新型高壓鈉燈路燈

陳 坤

西北農林科技大學資源環境學院

1 背景

光是一把雙刃劍，它滿足了人們對生活生產和安全的目的，可同時與之伴生的光污染也逐步愈發嚴重地影響著各種生物，破壞生態環境。

光污染問題最早出現于20世紀70年代，由國際天文界提出，認為是城市夜景照明使天空發亮造成對天文觀測的負面影響[1]。后來英、美、澳等國將其稱之為干擾光，日本稱為光害[2]。我國將過量光輻射對人們的生活、工作環境以及人體健康產生不利影響的現象稱為光污染。

與我們日常生活息息相關的路燈，便是引起光污染的元兇之一。主要原因在于：當夜幕降臨時，部分路燈發射的強光束直沖云霄，使得夜間如同白天一樣，即所謂“人工白晝”。“人工白晝”影響人們正常生活作息，通過抑制人眼視網膜感光細胞功能的發揮，引起視疲勞和視力下降，從而誘發意外交通事故發生，甚至可能會引發疾病。據國際上的一項調查顯示，有三分之二的人認為人工白晝影響健康，有84%的人反映影響夜間睡眠。美國科學家也曾在多年研究基礎上共同發表文章指出：“夜間照明會使人體健康受損,并可能與女性乳腺癌以及肥胖、糖尿病等疾病存在相關性”[3]。除此之外，“人工白晝”還會傷害鳥類和昆蟲，比如：處于遷徙期的鳥類在夜間是以星星定向的，城市的照明光卻常使它們迷失方向，或者破壞昆蟲在夜間的正常繁殖過程。

路燈長時間光照對植物也會造成傷害。經研究發現，路燈長時間照射對植物產生的不良影響主要有以下三個方面：（1）長時間光照可能會引起植物體的生理紊亂；（2）植物很難感受到光周期生物變化，很難按照季節反應開花、結果、落葉；（3）冬季易發生凍害，光周期對其反應失靈。

2 構造及工作方式

該新型高壓鈉燈路燈裝置，除含有常規部件如燈具、電線、高壓鈉燈光源、燈桿、燈臂、燈罩、基礎預埋件外，其特征在于以下幾點。

（1）每個燈桿的內壁上通過螺栓連接有漏電空氣開關，燈桿的外壁上通過螺栓連接有控制器。

（2）燈頭及光源通過螺栓鑲的燈罩從側面觀察完全遮擋光源（底部不做要求），并且燈罩選用翠綠色的塑料材質，內壁表面涂有一層反光涂層。

（3）兩個光源的電線為兩組獨立、互不干擾的電線，且兩組電線接來自不同配電箱的電纜。

（4）光源含有單層濾光片。具體而言，高壓鈉燈放電管外圍圍繞一層由IBG-650濾光片組成的殼體，IBG-650濾光片只允許波長短于650nm的光通過，而波長長于650nm的光被截止，安裝后實物如圖2所示。安裝濾光片的目的在于清除能對植物光合作用產生影響的波長，眾所周知，植物光合作用主要吸收紅光和藍紫光，其中紅光波長為625m~740nm。

圖2 高壓鈉燈光源的結構示意圖

需注意的一點是：燈具具有最低懸掛高度。限定燈具的最低懸掛高度是為了限制眩光，通常而言，燈具安裝得越高，產生眩光的可能性就會越小。

參照圖1、圖2新型高壓鈉燈路燈裝置包括：1—燈具、2—電線、3—光源、4—燈桿、5—燈臂、6—基礎預埋件、7—漏電空氣開關、8—平墊彈墊、9—燈罩、10—濾光片、11—鈮排氣管、12—鈮帽、13—鎢絲電極、14—放電管、15—外泡殼、16內充鈉、汞及氙或氖、氬混合氣、17—雙金屬片、18—觸頭、19—電阻、20—鋇鈦消氣劑。

圖1 一種高壓鈉燈路燈裝置

該新型高壓鈉燈路燈裝置發光原理與普通高壓鈉燈發光原理類似：高壓鈉燈啟動后，在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候，燈泡工作電壓很低，電流很大；隨著放電過程的繼續進行，電弧溫度漸漸上升，汞蒸氣、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定，當放電管冷端溫度達到穩定，放電便趨向穩定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常工作狀態。在正常工作條件下，整個啟動過程約需10分鐘左右。

當燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產生電弧，由于電弧的高溫作用使管內的液鈉汞氣受熱蒸發成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發射的電子在向陽極運動過程中，撞擊放電物質的原子，使其獲得能量產生電離或激發，然后由激發態回復到基態；或由電離態變為激發態，再回到基態無限循環，此時，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產生了光。

該新型高壓鈉燈路燈裝置發光原理雖未有過多變化，但發出的光的波長以及光的“行走路線”卻與傳統高壓鈉燈路燈裝置天壤之別。首先光源發出的光經IBG-650濾光片后，只有波長低于650nm的光通過，其次由于設有半封閉式或完全封閉式、翠綠色的塑料燈罩，光線向下反射，使局部的光線較強，減弱光束向上發射，同時由于燈罩內壁設有反光涂層，光線向下集中到一定角度，進一步減弱光束向上發射。光經過上述歷程照射到地面，實現照明的作用。

綜上所述，該新型高壓鈉燈路燈裝置正是通過改變光源所發出的光的波長，以及光傳播方向，減弱路燈對周圍植物，尤其是路燈旁樹木的不良影響，同時減弱夜間“光污染”，實現保護環境、人與自然和諧相處的目的。

3 有益效果

該新型高壓鈉燈路燈裝置主要有以下5個優點。

（1）通過設置的漏點空氣開關，能夠對單個的路燈進行檢查、維修，避免出現過往因檢修個別路燈而導致區域內路燈全部暫停使用的現象。

（2）設置翠綠色的塑料燈罩有四點益處：①能使光線向下反射，使局部的光線較強，減弱光束向上部發射；②避免光線直接照射入人眼，引起暈眩，減少交通事故的發生；③保護作用，能夠有效防止大氣中的灰塵、TSP等粒徑大的顆粒物對燈泡的侵襲，從而延長燈泡的使用壽命。④裝飾作用，翠綠色的燈罩與周圍的樹木相互交映，給人以享受。前兩點減弱了“人工白晝”，第三點減少了固體廢棄物量，達到保護環境的目的，最后一點正當符合如今人們的美學觀念。

（3）通過設置的燈罩的涂層，將高壓鈉燈光源發出的光經過涂層反射后，將光線向下集中到一定角度，減弱光束向上部發射，提高了利用率，也減輕了整體燈上半部分的散熱壓力，延長了燈的壽命，從而減少了材料使用量以及固體廢棄物量。

（4）通過設置的單層IBG-650濾光片，只通過由光源發出的波長低于650nm的光束，大大減弱路燈對植物光合作用的影響，使植物能保持自身生理特性，按照自身生理周期開花、結果、落葉，安然過冬。

（5）通過設置的兩個獨立的光源，減少一定區域停電造成的路燈無法正常使用的現象，更重要的是，一根燈桿設置2個光源，既減少了土地利用面積，減少材料使用量，又通過增加光源數量適當地降低了各個光源的亮度，限制眩光，有效防止因眩光引起的交通事故的發生。

4 不足之處

（1）新型高壓鈉燈路燈裝置成本有所提高，但個人認為，與治理污染所需要花費的費用相比，這筆費用相比較少。其次若形成嚴重的光污染，不僅造成經濟損失，也會對人、動植物的身心健康產生不利影響。

（2）燈罩需定時清理。燈罩在經過一段時間使用后，由于大氣中的灰塵、TSP等粒徑大的顆粒物覆蓋在外表面，加之燈光的長期照射，造成顏色的脫落，因此需定期清潔燈罩來延長燈罩的使用壽命。

5 結語

新型路燈裝置的部分特征不僅僅適用于高壓鈉燈，也適用于其他路燈，如LED燈、節能燈等。

光污染現如今已經成為現代社會的公害之一，它不僅對生物的生理產生破壞，導致能源浪費，而且會嚴重破壞生態環境。此外過度的光污染，會影響天文觀測。我國南京紫臺山天文臺起初由于受城市亮化、高速公路光污染等威脅，部分機構遷至蘇北盱目臺縣境內[4]，近20年來，光污染對天文觀測的不利影響愈加擴大，天文臺的觀測能見度嚴重下降，以致到了無法進行大規模光學和射電天文望遠鏡科研觀測的地步。建于1675年的英國格林威治天文臺也同樣受到光污染的困擾[5]。

總而言之，光污染對人類各種生產活動造成消極影響，治理光污染刻不容緩。治理光污染需要人們樹立環境道德觀，增強環保意識，發展綠色照明技術，部門加強光環境管理，需要國家健全法規，嚴格執法。