国家科技创新基金开发项目
第二代高效节能灯具
简 介
一、概述
同类光源的照明效果主要取决于2个参数：光源功率和灯具效率（长期应用必须考虑光衰后的实际效率）。例如：400瓦的光源和效率50％的灯具配套与250瓦的光源和效率80％的灯具配套其照明效果是一样的（都相当于有效功率200瓦）。因此，要提高照明效果不仅要选用节能光源，还要选用高效节能灯具。
目前，国内外工矿灯具主要使用的是铝合金薄板采用旋压或模压成型工艺制成的铝合金壳体反射罩，灯具反射罩表面的处理主要是阳极氧化或抛光。铝合金板本身反射率并不高，在加工过程中还会造成表面层受损，使其呈现非镜面状态，从而加大了光线漫反射的损耗。并且在使用过程中由于灯泡的高温烘烤，铝合金反射罩表面易氧化，效率衰减很快，普通封闭式灯具通常在使用7天后即出现光衰，3个月后出现明显光衰，长期使用灯具效率一般只有30％－50％。
为了解决铝合金反射罩所存在的问题，哈工大照明灯具的专家教授在国内率先研制了高效节能灯具玻璃镀膜反射罩及第一代高效节能灯具。他们为解决灯具光的利用效率、光的定向性等关键问题，利用光反射可控的原理，经过对有效结合点的分析,在设计软件中加入了强大的全局优化功能（Global Synthesis），从而解决了存在于光学系统结构参量高度非线性解空间中的大量局部极小的计算问题，这种新算法不仅可以跳出局部极小继续在解空间中寻找更佳设计，而且可以在优化结束时找到满足设计要求的各种型号规格的结构形式，从而按着几何光学理论，有效地控制光反射的光束分布、密度、途径，大幅度提高了哈工大灯具中光的利用率。同时遵循镜面反射规则和薄膜光学光束叠加原理，采用特殊的光学材料和镀膜技术，成功地解决了光的定向性和光利用率与眩光的矛盾，使得哈工大高效节能灯具的整体效率又有较大幅高，目前已接近80％，利用玻璃反射罩生产的哈工大工矿灯具、体育场馆灯具、防爆灯具等产品在社会上受到广泛好评。
但是，由于玻璃反射罩比较重，受震动或温度瞬变易碎，发生意外时对灯下人员存在安全隐患，其采用的化学镀膜易受水汽、酸、碱、SO2等污染物腐蚀变黑，使反射率下降，其应用受到很大限制。另外，玻璃反射罩的镀膜是在反射罩背面，光线要两次穿过玻璃介质后才能反射出来，损耗较大，因此反射率的提高有固有的限制。为此，我们决定开始研制复合材料反射罩（即第二代高效节能灯具），正面镀膜直接反射，采用新型镀膜材料代替汞、银等进一步提高反射率和紫外线吸收率，并采用光触酶技术提高灯具的自清洁能力。即：设计新型灯具高效反射罩、透射罩及其配套的灯具结构，并采用薄膜光学理论和膜干涉原理进行研制、设计新型镀膜膜层，采用复合材料介质使灯具反射罩具有极高反射性能，透射罩具有高的透光性能，使得灯具整体效率超过80％。并且实现耐高温、不氧化、耐酸碱、抗冲击、镀膜膜层具自清洁特性等目标，最大限度减小光衰。灯具光路按照灯塔、灯桥、货场、站台、生产厂房、高架场馆、隧道等应用要求分项专门设计，在达到照度要求的前提下，尽量减少灯具应用数量和瓦数。
目前采用新型复合材料反射罩开发的第二代高效节能灯具已获得成功，已能够实现同种光源下代替铝合金灯具：用100瓦代替150瓦，150瓦代替现250瓦，250瓦代替现400瓦灯具，400瓦代替现600瓦等等。
二、灯具反射罩的技术水平
由哈工大灯具设计专家和黑龙江瑞威节能环保科技有限公司研制开发的新型高效节能灯具反射罩，放弃了早期第一代玻璃材料，选用了第二代复合材料，产品技术性能和安全性发生了质的飞越，并已应用到了高功率照明灯具上，取得了可喜的经济效益，现将我们两代产品的共同点与不同点介绍如下：
1、两代产品的共同点：
（1）是专利产品；
（2）是高科技产品；
（3）是高效节能、绿色环保产品；
（4）是光衰极小的耐用产品。
2、两代产品的不同处：
（1）光衰：
第一代产品是玻璃制品，采用汞、银等材料化学镀膜，以油漆作为外保护层。
第二代产品是复合材质，真空分层镀膜，外层镀有高强度、抗氧化保护膜，不怕湿热，耐酸、碱，抗SO2腐蚀，光衰极小。
（2）安全性：
第一代玻璃产品易碎，而且重量较重，发生意外时高温碎玻璃对灯下人员存在安全隐患。
第二代复合材料产品机械性能好，有弹性，抗冲击性能可与铝合金相比，重量轻不易碎，更安全。
（3）质量、一致性：
第一代产品吹制成形，只能制成简单形状，外形、重量一致性差。
第二代产品采用模具加工，模压成形，尺寸、重量一致，面型一致性好，可制成复杂形状。
（4）反射率：
第一代玻璃反射罩的镀膜是在反射罩背面，光线要两次穿过玻璃介质后才能反射出来，反射率的提高有固有的限制。
第二代产品的镀膜在正面，光线直接反射，反射率比第一代灯具高10%左右。
（5）自清洁：
第二代灯具采用了光触媒技术，具有一定的自清洁能力。
（6）反射光均匀性、微反射镜：
第一代产品是玻璃吹制成形，很难在反射罩表面进行二次加工。由于玻璃厚度的不均匀，反射光线的均匀性差。
第二代产品是模压成形，反射光线的均匀性好，并可使用全息技术在反射罩表面再设计微反射镜，例如：钻石面型微反射镜，用以大幅提高照射光线的均匀性。
（7）反射光谱：
第一代玻璃反射罩的镀膜是采用铜包银技术，反射罩稍微偏黄。
第二代产品的镀膜则无此现象。
三、主要产品
第二代高效节能灯具反射罩，经国家科技部和财政部于2003年国家创新基金立项，2005年8月国家科技部验收，结论“社会经济意义比较重大”。使用该反射罩生产的高效节能灯具2005年12月通过鉴定，结论是“场地照明更新换代的新产品”。
产品主要性能：
（1）灯具高效节能，较一般灯具节电30%以上，灯具光效大于80%，光衰极小，达到国家A级标准，国际领先水平；
（2）在达到节电30%的基础上，照度仍有较大提高。
