住宅区道路照明光源选择的比较分析

自从电能开始用于照明后，白炽灯、汞灯、低压钠灯、高压钠灯、卤钨灯、金属卤化物灯、无极放电灯、发光二极管等电光源相继问世，几乎每一种光源的发明都会考虑到在道路照明中的应用。目前，国内在住宅区道路照明上使用最多的电光源是节能灯、金属卤化物灯和高压钠灯三种。那么，在住宅区照明中如何正确选用光源呢？显然，各种光源的照明功能、照明效果、初始投资成本和运行维护成本都是必须综合考虑的因素。
　　一、住宅区常用照明电光源的发光原理及使用现状
　　1、节能灯（紧凑型荧光灯）
　　节能灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2200K～2700K低，所以它的寿命也大大提高到8000小时以上；它不存在白炽灯那样的电流热效应，能量利用率高；荧光粉的能量转换效率也很高，能达到每瓦60（lm）流明。因此，节能灯诞生以来就取代了传统的白炽灯，一度成为照明界的新宠。
　　目前节能灯（CFL）在国内住宅区道路照明中的使用率约占到40%，之所以能成为主流光源，主要是因节能灯结构紧凑、体积小、价格低、节省能源。但同时，随着科技的发展，60lm/w的光效已不具优势，且节能灯在实际使用中，仍然存在许多技术瓶颈。例如，与节能灯相匹配的电子镇流器的寿命短，增加了维护费用；易受环境温度的影响，当气候寒冷时照度将大大降低；节能灯的光衰明显等等。
　　2、金属卤化物灯
　　金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料，金属卤化物气化后在热对流的作用下，不断向电弧中心流动，一部分金属卤化物被电弧5500～6000K高温分解，成为金属原子和卤素原子，在电场的作用下，金属原子被激发发光；另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解，在高温和电场双重作用下,直接激发形成分子发光。两种发光元素的特点使得金属卤化物灯的发光效率具有不错的表现，节能自然是该光源的一大优势。
　　金属卤化物灯在国内住宅区道路照明中的使用率约占到20%，如此大量的使用得益于该光源显色性好，光通量维持率和寿命相对较高。美中不足的是，一般在使用一段时间后，金属卤化物灯的光色就会出现偏差，影响整体美观度。在追求品质的场合才会使用的金属卤化物灯此时就略显遗憾了。
　　3、高压钠灯
　　高压钠灯是一种典型的高强度气体放电灯泡。钠原子被撞击电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环。钠元素的活跃、多激发、多电离、多循环，催生了高压钠灯的高光效。在消耗同样电功率的情况下，目前还没有一款光源能发出超过高压钠灯的光通量。
　　高压钠灯虽然是城市道路照明的主要光源，但是在住宅区道路照明中尚未得到广泛应用。高压钠灯其特点是发光效率高、寿命长、透雾能力强和不诱虫等。工程应用实例反映，高压钠灯的维护频率低、光通维持率高、产品性能较稳定。
　　二、住宅区道路照明的需求
　　从人的视觉、感官出发，从全新角度发掘我们所需的理想照明环境的理念，以其科学性而越来越被现代照明设计师所倡导。所以，我们首先对住宅区道路的性质、作用和使用人群的不同加以分析，来寻求合理的照明方案，进而选择合适的电光源。
　　1、集散道路
　　集散道路是指一个住宅区内连接区外道路至重要的交通动脉的主要道路，一般来说，它们属于M2或M3级道路。这些道路可能通向社区中心、停车场、公交或火车、地铁站等，因此有大量的自行车和行人，必须考虑他们的照明需求。与此同时，它们又穿越住宅区，所以照明设计时还必须考虑居民的视觉要求。
　　从照明灯具的光分布来说，灯具配光的选择必须照顾到灯杆后方的人行道，光线难免会射入沿街住户的窗户，因此，光污染的控制是在设计时应该考虑到的问题。
　　从环境因素方面来看，在住宅区，照明电光源的光色对居住环境的舒适性的影响很大，是低色温暖色调还是高色温冷色调都要根据人的不同喜好作出调整。
　　2、区内道路
　　住宅区内的道路除了机动车外，大量使用者是行人，所以，要考虑的不仅仅是路面亮度。由于区内车速较慢，驾驶员的识别能力和反应时间大大上升，对照明的需求主要是保证道路使用者的如下能力：在所处环境中的方位感、发现道路上的物体、识别其他人的行动和意图、辨别街道招牌和门牌号码，并对街道及其环境有满意感，对于最后一点常是照明设计中忽略的要素。
　　3、复合型特别住宅区（住宅小区）
　　复合型住宅是一种相当新型的住宅形态，入口被限制，区内道路经常有大量社区生活，人们在此交流，小孩在此玩耍，行人、自行车与机动车共同使用，而且道路很窄，车速严格限制。对这样的小区道路，夜晚理想的照明应该是：
　　在人们经常聚集会友的地方提供友善的气氛；
　　允许汽车和自行车在复杂的区域内缓速驶向停车场，所有物体应可见；
　　允许孩子们玩耍游戏；
　　消灭暗角，阻吓犯罪；
　　限制射入卧室的溢出光。
　　在复合型住宅区，照明水平无需均匀，甚至是不均匀的，照度的变化可以增加夜晚环境的视觉吸引力。玩耍的区域希望的照度最高，人们的聚集区要求的照明居中且更强调半柱面照度，汽车停泊区和绿化区域照度要求最低。区内照明光源的颜色应与建筑和环境相配，较好的显色性也很重要。
　　三、住宅区道路照明光源选择的比较
　　如何正确选用住宅区照明光源，就是要结合住宅区的照明需求，对光源特性等作出比较，因地制宜地使用最合适的光源。
　　1、光效的比较
　　照明光源的主要特性是光效，它是发光效能的简称，指一个电光源每消耗1W功率的电能所发出的光通量，单位为lm/W（流明/瓦）。由于节能灯、金属卤化物灯和高压钠灯三种光源的光效不同，在消耗相同的电功率时所提供的光通量也不一样。由表1可知，高压钠灯以其在光效上的显著优势，在采用相同的灯杆排列方式、灯间距及灯具安装高度的情况下，可获得最为理想的功能照明效果。换言之，要达到同样的照度水平，采用高压钠灯可加大灯间距，减少设备投资，进而实现节能减排。

　　根据CJJ45-2006标准中3.5.1条的规定，流量小的居住区人行道路照明标准值为路面平均照度不小于5lx，路面最小照度不小于1lx。以住宅区内一般道路路幅6米，人行流量小的道路为例，利用专业软件计算其照度，可得到如下结果：
　　2、色温的比较
色温因素的考虑将从人的感官角度方面对光源的选择作出新的科学诠释。色温是光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。光源色温不同，就会显现不同的颜色。光源色温愈高，光的颜色就会偏蓝；光源色温愈低，光的颜色就会偏红。
在同样的照度条件下，不同的色温，会给人造成不同的心理影响，产生冷暖不同的视觉感受。住宅区作为人们夜晚休息的场所，更注重的是居住环境的舒适性和满意度，使用暖色调的高压钠灯可营造温馨、愉悦、平和的环境气氛，并使行人的脸色和街道景观显得更为友善，有效增加居民夜间活动的参与性。而节能灯属于高色温的冷色调光源，给人带来的视觉感受是冷清、萧瑟的，会使人的情绪更加低落，不符合中国传统审美需求。由表2可知，金属卤化物灯的色温则介于上述两种光源之间，较接近真实的日光，其视觉感受也处于两者之间。就色温因素而言，折中方案选用金属卤化物灯较为理想。

　　3、显色性的比较
　　高显色性照明环境是提升小区感官品质的重要因素。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。在高档社区中显色性高的光源占有绝对优势，但同样需权衡节能的需求。有资料表明，部分白光LED在显色性提高时，光效呈下降趋势。

　　由表3可知，节能灯和金属卤化物灯在显色性上明显优于高压钠灯，考虑到住宅区的照明需求，较好的显色性虽然可以更好地还原住宅区景观环境的真实色彩，使环境更具有欣赏性，但是效果显色理论说明，通过加色的方法可用来加强显色效果，鲜明地强调特定色彩。若采用低色温的高压钠灯光源照射时，能使红色更加鲜艳；采用中等色温的金属卤化物灯光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温的节能灯光源照射，使物体有冷的感觉。由此看来，使用高显色性的冷色调光源并不利于营造舒适的环境，而高压钠灯虽然显色性较差，但是对于显色性要求不高的住宅区选用并无不可。
　　4、初始投资成本和运行维护成本
　　光源的初始投资成本（单价）是在选择住宅区照明光源时的考虑因素之一（如表4）。光源的运行维护成本则具有长远性，在选用光源时应做出经济分析，可以这样计算：即一定时间内所需更换的光源成本（更换光源的数量×光源的单价）与一定时间内更换光源的综合费用（更换光源的次数×每次更换光源的综合费用）之和。不难得出，光源的单价和寿命是决定照明光源运行维护成本的重要指标。

　　上表是当前最高水平的光源产品的比较数据。值得一提的是，节能灯尽管便宜，但在户外使用，其维护成本高、稳定性相对较差，在住宅区道路照明中应用时还应期待进一步的技术改良。金属卤化物灯单价又相对较高，且寿命会受灯具防水性能的影响，遇水易损坏，相比之下，高压钠灯价格适中、高效长寿。
　　综上所述，在经过光效、色温、显色性、初始投资成本和运行维护成本等因素的综合对比下，认为高压钠灯光源在住宅区道路照明中仍具有明显优势，节能灯还应有改良空间，同时在条件允许的情况下，可适当选择金属卤化物灯以提升环境品质。
　　住宅区道路照明的发展趋势
　　随着照明光源本身的发展，可供住宅区道路照明应用的光源的选择将会越来越多，LED（LightEmitting Diode）光源作为一种高效节能、长寿命低维护、环保型的新型光源，其技术已日趋成熟。随着时间的推移，LED光源将不断满足照明需求新理念，为住宅区照明的智能化、人性化、合理化提供新的载体，是住宅区道路照明最具有潜力的发展方向之一。