LED路灯来了

2020-11-11徐宁

大自然探索 2020年9期

徐宁

2020年初，不少武汉市民发现解放大道、欢乐大道等主干道的夜间照明更清晰、更明亮，路面看起来也舒适了。原来，在2020年春节前，武汉市对全市一些主干道上的3.7万盏高压钠灯进行了拆除，并替换成了更节能的LED路灯。近年来，浙江省、山东省、海南省等诸多省份都开始逐渐将路灯中使用的传统高压钠灯更换为LED灯。

不仅在中国，全世界范围内LED路灯的新增安装量每年都以惊人的速度递增。LED路灯为什么能够替代传统高压钠灯或金属卤化物路灯？LED路灯好在哪里？LED路灯又有哪些不足？

采用LED 路灯（左）和高压钠灯（右）的道路的夜间照明效果对比。

提高夜视力

作为新一代城市照明光源，LED路灯相比传统路灯有多方面优势。以城市中最常见的高压钠灯为例，因为高压钠灯发出的黄色光会让人在夜间无法很好地分辨颜色，所以并非夜间照明的理想色温。

有研究机构曾经将颜色一红一黑、型号相同的两辆汽车停在一个采用黄色高压钠灯照明的停车场，结果绝大多数实验参与者都说自己看到了两辆黑色汽车，这是为什么？人眼球中的感光细胞分为对亮光环境敏感的视锥细胞和对暗光环境敏感的视杆细胞。夜晚降临后，我们更多依靠视杆细胞感知光亮并分辨颜色。视杆细胞本身对颜色的分辨能力很差，而且对可见光的敏感峰值波长为498纳米，也就是青色，而钠灯发出的黄光波长为589纳米，处在视杆细胞的不敏感范围内。这就是黄光会让人在夜晚无法分清颜色的原因。相反，偏蓝的LED灯光的色温刚好和我们的视杆细胞的敏感范围重合，因此LED灯发出的光能让我们在夜晚看得更清楚。

你能找出两辆车中的红车吗？

寿命长效果好

相比高压钠灯，LED路灯能有效降低综合使用成本。高压钠灯的使用寿命一般为1.5万小时，而LED路灯为5万小时。高压钠灯从通电到达到最大亮度需要10分钟左右的启动时间，这段时间高压钠灯所消耗的电能是被浪费掉的，而LED灯几乎没有启动时间。并且，因为LED灯发出的蓝白光线更贴合人眼视杆细胞的敏感范围，所以要达到相同的照明效果，LED灯所需的功率大大低于高压钠灯。科学家曾在中国某城市某条主干道14根路灯杆上分别安装了400瓦功率的高压钠灯和160瓦功率的LED路灯进行路面照明测试。结果表明，160瓦的LED路灯能够达到《城市道路照明设计标准》的要求，并且比400瓦的高压钠灯照明效果更好。

减小光污染危害

2020年初，美国洛杉矶突发长时间大范围停电。其间，警方接到一位老人打来的报警电话。老人说自己一辈子都住在洛杉矶，突然见到天空中有奇怪的亮带，十分害怕。让老人害怕的其实是夜空中的银河——那次大停电事件让不少洛杉矶市民一生中第一次亲眼见到银河。在晴朗的夜空，银河是很容易在自然环境下被人观测到的，但为什么这位老人平时没看见，只在城市停电的夜晚看见银河？这是因为城市的光污染掩盖了银河的光辉。据统计，全世界每3人中就有1人因为光污染而无缘得见星空。

城市照明开启时（左）和停电时（右）的夜空对比。

天空輝光的形成。

高压钠灯发出的光没有很好的指向性，除了照向下方的路面，多余的光会照在建筑物或绿化植物上，被称为炫光。炫光会被建筑物和植物反射到天空中，又因为黄光具有很好的穿透性，不易被大气中的颗粒散射，所以高压钠灯发出的黄色炫光可以被反射到高空，形成遮住星光的“天空辉光”，不仅造成光污染，还造成公共电力浪费。与之形成对比的是，LED路灯的发光源一般是单向的，不像高压钠灯那样容易形成炫光，因此能减少不必要的光照。并且，LED灯发出的白色光很容易被散射，不像黄光那样会被反射到高空。因此，LED灯能够减轻城市照明的光污染危害。

可能影响昼夜节律

尽管LED路灯的优点如此众多，但它也有许多内在缺陷，其中最让科学家担忧的是LED灯的偏蓝色光可能会影响人体正常的昼夜节律。白天日光的色温为5300K左右，这个色温的光照让人感觉明亮，让人保持清醒，其原因是5300K的色温能很好地抑制大脑松果体合成褪黑素，而人体内褪黑素水平越低人越清醒。日落时夕阳的色温在3200K左右，此时松果体开始活跃并大量合成褪黑素，人就开始犯困、想睡觉。如果夜晚长时间处于蓝白色的光照下，褪黑素无法正常合成，人可能就无法正常入睡。高压钠灯发出的光线对褪黑素合成的影响最小，不会显著影响人的昼夜节律。

不同色温的光线对人体昼夜节律的影响。

穿透性不佳

LED灯的另一个缺陷是穿透性不足。在大雾天气时，汽车要开启车前后方的雾灯。雾灯发出的黄色光具有很强的穿透性，能穿透浓雾警告前后方的车辆。因为白光很容易在大雾中发生漫反射，所以雾灯都会采用黄色灯。在大雨、大雾、大雪天，LED路灯发出的白光很可能被提前散射，降低对路面的照明效果。

对蝙蝠影响不大

LED路灯会不会扰乱动物的正常活动呢？要知道在夜晚的街头，高压钠灯发出的黄光会吸引大量昆虫，因此，路灯周围的空域是蝙蝠极佳的捕猎场。如果路灯更换成发出白光的LED灯，会不会影响蝙蝠觅食呢？科学家还真的做过这方面的实验：2016年，科学家在英国南部4个郡设立了12个观察站，其中10个位于城区，2个位于郊区。通过记录蝙蝠捕食过程中的鸣叫声，科学家记录下这12个站点的蝙蝠活动。分析结果显示，将钠路灯更换为LED路灯并没有对蝙蝠觅食产生明显影响。