燈具發光效能及相關思考

文/[美]理查德·卡德納 編譯/施 端

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

燈具發光效能及相關思考

文/[美]理查德·卡德納 編譯/施 端1

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

探討燈具用電與環保的關系，闡述衡量燈具發光效能的方法和相關問題。

LED；環保；流明；光通量；燈具；光源

近來人們都在談論有關“綠色”技術和可持續發展方面的話題，然而演藝行業到底采取了哪些具體措施？很多還是徒有其表？近年來，制造商們展示了許多更為高效節能的新型燈具，宣稱從中可以獲得環境和經濟效益；制作公司和演出場館競相購買并使用這些燈具；設計師們在演出中嘗試使用這些燈具，希望能一改使用傳統燈具給環境帶來的污染。但是這些措施是否奏效？

大部分從業者已經閱讀了相關資料，有人對LED技術和高效節能光源、燈具大為贊賞：它們省電、發熱量小，與白熾光源、氣體放電光源相比壽命要長得多，使用它們后，能降低以往演出大量電能的消耗。況且，它們似乎已經兌現了諾言。當查看LED燈具的電氣參數時會發現，在一般情況下它的電流遠低于傳統燈具的電流，僅為其1/10左右。但是，在下定論之前，不妨以更為嚴謹的態度來審視新技術與傳統技術之間的差異，從“綠色環?！彼鶐淼沫h境和經濟效益角度來思考這些行為。

燈具節能與環境效益

關于節電有很多內容要談。除節約成本外，環境效益也不容小覷，除非能協調它與發電之間的矛盾。全世界80%以上的電能由燃燒煤炭、天然氣和石油等化石燃料產生。它們造成了環境污染，但卻可以發出充足的電能，而且還很廉價。

每當把負載接入電網并啟動時，很可能就加速了對化石燃料產量的消耗。如果所使用的電由煤炭發電廠發出，那么要使1臺1 000 W燈具點亮1小時則需燃燒約3/4磅（0.34 kg）的煤，且其二氧化碳排放量要達到將近3磅（約1.36 kg）。同時，燃燒化石燃料會對環境造成危害。煤炭在燃燒過程中除了向大氣排放溫室氣體外，還排放硫、砷、鋇、鈹、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鉬、鎳、鐳、硒、釩和鋅。

而在發電這個熱門話題中，其中一個問題就是發電需要大量冷卻物質。通常，冷卻要使用到另一種自然資源——水。要發出足夠多的電能以使1臺1 000 W燈具點亮1小時則需將近1.5加侖（5.4升）的水。除非發電廠毗鄰海洋，否則會造成供水緊張——即使毗鄰海洋，抽取大量的水，然后待它溫度升高后再將其排放回海洋，也會對魚類和其他海洋生物造成危害。

用電、燈光和演出活動等都會對環境和經濟造成負面影響，充分利用能源并把對環境的污染降到最低限度，是大家可以接受的想法。而技術就在業者身邊。

綠色技術

由于潔凈煤炭技術的發展，演藝行業正在向著綠色行業邁進。所謂的碳捕獲和儲存（CCS）技術有助于減少溫室氣體的排放，其原理是捕獲二氧化碳并將其儲存到地下。這可以降低污染物的大氣排放量，但是捕獲到的二氧化碳能在地下儲存多少時間還無法確定。許多其他氣態和固態污染物也可以被清除掉，但是費用高。

要把用電量降到最低限度，采用更為高效的系統所需要的費用要小得多。從一開始，高效節能照明就已然成為LED運動的終極目標。演藝行業似乎很樂意成為環保方面的開路先鋒，這是LED能在本行業飛速發展的原因所在。雖然本行業系統的規模僅受預算和應用領域的制約，但是隨著LED燈具的不斷發展，人們對于節能的渴望已溢于言表。大家愿意使用LED，只要這種產品依然能以高的性價比在舞臺上提供足夠大的照度和良好的光質。但是，轉而采用LED和其他可選用的光源，到底節省了多少電能？

發光效能

如果找到一個基準，那么衡量就會變得很容易；有了參照燈具，對其他燈具的衡量就會變得輕松、可靠。真正衡量效率的指標被稱為“效能”（即燈具發光效能），它是燈具發出的光通量（單位：流明，lm）與發出這些光通量所消耗的電功率（單位：瓦特，W）的比值?？紤]業界熟知的1 000 W PAR64和ETC公司的Source Four燈具。如果已知在通常情況下它們每瓦發出的流明數，那么就可以利用這些結果來衡量其他燈具在這方面的性能。根據Altman（奧爾特曼）公司網站提供的資料，1臺采用FFR-Q1000光源的PAR64（http://altmanlighting.com/altmanlighting-pars/par-56/par-56-par-64.PDF）所輸出的額定光通量為14 000 lm，即14 lm/W（不帶色紙的情況下）。而根據ETC公司網站提供的資料，1臺采用575 W/120 V HPL光源的26° Source Four所輸出的額定光通量為13 530 lm，即23.5 lm/W。在此，筆者假設它們是準確的，進而用來衡量其他燈具，以比較它們之間的性能。

問題的關鍵是要獲得可靠的數據。大部分燈具制造商提供了每臺燈具的光度數據，但是這些數據并不一定按便于評估效能的形式給出。之前，很多人只關注光強度和光質。因此，對以射距圖形式給出的光度數據相當滿意，該圖標明了既定射距處的照度（單位：尺燭光或勒克斯）和光束、光斑直徑。但是，如果關注效能的話，那么除了需要知道這臺燈具的電壓、電流和功率因數，還需要知道它所發出的總光通量。幾乎沒有一家制造商有提供這些數據的習慣。

而即使給了這些光度數據，其準確程度也還是無從得知。有時，制造商只是照搬照抄光源制造商提供的光源光通量，而對于描述燈具發光效能而言，這些數據是沒有用處的。一旦光源被放置于燈具中，其光學系統所造成的光能損失會導致燈具發光效能的下降，因此，它與光源的發光效率之間沒有直接關系。

人們經常把被測燈具與過去使用的燈具相比較，進而來衡量該燈具的發光效能。在大多數情況下，大家只能得到親眼所見到的“數據”，而這帶有主觀性，有時還帶有欺騙性。即使把燈具并排放在一起比較也可能會引起誤導。當想到LED時，人們已經習慣性地認為它是高效節能的，但是當看到真實的數據時或許會大吃一驚。

幸運的是，其中有一部分數據的來源還是真實可信的。多年來，邁克·伍德（Mike Wood）撰寫了許多產品測評文章和研究報告，并在網站和PLASA媒體上發布這些研究成果。

在他撰寫的每一篇產品測評文章中，通常會使用到燈具發光效能這個概念，比如發表于《Lighting&Sound America》雜志2011年第1期上的有關PixelRange公司的PixelSmart燈具的測評文章（編者注：見本刊2011年第9期上的《解析一款LED燈具——PixelRange PixelSmart》一文）；或者通常會使用到總光通量和功耗等概念，進而計算燈具發光效能。在《Protocol》雜志2007年夏季刊上，他在“伍德雜談”（Out of the Wood）專欄中的《How Bright is Bright: Coda #1》一文里闡述了他測量總光通量的方法。概括地說，他測量位于3個同心圓環范圍內的25個點的照度，每個圓環上的8個點平均分布，再加上光斑中心點，然后通過一個公式來計算總的有效光通量。他承認這種計算方法不盡完美，但是對于光斑呈放射對稱的燈具（比如：成像燈、菲涅耳聚光燈和PAR燈）而言，在合理精度范圍內其測量結果基本上是準確的。

為了對比起見，筆者冒昧地摘錄了他所測試過的11臺燈具的12組相關數據，這些燈具所采用的光源包括LED光源、微波耦合觸發（等離子）光源、氣體放電光源和白熾光源（見表1）。

燈具發光效能的范圍從白熾光源的7.4 lm/W（Martin公司的MAC TW1）到只開啟白光LED時的40 lm/W（PixelRange公司的PixelSmart）之間，與其最為接近的是氣體放電光源的30.4 lm/W（Vari-Lite公司的VL3500）。為免讀者忽略了本文討論的重點，筆者在此特意強調：位居這張效能清單前列的并非全是LED燈具。這幾乎被短弧氣體放電光源所占據。

表1 一些燈具的發光效能

還有其他一些情況：短弧氣體放電光源燈具對光能的利用率可能與LED燈具對光能的利用率相當或高于它。它們對光能的利用率也可能低于白熾光源燈具對光能的利用率。燈具的光學系統對最終的輸出光通量有很大影響。

并不是說只要它是LED燈具，就一定高效節能。光源的發光效率只是其前提條件。

只要燈具不同，即使它們采用相同光源，其發光效能就可能相差很多。

而這只是市場上現有技術的一小部分，技術正處于不斷變化之中。LED的發展熱浪不止，同時飛利浦和歐司朗等生產氣體放電光源的制造商也在如火如荼地進行改良工作，以提高其氣體放電光源的發光效率，但是即便后者在向前發展，也無法與LED的突飛猛進相提并論。海茲定律依然成立，即LED的亮度每18～24個月可提升一倍。然而，問題的關鍵在于燈具能投射出多少光通量，而不在于光源能發出多少光通量。因此，為了提高LED燈具的發光效能，制造商必須改進方法來提高光能利用率。

還要考慮到許多其他因素。LED燈具遵循加法混色原則，而氣體放電光源和白熾光源遵循減法混色原則。也就是說，LED在色光方面天生效率就高，原因在于它們只發出某波段范圍內的波長。減法混色原則可能會令燈具發光效能大打折扣，具體情況應視顏色媒介而定。

與氣體放電光源燈具相比，LED燈具還具有另外一個優勢，就是當它們工作在切光狀態時只需要非常小的電流。而對于配置光閘的氣體放電光源燈具而言，切光時其耗電至少要維持在滿負荷的40%。簡而言之，“綠色照明”并非是LED的專利，但是LED燈具依然具有節能照明的優勢。

上述內容還沒有囊括所有情況。除電力消耗和燈具發光效能外，還存在其他一些環境問題。涉及到燈具重量，這與運輸成本息息相關，它也會對碳排放量產生一定影響。在同等條件下，肯定會選擇重量更輕的燈具。如果要將環保進行到底，那么還要從長計議，其中包括正確處理有害廢棄物（從原料生產到產品廢棄的全過程）。氣體放電光源中含有汞等添加物質，也就是說不應對其采取填埋處理，否則它們終將會污染供水系統。還要規劃有害廢棄物的回收項目，但是作為一個行業必須嚴于律己，因為目前還沒有任何管理和監測機構來監管這種行為。

既然演出活動會引發各種環境問題，那么有人可能要問自己最初為什么要大費周章地加入這個行業？千萬不要抱有這種想法。這份職業對于公眾的價值可能比從業者自己所意識到的要有意義得多。

最近，美國國家公共電臺（NPR）報道了一則有關阿富汗舉辦音樂會的新聞。盡管由塔利班發動的戰事持續不斷，危險無時不在，然而大量民眾依然為觀看音樂會而集聚一堂，投身戶外慶祝活動。據觀眾們說，觀看這場音樂會并不是什么奢侈的事情，而是身處戰亂之中所必須做的一件事情。音樂與藝術之于戰爭猶如科學與醫學之于疾病。它是一劑解藥。失去它，人們將無法生活下去。

（本文編譯自美國《PROTOCOL》雜志2011年春季刊《Watts in a lumen》一文。獲其許可。http://na.plasa.org/publications/protocol.html。）

Watts in a Lumen

Original / [USA]Richard Cadena Translate / SHI Duan1
(1.Shanghai Theatre Academy China, Shanghai 200040, China）

The paper discussed the relation of efficient luminaires and environmental protection, and introduced the measure of efficiency of luminaires and relevant issues.

LED; environmental protection; lumen; luminous flux; luminaire; lighting source

10.3969/j.issn.1674-8239.2012.07.003

（編輯 張 翔）