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COSMO专题

飞利浦新一代路灯照明系统Cosmo 介绍

发布者:bosheng  日期:2016-01-15  

 本文介绍了新一代飞利浦路灯照明系统Cosmo高效节能的原因及其特点。


世界范围看,道路照明的技术发展已经经历了几代,第一代是上世纪40年代开始的荧光灯和低压钠灯,都是低气压放电灯,尺寸大,配光差,光效一般或光谱单一;第二代是60年代开始的高压汞灯和高压钠灯,具有较好的光效和配光性能,长时期内都是道路照明的主角,其间金卤灯只是少量用在一些特殊的场合,主要受限于其光效、寿命、稳定性等方面的不如人意,二十一世纪之初,飞利浦推出了第三代道路照明系统,即Cosmo系统。

Cosmo是最新一代道路照明技术,包括结合了高压钠灯和金属卤化物灯优点的CosmoPolis光源、长寿命的室外应用型电子镇流器和使用Cosm专用的反射器的灯具所构成的一整套系统。从其在国内外实际应用的案例来看,都取得了很好的照明效果和节能效果。基本上,140W的Cosmo系统可以取代普通的250W高压钠灯,用于绝大多数城市各级道路,达到照明标准要求的照度、亮度、均匀度等,更得到远高于高压钠灯的视觉舒适度和视觉分辨率。

comsopolis光源CosmoPolis光源 高压钠路灯

Cosmo系统的特点主要是:节能高效、视觉舒适、稳定可靠。

由于其2800K的暖白色色温和65以上的显色性,Cosmo照明的道路给人很好的视觉舒适度,既不象高压钠灯一样昏黄,又不象高压汞灯和4000k以上高色温的金卤灯一样偏青偏蓝绿的凄冷。

其稳定可靠来源于成熟的高强度放电灯技术,光源的经验证的经济寿命(批次点灯,至10%损坏的时间)长达12,000 小时,远高于金卤灯;电子镇流器元件经严格挑选,全密封灌胶处理,适合室外环境应用,加速寿命试验证明其正常使用寿命长达60,000小时(仅5%损坏),可称得上免维护。
Cosmo的节能高效性能是几方面原因。

第一、首先是光源的制造技术本身使得Cosmo 是一种光转换效率非常高的高强度气体放电。Cosmo放电管是高透光率小管径的陶瓷管,填充的发光物包括钠和其他几种金属元素的组合,精心设计的放电工作温度和气压,得到了很高的光转换效率,在140W的电能消耗中,有约41W的可见光辐射能,将近30%的比例与高光效的400W相当,远高于类似功率光源如150W钠灯或金卤灯的20~25%左右的光转换效率,也高于普通250W 钠灯的转换效率。CosmoPolis光源的明视觉光效大于118lm/w。

第二、源于道路照明亮度水平的视觉状态相对提高了CosmoPolis的有效光效。人眼视网膜上有两种视觉细胞,锥状细胞和杆状细胞,锥状细胞分辨颜色,杆状细胞感知光亮度。当亮度大于3.5cd/m2时,主要是锥状细胞作用,可以分辨颜色和亮度对比,是明视觉状态,此时,人眼对波长555nm的黄绿光最敏感,同样强度的各种光色,人眼会觉得黄绿光最亮;当亮度小于0.035cd/m2时,只有杆状细胞工作,不能区分颜色,此时敏感的光波长偏移到505nm的蓝绿光,同样强度的光,蓝绿光感觉最亮,是暗视觉状态。当亮度处于0.035~3.5cd/m2时,两种细胞都发生作用,此时最敏感的光波长位于555nm和505nm之间,亮度越低,峰值波长越短,越偏向蓝绿光,这时是中间视觉状态。道路照明的亮度水平在0.1~3cd/m2,就处于中间视觉。不同视觉状态下人眼的光谱光视效率曲线见图一,可见对每个波长的敏感度(对应的曲线高度)在不同视觉情况下不同。

cosmo和钠灯的光谱

图二是高压钠灯和Cosmo的可见光光谱,每个波长的光的强度由纵向高度表示。光源的光通量就是依照这两张图计算,用计算式表示就是:

cosmo和钠灯的光谱计算

即每个波长的强度与对应波长的敏感度相乘,然后在可见光范围内积分。
上式中,Фp代表明视觉光通量,用的是明视觉光谱光视效率曲线V(λ);Фs代表暗视觉光通量,用的是暗视觉光谱光视效率曲线V’(λ)。

cosmo不同亮度光谱曲线

中间视觉的敏感度曲线是不确定的,随着亮度的降低,曲线峰值向短波方向偏移,峰值上升(图三)。也就是说,在中间视觉下,不同亮度水平下的光通量即有效光效不是一个固定值。根据基于反应时间建立的中间视觉光度学S模型,中间视觉下的光谱光视效率函数是由明视觉和暗视觉下的光谱光视效率函数的V ‘(λ) 和 V (λ) 通过比例因数x 的线性组合而得到的,如式 1所示。由实验所得结果,x与Lmes近似的满足式 2所示。最终的结果见式 3。

3个公式.png

利用上式和明视觉光效和暗视觉光效可以计算不同亮度水平下的中间视觉光效。高压钠灯和CosmoPolis光源的有效光效计算结果如表一、表二。

光源光效计算

COSMO光源光效计算

表中的S/P值是该光源暗视觉光通量与明视觉光通量的比值。

表一和表是两种光源利用S模型进行光源有效光效的计算结果。随着亮度水平的下降,高压钠灯的有效光效水平呈单调下降,而CosmoPolis则单调上升。明视觉情况下,CosmoPolis的光效略高于高压钠灯,而在暗视觉情况下,CosmoPolis的光效则基本达到高压钠灯的两倍。在道路照明亮度水平下,即1cd/m2数量级的亮度水平,CosmoPolis与高压钠灯的光效比约为119.8/105.3,约等于1.13,即高于钠灯光效13%。由于目前的光度测量仪器如照度计、亮度计等都是以明视觉光谱光视效率曲线来定标的,所以暂时都还只能测定明视觉的光效,中间视觉的光效只能计算。

第三、源于不同光源光谱照明的视亮度校正效应。前北美照明工程协会(IESNA)主席、北美道路照明协会主席伊恩列文(Ian Lewin)数十年从事光源光谱和道路照明的研究,其在2004年发表的《光谱效应SpectralEffects》系统地阐述了不同光谱光源在不同亮度水平对视觉的效应,从其中可以发现,采用白光照明,比采用黄光的高压钠灯,亮度具有一定的校正比例(图四),亮度越低,校正作用越大。其在1cd/m2的亮度水平下,校正系数为1.35。

灯具光效对比

图四、不同光源相对高压钠灯的光谱校正系数
CosmoPolis同样作为白光高强气体放电灯,其光谱效应可参考金卤灯。这就意味着,同样的照度水平下,高压钠灯只有1cd/m2的亮度,而用Cosmo就有1.35cd/m2的视亮度水平。

正是基于中间视觉亮度下白光的优势,英国在其道路照明标准BS5489-1:2003中明确,选用显色性大于60的光源,其照明水平可以降低一个等级。

第四、来自于系统的配光设计。Cosmo光源的放电管管径和长度的比例为1:5,介于高压钠灯的1:8和金卤灯的1:1.5 之间,非常适合路灯的配光设计,配合专为该光源设计的反射罩,可以将更多的光均匀的投射在路面,提高系统的效率。

正是以上五点贡献,使得Cosmo系统用于道路照明可以在原来高压钠灯的基础上减少45%的能耗,而照明质量甚至更高。

CosmoPolis的特点
特点 1: 高的系统效率


COSMOPOLIS效率


特点2: 尺寸小,分量轻

⊙光源尺寸比高压钠灯小一半
⊙单一电子镇流器,尺寸和重量不到电感系统的一半
⊙反射器和灯具的设计更多选择,更好效率


CosmoPolis光源 CosmoPolis电子镇流器


特点 3: 最佳光学效率

⊙完美的放电管管径/长度比例(A.R.),配光最佳
⊙新的PGZ12卡口灯头/灯座精确限制光源在完美光学位置


CosmoPolis光束对比

SON 光束太宽                                CDM光束太窄                          Cosmo最均匀
A.R.: 1:8                                        1:1.5                                         1:5
距高比比一般路灯大12~15%,从而可以更少的灯具,更低的灯杆,降低投资。


特点 4: 寿命长
⊙光源使用三年仅有10%失效,流明维持率达80%

参照 :
CDM-T : 2 年
CDO-TT : 3 年, 60%流明维持率
HPL : 3 年, 60%流明维持率
SON PIA : > 4 年
⊙ CosmoPolis HID-PV Xtreme 电子镇流器: 60,000 小时,仅5%失效
-全密封结构,防尘防水防振动;
-峰值电压保护,保护光源;防浪涌电流,保护镇流器
-系统功效高,节能环保
-功率因数0.98; 无补偿电容损坏之忧
-恒定功率输出,不受电源电压波动影响(200~254V电压,功率+/-2%)
-完全防雷保护;符合EMC/EMI规范

特点5: 恒定功率输出

电感镇流器功率电子镇流器功率

⊙可选更小线径的电缆
⊙可少用控制柜


特点6: 自然白光

⊙提升环境气氛:革命性的自然光色,先进的光源性能,能更好地创造更生动更有吸引力的夜间环境
⊙提升安全感:自然光色照明能给人更好的自然感受,人与人之间能更好的交流,并获得更好的安全感
⊙提升行车安全:白色光能使驾驶员更清晰的分辨远处和周围环境的障碍物,从而提升行车的安全性
总之,CosmoPolis的节能高效、视觉舒适和稳定可靠的特点不仅具有实际经验的验证,也是有坚实的理论基础的,它作为新一代的道路照明系统,是既节能又节钱的实实在在的可以大规模使用商品。两年来,已有数十个国家的许多城市大量使用,每年销售量达10 万套以上。

附录:使用案例


安特卫普:

CosmoPolis路灯

比利时Turnhout

西班牙Somosaguas

CosmoPolis路灯

意大利米兰:

CosmoPolis路灯


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