在南昌土生土长的硅衬底LED技术研究取得突破性进展,佛山每年废弃的节能灯为400万只左右

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南昌地铁一号线的各个站厅,灯光明亮而柔和,给人一种清爽、舒适的视觉享受。你可能不知道,整个地铁一号线公共区域的照明,采用的都是节能环保的硅衬底LED技术,都是南昌造。

从今年10月开始,不少居住在湖景社区的市民发现自家小区门口多了一个亮眼的半人高大箱子。事实上,这些黄色大箱子是佛山市照明灯具协会设计安装的废弃节能灯回收箱,这些箱子已进驻12个首批示范社区,共设置25个废弃节能回收箱。

胡国剑老师的课程另辟了蹊径,从他研究的视知觉角度谈照明设计,把光如何被视觉神经接受,最后形成我们的情绪入手,角度独特刁钻,像个独步武林功夫了得却神秘莫测的高手。

充分发挥硅衬底LED技术优势,南昌市将组建市光电产业研究院和国家级检测中心,加快建设南昌LED产业创新示范园区,进一步完善电子信息产业布局,全力打造南昌光谷。

近年来,节能灯以其高寿命、低能耗的特质逐渐取代传统白炽灯,然而,废旧节能灯中剧毒化学物质汞(俗称水银)对城市的污染却鲜少有人知晓。

严格意义上来说,我们设计的不是照度,而是每个空间不同立面的亮度。

1月8日,在北京举办的国家科学技术奖励大会上,硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管项目一举拿下国家技术发明一等奖,标志着江西科技发展实现了历史性跨越。

每只节能灯含汞量一般在5毫克左右,而1毫克的汞渗入地下就会造成大约360吨水的污染。佛山每年废弃的节能灯为400万只左右,对环境的污染可想而知。佛山市照明灯具协会秘书长张华的言语折射出一个现实佛山目前对废弃节能灯污染的治理几乎为真空状态,铺展渠道对废弃节能灯进行有系统的回收势在必行。

我们在讨论照明方案的时候,对观感的舒适性程度衡量谈及甚多,但这只是知其然的表面而已,而要知其所以然,这门对视知觉研究的课程你一定不能错过。

对于LED产业而言,这是一个振奋人心的消息。在南昌土生土长的硅衬底LED技术研究取得突破性进展,打破了日本蓝宝石衬底和美国碳化硅衬底垄断LED技术路线的格局,创造了世界第三条技术路线,在LED产业中挺起了中国智造的脊梁。

然而,一只节能灯的回收、运输、处理成本超过3元,铺开渠道收集、处理废弃节能灯成为佛山环保的又一亟待破解的难题。

太多知识隐藏的奥妙,或许会让你豁然开朗,恍然大悟。

南昌是国家半导体照明工程产业化基地和国家十城万盏半导体照明应用工程试点城市,在国内LED产业中占有重要地位。

废弃灯具污染大 危害人体健康

上次我们谈及了照度标准值的制定是根据视知觉效用,那么这次我们来看看,那些不同的照度数值之间,会构成何种关系,对于照明设计而言,为何其中有设计伦理的存在?

数据显示,2014年,南昌LED产业实现主营业务收入30亿元。2015年,随着兆驰电子、鸿利光电等一批项目的达产达标或建成投产,以及晶能光电、晶瑞光电等龙头骨干企业的加速发展,南昌LED产业主营业务收入达50亿元。

目前,唐园社区、花园社区、湖景社区等12个社区共设置了25个废弃节能灯回收箱,这些回收箱通体黄色,箱体上注明废弃节能灯回收箱字眼,并有破碎易污染,请小心轻放等温馨提示。

我们先来看看暗适应和明适应的关系:

作为我国最早从事LED研发和生产的地区之一,南昌具有较为雄厚的产业基础,形成了较为完整的LED产业链,拥有一支高素质的研发及经营管理团队和一批熟练的产业技术工人,也是江西省硅基LED技术研发及产业化承载地。技术、人才、资源、产业的不断集聚,让南昌成为全国乃至全世界LED产业的一块谷地。

时间退回到2008年,国家启动绿色照明工程,城乡居民和企事业单位等大宗用户购买使用中标企业节能灯可获得30%至50%不等的财政补贴。在此背景下,中国各地节能灯的推广非常迅速。仅是2009年,佛山市的高效照明产品推广配额就有205万只。

明适应和暗适应

打造南昌光谷 建设LED产业基地

据悉,一般节能灯的使用寿命为3000到5000小时,按照用户使用频率不同,一只节能灯一般能使用3至4年。如今,不少市民家庭用的节能灯已经到了密集报废的阶段。

当人长时间在明亮环境中突然进入暗处时,最初看不见任何东西,经过一定时间后,视觉敏感度才逐渐增高,能逐渐看见在暗处的物体,这种现象称为暗适应(dark
adaptation)。

一份打造南昌光谷的蓝图振奋着江西。江西省出台了《关于打造南昌光谷、建设江西LED产业基地实施方案》,提出以壮大产业规模、提升核心竞争力为着力点,聚焦关键技术、重点地区和重点应用,把南昌打造成全国的LED光谷,把江西建设成为全国领先、具有国际核心竞争力的LED全产业链研发、制造和应用基地,形成和强化产业规模优势、产业体系优势、产业技术优势。

目前,市民对于节能灯的处置,一般都是随意丢到垃圾桶,市民对节能灯的环境危害知之甚少。实际上,如果废弃节能灯随意被丢到垃圾桶,破碎、焚烧后产生的汞蒸气会进入大气,然后沉降进入土壤或河流并转化成有机汞化合物(如甲基汞)。甲基汞可以通过呼吸系统、消化系统、甚至透过皮肤被人体吸收,并累积在人体的肝、肾、脑等器官中,导致慢性中毒。

相反,当人长时间在暗处而突然进入明亮处时,最初感到一片耀眼的光亮,不能看清物体,只有稍待片刻才能恢复视觉,这称为明适应(light
adaptation)。

到2020年,全省LED产业主营业务收入要在2015年的基础上翻两番,总量超过1000亿元,力争占全国的比重达到15%。其中,南昌要达到500亿元,占全省LED产业规模的50%。

人体内血汞的含量不可超过1.15毫克,而人体一次吸入2.5克贡蒸汽即可致死。张华表示,人类会间接被汞污染,由于汞污染环境,汞元素还会被其他动植物吸收,在体内积聚,并最终通过食物链进入人体。

图:我们能明显从上图看到,从明入暗适应时间长,从暗到明的适应时间短(红色框内)。这些感觉我们也能在我们日常生活经验中找到感觉。

南昌光谷 梯次分布,辐射全国

他介绍道,佛山市共有近200万家庭,按照每个家庭每年更换12只节能灯来算,每年废弃的节能灯有200万400万只,每只节能灯含汞量一般在5毫克左右,而1毫克的汞渗入地下就会造成大约360吨水的污染。

理论上解释的话,暗适应是人眼在暗处对光的敏感度逐渐提高的过程。一般是在进入暗处后的最初约7分钟内,人眼感知光线的阈值出现一次明显的下降,以后再次出现更为明显的下降;大约进入暗处25-30分钟时,阈值下降到最低点,并稳定于这一状态。

今年3月,南昌市审议通过《关于打造南昌光谷、促进LED产业发展的若干政策》,提出以打造LED南昌光谷为目标,形成以南昌高新区、临空经济区为核心区,南昌经开区、青山湖区、进贤县为扩展区,以吉安、萍乡、新余等地区为辐射区,梯次分布、最终辐射全国的区域布局。

业内人士表示,我国的节能灯推广如果少了回收这一部分的支撑,就无法形成产业与城市发展的可持续良性循环,国民的身体健康也难以得到保证。我们协会的会员企业都是照明灯具的企业,十分清楚随意丢弃废弃节能灯的危害,以12个小区作为试点铺开回收渠道,仅是我们走的一小步,希望全社会都来关注节能灯回收工作,让更多的废弃节能灯得以回收利用。张华说。

据分析,暗适应的第一阶段主要与视锥细胞视色素的合成增加有关;第二阶段亦即暗适应的主要阶段,与视杆细胞中视紫红质的合成增强有关。

高新区重点发展硅衬底LED芯片和MOCVD设备等关键核心技术产业化,同时配套发展生产设备、原材料、支架、光学器件等中下游产品。

收集难 废弃节能灯处置成难题

明适应的进程很快,通常在几秒钟内即可完成。其机制是视杆细胞在暗处蓄积了大量的视紫红质,进入亮处遇到强光时迅速分解,因而产生耀眼的光感。只有在较多的视杆色素迅速分解之后,对光较不敏感的视锥色素才能在亮处感光而恢复视觉。

临空经济区重点推动LED上市企业集群发展,打造龙头,带动作用明显、上中下游协调发展的产业集群区。

12月3日,佛山市照明灯具协会工作人员阿文和阿芬从早上8点30分便离开办公室,从湖景社区开始,走遍12个社区回收市民丢弃的废弃节能灯。

照明规划的专业伦理体现

南昌经开区重点发展MO源等LED产业关键配套材料。青山湖区、进贤县重点发展器件封装、应用产品,打造器件封装基地和应用产品生产基地。

在恒福湖景湾小区门口的黄色废弃节能灯回收箱前面,她们戴上胶手套,掀开黄色回收箱的盖子,小心翼翼地从箱体内取出一节节长灯管和废弃的节能灯泡。这是自10月份安装好节能灯回收箱后,佛山市照明灯具协会第一次来回收灯管。对于负责回收的两位工作人员来说,回收工作必须持续两天,她们必须跑遍禅城各小区,把废弃的灯泡收集起来,并送到佛山电器照明股份有限公司进行处理。

那么问题来了,所谓照明规划的伦理,体现在哪里呢?体现在专业性上,举个典型的例子:

南昌高新区将大力发展光电光伏产业,建设中部领先的南昌光谷核心区。高新区工作人员介绍,下一步,高新区将以打造南昌光谷为契机,加快推进在建在谈项目的同时,瞄准国内外一流企业和前沿技术,突出建链、补链、强链,引进落户LED应用产品、触控产品、集群电路、光伏高端产品等项目,推动产业链向高端、深端延伸。

佛山照明有一台从瑞典进口的机器,原来专门用来处理他们公司的废弃灯管,如今我们协会与这家公司合作,我们负责进社区收集废弃节能灯,他们帮忙废物利用。阿文告诉记者。

下图是一个剧院(电影院)的照明设计分析:

力争将六大项目 落户光谷核心区

节能灯泡回收后,将通过专业分离器进行处理,可将灯泡内的荧光粉和汞元素分开,与其他原材料一起,用于制作新的节能灯泡。张华介绍说,这种机器在广东只有两台,佛山照明这台机器可将废弃节能灯泡100%利用,变废为宝。这台机器目前吃不饱,如果用于处理佛山区域的废弃节能灯完全没问题。

请试想,室外的照度通常达到的范围是多少?晴天时高达100,000lx,剧院或影院呢?如果仅仅开启安全照明时不会超过10lx,我们假设室外是10,000lx,观众走到10lx的影院室内,这过程中眼睛承受了1000倍的光照度级别差别。

在南昌,已初步形成以佳因光电的MO源,晶能光电、联创光电、欣磊光电等企业的外延片、芯片,南昌黄绿照明有限公司的外延炉为上游产品,晶瑞光电、联创光电、兆驰电子、鸿利光电等企业的芯片封装为中游产品,晶和照明、申安节能照明、惜能光电、联创博雅、恒明科技、宇欣科技等企业的光源、灯具、LED显示屏,联创致光的手机背光源等为下游产品,宏森高科光电子的LED支架为配套产品的一个较为完整的产业链。

废弃节能灯的处理技术上不存在任何障碍,但难就难在渠道的铺设。张华说,国外的回收渠道和国民的回收意识都很好,目前我国不少城市也在尝试废弃节能灯回收利用,然而效果都不甚理想。

从暗适应的理论来看的话,1000:1的光照度级别的差异适应,普通人可能要经历15分钟甚至更长的时间。

南昌光谷重点引进上游芯片、中游封装、下游应用等LED全产业体系。据介绍,目前正在积极跟踪投资30亿元的力晶8寸晶圆片项目,积极对接中科院主导的璀璨计划,力争将LED产品寿命快速检测、LED制造过程中的环保达标、LED在设施农业中的应用、LED显示屏、晶体生长炉、高功率密度灯和远距离照明灯等六大项目落户光谷核心区。

成本高 处理废弃节能灯需大量资金和人力支持

那么这种情况下,优秀的照明设计师应该做什么?

目前的节能灯用户分散、灯管易碎、回收点少,难以进行大批量处理。而铺设更多的废弃节能灯回收网点,需要大量的资金和人力支持。

优秀的照明设计师就应该判断,在观众从户外进入剧院室内时行走的路线,入口、门厅、过道、走廊等,应该如何在不同的位置进行不同级别照度的照明规划,用不同的照度过渡去帮助观众逐步构建视觉的舒适度。

一只节能灯的回收、运输、处理成本一般在3元以上,远远高于得到的资源价值。张华说,他们希望能将此项回收工作长期进行,并大面积推广,但处理成本问题无法回避。

图:常规情况下的一些可视度范围,暗视觉、中间视觉和明视觉。

目前开展第一批废弃节能灯回收试点,佛山市照明灯具协会已耗费数十万的费用,该协会还将通过持续的活动,来推进废弃节能灯的回收工作。

对于上述影院/剧院的例子,我们谈论的明暗只是舒适与否的问题,但在有些情况下,明暗之间涉及的就是安全的问题,譬如隧道照明:

城市的废弃节能灯量大,必须重点击破。而乡村内的村民一旦随处丢弃节能灯,由于乡村不少地方没有进行道路硬底化,这将直接污染水土。他表示,回收的网点铺设越多越好,乡村一定要尽快覆盖。解决回收问题,才是对资源的最大化地利用。我们协会现在在做这件事,但毕竟势单力薄。这将是一个持久战,需要政府、企业、市民全社会一起来关注。

图:当驾驶员从外部忽然进入隧道时,暗视觉效应使得隧道入口段的照明应该比中断更亮,而明视觉又使得出口段应该比入口段稍暗。

他山之石:国外如何处理废弃节能灯?

因此,在理解不同的照度值意义之外,更要理解明暗之间对人的视觉影响效用所在,这应该说是照明设计师的专业伦理。

由于废弃节能灯含汞对环境危害很大,国外对节能灯的回收处理工作也十分重视,废旧灯管的回收做得相对完善。有资料显示,日本、欧美以及我国台湾地区废旧节能灯回收率达80%以上。

美国《环境保护法》规定废弃物的原主人要对自己的废弃物永远负责,使得对高强度气体放电灯的处理也提到了议事日程。美国先锋公司已建立了废弃高强度气体放电灯的回收处理工厂,以购买新灯为代价,免费为消费者处理废弃高强度气体放电灯。

此外,美国有7个州禁止将节能灯直接放在常规的垃圾袋中。而在美国其他州,一年中均有特定时间处理废旧的节能灯。

日本则是在节能灯回收处理方面做得最好的国家,在北海道有专门处理废弃电池和废弃节能灯的机构,其收集方式93%通过民间环保组织收集,7%通过各厂家收集。

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