LED路燈來了

徐寧

2020年初，不少武漢市民發(fā)現(xiàn)解放大道、歡樂大道等主干道的夜間照明更清晰、更明亮，路面看起來也舒適了。原來，在2020年春節(jié)前，武漢市對(duì)全市一些主干道上的3.7萬(wàn)盞高壓鈉燈進(jìn)行了拆除，并替換成了更節(jié)能的LED路燈。近年來，浙江省、山東省、海南省等諸多省份都開始逐漸將路燈中使用的傳統(tǒng)高壓鈉燈更換為L(zhǎng)ED燈。

不僅在中國(guó)，全世界范圍內(nèi)LED路燈的新增安裝量每年都以驚人的速度遞增。LED路燈為什么能夠替代傳統(tǒng)高壓鈉燈或金屬鹵化物路燈？LED路燈好在哪里？LED路燈又有哪些不足？

采用LED 路燈（左）和高壓鈉燈（右）的道路的夜間照明效果對(duì)比。

提高夜視力

作為新一代城市照明光源，LED路燈相比傳統(tǒng)路燈有多方面優(yōu)勢(shì)。以城市中最常見的高壓鈉燈為例，因?yàn)楦邏衡c燈發(fā)出的黃色光會(huì)讓人在夜間無法很好地分辨顏色，所以并非夜間照明的理想色溫。

有研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)將顏色一紅一黑、型號(hào)相同的兩輛汽車停在一個(gè)采用黃色高壓鈉燈照明的停車場(chǎng)，結(jié)果絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)參與者都說自己看到了兩輛黑色汽車，這是為什么？人眼球中的感光細(xì)胞分為對(duì)亮光環(huán)境敏感的視錐細(xì)胞和對(duì)暗光環(huán)境敏感的視桿細(xì)胞。夜晚降臨后，我們更多依靠視桿細(xì)胞感知光亮并分辨顏色。視桿細(xì)胞本身對(duì)顏色的分辨能力很差，而且對(duì)可見光的敏感峰值波長(zhǎng)為498納米，也就是青色，而鈉燈發(fā)出的黃光波長(zhǎng)為589納米，處在視桿細(xì)胞的不敏感范圍內(nèi)。這就是黃光會(huì)讓人在夜晚無法分清顏色的原因。相反，偏藍(lán)的LED燈光的色溫剛好和我們的視桿細(xì)胞的敏感范圍重合，因此LED燈發(fā)出的光能讓我們?cè)谝雇砜吹酶宄?p>

你能找出兩輛車中的紅車嗎？

壽命長(zhǎng) 效果好

相比高壓鈉燈，LED路燈能有效降低綜合使用成本。高壓鈉燈的使用壽命一般為1.5萬(wàn)小時(shí)，而LED路燈為5萬(wàn)小時(shí)。高壓鈉燈從通電到達(dá)到最大亮度需要10分鐘左右的啟動(dòng)時(shí)間，這段時(shí)間高壓鈉燈所消耗的電能是被浪費(fèi)掉的，而LED燈幾乎沒有啟動(dòng)時(shí)間。并且，因?yàn)長(zhǎng)ED燈發(fā)出的藍(lán)白光線更貼合人眼視桿細(xì)胞的敏感范圍，所以要達(dá)到相同的照明效果，LED燈所需的功率大大低于高壓鈉燈。科學(xué)家曾在中國(guó)某城市某條主干道14根路燈桿上分別安裝了400瓦功率的高壓鈉燈和160瓦功率的LED路燈進(jìn)行路面照明測(cè)試。結(jié)果表明，160瓦的LED路燈能夠達(dá)到《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，并且比400瓦的高壓鈉燈照明效果更好。

減小光污染危害

2020年初，美國(guó)洛杉磯突發(fā)長(zhǎng)時(shí)間大范圍停電。其間，警方接到一位老人打來的報(bào)警電話。老人說自己一輩子都住在洛杉磯，突然見到天空中有奇怪的亮帶，十分害怕。讓老人害怕的其實(shí)是夜空中的銀河——那次大停電事件讓不少洛杉磯市民一生中第一次親眼見到銀河。在晴朗的夜空，銀河是很容易在自然環(huán)境下被人觀測(cè)到的，但為什么這位老人平時(shí)沒看見，只在城市停電的夜晚看見銀河？這是因?yàn)槌鞘械墓馕廴狙谏w了銀河的光輝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每3人中就有1人因?yàn)楣馕廴径鵁o緣得見星空。

城市照明開啟時(shí)（左）和停電時(shí)（右）的夜空對(duì)比。

天空輝光的形成。

高壓鈉燈發(fā)出的光沒有很好的指向性，除了照向下方的路面，多余的光會(huì)照在建筑物或綠化植物上，被稱為炫光。炫光會(huì)被建筑物和植物反射到天空中，又因?yàn)辄S光具有很好的穿透性，不易被大氣中的顆粒散射，所以高壓鈉燈發(fā)出的黃色炫光可以被反射到高空，形成遮住星光的“天空輝光”，不僅造成光污染，還造成公共電力浪費(fèi)。與之形成對(duì)比的是，LED路燈的發(fā)光源一般是單向的，不像高壓鈉燈那樣容易形成炫光，因此能減少不必要的光照。并且，LED燈發(fā)出的白色光很容易被散射，不像黃光那樣會(huì)被反射到高空。因此，LED燈能夠減輕城市照明的光污染危害。

可能影響晝夜節(jié)律

盡管LED路燈的優(yōu)點(diǎn)如此眾多，但它也有許多內(nèi)在缺陷，其中最讓科學(xué)家擔(dān)憂的是LED燈的偏藍(lán)色光可能會(huì)影響人體正常的晝夜節(jié)律。白天日光的色溫為5300K左右，這個(gè)色溫的光照讓人感覺明亮，讓人保持清醒，其原因是5300K的色溫能很好地抑制大腦松果體合成褪黑素，而人體內(nèi)褪黑素水平越低人越清醒。日落時(shí)夕陽(yáng)的色溫在3200K左右，此時(shí)松果體開始活躍并大量合成褪黑素，人就開始犯困、想睡覺。如果夜晚長(zhǎng)時(shí)間處于藍(lán)白色的光照下，褪黑素?zé)o法正常合成，人可能就無法正常入睡。高壓鈉燈發(fā)出的光線對(duì)褪黑素合成的影響最小，不會(huì)顯著影響人的晝夜節(jié)律。

不同色溫的光線對(duì)人體晝夜節(jié)律的影響。

穿透性不佳

LED燈的另一個(gè)缺陷是穿透性不足。在大霧天氣時(shí)，汽車要開啟車前后方的霧燈。霧燈發(fā)出的黃色光具有很強(qiáng)的穿透性，能穿透濃霧警告前后方的車輛。因?yàn)榘坠夂苋菀自诖箪F中發(fā)生漫反射，所以霧燈都會(huì)采用黃色燈。在大雨、大霧、大雪天，LED路燈發(fā)出的白光很可能被提前散射，降低對(duì)路面的照明效果。

對(duì)蝙蝠影響不大

LED路燈會(huì)不會(huì)擾亂動(dòng)物的正常活動(dòng)呢？要知道在夜晚的街頭，高壓鈉燈發(fā)出的黃光會(huì)吸引大量昆蟲，因此，路燈周圍的空域是蝙蝠極佳的捕獵場(chǎng)。如果路燈更換成發(fā)出白光的LED燈，會(huì)不會(huì)影響蝙蝠覓食呢？科學(xué)家還真的做過這方面的實(shí)驗(yàn)：2016年，科學(xué)家在英國(guó)南部4個(gè)郡設(shè)立了12個(gè)觀察站，其中10個(gè)位于城區(qū)，2個(gè)位于郊區(qū)。通過記錄蝙蝠捕食過程中的鳴叫聲，科學(xué)家記錄下這12個(gè)站點(diǎn)的蝙蝠活動(dòng)。分析結(jié)果顯示，將鈉路燈更換為L(zhǎng)ED路燈并沒有對(duì)蝙蝠覓食產(chǎn)生明顯影響。

LED路燈對(duì)蝙蝠覓食影響不大。

可見，LED路燈有節(jié)能、高效、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，大規(guī)模替代傳統(tǒng)高壓鈉燈或許只是時(shí)間問題;但LED路燈的缺陷也是不容忽視的。相信在不久的將來，我們會(huì)在身邊看到越來越多的LED路燈。通過與物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等新技術(shù)的融合，未來的智能路燈會(huì)帶給我們更多便利。