节能泡——一种高效卤钨灯

程泰松

(鹤山市广明源照明电器有限公司，广东鹤山529728)

1 引言

自1879年爱迪生发明白炽灯开始，人类进入了电气照明时代。尽管一百多年来，荧光灯、高强度气体放电灯等新技术、新光源不断涌现，白炽灯仍以其独特的优势牢牢占据着家用照明的主导地位。

进入21世纪，随着全球气候变化的日趋严峻，节能减排已成共识。尽管普通白炽灯有着诸多的优点，然而由于其过低的能效，首当其冲成为被淘汰的对象。自澳大利亚2007年率先立法淘汰白炽灯开始，到目前世界上主要的工业国家都纷纷出台了淘汰白炽灯的计划。中国也即将推出逐步淘汰白炽灯的路线图。其实，淘汰白炽灯只是我们通常的解读，综观各国法规，并没有明确表述淘汰白炽灯，但相应的规定了对灯的能效的要求，只是在现有技术下的普通白炽灯是达不到这些要求的，因此在淘汰之列。然而这种“淘汰”并非是由于市场的原因，而纯粹是政府的行为。这除了是因为普通白炽灯能效太低不利于节能减排之外，另一方面也是由于紧凑型荧光灯工艺日趋成熟、LED技术飞速发展，使得淘汰白炽灯在技术上成为可能。这是否意味着白炽灯真的很快就要退出历史的舞台了吗?就市场的角度来说，许多消费者对白炽灯还是情有独钟，毕竟白炽灯的一些独特优势是当前紧凑型荧光灯、LED等光源无法替代的。为填补普通白炽灯被淘汰后的市场空白，一种兼具普通白炽灯优点同时又具有较高能效的光源——节能泡应运而生。

2 节能泡概述

节能泡是一种卤钨灯——节能卤钨灯，本质上仍是白炽灯。它具有和普通白炽灯——普泡同样的优点:

同样的外观、同样的尺寸，可直接替代普泡，直接接入市电，无需变压器或镇流器，100%可调光，使用方便;

瞬时启动，瞬间即可达到最大光输出，更重要的是在迄今为止的人造电光源中，只有白炽灯发出的光是真正的连续光谱，显色指数几近100，而且有丰富的红光谱线，光色柔和，无频闪，非常适合家居照明;

结构简单，几乎不含有毒有害物质，即使不回收处理，也不会对环境造成危害。

除此之外，节能泡还具有普泡所不具有的优点:更高的光效——比普泡节能30%;更长的寿命——是普泡寿命的两倍以上;更高的色温;更为集中的发光体，易于匹配各类灯具，达到璀璨的发光效果。

图1是一些常用的节能泡图片:

图1 常用的节能泡

作为普泡的替代，通常的节能泡规格有18W、28W、42W、53W、70W。

3 节能泡性能

节能泡的概念是相对于普泡而言的，尽管是一种卤钨灯，但不能将其简单的理解为普通卤钨灯加一个普泡泡壳。它具有比普通的卤钨灯更高的能效。

目前各国法规对光源的能效要求不尽相同，其中最完备、最具操作性的当数欧盟法规，值得我国在制定高效卤钨灯相关标准时借鉴。

欧盟于2009年3月正式发布了EC No．244/2009指令［1］，对家用非定向光源生态设计要求作了明确的规定。根据该指令，生态设计要求实施分为6个阶段，各阶段开始时间如下:

第1阶段:2009年9月1日

第2阶段:2010年9月1日

第3阶段:2011年9月1日

第4阶段:2012年9月1日

第5阶段:2013年9月1日

第6阶段:2016年9月1日

除非被取代或者另有规定，各阶段的要求将在其后的阶段继续有效。

对灯的光效要求见表1:

表1 灯的光效要求

可以看出，非透明泡必须要求达到A级能效，而这对目前的节能泡来说是不现实的，也就是说，节能泡只能做成透明泡，因此类似传统普泡的磨砂泡、涂粉泡等是不能在欧洲销售的。第1至5阶段对透明泡的要求相当于欧洲C级能效的要求，到第6阶段，即2016年9月1日之后，则必须要达到B级能效要求。上述要求并非仅针对白炽灯，而是针对所有的非定向家用光源。考虑到普通白炽灯被禁用后，新型光源还不成熟，不能马上填补普泡留下的空缺，而卤钨灯的技术改进也有一个过程，244指令中针对各阶段又给出了相应的例外，见下表2:

表2 例外

经过了前两个阶段的过渡，从2011年9月1日开始已进入第3阶段，所有光通高于450lm的透明泡必须达到C级能效。尽管光通量在60lm至450lm之间的家用透明泡，只要达到E级能效，在2016年9月之前仍然可以在市场销售，但基本上没有什么竞争力。

除了必须达到相关能效之外，节能泡还必须满足EC No．859/2009给出的功能要求［2］，见表3:

表3 紧凑型荧光灯和LED除外的灯的功能要求

目前，我们常规的节能泡已能达到如下表4所示的参数:

表4 常规的节能泡相关参数

上述参数已完全符合表1中，第1至第5阶段的要求。基本能满足家用照明中对普通白炽灯的如下替换:

4 节能泡的工艺要求

节能泡作为卤钨灯的一种，技术上是已经是非常成熟了。关于如何实现更有效的卤钨循环，使得光效和寿命都能够达到理想的水平，实验室里已有不少研究成果。然而要实现大批量稳定可靠的生产，对我们的制造工艺有着更高的要求。

第一，材料由于节能泡比普通卤钨灯具有更高的光效，灯丝的工作温度也更高，而所用的钨丝更细，因此要求耐温更高的及抗蠕变的钨丝;不同功率的灯，灯丝的工作温度也不相同，需要对应的不同的卤素气体配方;更高的灯丝工作温度，要求更加纯净的工作氛围，因此对石英管的杂质及羟基含量有更高的要求。

第二，合理的结构设计由于直接工作与市电电压，安全防爆始终是首要的考虑因素。采用无支架的结构设计不仅能提高光效，更是安全的必需。

第三，精确的工艺控制比普通卤钨灯更高的光效使得节能泡的性能对工艺参数的离散性更为敏感。精确地控制充气压力和灯丝安装的拉伸长度也至关重要。

5 节能泡和节能灯比较

紧凑型荧光灯也即我们通常所说的节能灯是当前替代普通白炽灯最主要的也是数量最大的产品。节能灯最核心的优势就是高能效，和普通白炽灯相比能节约80%的电能，相应的节能泡只能节约30%的电能。这也正是各国政府大力推广使用节能灯的根本原因。

除此之外，在其他性能方面和节能泡相比，节能灯并不具有明显优势:首先，其价格较高，虽然这可以在使用中由节约的电费得到补偿，但相对较高的初始投入仍然使消费者难于接受;其次，其体积相对较大。尽管和普通管型荧光灯相比，节能灯的结构紧凑，能满足大多数照明场合使用，然而和节能泡相比，仍无法做到如此的小巧、紧凑，在一些场合的使用受到局限;最后，也是很重要的，节能灯发光面积较大，不是点光源，在灯具匹配上的灵活性受到较大局限，加上作为气体放电灯，光谱不连续，做不到100%的显色性，其照明效果总给人一种昏暗的感觉。相应的，节能泡由于其近似于点光源的集中的发光体，几近黑体辐射的连续光谱、100%的显色性，3000K左右色温的柔和光色，在很多对照明质量要求高的场所，仍然具有不可比拟的优越性。

尽管有着种种优势，毕竟作为一种热辐射光源，节能泡的能效不可能和节能灯相比。由于高能效，节能灯一度是许多国家政府包括中国政府采取补贴大力推广的对象。近10多年来，节能灯的使用迅速得到普及，目前已占据了家用照明市场大部分份额。诚然，这种补贴推广的形式，对节能减排发挥了积极的作用，然而其带来的环境问题也不容忽视。我们知道荧光灯包括节能灯含有汞、荧光粉以及大量的电子元器件，要回收处理这些物质，不仅成本非常高，效果也不理想。现在有一种观点说，由于技术的进步，荧光灯已能做到含汞量非常的少，由于其高能效，能节约大量的电能，由此带来的因发电量的减少而减少的汞排放量远比其污染量要少，因此没有必要回收。这种观点是非常片面的，它将减少汞排放和回收废弃荧光灯放在了对立的位置。尽管由于节能灯的使用，减少了发电量，相应的也减少了由燃煤发电带来的汞排放，但这并不能成为荧光灯在使用后不需回收而继续向环境排放汞的理由。其实无论是在发电厂还是在荧光灯制造厂，汞的排放还是相对集中的，要进行处理减轻排放相对来说还是比较容易的，而在使用后，不进行有效的回收处理，任由消费者随意丢弃，那污染面将非常之大，无论含汞量多么的少，日积月累，也会对环境造成巨大的危害。欧美发达国家在推广使用节能灯的同时，都有一套完善的回收处理机制，而我们国家已经推广使用了几亿只节能灯，到现在都没有进行过有效的回收处理，这是非常可怕的事。

除了汞污染，节能灯另一个不容忽视的劣势就是其荧光粉需要消耗大量的稀土。稀土是国家的战略资源，前些年由于无序的开采而被大量贱卖，现在国家已开始规范管理。今年以来，荧光粉价格大幅飙升达10倍以上，使得节能灯成本优势逐渐丧失。

相应的节能泡相对于节能灯来说由于结构简单，易于安装使用，不含对环境有害的物质，回收处理相对简单，综合使用成本(包括环境成本)或更低，应该有更广阔的发展空间。

6 节能泡面临的挑战

作为替代普泡的理想产品，节能泡一面世就受到了消费者的青睐，市场曾一度出现供不应求的局面，可以说节能泡续写了普通白炽灯一百多年的辉煌。而随着各国节能减排进程的加快，对节能泡的要求越来越高，节能泡也面临越来越严峻的挑战。最大的挑战来就自于LED。［3］

新一代光源最耀眼瞩目的当数LED，近年来LED的发展非常迅速，光效、显色性、一致性等技术指标都取得了重大突破，成本也大幅度降低。LED可以说几乎集成了传统光源所有优点。目前，室内照明用传统光源基本都能找到同样款式的LED替换光源，甚至有乐观的估计，它将取代目前所有的光源。

当然，必须也看到，目前LED还存在很多问题亟待解决，还不能完全替代传统光源:除了其相对高昂的成本外，在技术上，采用蓝光加荧光粉或者混光方式获得的白光，无法做到如黑体辐射的连续光谱，在显色性、颜色一致性方面，仍然无法和节能泡媲美，离大规模普及仍有一段距离。

节能泡固然有其不可比拟的优越性，但和其它节能光源相比，能效始终是限制其发展不可回避的因数。按欧盟244指令规定到第6阶段，即2016年9月1日之后，所有的光源必须要达到B级能效，这将使节能泡面临巨大的挑战。节能泡要想在家用照明市场继续占有一席之地，必须进一步提高能效，这就需要用到红外反射膜技术。现已有国外公司宣称开发出光效达35lm/W的镀红外反射膜卤钨灯，但未见大量生产，而且仅限于低电压(12V)光源，需要配套变压器使用，综合成本不低。节能泡设计为直接工作于市电电压，灯丝细长，对红外线的吸收面积小，暂时还做不到如此高光效。然而采用优化的泡壳设计及灯丝设计、复合卤素配方、精准的镀膜控制，节能泡仍然可以做到大幅度提高光效，目前我们的实验室已能做到镀膜比不镀膜提高20%以上的光效。

7 结论

随着普通白炽灯被淘汰，目前占据家用照明市场主流的三大系列:紧凑荧光灯(节能灯)、节能卤钨灯(节能泡)和LED。节能灯经过了近10多年的高速发展，已过了其发展顶峰，由于不可回避的环保问题及稀土耗用问题，进一步发展的空间不大;LED方兴未艾，发展非常迅猛，但离大规模普及还有一段距离;节能泡由于结构简单、相对低廉的成本、对环境无害，作为普通白炽灯的升级换代，在当前仍然具有强大的生命力。当然，要获得可持续的发展，节能泡仍需不断改进技术及工艺，不断提高其能效。

［1］Commision Regulation(EC)No 244/2009 of 18 March 2009

［2］Commision Regulation(EC)No 859/2009 of 18 september 2009

［3］刘洋，陈大华．探讨照明产业发展方向．消费日报2011．8．11