T5荧光灯及照明器

1T5熒光燈及照明器-第三代辦公室照明機電工程署屋宇裝備工程師(能源效益事務處)胡國田先生摘要：香港是亞洲的主要商業及金融中心，過去10年，每年的能源消耗量均有大幅增長。商界的用電量每年約增加7%，是增長速度最快的界別。機電工程署的能源效益事務處一直積極研究減低能源消耗量的方法，並實施一連串措施，以達到這個目標，包括研究先進及創新的節能科技，俾能將其在政府建築物內推廣使用。有關研究包括照明、空調、升降機及自動梯設施。本文件將臚列在辦公室照明方面使用T5燈的技術背景、本署研究結果的現時情況及日後擬進行研究的項目。關鍵詞彙：熒光燈、鎮流器、T5燈及照明器、試驗計劃、前景1.引言機電工程署能源效益事務處致力在能源管理機會實施試驗計劃中，使用節能的電燈和照明器作照明裝置。這項研究旨在探討採用新一代T5(直徑16毫米)熒光燈，並在熒光照明器使用合適鎮流器的可行性。由於T5燈的尺寸極小和重量極輕，在設計照明器時較具彈性，故是次研究會比較使用T5燈和一般T8或T12燈的照明器的優劣。所有有關的背景資料、新電燈型號的詳細技術資料、新電燈的電子鎮流器及新照明器的設計，均會在文中一一論述，並會臚列本署其中一項使用T5照明器的試驗計劃結果。2.技術資料本節會簡述熒光燈及其控制器的基本操作原則。2.1熒光燈熒光燈(或稱低壓汞蒸汽燈)是現今一般照明最普遍採用的放電燈類型，差不多全球通用，特別是辦公室的照明。而引進緊湊型節能熒光燈後，其應用已擴展至住宅式建築物。最普遍的熒光燈類型，是長度由600毫米(18瓦特)至1500毫米(58瓦特)的管狀燈。這種放電管，每端均有一個密封的電極，並有惰性氣體及小量水銀，水銀以液態及氣態存在。長管內裏以一層熒光粉混合物包裹，這些東西會在視覺範圍內，將汞放射的紫外光，轉化為較長的波長。這種燈備有不同的熒光粉或磷光劑，為想要得到不同色溫及顏色特徵而設。2圖1：熒光燈的基本構造及操作基本而言，管狀熒光燈已發展了三代，細分如下：a)第一代的管狀熒光燈直徑為38毫米(1.5吋)，長度由電功率(20瓦特、30瓦特、40瓦特及65瓦特)決定的T12燈，這些所謂「舊式」或「粗身」燈，均以電磁式鎮流器起穩定作用，現時大多已被新型的T8燈所取代。其功效約為每瓦特70流明範圍。b)第二代的管狀熒光燈直徑為26毫米(1吋)，長度由電功率(18至70瓦特)決定的T8氪氣燈，這些所謂「幼身」燈，以電磁式鎮流器或配備額外改良功效及流明保養的電子鎮流器，均可達致穩定作用。其功能約為每瓦特80流明範圍。c)第三代的管狀熒光燈為新的T5燈配有G5燈座，直徑為16毫米(5/8吋)。30多年來，T5燈一直有4瓦特、6瓦特、8瓦特及13瓦特的輸出可供選擇。不過，這些型號的燈主要用於傢具、指示牌及桌面照明。不過，電功率較高的新型T5燈已於數年前面世，由於其發光效率的輸出較佳(約每瓦特100流明)，故對一般的熒光燈構成劇烈的競爭。新型T5燈的標準電功率為14瓦特、21瓦特、28瓦特及35瓦特，這些新型的電燈原則上必須使用高頻電子鎮流器，以節省更多電力。由於其外型纖巧，新型T5燈可進一步將外殼的尺寸縮細，令照明器的設計得以革新。此外，各型號燈身的長度均比T12/T8燈短50毫米，其尺寸剛好可以裝入懸掛在天花板的一般格欄內(600毫米及1200毫米)。2.2熒光燈的控制器與白熾燈不同，熒光燈不能直接接駁到電源去，電路中必須有限制電(一般或低損耗型)電壓的方法，在燃亮前預熱電極。熒光燈能否發揮最大效能，很大程度上取決於所用控制器的功能。單靠電源供電電壓，熒光燈不能正常地操作，必須在電燈電路上加上一3些器件。控制器起著多種作用：限制及穩定電燈的電流。每半個循環沒有電壓通過之際，仍確保電燈持續操作。為電燈初次起動時，提供燃亮電壓。在燃亮時為預熱電極提供經控制的能源。達致其他需求如確保有高功率因數、限制諧波失真、壓抑電磁波干擾、限制短路及起動電流、延長壽命及減低損耗及噪音程度等。2.2.1電磁式(一般及低損耗型)鎮流器電磁式控制系統的各樣獨立部件，包括鎮流器、引燃啟動開關、電容器及過濾線圈與電燈結合之下，便能達致上述對電燈的要求。圖2：使用電磁式鎮流器的電燈電路卻前，電燈的電極會預熱一段時間，並將電路打開。就在此時，在鎮的首次燃亮失敗，上述程序會持續進行，直至成功燃亮為止。電燈燃亮後，鎮流器會與電燈串聯連接，成為限制電流的器件。在鎮流器內損耗的鐵質和銅質，會以熱力的形態，散發到房間的空間去。以一般或低損耗型鎮流器操作的36瓦特熒光燈而言，通常的「熱」損耗量分別會是12瓦特及9瓦特。一般而言，要操作一個熒光燈，便需使用一套控制器。2.2.2電子鎮流器典型電子鎮流器的基本構造，包括有一個高頻過濾器、一個整流器、4一個電容器緩衝器及一個高頻振盪器。電子鎮流器系統雖是匯聚在一個「黑盒」內，但其不同的作用及需求則可分為若干獨立的單元。基本操作原則為：50個交流電/直流電變壓器內整流，該變壓器內亦有以直流電壓充電的電容器緩衝器，而在高頻發電機內的直流電壓，會轉化為給電燈操控器供電的高頻電壓。而鎮流器的操控器則操控著這一切功能。圖3：顯示電子鎮流器主要功能的單元圖鎮流器利用熒光燈以高於10性。基於下列三個主要理由，照明系統的整體功效可提高20至30%：1.以高頻率操作時，能增強電燈的發光率。2.減低電路的電功率損耗。3.在大部分封閉的照明環境下，電燈可發揮接近最高效能。圖4：使用電子鎮流器的電燈電路高頻操作令效能提高約10%，因此電燈可以低於50赫茲電力網頻率的輸入功率操作。以一個36瓦特1200毫米的T8燈為例，如裝設一般鎮流器，通常需要電路功率為47瓦特，但現在只需36瓦特便能輸出同等光能。就典型照明器而言，使用電子鎮流器的淨效應是可以較低輸入功率，輸出相同的有效光能。為防止干擾而設的過濾器直流電/交流電變壓器高頻變壓器電燈操控器電燈鎮流器操控器電源5圖5：熒光燈的光束與以恒定功率的電源頻率作比較由於電子鎮流器的固體電路並沒有一般的銅繞組，因此比電磁鎮流器的損耗為少。如使用電子鎮流器，一對1200毫米36瓦特照明電路的損耗量可由24瓦特減少至只有6瓦特。因此，如使用適當的照明器，整體可節省能源可達20%至30%。這些節能功效，可讓照明水平維持不變，但電費卻可大幅減少。由於產生的熱量會較少，對空調設備的冷卻負荷亦可相應減少。使用電子鎮流器的其他優點包括：一個鎮流器可設計以驅動一個、兩個、三個甚或四個電燈。由於電燈的操作電流較低，電燈的使用期可予延長。操作寧靜而不會產生可聽見的噪音。具備可調校明暗的類型。操作時不會出現可見的閃爍情況。高頻操作時不會出現頻閃效應。無論有否安裝功率因數校正電容器，大部分新款的設計的總諧波失真都較一般鎮流器為低。由於總諧波失真及餘弦較低，故總功率因數會較高。照明器內的環境溫度較低，令電燈、控制裝置、電容器及作緊急照明用電池有更佳的操作效果。操作溫度較低，以減少對照明器及其附近裝飾出現碳化及熏黑的情況。由於電源供電電壓變動而令光束出現變化的影響較微。重量輕得多。新T5燈與其他T8燈不同，T5燈是特別設計以電子鎮流器操作，務求效率更高。下文表1撮述適合不同種類熒光燈所用的鎮流器類別。981001021041061081101120102030405060OperatingFrequencyinkHzLightOutputin%6表1：適合不同種類熒光燈所用的鎮流器類別燈類一般鎮流器低損耗鎮流器電子鎮流器可調節明暗的鎮流器(磁力)可調節明暗的鎮流器(電子)T12(38毫米)√√X√XT8氪氣燈(25毫米)√√√X√T5(16毫米)XX√X√2.2.3照明器的設計設計照明器的一個重要元素是光度的控制。光度設計的目的是將無屏蔽光源的光轉折照射到有需要的地方，以減低可能出現刺眼強光地方的光度，並且為電燈提供外形美觀的外罩，同時(如有需要)又能保護電燈。白膠片、菱形控制器及拋物柱面反射鏡，是熒光照明器最為常用的光度控制用具。至於裝有T5燈的熒光照明器，最有效的光度控制方法是使用拋物柱面反射法。拋物線是最常用的反射鏡等值線：這是通過y2=4ax的等式來界定的，而a是焦距與反射鏡之間的最短距離。拋物柱面反射鏡的最重要光學性能是假如線光源是放於反射鏡的聚焦點，便能發出平行光束。圖6說明了由拋物柱面反射鏡聚焦點上的線光源所產生的反射光束。實際上，理想的線光源是很難從光管處取得的，而分布曲線的形狀須取決於由反射鏡的焦距及開口闊度所造成的光源大小。由於T5燈的直徑遠較T8及T12燈的直徑為小，並且較接近線光源，因此裝有T5燈及拋物柱面反射鏡的照明器的光度控制便能更準確和有效。圖6：處於拋物線形反射鏡聚焦點的線光源所產生的平行光束及ParabolicReflectorLineSourceT12T8T57T12、T8及T5燈的相對大小3.裝有1x28瓦特T5燈的照明器測試科藝照明(香港)有限公司向機電工程署能源效益事務處提供了一個裝有28瓦特T5燈的照明器樣本，以便進行一般性能測試。照明器樣本屬隱藏組合式(1200毫米x125毫米)，並裝有1個28瓦特T5燈(飛利浦牌TL528瓦特/835型號)、1個電子鎮流器(飛利浦牌HF-P128TL5220-240型號)，以及1個專為T5燈而設計的鋁質拋物柱面反射鏡。圖7顯示了接受測試照明器的實際大小，以及與28瓦特T5燈、36瓦特T8燈及40瓦特T12燈的比較。顯示符合英國屋宇裝備工程師學會第II類有關T5燈設計規定的照明器光線分布極線，載錄於圖8。圖7接受測試T5照明器的實際大小，以及與T8及T12燈的比較圖8接受測試照明器的極線3.1測試結果在能源效益事務處設置了1個照明測試架，以便裝嵌接受測試的照明器，此外，亦使用了數碼照度計(Lutron牌LX-102型號)，以測量在照明器之下1個固定測試點的照明度(以勒克司計算)，以作比較之用，以及1個功率諧波分析儀(Fluke牌41B型號)連1部IBM筆記簿型電腦，以記錄測試中的所有電參數，包括有效功率、視在功率、功率因數、電壓、電流及總諧波失真等。測試時所列印的電腦資料，以及照明器的產品說明書，夾附於附錄1，以供參考。下文表2綜述了28瓦特T5照明器與36瓦特T8照明器以傳統及電子鎮流器操作(以相同流明輸出量計)進行比較的測試結果。8表2：裝有傳統及電子鎮流器的28瓦特T5照明器與36瓦特T8照明器進行比較的測試結果電流電路功率節省電力功率因數總諧波失真裝有傳統鎮流器的36瓦特T8照明器0.4安培47瓦特--0.529%裝有電子鎮流器的36瓦特T8照明器0.16安培34瓦特28%0.995%28瓦特T5照明器0.14安培30瓦特36%0.989%4.警政大樓的T5照明試驗計劃試驗計劃包括將設於警政大樓27樓辦公室範圍的現有320套3x18瓦特T8600毫米x600毫米隱藏組合式熒光照明器，更換為新的3x14瓦特T5600毫米x600毫米隱藏組合式熒光照明器，連同電子鎮流器(3支燈共用1個鎮流器的款式)和設計符合英國屋宇裝備工程師學會LG3第II類規定的拋物柱面反射鏡。該樓層的照明簡圖及所使用的新照明器載錄於下文圖9及圖10。圖9警政大樓27樓的照明簡圖圖10警政大樓使用的新3x14瓦特T5照明器910下文表3及圖11載錄了從有關地點拆除的現有3x18瓦特T8照明器的測試數據。表3：舊有3x18瓦特T8照明器的電參數電壓電流頻率49.99Hz有效值223.4V0.754A功率:312.7V1.095A瓦特90W直流電偏差0.2V-0.02A伏安168VA1.41.45無功伏安142var總諧波失真有效值2.23%8.80%244基本總諧波失真2.23%8.84%相位58。滯後諧波有效值5.0V0.66A總功率因數0.53K因數1.51功率因素(偏差)0.53CurrentmSecAmps01020-10-20.2.55.7.510.12.515.17.5CurrentHarmonicAmps02468DC246810121416182022242628