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(dāng)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(gè)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(huì)考慮到在道路照明中的應(yīng)用。目前，國(guó)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(yùn)行維護(hù)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(shí)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(shí)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(dá)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(guó)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(jià)格低、節(jié)省能源。但同時(shí)，隨著科技的發(fā)展，60lm/w的光效已不具優(yōu)勢(shì)，且節(jié)能燈在實(shí)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(hù)費(fèi)用；易受環(huán)境溫度的影響，當(dāng)氣候寒冷時(shí)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(duì)流的作用下，不斷向電弧中心流動(dòng)，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(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)使得金屬鹵化物燈的發(fā)光效率具有不錯(cuò)的表現(xiàn)，節(jié)能自然是該光源的一大優(yōu)勢(shì)。
　　金屬鹵化物燈在國(guó)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(duì)較高。美中不足的是，一般在使用一段時(shí)間后，金屬鹵化物燈的光色就會(huì)出現(xiàn)偏差，影響整體美觀度。在追求品質(zhì)的場(chǎng)合才會(huì)使用的金屬鹵化物燈此時(shí)就略顯遺憾了。
　　3、高壓鈉燈
　　高壓鈉燈是一種典型的高強(qiáng)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(fù)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(diǎn)是發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲等。工程應(yīng)用實(shí)例反映，高壓鈉燈的維護(hù)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(xué)性而越來越被現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)師所倡導(dǎo)。所以，我們首先對(duì)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(jìn)而選擇合適的電光源。
　　1、集散道路
　　集散道路是指一個(gè)住宅區(qū)內(nèi)連接區(qū)外道路至重要的交通動(dòng)脈的主要道路，一般來說，它們屬于M2或M3級(jí)道路。這些道路可能通向社區(qū)中心、停車場(chǎng)、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(shí)，它們又穿越住宅區(qū)，所以照明設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)射入沿街住戶的窗戶，因此，光污染的控制是在設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)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(jī)動(dòng)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(shí)別能力和反應(yīng)時(shí)間大大上升，對(duì)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(shí)別其他人的行動(dòng)和意圖、辨別街道招牌和門牌號(hào)碼，并對(duì)街道及其環(huán)境有滿意感，對(duì)于最后一點(diǎn)常是照明設(shè)計(jì)中忽略的要素。
　　3、復(fù)合型特別住宅區(qū)（住宅小區(qū)）
　　復(fù)合型住宅是一種相當(dāng)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?cè)诖私涣?，小孩在此玩耍，行人、自行車與機(jī)動(dòng)車共同使用，而且道路很窄，車速嚴(yán)格限制。對(duì)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(huì)友的地方提供友善的氣氛；
　　允許汽車和自行車在復(fù)雜的區(qū)域內(nèi)緩速駛向停車場(chǎng)，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(fù)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(qiáng)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(duì)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(jiǎn)稱，指一個(gè)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(shí)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(shì)，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(dá)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

　　根據(jù)CJJ45-2006標(biāo)準(zhǔn)中3.5.1條的規(guī)定，流量小的居住區(qū)人行道路照明標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(duì)光源的選擇作出新的科學(xué)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(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。光源色溫不同，就會(huì)顯現(xiàn)不同的顏色。光源色溫愈高，光的顏色就會(huì)偏藍(lán)；光源色溫愈低，光的顏色就會(huì)偏紅。
在同樣的照度條件下，不同的色溫，會(huì)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(chǎng)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(yíng)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(dòng)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(huì)使人的情緒更加低落，不符合中國(guó)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(shí)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(huì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，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(shí)，光效呈下降趨勢(shì)。

　　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(shí)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(qiáng)顯色效果，鮮明地強(qiáng)調(diào)特定色彩。若采用低色溫的高壓鈉燈光源照射時(shí)，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(lán)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(yíng)造舒適的環(huán)境，而高壓鈉燈雖然顯色性較差，但是對(duì)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(yùn)行維護(hù)成本
　　光源的初始投資成本（單價(jià)）是在選擇住宅區(qū)照明光源時(shí)的考慮因素之一（如表4）。光源的運(yùn)行維護(hù)成本則具有長(zhǎng)遠(yuǎn)性，在選用光源時(shí)應(yīng)做出經(jīng)濟(jì)分析，可以這樣計(jì)算：即一定時(shí)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(jià)）與一定時(shí)間內(nèi)更換光源的綜合費(fèi)用（更換光源的次數(shù)×每次更換光源的綜合費(fèi)用）之和。不難得出，光源的單價(jià)和壽命是決定照明光源運(yùn)行維護(hù)成本的重要指標(biāo)。

　　上表是當(dāng)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(hù)成本高、穩(wěn)定性相對(duì)較差，在住宅區(qū)道路照明中應(yīng)用時(shí)還應(yīng)期待進(jìn)一步的技術(shù)改良。金屬鹵化物燈單價(jià)又相對(duì)較高，且壽命會(huì)受燈具防水性能的影響，遇水易損壞，相比之下，高壓鈉燈價(jià)格適中、高效長(zhǎng)壽。
　　綜上所述，在經(jīng)過光效、色溫、顯色性、初始投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本等因素的綜合對(duì)比下，認(rèn)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(shì)，節(jié)能燈還應(yīng)有改良空間，同時(shí)在條件允許的情況下，可適當(dāng)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(shì)
　　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(huì)越來越多，LED（LightEmitting Diode）光源作為一種高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命低維護(hù)、環(huán)保型的新型光源，其技術(shù)已日趨成熟。隨著時(shí)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。