淺談低頻無極燈在核電廠的運(yùn)用

楊昭云 房鑫炎

摘要：在全球節(jié)能減排的大背景下，作為第四代照明燈具的無極燈發(fā)展迅速，本文根據(jù)無極燈的特點(diǎn)分析了核電廠內(nèi)各廠房使用無極燈的可行性，并通過DIALux軟件進(jìn)行仿真建模計(jì)算，比較了低頻無極燈和金鹵燈的照明效果，并結(jié)合實(shí)際情況，提出了無極燈存在的一些不足，如果無極燈完善這些不足，無極燈完全可以在核電廠替代金鹵燈，以達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；照明；無極燈；金鹵燈；DIALux仿真建模

無極燈，即電磁感應(yīng)燈，燈管內(nèi)沒有傳統(tǒng)的燈絲和電極，采用電磁感應(yīng)原理，先由電產(chǎn)生磁場，再由磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，應(yīng)用耦合震蕩原理將產(chǎn)生的電壓注入到真空的玻殼或玻管里，與三基色熒光粉及惰性氣體作用發(fā)光，是綜合應(yīng)用功率電子學(xué)、等離子體學(xué)、磁性材料學(xué)等領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品，是新一代實(shí)用型長壽命、高光效的光源。

由于核電廠本身的特殊性，在如今已運(yùn)行或在建各類核電廠中，白熾燈，熒光燈，金鹵燈等傳統(tǒng)第一代，第二代，第三代光源仍是最主要的照明手段。如果可以根據(jù)和電廠內(nèi)實(shí)際情況采用一些第四代綠色照明燈具，可降低部分廠用電需求，也可以減緩部分柴油機(jī)容量的壓力。

1.無極燈發(fā)光原理

無極燈分高頻無極燈（HID）和低頻無極燈（LVD）。無極燈燈具由燈泡、電子鎮(zhèn)流器（高頻發(fā)生器）和耦合器三部分組成的。高頻無極燈在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發(fā)生器產(chǎn)生高頻恒電壓送給功率耦合器，由功率耦合器在玻殼的放電空間內(nèi)建立靜電強(qiáng)磁場，對(duì)放電空間內(nèi)的大氣進(jìn)行電離，燈管內(nèi)的帶電粒子運(yùn)動(dòng)使汞合金分子發(fā)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生 253.7nm 紫外光子，玻璃泡殼內(nèi)壁的三基色熒光粉受強(qiáng)紫外光子激勵(lì)發(fā)光。低頻無極燈和高頻無極燈發(fā)光原理相同（見圖 1.1）。高頻無極燈工作頻率為2MHz 以上，其泡體為常規(guī)型，內(nèi)置耦合器；低頻無極燈的工作頻率在2kHz 左右，泡體多以環(huán)型為主，外置耦合器。

2.核電廠廠房使用低頻無極燈和金鹵燈方案比較

由于點(diǎn)照度法采用的房間模型復(fù)雜，計(jì)算量很大，需要用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行，本文采用DIALux軟件進(jìn)行計(jì)算。

本文采用某核電站某廠房作為例子進(jìn)行比較，該廠房長13.4米，寬6.8米，高7米，面積為91.12平方米，室形指數(shù)為0.64。

2.1、金鹵燈仿真建模計(jì)算

根據(jù)該核電廠要求，該廠房照度要求為250lx，原采用6盞某品牌金鹵燈進(jìn)行照明。該金鹵燈的光通量為18000lm，燈具總功率為250W，配光曲線圖和維護(hù)方案和維護(hù)系數(shù)分別見圖2.1和圖2.2，燈具采用均勻布置，布置方案見圖2.3。

計(jì)算照度的平面取無設(shè)備遮擋的地面，經(jīng)DIAlux計(jì)算出來的金鹵燈方案照度仿真建模計(jì)算結(jié)果見圖24?？梢娬斩葷M足了廠房250lx的要求，照度均勻度也基本滿足條件，可是LPD值高達(dá)16.46 W/m2。

2.2、低頻無極燈仿真建模計(jì)算

現(xiàn)改為采用6盞某品牌低頻無極燈進(jìn)行照明。該低頻無極燈的光通量為12000lm，功率為150W，配光曲線圖和維護(hù)方案和維護(hù)系數(shù)分別見圖2.5和圖2.6，燈具采用均勻布置，布置方案與金鹵燈相同，見圖2.3。

計(jì)算照度的平面取無設(shè)備遮擋的地面，與金鹵燈方案相同，經(jīng)DIAlux計(jì)算出來的低頻無極燈方案照度仿真建模計(jì)算結(jié)果見圖2.7。可見照度略低于廠房250lx的要求，照度均勻度基本滿足條件，LPD值降至9.88 W/m2。

2.3、兩種方案的比較

1）照明效果比較

通過比較兩個(gè)方案，雖然低頻無極燈和金鹵燈的光效差不多，但是由于低頻無極燈有更高的功率因數(shù)，且由于發(fā)光原理更接近熒光燈，其維護(hù)系數(shù)更高，所以一比一的用150W的低頻無極燈替換250W金鹵燈后，平均照度和照度均勻度與原來基本持平，150W的低頻無極燈略低一些，但是考慮到低頻無極燈擁有更高的顯色指數(shù)和可見光比例，對(duì)于人的肉眼的視覺環(huán)境效果低頻無極燈更佳。

同時(shí)從光通量校正系數(shù)出發(fā)，通過查詢相關(guān)資料，可認(rèn)為低頻無極燈的光通量校正系數(shù)為1.62，金鹵燈的光通量校正系數(shù)為1.45，燈具光通量根據(jù)該系數(shù)校正后，平均照度可近似認(rèn)為正比提高，金鹵燈方案的平均照度可校正為266×1.45=385lx，低頻無極燈方案的平均照度可校正為246×1.45=398lx，低頻無極燈反而更優(yōu)。

2）經(jīng)濟(jì)比較

（1）初次投入費(fèi)用

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，金鹵燈單個(gè)燈具價(jià)格約為900元，低頻無極燈單個(gè)燈具價(jià)格約為1500元，該廠房初次投入成本分別為5400元和9000元。

（2）運(yùn)行費(fèi)用

在核電站內(nèi)，該廠房燈具為常亮，金鹵燈和低頻無極燈總功率分別為276W和153W，兩種方案每年用電量分別為：

W金鹵燈 = 6×0.276×24×365= 14506.56 kWh

W低頻無極燈 = 6×0.153×24×365= 8041.68 kWh

可見使用低頻無極燈可以節(jié)省45%的用電負(fù)荷。

考慮到核電廠用電為廠內(nèi)用電，無需計(jì)算用電費(fèi)用，但是可以減少大大變壓器和柴油發(fā)電機(jī)的壓力。另本文為使比較結(jié)果更直觀，假定電費(fèi)為0.8元/kWh，則兩種方案年用電費(fèi)用分別為11605.3元和6433.3元。

（3）更換費(fèi)用

經(jīng)查原金鹵燈資料，該金鹵燈光源為高壽命金鹵燈，壽命約為16000小時(shí)，以十年計(jì)算，需更換兩次光源，每個(gè)光源費(fèi)用約為150元，金鹵燈方案五年內(nèi)的更換費(fèi)用為1800元。

該低頻無極燈壽命為60000小時(shí)，五年內(nèi)無需更換。低頻無極燈方案五年內(nèi)的更換費(fèi)用為0元。

（4）總費(fèi)用比較

按照五年費(fèi)用統(tǒng)計(jì)比較，該廠房金鹵燈方案總費(fèi)用為：5400+11605.3+1800=18805.3元。該廠房低頻無極燈方案總費(fèi)用為：9000+6433.3+0=15433.3元。

可見盡管低頻無極燈的一次投入相比金鹵燈要顯得昂貴，不過綜合五年費(fèi)用卻比金鹵燈節(jié)省許多，而且隨著使用時(shí)間的增長（核電廠壽命為60年），效益會(huì)更加明顯。

本文僅選取了核電廠內(nèi)一個(gè)典型的高棚廠房，如果綜合整個(gè)核電廠，包括核島，常規(guī)島和BOP廠房，該效益也會(huì)更加明顯。

3.結(jié)論

從照明的技術(shù)角度來看，低頻無極燈在核電廠部分廠房內(nèi)替換金鹵燈或者高壓鈉燈是完全可行的，滿足節(jié)能減排的國際趨勢，而且低頻無極燈有著更大的可見光比例，擁有更好的顯色性、光衰特性、光學(xué)特性和電氣性能，更廣的色溫范圍和更低的表面溫度以及能瞬間啟動(dòng)和再啟動(dòng)的優(yōu)勢。

但是由于國家政策和標(biāo)準(zhǔn)的缺失，使得無極燈在設(shè)計(jì)文件上的運(yùn)用和市場上的推廣有著很大困難，如要進(jìn)入門檻較高，安全要求非常高的核電廠，相關(guān)廠家和部門還是有著很多的事情要做，比如保證產(chǎn)品的質(zhì)量，繼續(xù)燈具以及電子元件的研發(fā)，增加市場宣傳力度，并且將產(chǎn)品帶去一些權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)性能的測試和認(rèn)證（如電磁兼容，光學(xué)性能等）等等。

如果能夠完善這些不足，低頻無極燈完全可以在核電廠替代金鹵燈，以達(dá)到節(jié)能的目的。

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