從光源的輻射能量分析看燈具熱試驗(yàn)的關(guān)注點(diǎn)

光是能量的一種形態(tài)，這種能量能從一個(gè)物體傳播到另一個(gè)物體，在傳播過(guò)程中無(wú)需任何物體作為媒介。這種能量的傳遞方式被稱為輻射，輻射的含義是指能量從能源出發(fā)沿直線向四面八方傳播，盡管實(shí)際上它并不總是沿直線方向傳播的，特別在通過(guò)物體時(shí)方向會(huì)有所改變。有些形式的輻射是由粒子組成的，例如由放射性物質(zhì)引起的輻射。光一度被認(rèn)為是粒子束，但后來(lái)經(jīng)實(shí)踐證明，用波動(dòng)來(lái)描述光的特性更為恰當(dāng) ，光線的方向也就是波傳播的方向。約100年前，人們已證實(shí)了光的本質(zhì)是電磁波，后來(lái)又搞清了在波長(zhǎng)范圍極其寬廣的電磁波中，可見(jiàn)光波僅占了極小的部分。

電磁波可見(jiàn)光部分的波長(zhǎng)范圍約在380nm~780nm之間，在這個(gè)范圍內(nèi)的各種波長(zhǎng)，都可憑眼睛的顏色感覺(jué)來(lái)加以區(qū)別。藍(lán)色和紫色屬于短波，紅色屬于長(zhǎng)波，黃色和綠色處于可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍的中間部分。

波長(zhǎng)超過(guò)可見(jiàn)光譜的紫色和紅色兩端的電磁輻射，分別稱為紫外輻射和紅外輻射。

光源的輻射能量是指光源輻射出來(lái)的光的能量，包括紫外輻射能量、可見(jiàn)光輻射能量和紅外輻射能量。輻射以外的能量為非輻射損失，包括傳導(dǎo)和對(duì)流損失。

一、光源的輻射能量分析

1、 白熾燈的能量分析

一些白熾燈的可見(jiàn)光輻射、紅外線輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流損失的能量輸出見(jiàn)表1。

表1 一些白熾燈的能量輸出

由表1可以看出，以100W白熾燈為例，可見(jiàn)光輻射能量所占比例為10.0%。紅外線輻射能量所占比例為72.0%。用光的形式輻射出去的能量所占的比例為82.0%。傳導(dǎo)和對(duì)流損失占18%。

白熾燈的非輻射損失包括泡殼燈頭吸收損失、氣體損失和支架等熱損失。

真空白熾燈、單螺旋和雙螺旋充氣白熾燈的可見(jiàn)光輻射、紅外線輻射和非輻射的熱損失的能量分配見(jiàn)表2。

由表2可以看出，白熾燈的絕大部分功率都變成了紅外線輻射，可見(jiàn)光輻射功率所占的比例很小，一般不到10%。紅外線輻射占比例為67%~87%。

100W 普通照明燈泡(GLS)的能量平衡的例子如圖1所示。

1. 可見(jiàn)光輻射5W; 2. 來(lái)自燈絲的紅外輻射61W;

3. 燈絲至泡壁的傳導(dǎo)和對(duì)流損失34W; 4. 來(lái)自泡殼的紅外輻射22W;

5. 總的傳導(dǎo)和對(duì)流損失12W; 6. 總的紅外輻射83W。

圖1 100W GLS燈的能量平衡

由圖1可以看出，所舉的100W GLS例子而言，可見(jiàn)光輻射僅占5%，紅外輻射占83%，傳導(dǎo)和對(duì)流損失占12%。

總的來(lái)說(shuō)，向前的紅外輻射占白熾燈能量的絕大部分，大量能量用于向前的發(fā)熱，僅小部分能量用于向前的發(fā)光。

從表4可以看出，400W高壓汞燈，可見(jiàn)光輻射占17.5%-20%，紅外輻射占15%，熱損失占80%-82.5%。

100W超高性能光源的可見(jiàn)光輻射、紅外輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流損失等的能量平衡見(jiàn)表5。

從表5可以看出，100W UHP燈，可見(jiàn)光輻射占25%，紅外輻射占34%，傳導(dǎo)和對(duì)流損失占11%。

400W高壓鈉燈的可見(jiàn)光輻射、紅外輻射、電極損失、氣體熱損失和吸收的能量平衡見(jiàn)表6。

從表6可以看出，各種類型的400W高壓鈉燈，可見(jiàn)光輻射占25%-36%，紅外輻射占20%-30%。

500W鈉-鉈-銦燈和高壓汞燈的可見(jiàn)光輻射、紅外輻射、非輻射等的能量平衡見(jiàn)表7。

從表7可以看出：500W鈉-鉈-銦燈，可見(jiàn)光輻射占24%，紅外輻射占30.2%，紫外輻射占8.8%，非輻射部分占37%;500W高壓汞燈，可見(jiàn)光輻射占14.6%，紅外輻射占15%，紫外輻射占22.4%，吸收輻射占22%，非輻射部分占22%。

400W鈉-鉈-銦燈的可見(jiàn)光輻射、紅外輻射、紫外輻射、非輻射的能量平衡見(jiàn)表8。

從表8可以看出：400W鈉-鉈-銦燈，可見(jiàn)光輻射占23.9%，紅外輻射占37.0%，紫外輻射占3.1%，非輻射部分占36%;400W高壓汞燈，可見(jiàn)光輻射占15.2%，紅外輻射占14.3%，紫外輻射占1.8%，非輻射部分68.7%。

400W透明玻殼的高壓汞燈的能量平衡的例子如圖3所示。

1. 放電正柱功率360W; 2. 電極熱損失40W; 3. 可見(jiàn)光輻射50W;

3. 來(lái)自放電正柱的紫外輻射90W; 5. 來(lái)自放電正柱的紅外輻射60W;

6. 放電正柱的熱損失160W; 7. 紫外輻射10W; 8. 紅外輻射80W;

9. 總的紅外輻射260W; 10. 傳導(dǎo)和對(duì)流80W。

圖3 400W透明玻殼的高壓汞燈的能量平衡

從圖3可以看出，400W透明玻殼的高壓汞燈，可見(jiàn)光輻射占12.5%，紫外輻射占2.5%，紅外輻射占65%，傳導(dǎo)和對(duì)流占20%。

400W涂熒光粉玻殼的高壓汞燈的能量平衡的例子如圖4所示。

1. 放電正柱功率370W; 2. 電極熱損失30W; 3. 來(lái)自放電正柱的可見(jiàn)光輻射59W;