燈具發(fā)光效能及相關(guān)思考

文/[美]理查德·卡德納 編譯/施 端

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

燈具發(fā)光效能及相關(guān)思考

文/[美]理查德·卡德納 編譯/施 端1

（1.上海戲劇學(xué)院，上海 200040）

探討燈具用電與環(huán)保的關(guān)系，闡述衡量燈具發(fā)光效能的方法和相關(guān)問題。

LED；環(huán)保；流明；光通量；燈具；光源

近來人們都在談?wù)撚嘘P(guān)“綠色”技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展方面的話題，然而演藝行業(yè)到底采取了哪些具體措施？很多還是徒有其表？近年來，制造商們展示了許多更為高效節(jié)能的新型燈具，宣稱從中可以獲得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益；制作公司和演出場館競相購買并使用這些燈具；設(shè)計(jì)師們在演出中嘗試使用這些燈具，希望能一改使用傳統(tǒng)燈具給環(huán)境帶來的污染。但是這些措施是否奏效？

大部分從業(yè)者已經(jīng)閱讀了相關(guān)資料，有人對LED技術(shù)和高效節(jié)能光源、燈具大為贊賞：它們省電、發(fā)熱量小，與白熾光源、氣體放電光源相比壽命要長得多，使用它們后，能降低以往演出大量電能的消耗。況且，它們似乎已經(jīng)兌現(xiàn)了諾言。當(dāng)查看LED燈具的電氣參數(shù)時會發(fā)現(xiàn)，在一般情況下它的電流遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燈具的電流，僅為其1/10左右。但是，在下定論之前，不妨以更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來審視新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)之間的差異，從“綠色環(huán)?！彼鶐淼沫h(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益角度來思考這些行為。

燈具節(jié)能與環(huán)境效益

關(guān)于節(jié)電有很多內(nèi)容要談。除節(jié)約成本外，環(huán)境效益也不容小覷，除非能協(xié)調(diào)它與發(fā)電之間的矛盾。全世界80%以上的電能由燃燒煤炭、天然氣和石油等化石燃料產(chǎn)生。它們造成了環(huán)境污染，但卻可以發(fā)出充足的電能，而且還很廉價。

每當(dāng)把負(fù)載接入電網(wǎng)并啟動時，很可能就加速了對化石燃料產(chǎn)量的消耗。如果所使用的電由煤炭發(fā)電廠發(fā)出，那么要使1臺1 000 W燈具點(diǎn)亮1小時則需燃燒約3/4磅（0.34 kg）的煤，且其二氧化碳排放量要達(dá)到將近3磅（約1.36 kg）。同時，燃燒化石燃料會對環(huán)境造成危害。煤炭在燃燒過程中除了向大氣排放溫室氣體外，還排放硫、砷、鋇、鈹、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鉬、鎳、鐳、硒、釩和鋅。

而在發(fā)電這個熱門話題中，其中一個問題就是發(fā)電需要大量冷卻物質(zhì)。通常，冷卻要使用到另一種自然資源——水。要發(fā)出足夠多的電能以使1臺1 000 W燈具點(diǎn)亮1小時則需將近1.5加侖（5.4升）的水。除非發(fā)電廠毗鄰海洋，否則會造成供水緊張——即使毗鄰海洋，抽取大量的水，然后待它溫度升高后再將其排放回海洋，也會對魚類和其他海洋生物造成危害。

用電、燈光和演出活動等都會對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成負(fù)面影響，充分利用能源并把對環(huán)境的污染降到最低限度，是大家可以接受的想法。而技術(shù)就在業(yè)者身邊。

綠色技術(shù)

由于潔凈煤炭技術(shù)的發(fā)展，演藝行業(yè)正在向著綠色行業(yè)邁進(jìn)。所謂的碳捕獲和儲存（CCS）技術(shù)有助于減少溫室氣體的排放，其原理是捕獲二氧化碳并將其儲存到地下。這可以降低污染物的大氣排放量，但是捕獲到的二氧化碳能在地下儲存多少時間還無法確定。許多其他氣態(tài)和固態(tài)污染物也可以被清除掉，但是費(fèi)用高。

要把用電量降到最低限度，采用更為高效的系統(tǒng)所需要的費(fèi)用要小得多。從一開始，高效節(jié)能照明就已然成為LED運(yùn)動的終極目標(biāo)。演藝行業(yè)似乎很樂意成為環(huán)保方面的開路先鋒，這是LED能在本行業(yè)飛速發(fā)展的原因所在。雖然本行業(yè)系統(tǒng)的規(guī)模僅受預(yù)算和應(yīng)用領(lǐng)域的制約，但是隨著LED燈具的不斷發(fā)展，人們對于節(jié)能的渴望已溢于言表。大家愿意使用LED，只要這種產(chǎn)品依然能以高的性價比在舞臺上提供足夠大的照度和良好的光質(zhì)。但是，轉(zhuǎn)而采用LED和其他可選用的光源，到底節(jié)省了多少電能？

發(fā)光效能

如果找到一個基準(zhǔn)，那么衡量就會變得很容易；有了參照燈具，對其他燈具的衡量就會變得輕松、可靠。真正衡量效率的指標(biāo)被稱為“效能”（即燈具發(fā)光效能），它是燈具發(fā)出的光通量（單位：流明，lm）與發(fā)出這些光通量所消耗的電功率（單位：瓦特，W）的比值。考慮業(yè)界熟知的1 000 W PAR64和ETC公司的Source Four燈具。如果已知在通常情況下它們每瓦發(fā)出的流明數(shù)，那么就可以利用這些結(jié)果來衡量其他燈具在這方面的性能。根據(jù)Altman（奧爾特曼）公司網(wǎng)站提供的資料，1臺采用FFR-Q1000光源的PAR64（http://altmanlighting.com/altmanlighting-pars/par-56/par-56-par-64.PDF）所輸出的額定光通量為14 000 lm，即14 lm/W（不帶色紙的情況下）。而根據(jù)ETC公司網(wǎng)站提供的資料，1臺采用575 W/120 V HPL光源的26° Source Four所輸出的額定光通量為13 530 lm，即23.5 lm/W。在此，筆者假設(shè)它們是準(zhǔn)確的，進(jìn)而用來衡量其他燈具，以比較它們之間的性能。

問題的關(guān)鍵是要獲得可靠的數(shù)據(jù)。大部分燈具制造商提供了每臺燈具的光度數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)并不一定按便于評估效能的形式給出。之前，很多人只關(guān)注光強(qiáng)度和光質(zhì)。因此，對以射距圖形式給出的光度數(shù)據(jù)相當(dāng)滿意，該圖標(biāo)明了既定射距處的照度（單位：尺燭光或勒克斯）和光束、光斑直徑。但是，如果關(guān)注效能的話，那么除了需要知道這臺燈具的電壓、電流和功率因數(shù)，還需要知道它所發(fā)出的總光通量。幾乎沒有一家制造商有提供這些數(shù)據(jù)的習(xí)慣。

而即使給了這些光度數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確程度也還是無從得知。有時，制造商只是照搬照抄光源制造商提供的光源光通量，而對于描述燈具發(fā)光效能而言，這些數(shù)據(jù)是沒有用處的。一旦光源被放置于燈具中，其光學(xué)系統(tǒng)所造成的光能損失會導(dǎo)致燈具發(fā)光效能的下降，因此，它與光源的發(fā)光效率之間沒有直接關(guān)系。

人們經(jīng)常把被測燈具與過去使用的燈具相比較，進(jìn)而來衡量該燈具的發(fā)光效能。在大多數(shù)情況下，大家只能得到親眼所見到的“數(shù)據(jù)”，而這帶有主觀性，有時還帶有欺騙性。即使把燈具并排放在一起比較也可能會引起誤導(dǎo)。當(dāng)想到LED時，人們已經(jīng)習(xí)慣性地認(rèn)為它是高效節(jié)能的，但是當(dāng)看到真實(shí)的數(shù)據(jù)時或許會大吃一驚。

幸運(yùn)的是，其中有一部分?jǐn)?shù)據(jù)的來源還是真實(shí)可信的。多年來，邁克·伍德（Mike Wood）撰寫了許多產(chǎn)品測評文章和研究報(bào)告，并在網(wǎng)站和PLASA媒體上發(fā)布這些研究成果。

在他撰寫的每一篇產(chǎn)品測評文章中，通常會使用到燈具發(fā)光效能這個概念，比如發(fā)表于《Lighting&Sound America》雜志2011年第1期上的有關(guān)PixelRange公司的PixelSmart燈具的測評文章（編者注：見本刊2011年第9期上的《解析一款LED燈具——PixelRange PixelSmart》一文）；或者通常會使用到總光通量和功耗等概念，進(jìn)而計(jì)算燈具發(fā)光效能。在《Protocol》雜志2007年夏季刊上，他在“伍德雜談”（Out of the Wood）專欄中的《How Bright is Bright: Coda #1》一文里闡述了他測量總光通量的方法。概括地說，他測量位于3個同心圓環(huán)范圍內(nèi)的25個點(diǎn)的照度，每個圓環(huán)上的8個點(diǎn)平均分布，再加上光斑中心點(diǎn)，然后通過一個公式來計(jì)算總的有效光通量。他承認(rèn)這種計(jì)算方法不盡完美，但是對于光斑呈放射對稱的燈具（比如：成像燈、菲涅耳聚光燈和PAR燈）而言，在合理精度范圍內(nèi)其測量結(jié)果基本上是準(zhǔn)確的。

為了對比起見，筆者冒昧地摘錄了他所測試過的11臺燈具的12組相關(guān)數(shù)據(jù)，這些燈具所采用的光源包括LED光源、微波耦合觸發(fā)（等離子）光源、氣體放電光源和白熾光源（見表1）。

燈具發(fā)光效能的范圍從白熾光源的7.4 lm/W（Martin公司的MAC TW1）到只開啟白光LED時的40 lm/W（PixelRange公司的PixelSmart）之間，與其最為接近的是氣體放電光源的30.4 lm/W（Vari-Lite公司的VL3500）。為免讀者忽略了本文討論的重點(diǎn)，筆者在此特意強(qiáng)調(diào)：位居這張效能清單前列的并非全是LED燈具。這幾乎被短弧氣體放電光源所占據(jù)。

表1 一些燈具的發(fā)光效能

還有其他一些情況：短弧氣體放電光源燈具對光能的利用率可能與LED燈具對光能的利用率相當(dāng)或高于它。它們對光能的利用率也可能低于白熾光源燈具對光能的利用率。燈具的光學(xué)系統(tǒng)對最終的輸出光通量有很大影響。

并不是說只要它是LED燈具，就一定高效節(jié)能。光源的發(fā)光效率只是其前提條件。

只要燈具不同，即使它們采用相同光源，其發(fā)光效能就可能相差很多。

而這只是市場上現(xiàn)有技術(shù)的一小部分，技術(shù)正處于不斷變化之中。LED的發(fā)展熱浪不止，同時飛利浦和歐司朗等生產(chǎn)氣體放電光源的制造商也在如火如荼地進(jìn)行改良工作，以提高其氣體放電光源的發(fā)光效率，但是即便后者在向前發(fā)展，也無法與LED的突飛猛進(jìn)相提并論。海茲定律依然成立，即LED的亮度每18～24個月可提升一倍。然而，問題的關(guān)鍵在于燈具能投射出多少光通量，而不在于光源能發(fā)出多少光通量。因此，為了提高LED燈具的發(fā)光效能，制造商必須改進(jìn)方法來提高光能利用率。

還要考慮到許多其他因素。LED燈具遵循加法混色原則，而氣體放電光源和白熾光源遵循減法混色原則。也就是說，LED在色光方面天生效率就高，原因在于它們只發(fā)出某波段范圍內(nèi)的波長。減法混色原則可能會令燈具發(fā)光效能大打折扣，具體情況應(yīng)視顏色媒介而定。

與氣體放電光源燈具相比，LED燈具還具有另外一個優(yōu)勢，就是當(dāng)它們工作在切光狀態(tài)時只需要非常小的電流。而對于配置光閘的氣體放電光源燈具而言，切光時其耗電至少要維持在滿負(fù)荷的40%。簡而言之，“綠色照明”并非是LED的專利，但是LED燈具依然具有節(jié)能照明的優(yōu)勢。

上述內(nèi)容還沒有囊括所有情況。除電力消耗和燈具發(fā)光效能外，還存在其他一些環(huán)境問題。涉及到燈具重量，這與運(yùn)輸成本息息相關(guān)，它也會對碳排放量產(chǎn)生一定影響。在同等條件下，肯定會選擇重量更輕的燈具。如果要將環(huán)保進(jìn)行到底，那么還要從長計(jì)議，其中包括正確處理有害廢棄物（從原料生產(chǎn)到產(chǎn)品廢棄的全過程）。氣體放電光源中含有汞等添加物質(zhì)，也就是說不應(yīng)對其采取填埋處理，否則它們終將會污染供水系統(tǒng)。還要規(guī)劃有害廢棄物的回收項(xiàng)目，但是作為一個行業(yè)必須嚴(yán)于律己，因?yàn)槟壳斑€沒有任何管理和監(jiān)測機(jī)構(gòu)來監(jiān)管這種行為。

既然演出活動會引發(fā)各種環(huán)境問題，那么有人可能要問自己最初為什么要大費(fèi)周章地加入這個行業(yè)？千萬不要抱有這種想法。這份職業(yè)對于公眾的價值可能比從業(yè)者自己所意識到的要有意義得多。

最近，美國國家公共電臺（NPR）報(bào)道了一則有關(guān)阿富汗舉辦音樂會的新聞。盡管由塔利班發(fā)動的戰(zhàn)事持續(xù)不斷，危險(xiǎn)無時不在，然而大量民眾依然為觀看音樂會而集聚一堂，投身戶外慶?；顒?。據(jù)觀眾們說，觀看這場音樂會并不是什么奢侈的事情，而是身處戰(zhàn)亂之中所必須做的一件事情。音樂與藝術(shù)之于戰(zhàn)爭猶如科學(xué)與醫(yī)學(xué)之于疾病。它是一劑解藥。失去它，人們將無法生活下去。

（本文編譯自美國《PROTOCOL》雜志2011年春季刊《Watts in a lumen》一文。獲其許可。http://na.plasa.org/publications/protocol.html。）

Watts in a Lumen

Original / [USA]Richard Cadena Translate / SHI Duan1
(1.Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China）

The paper discussed the relation of efficient luminaires and environmental protection, and introduced the measure of efficiency of luminaires and relevant issues.

LED; environmental protection; lumen; luminous flux; luminaire; lighting source

10.3969/j.issn.1674-8239.2012.07.003

（編輯 張 翔）