳的照明功能。这里就不同类型的灯具光学设计作一个简要的概述。

图10 是一款新型HID 隧道灯的光学系统和反射器的制作模型，为了节省成本,该反射器使用隧道灯常用反射器材料,只是在反射器形状上设计采用自由曲面,利用该反射器获得的灯具配光分布特征曲线如图11 所示，该灯具相对传统的隧道灯具不但光输出效率高达75%以上，而且是全截光灯具，灯具照射面积大，可使用相对较少数量的灯具实现隧道照明所要求的均匀度和平均照度。目前市场上HID 隧道灯具的平均效率大概65%～70%之间,可以节能5%～10%,由于照射面积大,可以采用较少灯具,参照150W 高压钠灯能耗,也可节省5%～10%左右。

图12 是一款新型格栅灯的光学系统以及配光曲线特征，反射器形状设计采用自由曲面,利用该反射器获得的灯具配光分布特征曲线如图12 所示，该灯具光输出效率实测高达75%以上，眩光控制等级满足CIBSE LG3 CATII 的要求，灯具配光曲线为典型的∆配光,灯具照射面积大，可使用相对较少数量的灯具实现隧道照明所要求的均匀度和平均照度。相比传统灯具，由于照射面积大,光输出率高,可以采用较少灯具满足办公室照明要求，参照3X28W 荧光灯能耗,也可节省10%左右。

图13 是一款新型荧光灯光源高挂灯及其光学系统，这款灯具主要替代400W HID 光源高挂灯，反射器形状设计采用自由曲面，利用该反射器获得的灯具配光分布特征曲线如图14 所示，该灯具光输出效率实测高达91%以上，灯具在γ角75°方向最大亮度不超过3000cd/m2（6X54W）,所以眩光控制很好，而且灯具照射面积大，可使用较少数量灯具实现工厂仓库所要求的均匀度和平均照度。相比传统灯具（400W 金卤灯高挂灯）,考虑能源消耗和灯泡更换成本，一年可节省费用16%，具有显著的经济效益。

图15 是一款传统道路灯反射器，采用高纯铝深拉延成型，表面进行氧化处理，由于反射器形状不规则，表面抛光困难，所以反射器镜面反射率很难提高，灯具光效和配光形状很难改善，反射器成型废品率高，目前使用传统反射器结构的全截光路灯出光效率大概在70%～80%之间.灯具配光分布特征曲线如图15 所示。依据光学原理设计新型的道路灯反射器，该反射器采用传统成型技术，也可以提高灯具效率到85%左右，即可节能5%～10%，而且道路侧光输出高，灯具有效效率高，节能就更加显著,如图16 所示。

投光灯光学系统设计也相当重要，良好的设计不但可以控制灯具的光束形状，而且完全能够按照明场合所要求的光束角及配光形状设计反射器，不但可以提高灯具的有效效率，而且可以控制灯具的溢出光和溅射光，造成不必要的光污染和眩光。图18 是一款2000W 投光灯的光学系统模型，设计50%光束角是6 度，灯具效率可达80%。一般窄光束大型投光灯光输出效率大概50%左右, 较好的设计也在60%～70%之间，所以灯具光学系统设计在泛光照明中的节能更加显著.这种窄光束的投光灯在因其在反映面上亮度一致，在垂直面上光分布过渡自然，与夜特空成明显的对比，显示了光的力度；灯具向上仰角大，光强峰值与地面的夹角在抑制眩光的范围内，并且尽可能扩大了被照面和周围环境的亮度，所以不会出现失能眩光。

图19 自由曲面拼接投光灯反射器样品

总之，对于照明灯具，特别是泛光照明、道路照明、室内照明灯具，今后的发展方向是进一步改善灯具使用的光源，比如新型LED 光源，同时要结合新型光源科学设计灯具控光器件，提高灯具的光输出率，实现照明节能的最终目的。基于上面的分析，我们可以看到，灯具光学系统在照明节能减排中占据相当重要的位置，所以我们的设计人员要不断学习，不断创新，设计出更多更好的照明灯具，为环境照明服务。

第三篇：论节能减排

论节能减排

节能减排已经成为了人们生活中常常听到的词汇，网络和电视上经常提到目前环保形势的严峻，地球正在受到伤害，可是，许多人们对节能减排仅仅只是听说而已，却不知，节能减排不是口头上说说就能做到的，地球需要我们的行动去拯救。我国是一个资源短缺的国度，人均水资源拥有量不到世界平均程度的四分之一，耕地不到二分之一，森林不到七分之一。所以，节能减排关乎于我们每一个人的生活，那么，节能减排到底是什么？我们应该怎样节能减排呢？

（1）节能减排的概念：节能减排指的是减少能源浪费和降低废气排放，节能减排可以保护我们身边的环境，只要我们节能减排就会让我们人类共同的母亲——地球感到欣慰。节能减排其实只是举手之劳，作为中学生的我们应该为我们的地球母亲做出我们应有的贡献，虽然我们只是学生，但是我们可以为我们的地球母亲做的事还有许多许多。

（2）为什么要节能减排：目前在世界上，经济普遍快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，群众对环境污染问题反应强烈。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，有害气体致使臭氧层破开空洞，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排的工作，可以减缓人类活动对地球环境造成的伤害，也是应对全球气候变化的迫切需要。

（3）我们生活中的节能减排：节能减排其实只需举手之劳，比如说注意随手关灯、使用高效节能灯泡，联合国环境规划署曾发表了

1一份报告，用相同亮度的节能灯替换60瓦的灯泡，可以将产生的温室气体减少百分之八十，如果我国在用的14亿只白炽灯全部替换为节能灯，每年就可节电480亿千瓦时，相当于每年减少二氧化碳排放4800万吨，既做到了环保，也节省了电费，是一件一举两得的好事。我们还可以在电视、电脑不用时及时切断电源，既节约用电又防止插座短路引发火灾的隐患。保持冰箱处于无霜状态、不频繁开关冰箱等等都可以节能。电视上还有许多公益广告，人们也可以从中学到许多节能减排的知识。

（4）保护环境、节约资源：我们必须遵守有关保护环境、节约资源的规定。节约用水，在刷牙时，关闭自来水龙头，不能让水资源白白浪费。在学习中，要尽量节省文具用品，杜绝浪费。还有，应该尽量制止使用一次性饮料杯、泡沫饭盒、塑料袋和一次性筷子等一次性用品，用可以循环利用的物品代替使用，这样就能够大大减少垃圾的产生、资源的流失，对大自然做出贡献。

（5）废弃物品的回收利用：一吨废纸可造纸800公斤；一吨废塑料可炼汽油700公斤；易拉罐和玻璃瓶再生可节约成本的90％以上；一次性木筷可以用来造纸；生物垃圾可制成优质肥料；不能回收的纸屑、布头等仍可燃烧发电······这些废弃物品对生活的帮助是很大的，如果不加以利用，变成垃圾的话，不论是被丢弃还是被填埋，对大自然都是一种严重的污染，我们应该把这些废弃物品利用起来，这样也是节能减排的另一种方式。

节能减排是我们保护我们的唯一家园——地球的最好方式。我们

不要忘记，地球只有一个，破坏了地球，我们又该去往何处？让我们一起来节能减排，保护我们的家园吧！

第四篇：行业行政管理部门在水运节能减排中的作用

行业行政管理部门在水运节能减排中的作用

摘要：节能减排是促进水运发展的重要途径和手段，本文分析认为交通运输主管部门在促进水运节能减排的过程中可从改进管理方式、制定政策法规、完善标准规范、开展示范推广、建立长效机制等方面发挥作用。

关键词：水运；节能减排；港口；航运

收稿日期：2010-12-20

作者简介：彭传圣（1966-），男，硕士，研究员，主要从事大型港口机械的研究、开发和设计及计算机动画模拟技术等方面工作。

尽管水运具有运能大、占地少、能耗小、污染轻、成本低的比较优势，是最能体现资源节约和环境友好的运输方式，在建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，为进一步推动水运行业进一步朝着低能耗、低污染、低排放和高效能、高效率、高效益的方向发展，依然需要把节能减排作为促进水运发展的重要途径和手段，在发展中促转变，在转变中谋发展。节约资源是我国的基本国策，水运节能减排涉及面广，需要多个政府部门相互协同，才能有效开展，交通运输主管部门尤其有责任在促进水运节能减排的过程中积极发挥作用，本文根据相关资料，分析交通运输主管部门在开展水运节能减排工作方面可以利用的抓手。改进行政管理方式，实现管理过程的节能减排虽然“政府引导、市场调节、企业主体与公众参与”是开展节能减排工作的主要原则，但是实际上交通运输主管部门在履行行政管理职责的过程中，可主动发挥作用，促进管理过程的节能减排。以船舶报港为例。

船舶报港是港航部门有效的管理手段，具有海事安全管理、规费稽征、船舶指泊调度等各项职能。采用传统管理方式时，船舶每经过一个报港点，都必须停靠报港，接受检查。但是，随着经济社会的高速发展，水运量和运输船舶数量大量增加；以及船舶管理力度的加大，航区报港点逐年增加，船舶停靠报港既费时也增加能耗。图1所示为杭州市港航管理局管辖的杭州航区航道上布置的管理站所；采用传统管理方式，船舶在各报港点停靠、排队、等候，每个航次停靠报港次数较多，每次停靠所需时间约20~30 min，多消耗柴油10 kg以上。此外，还增加了不安全因素和人员工作量。杭州市港航管理局创新管理理念，以船舶GPS终端和港航船舶综合数据平台为基础，以信息化技术为手段，解决了船舶免停靠报港中船舶实时识别、航迹跟踪、免停靠稽查、规费自动稽征及指泊调度等技术难题，开发并应用了内河船舶免停靠报港信息服务系统。系统的应用实现了船舶报港管理方式转变，在保证报港检查质量的同时，有效减少了船舶停靠报检的次数，从而达到了节能减排的目的。系统在海月桥所、北星桥所试点应用结果如表1所示，表中船舶航行途中仅经过1或2个报港点，航次节能效果均超过图1杭州航区航道上管理站所分布水运科学研究

第五篇：汽车节能减排论文：论汽车节能减排

汽车节能减排论文：

论汽车节能减排措施

摘要：节能减排工作是建设资源节约型社会的必然选择;是推进经济结构调整,转变增长方式的必经之路;是提高人民生活质量,维护中华民族长远利益的必然要求。本文紧跟时代步伐,论述了作为能源消耗和环境污染物排放大户的交通运输行业节能减排工作的影响和治理举措,希望交通运输行业乃至整个社会经济与自然生态系统能够持续、健康、协调、稳定发展。

伴随着高耗能经济增长方式和粗放式的发展模式,中国的环境问题日趋凸现,如河流、空气污染,温室效应,酸雨的影响等环境恶化问题不断加重。而来自调查机构的最新统计数据显示,我国在用机动车的60%-70%属于高能耗、高污染物排放车辆,每年所消耗的燃油、机油的总量占我国成品油年产量的1/2以上,给环境造成了很大的污染。

汽车工业已经成为我国的支柱产业,但节能、环保等问题正成为制约其快速发展的瓶颈,也越来越受到社会的关注和重视。积极发展节能环保型汽车,符合我国能源状况和大众消费水平,有利于缓解能源紧张,保护环境。对于落实国家能源发展战略,加快建设资源节约型社会具有重要意义。汽车节能减排工作任重而道远。交通运输对环境的影响

交通运输对环境的影响特点表现为以下几个方面:

第一,交通运输对生态坏境的破坏主要集中为对大气环境的破坏。这部分污染主要来自于机动车辆的尾气排放,既包括直接排放物对环境的损害,如氮氧化物等,也包括排放物在空气中通过光学作用形成的臭氧等二次污染。此外,也带来一系列诸如噪音污染等诸多问题。第二,交通运输对环境的影响有一定的区域性,主要集中在运输线路周围。以对城市环境的影响为主。第三,交通运输特别是公路交通运输尾气的排放更接近地面,对生态环境和人们健康的影响更为明显。汽车节能减排综合治理措施

2.1 汽车行业节能减排需要国家配套的政策支持

对于我们国家来说,建立并完善节能减排的标准和法规是当前的关键。这样才能促进汽车产业的进步。光靠宣传和教育,节能减排的最终目标恐怕难以实现。我们在完善政策法规时,很多基础性工作要都做扎实,单纯抓数字是远远达不到预期效果的。

比如,我们可以从消费环节入手,推行燃油税等政策的实施。此项措施对于改善用油状况和调整汽车消费市场都有很大帮助。一方面能对消费者形成约束,另一方面能对市场形成调节机制。另外,节能减排的政策体系应该具有系统性,多方面性。即我们应该将约束政策和奖励性措施、激励政策结合起来,系统地发挥作用。设立不同的能耗级别,根据能耗级别进行奖励和惩罚。如美国对节能环保车型有财政补助,另外他们还有“3升车计划”,鼓励汽车企业制造百公里油耗3升的汽车。

2.2 齐抓共管生产、消费环节

节能与环保成了当今汽车制造厂家面临的新使命。他们也是推行节能减排的排头兵,他们身上担负着重大的责任,他们要尽可能地降低油耗。实际上现在我们的企业也开始认识到这一点,他们网络人才,努力提升研发技术水平。相信我们的企业能够克服技术难关,生产出低油耗、低污染的环保型汽车。另一方面,汽车的节能减排不仅是生产企业的责任,同时也是每一位消费者的义务,只有社会各界共同努力,才能早日实现低污染、低油耗。即我们要加强汽车节能减排工作的宣传教育工作,使消费者形成科学的汽车消费、油品消费观念,从消费环节入手,培养消费者养成省油、节油的好习惯。提高汽车节能减排研发技术水平

以内燃机为动力的交通工具,之所以产生高能耗、高污染物排放,主要是油气的供应量不够精确以及燃料燃烧不充分所造成的。我们多采用提高发动机综合性能,车身轻量化等技术措施来提高汽车的节能减排水平。总结为以下几方面:

3.1 提高发动机的综合性能

(1)稀薄燃烧技术。稀薄燃烧技术的最大特点是燃烧效率高,经济、环保,同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下,由于混合气点火比理论空燃比条件下困难,爆燃也就更不容易发生,因此可以采用较高的压缩比设计来提高热能转换效率,再加上汽油能在过量的空气中充分燃烧,所以在这些条件的支持下能使汽油充分燃烧。(2)汽油机的燃油电子控制喷射技术。燃油电子控制喷射系统是以燃油喷射装置取代化油器,通过微电子技术测量吸入发动机的空气量,再把适量的燃油采取高压喷射的方式供给发动机。燃油电子控制喷射技术的应用,大大改良了汽车的燃油经济性,使得缸内进油更科学,更准确。这种技术可使发动机的功率提高10%,在耗油量相同的情况下,扭矩可增大20%以上,油耗降低10-12%,尾气排放可降低30%-50%。(3)优化设计燃烧系统。它涉及到活塞顶和缸盖的形状,火花塞的位置,进、排气门的尺寸和数量,以及进气口的设计等一系列问题。设计者对燃烧室形状、燃烧室布置以及喷射系统进行优化设计,改良燃烧状况,提高排放标准。(4)闭环控制技术。该系统是一个实时的氧传感器、计算机和燃油量控制装置三者之间闭合的三角关系。采用闭环控制的电喷发动机,由于能使发动机始终在较理想的工况下运行(空燃比偏离理论值不会太多),从而能保证汽车不仅具有较好的动力性能,还能大幅度省油。

3.2 车身轻量化

多使用铝合金或其他轻型材料,减轻汽车零部件质量,降低整车重量,达到节省燃料的目的。

3.3 制动能量回收系统

将制动时产生的热能转换,并将其存储在电容器内,在使用时将其迅速释放。比如,我们可将飞轮与发电机相连接,将动能转化为电能贮存起来。这样既提高了发动机的工作效率,又适度降低了耗油量。

3.4 新型燃料的开发利用

比如以氢气代替燃油作为燃料;开发电动汽车、天然气发动机、混合动力轿车等。

3.5 发展净化汽车尾气技术

(1)三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的C O、H C和N O x等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。(2)OBD(车载自动诊断系统)。这个系统将从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标,一旦超标,会马上发出警示。提高驾驶员的技术水平及改善道路交通环境等

同一技术状况的车辆,由于驾驶员的操作时机方法选择不同,其油耗可相差15%-30%甚至更多,也就是说操作因素对油耗的影响较大。笔者认为只要遵照“操作熟练、适时换档、油门适当、合理滑行、预先处理”二十个字,不仅节油效果显著,而且更能延长车辆寿命。另外,道路通行环境也对油耗产生较大影响。我们要尽量避免复杂路况,避开较差的交通环境。做好车辆维护保养工作

车辆的维护水平将直接影响发动机的性能与汽车的行驶阻力等,从而影响车辆的耗油量。另外,前轮定位的正确与否,制动间隙与轮毂轴承的松紧度以及传动系各箱体内润滑油质量的好坏等因素均会影响燃油消耗率。尤其是随着运行里程的增加,发动机、底盘各部的性能变差,耗油量会不断加大。所以,提高汽车日常维护的技术水平就变得尤为重要。我们要改善机件摩擦性能、恢复发动机的密封性,增加气缸压力,定期检查汽车底盘的技术状况等,保证汽车处于良好技术状态。

综上所述,降低燃油消耗与多方面均有密切关系。即汽车的节能减排工作是一项复杂的系统工程,必须摆在突出的战略位置,从战略和全局的高度进行深入分析,充分认识到开展节能减排工作的重要性,通过如政策引导,制度完善,管理升级与技术创新等举措,进一步提高能源利用水平,降低运输污染物的排放。加强行业节能减排的科研力度,加快研究与制订交通行业有关节能减排的标准规范,促进节能减排工作全面升级。

科学发展观是保证汽车工业可持续发展的必要条件。在眼前利益和长远利益发生矛盾时,我们应充分考虑人类的长远利益和我们的生态环境。只有人、车、路、环境的和谐,才能促进我国汽车工业快速发展。同时,这也对我们提出了严峻的挑战。我们应不遗余力地去挖掘降低燃油消耗的潜力,把寻求改善汽车燃油经济性作为长期目标。我们相信,随着新材料的应用、新技术的发展,再加上我们的不懈努力,汽车节能减排工作必将有一个更大的发展和提高,从而推动交通运输行业乃至整个社会经济又好又快的发展。

参考文献

[1]邵毅明.汽车新能源与节能技术.北京:人民交通出版社,2008.[2]陈礼璠等.汽车节能技术.北京:人民交通出版社,2005.