淺析大功率氙氣燈在城市道路照明中的推廣與應(yīng)用

韋少敏

摘 要：目前，全球城市道路照明市場(chǎng)上主要是高壓鈉燈，少部分為L(zhǎng)ED、金鹵燈、汞燈等，至今已有五十余年歷史。隨著時(shí)代和社會(huì)的發(fā)展變遷，人類對(duì)電光源照明提出了更高的要求，尤其在城市照明這些能耗高、社會(huì)效應(yīng)大的領(lǐng)域里需要更節(jié)能、更環(huán)保的產(chǎn)品，大功率氙氣燈具有節(jié)能效果好、顯色性好、產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是一種當(dāng)今城市道路照明和景觀照明的全新選擇。

關(guān)鍵詞：大功率；氙氣燈；照明；推廣；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0052-01

1 氙氣燈發(fā)光原理與優(yōu)勢(shì)

我們知道干燥氣體通常是良好的絕緣體，但當(dāng)氣體中存在自由帶電粒子時(shí)，它就變?yōu)殡姷膶?dǎo)體，這時(shí)如在氣體中安置兩個(gè)電極并加上電壓，就有電流通過(guò)氣體，這個(gè)現(xiàn)象稱為氣體放電。常見(jiàn)的高壓鈉燈、金鹵燈、氙氣燈都是在管泡內(nèi)進(jìn)行電弧放電的光源，主要區(qū)別在于管泡內(nèi)所填充的惰性氣體成份不同。

氙氣是惰性氣體中原子序數(shù)較大的元素（也就是較重的元素），原子半徑較大，在放電中，相比于其他惰性氣體，在同樣氣體壓力下，氙與電子的碰撞幾率較大，同時(shí)，由于電子與氣體發(fā)生彈性碰撞損失的能量同氣體的原子量成反比，所以與其他惰性氣體相比，氙氣弧光放電時(shí)能量的碰撞損失和熱導(dǎo)損失都較小，于其他發(fā)光金屬粒子碰撞時(shí)，能量轉(zhuǎn)移的幾率較高；同時(shí)，氙氣的電離電勢(shì)較低，放電時(shí)電極附近的電壓較小，與其他惰性氣體相比，可以有效延長(zhǎng)電極的壽命。

東南大學(xué)電光源研究中心曾做過(guò)氙氣燈與氬氣燈（即“金鹵燈”）的對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)，采用相同的UPS橢球形狀泡殼、電極、金鹵丸等原材料，分別填充氙氣和氬氣，用同一臺(tái)排氣機(jī)制作出兩種功率的電弧管，從試驗(yàn)結(jié)果看出，充入氙氣的電弧管在光效、壽命、光衰等指標(biāo)上，都能達(dá)到較高的水平，均優(yōu)于充入氬氣的電弧管。

2 大功率氙氣燈產(chǎn)品的世界性技術(shù)關(guān)隘

氙氣燈最早誕生于1923年，先后應(yīng)用于相機(jī)閃光燈、電影放映機(jī)、投影儀、汽車照明等領(lǐng)域，這些氙氣燈都是小功率氙氣燈產(chǎn)品，產(chǎn)品最高壽命不超過(guò)2 000 h，并且都是沒(méi)有接入電網(wǎng)的單燈模式產(chǎn)品，這些產(chǎn)品采取的全部是電子式鎮(zhèn)流器，無(wú)一例外。

由于惰性氣體的質(zhì)量越大，就越難被電流擊穿，氙氣的分子量在惰性氣體中大于金鹵燈的氬氣分子量，通常情況下， 150 W以下氙氣燈的啟動(dòng)電壓要高達(dá)23 000 V，遠(yuǎn)高于氬氣（金鹵燈）的5 000 V以內(nèi)，并且，氙氣燈功率越大，啟動(dòng)電壓的要求越高，150 W以上大功率氙氣燈的啟動(dòng)電壓就要高達(dá)40 000 V。

超高啟動(dòng)電壓不僅會(huì)對(duì)產(chǎn)品壽命帶來(lái)致命影響，對(duì)公共電網(wǎng)也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。另外，超高電壓也迫使配套電器附件只能采用大功率戶外照明產(chǎn)品中不太采用的電子鎮(zhèn)流器，而且因?yàn)?50 W是氙氣燈啟動(dòng)電壓的分水嶺，目前的電子鎮(zhèn)流器民用級(jí)技術(shù)只能生產(chǎn)150 W以內(nèi)的合格產(chǎn)品，致使合格大功率氙氣燈產(chǎn)品的最高功率難于超越150 W。

通過(guò)以上描述，我們可以看出：從單燈模式的小功率電子式氙氣燈到群燈模式的大功率電感式氙氣燈，必須克服“降低啟動(dòng)電壓、延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命”兩大世界性技術(shù)難關(guān)，合格的大功率氙氣燈工業(yè)民用產(chǎn)品必須達(dá)到啟動(dòng)電壓低于5 000 V，產(chǎn)品壽命必須超過(guò)6 000 h的基本產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)要求。

2012年，世界照明四大品牌企業(yè)東芝照明發(fā)布了其大功率氙氣燈產(chǎn)品，該公司利用新材料技術(shù)解決了大功率氙氣燈的壽命問(wèn)題，但是由于啟動(dòng)電壓高的問(wèn)題沒(méi)有得到解決，致使該公司的大功率氙氣燈至今無(wú)法大面積使用。

3 大功率氙氣燈城市照明應(yīng)用前景

作為城市公共市政建設(shè)的一部分，城鎮(zhèn)化的建設(shè)將直接推動(dòng)城市照明行業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速推進(jìn)，城鎮(zhèn)化率逐步提高，在2005～2014年10年間，我國(guó)的城鎮(zhèn)人口已從5.62億增長(zhǎng)到7.49億，城鎮(zhèn)化率從42.97%增長(zhǎng)到54.75%，年均增長(zhǎng)1.18 個(gè)百分點(diǎn)。

根據(jù)預(yù)測(cè)，到2020 年我國(guó)城鎮(zhèn)化率將達(dá)到60%左右，2030 年將進(jìn)一步達(dá)到66%。大功率疝氣燈在城市道路照明中部分應(yīng)用實(shí)例，如圖1所示。

在城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)的背景下，國(guó)家對(duì)于道路建設(shè)的持續(xù)投入已連續(xù)多年增加。

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，2004年，我國(guó)年末實(shí)有道路長(zhǎng)度為22.3萬(wàn)km，到2013年已達(dá)33.6萬(wàn)km，年均增長(zhǎng)率4.66%；年末實(shí)有道路面積從2004年的35.30億m2上升到2013年的64.42億m2，年均增長(zhǎng)率為6.91%。實(shí)有道路長(zhǎng)度和道路面積的持續(xù)增加，直接帶動(dòng)了每年城市道路照明路燈數(shù)量的增加。

與此同時(shí)，隨著城市車輛與人口的增加，越來(lái)越多的城市進(jìn)行大規(guī)模道路拓寬改造工程，并進(jìn)行城市風(fēng)貌改善，以提升城市景觀品味。城市照明作為彰顯城市文化特征、改善人民居住環(huán)境的城市景觀品味。

4 結(jié) 語(yǔ)

城市照明作為彰顯城市文化特征、改善人民居住環(huán)境的重要手段，將隨著城市道路的建設(shè)獲得更大的發(fā)展。因此，未來(lái)幾年，在政府政策支持的大背景下，節(jié)能環(huán)保型城市照明替代傳統(tǒng)照明將成為城市照明行業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉峰.LED在道路照明中的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2012，（4）.