1、前言

高強(qiáng)度氣體放電燈（ＨＩＤ）是繼白熾燈、熒光燈后的第三代光源，是電光源發(fā)展史上的一大革命。ＨＩＤ使光源的光效得到大幅度提高，功率范圍也顯著擴(kuò)大。幾十年來，各種ＨＩＤ光源如高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈都得到了長足的進(jìn)展。

ＨＩＤ光源離不開汞的使用，或者說現(xiàn)代光源包括高壓汞燈、高壓鈉燈、金鹵燈，乃至超高壓汞燈在內(nèi)的各種HID無一不是汞蒸汽的杰出效應(yīng)。隨著人們對汞危害認(rèn)識的提高，對HID光源的使用也提出了疑問。并引出一系列相關(guān)問題：如何全面評價ＨＩＤ光源中的汞？從環(huán)保角度看含汞燈的汞含量是多少可以接受？如何評價無汞的ＨＩＤ光源？

這些問題在社會上甚至在業(yè)界內(nèi)引起了很大反響，有些學(xué)者把燈內(nèi)無汞作為綠色光源的首要標(biāo)志而不談光效與壽命，某些權(quán)威部門甚至想出臺限制含汞光源的措施。
 為此，本文就ＨＩＤ光源及其汞含量問題進(jìn)行如下分析。

2、HID光源中汞的來源

污染環(huán)境的汞來自兩個方面，一個當(dāng)然是制燈消耗和燈廢棄時燈內(nèi)的汞；另一個未被大眾所認(rèn)識的來源是點燈耗電時，火電廠燃燒煤炭燃料中也有汞釋放到大氣中。而電光源在全壽命期間造成環(huán)境污染的總汞量為這二者之和。

為了定量分析燈中對環(huán)境造成污染的汞主要來源，我們必須先計算電光源每消耗１kWh的電能，發(fā)電廠的排汞量，而這取決于每千克煤炭內(nèi)的含汞量、每發(fā)1kWh電的耗煤量以及火力發(fā)電的比例（基本上認(rèn)為非火力發(fā)電不存在汞的散發(fā)）。

汞是煤炭中的伴生雜質(zhì)，各種煤炭的汞含量也不盡相同，通常含量為０．０９６~２．６７ｐｐｍ，綜合值為０．５５ｐｐｍ，即每燃燒１ｋｇ煤就有０．５５ｍｇ汞排向大氣。

火力發(fā)電煤耗為０．３３７ｋｇ/kWh標(biāo)煤（６００ＭＷ機(jī)組）到０．４０６ｋｇ/kWh標(biāo)煤（１００ＭＷ機(jī)組），平均標(biāo)煤耗量為０．３７５ｋｇ/kWh。

目前，中國火力發(fā)電占總發(fā)電量的比例為７３．７％，（水力占２４．５５％，其他占１．７５％），這三者的乘積為：
 ｃ＝０．５５×０．３７５×７３．７％＝０．１５２ｍｇ/ｋＷｈ

當(dāng)然在不同的國家有不同的值。隨著發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步和燃煤電站比例的減少，此值呈下降趨勢。

為了能夠比較不同類型的光源，我們引入一個參數(shù)Ｍ，表示一個燈在單位時間內(nèi)發(fā)出單位光通量的總釋汞量。筆者用每千流明每千小時釋汞的毫克數(shù)表示，稱為總釋汞度。

總釋汞度公式：Ｍ＝Ｈ/ＬＴ＋ｃ/ｅ
 式中:Ｈ—燈內(nèi)的含汞量；
 Ｌ—該光源壽命期間的平均總光通量（ｋLｍ）；
 Ｔ—光源的壽命（ｋｈ）；
 ｃ—每發(fā)1kWh電發(fā)電廠向大氣排放的汞量為０．１５２ｍｇ/ｋＷｈ；
 ｅ—光源最基本的一個參數(shù)“發(fā)光效能”（Lｍ/Ｗ）。

3、不同類型的ＨＩＤ有不同的總釋汞度

我們分別計算不同燈（也包括了無汞的白熾燈和熒光燈作為參照）的釋汞度，結(jié)果如下表所示。

4、大功率長壽命ＨＩＤ燈可近似看作無汞光源

在總釋汞公式中，當(dāng)Ｈ/ＬＴ?。迹迹?ｅ時，可以近似地把燈看成無汞光源，這樣“無汞光源”的條件是Ｈ＜＜ｃｐＴ。

只要燈的功率ｐ足夠大，壽命Ｔ足夠長，這個條件總能滿足。對功率為２５０Ｗ，壽命為１２０００h的任何ＨＩＤ光源，ｃｐＴ＝５００ｍｇ，燈內(nèi)含汞量小于５０ｍｇ，比它低了一個數(shù)量級，可以忽略不計。

這時總釋汞量為Ｍ＝ｃ/ｅ，因此大功率長壽命的ＨＩＤ燈可以近似地看成無汞光源，它的首要環(huán)保目標(biāo)不是降低燈內(nèi)的汞，而是提高光效ｅ。

從上表中最右一列可以清楚地看出：
 （1）環(huán)境總的汞污染不能只看燈內(nèi)的含汞量，無汞的白熾燈實際上比任何光源的汞污染都高；
 （2）與熒光燈（包括緊湊熒光燈）的汞污染相比，標(biāo)準(zhǔn)高壓汞燈與之相當(dāng)，而高壓鈉燈、金鹵燈要好得多；
 （3）在ＨＩＤ中，自鎮(zhèn)流高壓汞燈的汞污染最高；
 （4）總的來說，ＨＩＤ對環(huán)境總汞污染最低。

5、無汞光源必須達(dá)到的光效

如何評價新的無汞ＨＩＤ光源？