以照明场景为中心助力灯具光效向能效转变

在“双碳”背景下，人工照明由粗放式向精细化转变势在必行。由过去首选高光效灯具变成根据照明实际场景需求精准配光，提高光源光效利用率。行业及用户需重新认识“光随需动”集约化发展理念，让每一流明都能做到光尽其用！

照明设计的核心原则“适配光效”，即通过约束光通量边界条件，实现光效与场景需求的精准匹配。这一理念打破了行业对“光效越高越好”的盲目追求，转而回归照明本质，“用最少的光，做正确的事”。以下从理论框架、技术实现及行业实践三个维度展开分析：

一、理论框架：适配光效的数学模型

1. 边界条件的量化定义

   光通量约束：特定场景的有效照明需求可表述为 Φ= E × A，其中：

     E：目标区域照度标准（lux，由国家标准或功能需求决定）；

     A：有效照射面积（m²）。

   光效适配公式：适配光效 η0 = Φ/ (P × t × μ)，其中：

     P：灯具功率（W）；

     t：每日有效照明时长（h）；

     μ：系统效率系数（含光学损耗、维护系数等）。

2. 光效的“天花板效应”

   当实际光效 η1> η0 时，会导致：

     性能冗余：超出需求的光通量引发过度照明（如眩光、光污染）；

     经济浪费：高光效灯具通常成本更高，边际节能收益可能无法覆盖初期投资。场景使用不当也会造成“大马拉小车”，不仅浪费能源也会造成光污染。

   案例一：某仓库照明

需求为 Φ = 20,000 lm，若选择 η0 = 180 lm/W 的灯具，需 P = 111 W；但若使用

 η1= 200 lm/W 的灯具，功率会降至 P = 100 W，年节电量 4 kWh（假设t=10 h/day）。高光效虽提高了节能的贡献率，但也会增加灯具成本。

案例二：某道路照明

同类似仓库等室内空间场景不同，道路有严格的边界条件限制，照明的目标指向在路面而非周边及夜空。需采用精准控光型灯具（高光效窄光束）。选择适配光效η0 = 120 lm/W ，实际采用功率为P=80W可达标；若选用高光效灯具，η0 = 160 lm/W ，则需选用110W灯具才能达标。光效虽高出30lm/w，年运营成本却不降反升，年增加电能消耗120.5KWh（假设t=11 h/day）。所增加的30lm/w为溢散光，累积到一定程度会衍变为光污染。

从两个不同案例分析可以看出，在仓库等密闭空间，高光效可直接减少灯具数量，实现线性节能；但在道路等开放场景中，未受控溢散光会形成“光能黑洞”，抵消了高光效对节能的贡献率。

3. 动态场景的适配扩展

   对于可变需求场景（如会议室的多模式照明），适配光效应定义为 η0 = Σ(Φ_i × t_i) / Σ(P_i × t_i)，其中i代表不同时段或模式，需通过智能控制实现动态匹配。 

二、技术实现：从理论到落地的关键路径。

1. 光通量精准约束技术

   光学设计：  

     采用非对称配光、光束角可调透镜（如菲涅耳透镜、自由曲面、控光模块），将光通量严格限制在目标区域。  

     案例：飞利浦的ActiveSite路灯通过动态调光角，使溢散光比例<5%。

   智能控制：  

     结合光强传感器与AI算法，实时调整输出光通量（如隧道照明随车流量动态调光）。

2. 适配光效灯具开发

   模块化光效设计：  

     同一灯具平台通过更换光学模块（或反射式非对称控光模块）实现不同光效输出（如50-2000 lm/W可自由调节），例如欧司朗的FlexOptik系统；易永光电的“自适应调光角模块系统”等。

   “光效-成本”曲线优化：  

     在灯具设计阶段，通过多目标优化算法平衡光效、成本与寿命，找到场景适配的帕累托最优解。

3. 标准化与认证体系

   场景化光效标签：  

     参考欧盟ERP指令中“场景能效指数”（SEI），建立中国版《场景适配光效分级标准》，强制标注灯具适用场景（如“道路照明适配光效：120-140 lm/W”）。

   测试方法革新：  

     将传统实验室测试（积分球测总光通量）升级为实景光分布测试，如基于goniophotometer的“有效光通量比”评估或采用盐城师范学院光研所秦大为研究团队的“车载式光环境动态检测评估系统”进行评估。

三、行业实践：挑战与突破 

 1. 当前痛点

   厂商惯性：头部企业依赖“高光效”作为营销噱头，缺乏动力开发适配型产品；

   设计惰性：工程师习惯按“最大光效”选型，缺乏场景化计算工具；

   用户认知：业主方常误认为“光效高=节能好”，忽视全生命周期成本。

2. 先锋案例

   上海外滩景观照明改造：  

     采用“分区分时控光”策略，对历史建筑（低光效高显色）、绿地（中光效防眩）、道路（高光效窄光束）差异化配置，整体节能40%。

   京东亚洲一号智能仓库：  

     使用光效100 lm/W的定制灯具（低于市场平均120 lm/W），但通过AGV路径优化将照明面积缩减60%，总能耗下降55%。

3. 易永光电研发团队的潜在角色

   团队深耕适配光效技术，通过以下路径改变传统认知，加快以场景为中心遴选照明产品的实现路径：

     技术专利：申请“场景光效匹配算法”或“可调光效模块结构”专利（已获得相关发明专利）

     生态合作：与设计院联合开发《场景适配光效设计手册》，成为行业事实标准；

     产品差异化：推出“光效按需定制”服务，引导客户在指定目标光效范围（如90-200lm/W）提出对应适应场景。

四、未来展望：从“适配光效”到“光环境免疫系统”

1. AI驱动光效自学习：  

   灯具通过物联网感知环境变化（如人流、天气），自动调整光效至最优区间。

2. 材料革命：  

   钙钛矿LED、量子点技术可能打破“光效-显色性”权衡，实现高光效（>200 lm/W）与高显色（CRI>95）共存。

3. 政策杠杆：  

   碳交易市场引入“光效适配系数”，对超适配光效的过度照明征收资源税。

总结：

“适配光效”的本质是将照明从“能量转换游戏”升级为“光资源管理科学”。它要求行业摒弃对单一参数的崇拜，转而构建“需求-光效-成本”的全局优化思维。在此范式下，每一盏灯都应是场景的“定制化答案”，而非技术参数的“标准化商品”。这既是照明设计的终极理想，也是碳中和目标的必由之路。

上海易永光电科技有限公司 

袁奇

2025.4月