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燈光-室內照明節能認識

2020-03-19

許智能 副教授

國立勤益科技大學冷凍空調與能源系


人類有光就顯現出明亮及希望,像是一盞光明燈,指引大家明亮的未來。可是「燈光」是照明的工具,需要的是「電力」,當燈點的越久,電能消耗逐漸增加,造成能源浪費的開始。因此日常生活中的「燈具」照明節能就需要重視,電能不知不覺得的浪費流失了,形成能源的損失。

一般而言,選擇燈源依據是照度和瓦數,就是以照度(Lux)(lm/m2)表示,簡單說被照物體每單位面積(m2)內的入射光通量(lm,流明),以光通量除以面積所得到的值,來顯示某場域的明亮度,才來決定使用瓦數。使用者剛好相反,先選擇瓦數(Watt),再考慮場域明亮度是否足夠,無形中造成室內照明明亮度不均(過亮或是過暗),再加上節能燈源(具)瓦數的選擇和操作上忽略了,往往造成電力能源的浪費,因為燈光照明佔室內住商或居家用電每年約為20-25%。所以,燈光之照明節能認識不只重要,更要隨時節電,改用節能燈具,或使用調變室內光源分布,或使用智慧無線感測照明光源,以達到更有效的節能、省電、減碳之效益。

 

燈源使用1瓦數(Watt)=1 焦耳/秒(J/sec),產生的1焦耳=0.238846卡(Calorie國際慣用單位)能量,使用越多消耗能量越多,負擔也越沈重,光的效能也不佳,相對平均使用壽命也不久,鎢絲燈泡1W照明平均相當於5-10 lm,T5日光燈1W照明平均相當於75-95 lm,白光LED節能燈1W照明平均相當於140-160 lm,因此選擇「燈光」作為室內照明是節能減碳相當重要的生活認知,避免電能浪費。

從美國湯瑪斯-阿爾瓦-愛迪生(Thomas Alva Edison,西元1847.02.11-1931.10.18)發明燈的照明開始,由鎢絲燈使用一直演進照明節能技術至今的日光燈(含汞),再出現高效能、高省電、長壽命的藍光發光二極體(LED)光源透過黃色螢光粉產生白光節能照明燈(無汞),使得燈光的效能大幅提升躍進。而以1W白光LED燈照明平均相當於140-160 lm/W,是T5日光燈的187-168%效能,是鎢絲燈泡的2,800-1,600%效能。若鎢絲燈使用10W照明平均相當於100 lm,則T5日光燈只需使用1.333-1.053 W和白光LED節能燈只需使用0.625-0.714 W,亦可達到照明也是100 lm。因此白光LED節能燈相對於T5日光燈平均可省電率87-68%和相對於鎢絲燈平均可省電率2,700-1,500%。可見室內場所照明功率一樣時,則白光LED節能燈具有高效率、高節能、長壽命、環保、減碳等效果,使用燈具平均壽命達50,000-70,000小時,可使用5.7-8年,是T5日光燈的4.17-3.89倍小時,是鎢絲燈的50-70倍小時。

圖1.鎢絲燈型式[1]、T5日光燈型式、白光LED節能燈型式

 

表1.鎢絲燈型式、T5日光燈型式、白光LED節能燈型式特性比較

*以目前市售的瓦數、平均流明數、平均壽命做整體類型的燈光效能之平均值範圍。
*市售燈目前仍以每瓦(W)產生平均流明(lm),而作為平均光效能(lm/W)為依據。
*其他類型燈具或燈光源(螢光燈、鹵素燈、HID燈、金屬燈、高壓汞燈、…等等)不在此討論和說明,以最節能LED型、最普及T5型、過往鎢絲燈型為比較說明。

 

由於日常生活中燈光需長期使用,已是人們不可獲缺的必需品,而且光可指引方向,沒有光,感覺沒有明亮,感覺無安全感。燈光在照明使用率已極高普及,有些地方場所或是場域都需要24小時照明,對於電能消耗是高的,甚至於造成用電浪費,無形中也增加成本支出,也衍生碳排量高,碳足跡增加,無助於節能,也不環保,不利於能源應用。全球照明用量越來越高,智慧電子商品及顯示照明也越來越多,處處可見照明使用。前述白光LED照明燈是目前節能省電最為顯著的低用電低耗能燈源之節能應用。

室內照明節能分布不只人需要,而動植物生長也需要,可利用照明光譜來輔助植栽生長的光源,於室內種植蔬菜、水果、花卉、菇類、…等農作物,避免氣候日照不足的影響。而國際間許多知名公司也投入室內照明節能燈具和光譜光源來調控有機新鮮安全蔬果植栽,如日本東芝公司照明節能潔淨蔬園生長[2]、德國歐司朗公司LED照明蕃茄生長[3]、美國AeroFarms公司照明蔬菜園[4]、筆者使用照明節能燈光於菇類增長效益等節能燈具使用。

圖2.燈光照明節能技術應用於室內蔬果植物種植生長[2-4]

 

若照明節能燈可擴及於醫療設備,降低用電量,增進照明分布,對於燈光光譜節能應用於殺菌、醫療、生理治療、手術燈、醫用顯示器、…等醫用設備是減輕耗電。如韓國LG公司[5]照明節能UV LED光研發於淨水器水龍頭內部滅菌使飲用水安心,韓國Yanko Design/Pinterest [6]報導照明節能光於無人機飛行於地鐵站及車廂內發出高能量紫外光消除扶手梯、地面、牆面細菌及淨化空氣。歐洲MEDILIGHT [7]研發智慧可穿戴醫療設備於治療慢性創面加快癒合的藍光LED於嵌入式照明(德國柏林工業大學整合協調)。國立臺灣科技大學[8]利用節能省電LED燈組合研發人工太陽光線,以符合人類生理時鐘需求的日光療法治療憂鬱症及睡眠不佳的患者。國立陽明大學[9]與南亞光電公司合作建置智慧光照於醫療自然光應用在提升睡眠品質。瑞士聯邦材料測試與開發研究所[10]以節能省電LED照明光療智慧連身衣在家治療新生黃疸兒功效。

 

圖3.燈光照明節能應用於殺菌、醫療及生理治療[5-9]

 

全球智慧電子商品也越來越多樣性,為了節能省電及明亮度清晰顯示,將節能LED光源微小化封入於智慧電子品內作為方便攜帶及移動。因此逐漸融入於生活必須品中,成為生活的一環。所以,照明節能電子顯示裝置則像是韓國三星公司[11]研發QLED照明元件於8K電視顯示,而鴻利智匯公司[12]供應照明元件(Mini LED)商品於虛擬實境(VR)、智慧平板、電腦螢幕顯示器、車載儀錶、筆電、醫療顯示器、電視等低耗電節能應用。

總而言之,潔淨能源除了再生能源、創能、儲能之外,任何其節能更可由生活中做起,而燈光於室內照明節能應用就是一項隨手隨時可做到的省電、省能、減碳的推展目標。

圖4.照明元件技術光源於電子商品應用[11,12]

 


參考資料來源:
1. 鎢絲燈,維基百科。https://zh.wikipedia.org
2. 日本東芝公司節能照明潔淨蔬園生長。https://www.ledinside.com.tw/news/20141121-30377.html
3. 德國歐司朗LED照明蕃茄生長。https://lights.ofweek.com/2020-01/ART-8110-2200-30425594.html
4. 美國AeroFarms公司照明蔬菜。https://www.ledinside.com.tw/news/20191205-36429.html
5. 韓國LG照明節能光(UV LED)淨水器水龍頭內部水滅菌。 https://www.ledinside.com.tw/news/20170413-34075.html
6. 韓國Yanko Design/Pinterest照明節能光(UV LED)無人機清潔殺菌。 https://www.ledinside.com.tw/news/20190722-36229.html
7. MEDILIGHT歐洲智慧可穿戴醫療治療慢性創面癒合-嵌入式照明節能光藍光LED(德國柏林工業大學協調)。https://www.ledinside.com.tw/news/20190806-36254.html
8. 國立臺灣科技大學照明節能光LED-人工太陽光日光療法治療憂鬱症病患、老人睡眠效果、生理作息。https://www.ledinside.com.tw/news/20071205-1362.html
9. 國立陽明大學與南亞光電合作-建置智慧光照在醫療提升睡眠品質。
11. 韓國三星公司QLED照明元件-8K電視。
12. 鴻利智匯公司照明元件(Mini LED)-VR、智慧平板、電腦螢幕顯示器、車載儀錶、筆電、醫療顯示器。