电力照明发展简述丨清华大学建筑设计研究院有限公司第六分院机电所

古往今来人类不断探索着光的奥秘，从未停止过追寻光明的步伐。追光者们秉持着实践出真理的原则，走出一条光明且伟大的道路。

一、古时照明

古时人们的生活方式是日出而作，日落而息。随着社会生产力的进步，人们开始能够在夜晚活动，这大大提高了生产效益。在朦胧夜色、闪烁灯光的加持下，人们的夜生活别有一番滋味。在中国宋朝时期经济最繁荣的都市——

二、近代电力

有了电力的加持，照明才从真正意义上改变了人们的生活节奏。其实，电一直就存在于自然界，但直到十九世纪初科技的发展，电才开始与人类生活产生联系。

19 世纪初，英国科学家汉弗莱·戴维（Humphry Davy）发明了世界上最早的电灯——弧光灯。虽然由于灯泡里的铂丝通电之后会迅速氧化，不具有实用性，但弧光灯作为电力照明工具的开端，对照明发展产生了深远影响。在爱迪生（Thomas Alva Edison）经过千次实验之后，通过改进电灯泡，进而发明衍生出实用性较强的碳丝白炽灯。为了使自己的发明专利走向千家万户，作为商人的爱迪生建立了人类历史上第一个发电厂及发电系统。他在推动电力商业化的进程中，不但使电力照明走进普通家庭，也让电力发展走向了一个新的台阶。

1. 爱迪生和直流电

爱迪生时期的发电系统产生的电流是只有大小方向不变的恒定电流，也就是我们所说的直流电。其直流发电厂的工作原理是利用煤炭燃烧产生热能，以水蒸气作为动力，让永磁体在闭合导体内的磁通量发生变化，产生感应电动势，以此作为供电能源。爱迪生利用这套电力系统向附近居民供电，并提供照明需求，用户会用其发明的碳丝白炽灯作为家庭的照明灯具。但是随着电灯的需求增长，远距离用户的照明需求增多，这套系统弊端就慢慢暴露出来，因为直流电源在输电线路上的电能损耗很大，并且受当时技术限制，直流电压无法进行升压，所以远距离用户电压会很低，导致电能质量达不到用户需求，也就无法获得高质量的照明，因此爱迪生的直流发电系统不利于电力远距离高质量的稳定传输。在面对此种困境时，爱迪生所利用的解决方案是在多处建造发电厂，由于这种不符合科学可持续发展的策略势必会被当时可升压的交流发电系统所取代。

2. 特斯拉和交流电

在 1827 年，安德烈·玛丽·安培（André-Marie Ampère）对电磁作用进行了研究，并将他对电磁现象的研究综合于《电动力学现象的数学理论》一书中。这部电磁学史上的经典论著，对以后电磁学的发展起了深远的影响。为了纪念安培在电学上的杰出贡献，电流的单位安培是以他的姓氏命名的。

在 1831 年，英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发现了磁生电现象，并发明创造了小型发电机，后来由身为电气工程师的尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）改进交流发电机。在此基础下，交流发电系统解决了电力长距离传输所存在的压降、不稳定等问题，由此可满足远距离用户的照明需求。所以，交流电在当时以绝对优势取代直流发电系统，把电力照明普及到千家万户。

3. 交直流电转换

在十九世纪，交流电相较于直流电的最大优势就是交流电可以随着变压器进行变压。在已知发电机功率一定的话，根据 P=U*I 即电压 U 越大电流 I 越小；而由电能损耗公式 P=I²*R 可知，电流越小电能损耗越小——也就是说通过高压电传输，能够大大减小电能在线路上的传输损耗。针对于基本的照明需求，在最后的输电末端再进行交直流转换，以此可以避免照明灯具达不到额定电压的缺点。随着社会进步，现在直流电也可以升压，由于转换效率较低、电池电压利用率低、输出功率小等缺点，交流输电作为主要使用方案沿用至今。

所以总结来说交直流电没有什么好坏之分，两者配合使用才能满足我们用户的需求。

三、今时照明方式

现如今，随着电力系统发展日趋成熟，电力照明对于生活来说已是必不可少，人们也开始对照明学科进行更为细致的研究。照明的发展突破了其单一性的局限，向着创新性、多样性方向发展。目前照明已经形成具有安全、警示、装饰等功能性多样的照明方式，在生产、工作、学习、生活和身心健康等多方面提供帮助。针对于照明的个性发展，其供电系统也随之发展变化。

1. 应急照明

针对安全生产生活，照明衍生出应急照明这一分类。这种照明系统一般以双电源供电，目的在于正常照明电源发生故障时，会快速切换到应急照明电源对相应灯具进行供电，以保证人员正常工作或使处于危险场所的人得以快速逃生，起到保障人员安全的作用。应急照明是现代公共建筑及工业建筑的重要安全设施，它同人身安全和建筑物安全紧密相关。当建筑物发生火灾或其他灾难，电源中断时，应急照明对人员疏散、消防救援工作，以及重要的生产、工作的继续运行或必要的操作处置，都有重要的作用。

2. 交通指示灯

对于交通系统，人们发明了交通指示灯，通过数字模拟电路对发光二极管进行控制，二极管发出不同颜色对人们传递不同信号，已达到规范交通，分时通行的目的，从而保证车辆，人员通行安全，是道路交通不可确少的工具。

3. 景观装饰灯

利用灯具颜色的多种表达形式，人们也开始将其用作景观装饰，因此也衍生出景观亮化照明这一分支。在建筑物外观上装饰灯具，为建筑赋予了不同的意义。比如香港的中银大厦通过 LED 线条灯对外轮廓的装饰，在夜晚能清晰感受到贝聿铭大师对其赋予的美。在当时香港经济低迷时期，一条条灯光犹如在黑夜中的利剑划破夜空，刺破笼罩在黑暗下的香港经济，展现出香港积极向上，不破不立的心态。

可见灯具不再局限于照明这一单一功能，它也成为了一种艺术表达的载体。

四、未来照明展望

照明系统目前在我国电力系统中消耗近 20%的电能，所以未来对照明方向的节能措施是符合国家能源发展布局的。根据十四五规划和 2035 年远景目标纲要及 5g 战略发展规划，国家推出节能减排、绿色生态、智慧城市等战略部署，智能化是未来照明发展新趋势。

智能照明是指利用物联网技术、有线/无线通讯技术、电力载波通讯技术、嵌入式计算机智能化信息处理，以及节能控制等技术组成的分布式照明控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。系统通过数字化/模块化/分布总线式控制方式，根据区域功能性进行不同时间、不同用途的自动调节照明，会依据环境亮度对灯光亮度进行调节，对场景预设可以实现多种功能的照明。节能、可靠和灵活是其特点。照明依托第四次工业革命必将发出更大的光芒。

照明从火把到电力再到互联网发展至今，方式功能不断变化，不论是燃料还是灯具的发展都凝结了人类的智慧结晶与艺术创作，虽然技术不断创新但服务的本质一直未变，相信未来照明方式还会不断革新。

参考文献：

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》

《民用建筑设计标准》（GB51348-2019）

《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）

《智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用》，周芳、刘美根，2007.16.

《光源发展史（二）》，江源 2010.62

《物理教学探讨》23 卷总第 248 期

《关于照明的发展历史》魏国昭 2005.7

作者|孙威振，清华大学建筑设计研究院有限公司第六分院机电所