住宅區(qū)道路照明光源選擇的比較分析

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摘 要：介紹當前住宅區(qū)常用的幾種道路照明光源的發(fā)光原理，使用現(xiàn)狀以及一些存在的問題。比較了不同類型的小區(qū)道路照明電光源的選擇及其優(yōu)劣性，并結(jié)合人的感官舒適性，提出個人的
想法和見解。
自從電能開始用于照明后，白熾燈、汞燈、低壓鈉燈、高壓鈉燈、鹵鎢燈、金屬鹵化物燈、無極放電燈、發(fā)光二極管等電光源相繼問世，幾乎每一種光源的發(fā)明都會考慮到在道路照明中的應(yīng)用。目前，國內(nèi)在住宅區(qū)道路照明上使用最多的電光源是節(jié)能燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈三種。那么，在住宅區(qū)照明中如何正確選用光源呢？顯然，各種光源的照明功能、照明效果、初始投資成本和運行維護成本都是必須綜合考慮的因素。
　　一、住宅區(qū)常用照明電光源的發(fā)光原理及使用現(xiàn)狀
　　1、節(jié)能燈（緊湊型熒光燈）
　　節(jié)能燈工作時燈絲的溫度在1160K左右，比白熾燈工作的溫度2200K～2700K低，所以它的壽命也大大提高到8000小時以上；它不存在白熾燈那樣的電流熱效應(yīng)，能量利用率高；熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率也很高，能達到每瓦60（lm）流明。因此，節(jié)能燈誕生以來就取代了傳統(tǒng)的白熾燈，一度成為照明界的新寵。
　　目前節(jié)能燈（CFL）在國內(nèi)住宅區(qū)道路照明中的使用率約占到40%，之所以能成為主流光源，主要是因節(jié)能燈結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低、節(jié)省能源。但同時，隨著科技的發(fā)展，60lm/w的光效已不具優(yōu)勢，且節(jié)能燈在實際使用中，仍然存在許多技術(shù)瓶頸。例如，與節(jié)能燈相匹配的電子鎮(zhèn)流器的壽命短，增加了維護費用；易受環(huán)境溫度的影響，當氣候寒冷時照度將大大降低；節(jié)能燈的光衰明顯等等。
　　2、金屬鹵化物燈
　　金屬鹵化物燈主要依靠金屬鹵化物作為發(fā)光材料，金屬鹵化物氣化后在熱對流的作用下，不斷向電弧中心流動，一部分金屬鹵化物被電弧5500～6000K高溫分解，成為金屬原子和鹵素原子，在電場的作用下，金屬原子被激發(fā)發(fā)光；另一部分金屬鹵化物不被電弧高溫所分解，在高溫和電場雙重作用下,直接激發(fā)形成分子發(fā)光。兩種發(fā)光元素的特點使得金屬鹵化物燈的發(fā)光效率具有不錯的表現(xiàn)，節(jié)能自然是該光源的一大優(yōu)勢。
　　金屬鹵化物燈在國內(nèi)住宅區(qū)道路照明中的使用率約占到20%，如此大量的使用得益于該光源顯色性好，光通量維持率和壽命相對較高。美中不足的是，一般在使用一段時間后，金屬鹵化物燈的光色就會出現(xiàn)偏差，影響整體美觀度。在追求品質(zhì)的場合才會使用的金屬鹵化物燈此時就略顯遺憾了。
　　3、高壓鈉燈
　　高壓鈉燈是一種典型的高強度氣體放電燈泡。鈉原子被撞擊電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基戊無限循環(huán)。鈉元素的活躍、多激發(fā)、多電離、多循環(huán)，催生了高壓鈉燈的高光效。在消耗同樣電功率的情況下，目前還沒有一款光源能發(fā)出超過高壓鈉燈的光通量。
　　高壓鈉燈雖然是城市道路照明的主要光源，但是在住宅區(qū)道路照明中尚未得到廣泛應(yīng)用。高壓鈉燈其特點是發(fā)光效率高、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等。工程應(yīng)用實例反映，高壓鈉燈的維護頻率低、光通維持率高、產(chǎn)品性能較穩(wěn)定。
　　二、住宅區(qū)道路照明的需求
　　從人的視覺、感官出發(fā)，從全新角度發(fā)掘我們所需的理想照明環(huán)境的理念，以其科學性而越來越被現(xiàn)代照明設(shè)計師所倡導。所以，我們首先對住宅區(qū)道路的性質(zhì)、作用和使用人群的不同加以分析，來尋求合理的照明方案，進而選擇合適的電光源。
　　1、集散道路
　　集散道路是指一個住宅區(qū)內(nèi)連接區(qū)外道路至重要的交通動脈的主要道路，一般來說，它們屬于M2或M3級道路。這些道路可能通向社區(qū)中心、停車場、公交或火車、地鐵站等，因此有大量的自行車和行人，必須考慮他們的照明需求。與此同時，它們又穿越住宅區(qū)，所以照明設(shè)計時還必須考慮居民的視覺要求。
　　從照明燈具的光分布來說，燈具配光的選擇必須照顧到燈桿后方的人行道，光線難免會射入沿街住戶的窗戶，因此，光污染的控制是在設(shè)計時應(yīng)該考慮到的問題。
　　從環(huán)境因素方面來看，在住宅區(qū)，照明電光源的光色對居住環(huán)境的舒適性的影響很大，是低色溫暖色調(diào)還是高色溫冷色調(diào)都要根據(jù)人的不同喜好作出調(diào)整。
　　2、區(qū)內(nèi)道路
　　住宅區(qū)內(nèi)的道路除了機動車外，大量使用者是行人，所以，要考慮的不僅僅是路面亮度。由于區(qū)內(nèi)車速較慢，駕駛員的識別能力和反應(yīng)時間大大上升，對照明的需求主要是保證道路使用者的如下能力：在所處環(huán)境中的方位感、發(fā)現(xiàn)道路上的物體、識別其他人的行動和意圖、辨別街道招牌和門牌號碼，并對街道及其環(huán)境有滿意感，對于最后一點常是照明設(shè)計中忽略的要素。
　　3、復合型特別住宅區(qū)（住宅小區(qū)）
　　復合型住宅是一種相當新型的住宅形態(tài)，入口被限制，區(qū)內(nèi)道路經(jīng)常有大量社區(qū)生活，人們在此交流，小孩在此玩耍，行人、自行車與機動車共同使用，而且道路很窄，車速嚴格限制。對這樣的小區(qū)道路，夜晚理想的照明應(yīng)該是：
　　在人們經(jīng)常聚集會友的地方提供友善的氣氛；
　　允許汽車和自行車在復雜的區(qū)域內(nèi)緩速駛向停車場，所有物體應(yīng)可見；允許孩子們玩耍游戲；消滅暗角，阻嚇犯罪；限制射入臥室的溢出光。
　　在復合型住宅區(qū)，照明水平無需均勻，甚至是不均勻的，照度的變化可以增加夜晚環(huán)境的視覺吸引力。玩耍的區(qū)域希望的照度最高，人們的聚集區(qū)要求的照明居中且更強調(diào)半柱面照度，汽車停泊區(qū)和綠化區(qū)域照度要求最低。區(qū)內(nèi)照明光源的顏色應(yīng)與建筑和環(huán)境相配，較好的顯色性也很重要。
　　三、住宅區(qū)道路照明光源選擇的比較
　　如何正確選用住宅區(qū)照明光源，就是要結(jié)合住宅區(qū)的照明需求，對光源特性等作出比較，因地制宜地使用最合適的光源。
　　1、光效的比較
　　照明光源的主要特性是光效，它是發(fā)光效能的簡稱，指一個電光源每消耗1W功率的電能所發(fā)出的光通量，單位為lm/W（流明/瓦）。由于節(jié)能燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈三種光源的光效不同，在消耗相同的電功率時所提供的光通量也不一樣。由表1可知，高壓鈉燈以其在光效上的顯著優(yōu)勢，在采用相同的燈桿排列方式、燈間距及燈具安裝高度的情況下，可獲得最為理想的功能照明效果。換言之，要達到同樣的照度水平，采用高壓鈉燈可加大燈間距，減少設(shè)備投資，進而實現(xiàn)節(jié)能減排。

　　根據(jù)CJJ45-2006標準中3.5.1條的規(guī)定，流量小的居住區(qū)人行道路照明標準值為路面平均照度不小于5lx，路面最小照度不小于1lx。以住宅區(qū)內(nèi)一般道路路幅6米，人行流量小的道路為例，利用專業(yè)軟件計算其照度，可得到如下結(jié)果：

　　2、色溫的比較
色溫因素的考慮將從人的感官角度方面對光源的選擇作出新的科學詮釋。色溫是光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。光源色溫不同，就會顯現(xiàn)不同的顏色。光源色溫愈高，光的顏色就會偏藍；光源色溫愈低，光的顏色就會偏紅。
在同樣的照度條件下，不同的色溫，會給人造成不同的心理影響，產(chǎn)生冷暖不同的視覺感受。住宅區(qū)作為人們夜晚休息的場所，更注重的是居住環(huán)境的舒適性和滿意度，使用暖色調(diào)的高壓鈉燈可營造溫馨、愉悅、平和的環(huán)境氣氛，并使行人的臉色和街道景觀顯得更為友善，有效增加居民夜間活動的參與性。而節(jié)能燈屬于高色溫的冷色調(diào)光源，給人帶來的視覺感受是冷清、蕭瑟的，會使人的情緒更加低落，不符合中國傳統(tǒng)審美需求。由表2可知，金屬鹵化物燈的色溫則介于上述兩種光源之間，較接近真實的日光，其視覺感受也處于兩者之間。就色溫因素而言，折中方案選用金屬鹵化物燈較為理想。

　　3、顯色性的比較
　　高顯色性照明環(huán)境是提升小區(qū)感官品質(zhì)的重要因素。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。在高檔社區(qū)中顯色性高的光源占有絕對優(yōu)勢，但同樣需權(quán)衡節(jié)能的需求。有資料表明，部分白光LED在顯色性提高時，光效呈下降趨勢。

　　由表3可知，節(jié)能燈和金屬鹵化物燈在顯色性上明顯優(yōu)于高壓鈉燈，考慮到住宅區(qū)的照明需求，較好的顯色性雖然可以更好地還原住宅區(qū)景觀環(huán)境的真實色彩，使環(huán)境更具有欣賞性，但是效果顯色理論說明，通過加色的方法可用來加強顯色效果，鮮明地強調(diào)特定色彩。若采用低色溫的高壓鈉燈光源照射時，能使紅色更加鮮艷；采用中等色溫的金屬鹵化物燈光源照射，使藍色具有清涼感；采用高色溫的節(jié)能燈光源照射，使物體有冷的感覺。由此看來，使用高顯色性的冷色調(diào)光源并不利于營造舒適的環(huán)境，而高壓鈉燈雖然顯色性較差，但是對于顯色性要求不高的住宅區(qū)選用并無不可。
　　4、初始投資成本和運行維護成本
　　光源的初始投資成本（單價）是在選擇住宅區(qū)照明光源時的考慮因素之一（如表4）。光源的運行維護成本則具有長遠性，在選用光源時應(yīng)做出經(jīng)濟分析，可以這樣計算：即一定時間內(nèi)所需更換的光源成本（更換光源的數(shù)量×光源的單價）與一定時間內(nèi)更換光源的綜合費用（更換光源的次數(shù)×每次更換光源的綜合費用）之和。不難得出，光源的單價和壽命是決定照明光源運行維護成本的重要指標。

　　上表是當前最高水平的光源產(chǎn)品的比較數(shù)據(jù)。值得一提的是，節(jié)能燈盡管便宜，但在戶外使用，其維護成本高、穩(wěn)定性相對較差，在住宅區(qū)道路照明中應(yīng)用時還應(yīng)期待進一步的技術(shù)改良。金屬鹵化物燈單價又相對較高，且壽命會受燈具防水性能的影響，遇水易損壞，相比之下，高壓鈉燈價格適中、高效長壽。
　　綜上所述，在經(jīng)過光效、色溫、顯色性、初始投資成本和運行維護成本等因素的綜合對比下，認為高壓鈉燈光源在住宅區(qū)道路照明中仍具有明顯優(yōu)勢，節(jié)能燈還應(yīng)有改良空間，同時在條件允許的情況下，可適當選擇金屬鹵化物燈以提升環(huán)境品質(zhì)。
　　住宅區(qū)道路照明的發(fā)展趨勢
　　隨著照明光源本身的發(fā)展，可供住宅區(qū)道路照明應(yīng)用的光源的選擇將會越來越多，LED（LightEmitting Diode）光源作為一種高效節(jié)能、長壽命低維護、環(huán)保型的新型光源，其技術(shù)已日趨成熟。隨著時間的推移，LED光源將不斷滿足照明需求新理念，為住宅區(qū)照明的智能化、人性化、合理化提供新的載體，是住宅區(qū)道路照明最具有潛力的發(fā)展方向之一。