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led一向被认为适于街道照明;然而,面对可能影响健康的顾虑以及考虑相较于高压钠灯的种种优势,计划换装led照明的城市如何权衡led街灯是否更具效益?

市政照明(municipal lighting)是一个巨大的led市场。美国大多数的城市中或多或少都安装了一些led街灯,还有少数几座城市已经完全转换至led照明了。led一直被认为更适于街道照明,但在2016年,当美国医学会(ama)警告某些led对夜间驾驶和人类健康可能产生不利影响后,它们的吸引力大减。从那时起,在照明专家以及对led街灯感兴趣的许多城市之间不断掀起针对这一警语的各种争论。

ama警告说,高密度led照明不利于夜间驾驶,因为肉眼看起来是白色的部份(蓝光频率)在一部份光谱中产生的照明过于强烈,因而被认为是可能影响驾驶的眩光。此外,ama还指出,这些光的频率可能抑制人体中的褪黑激素,从而导致失眠、日间的生产力降低以及甚至肥胖等问题。

ama建议尽量减少光谱中蓝光部份的输出,并做好眩光保护。在讨论光源呈现时的质量因子是相关色温(cct),其单位以开尔文(kelvin)温度(k)表示。大多数已安装的led街灯额定值cct大约介于3,000k和4,000k之间。由于蓝光照明的影响,ama建议道路安装的灯具应为3,000k或更低。

美国能源部(doe)旗下的市政街灯固态照明联盟(msslc)持续针对ama提出问题作出反应。msslc指出,在测量led照明的褪黑激素输出时,cct并不是唯一要考虑的因素。

在有关led街灯的讨论中,「褪黑激素」(melanopic)一词不断出现。但它或许是太新或太深奥,以至于一般字典中还找不到这一词。「黑视素」(melanopsin)是一种光色素——一种蛋白质,出现在视网膜中,而且与昼夜节律(如生理时钟)有直接关系。「褪黑激素」解释了某些类型的光由于诱发黑视素而影响了人们的睡眠周期。led街灯照明就是最佳的例子。

据msslc表示,针对led街灯的褪黑激素输出进行评估与测量时,除了cct之外,还必须考虑其他许多因素,包括灯具的输出、灯具类型/配光以及照明设计。照明工程师可以均衡考虑这些因素,在符合ama降低褪黑激素输出的建议下,设计出具有更高cct值的led灯。

早在ama发出警告之前,美国波特兰市(portland or.)即已开始更换其钠街灯了,在那之后也仍持续进行。如今,这座城市中大约有45,000盏街灯,几乎全部都采用led,而且大部份都是4,000k色温的led灯。装饰灯(例如都会公园)则均为3,000k。在波特兰的市政网站上,波特兰交通局(portland bureau of transportation;pbot)针对该新照明的常见问答(faq)中响应了ama的警告,包括提供有关其他信息的链接。因为许多波特兰人对于这些健康警告倾向于绝对支持的态度。

越来越多的城市开始换装led照明以取代钠街灯。新的led灯效率更高,而且其生命周期成本也已经大幅降低了。图中是美国波特兰市的26号公路(route 26;powell blvd),该城市拥有的45,00盏街灯几乎都采用了led(来源:edn)

其他以led取代大部份钠街灯的城市还有波士顿(boston)、洛杉矶(la)和西雅图(seattle)。然而,在其他的美国城市中,大多数的街灯仍然采用高压钠灯(hps)。钠灯的特点是发出橙黄色光,由于其发光效率较白炽灯和荧光灯更好,因而对街灯照明而言十分具有吸引力。

但它也有缺点。波特兰市发现,采用hsp街灯时,太多的光线会聚焦在其所安装的灯柱底部,而不足以填满各灯柱之间的空间。钠光也是单色的,因而易于导致难以处理的颜色失真。此外,废弃钠灯的处置也很困难,因为其中含汞。

然而,led可望降低维护成本、降低能源成本,且其使用寿命比市政照明的其他选择更持久。pbot称以往必须每5年更换一次旧的钠灯,而新的led灯预计将可持续24年。

led灯的价格也一直在稳步降低中,预计还会再进一步降低。pbot表示,在2000年时,其所安装的某个led灯具品牌和型号(leotek ecobra)成本约为500美元,但到2018年时已降至每个124美元了。

相形之下,hps灯目前仍然较为便宜,每个110美元,所以当一座城市以led取代50,000盏街灯时,将面对大约70万美元的额外前置成本。市政当局一直在争取预算,毕竟就算是对于一座大城市来说,这也不是一笔小数目。

但即使购买hps的成本较低,只要考虑其寿命长短,从长远来看,led其实更具有经济效益。在一座采用led街灯的城市必须为led汰旧换新之前,采用hps的城市可能已经需要至少2轮更新经费了。同时,据pbot指出,「因为led可持续更久且易于维护,该市预计在led的产品生命周期间将降低75%的维护成本。」

新的街灯每盏功率29w,而更换的钠灯为118w。支持者还主张,led街灯的光线反射比钠灯的光线反射更少,从而尽可能地减少光污染。

假设关于led的工程主张正确,就算前置成本略高,led也会是市政街道照明的更佳选择。就算ama对于led街灯照明的最大顾虑也经证实,led街灯的经济性仍更具有吸引力,并可能超越健康顾虑而存在。不可避免的似乎是,与都会区生活有关的黄橙光街灯最终将成为回忆。

对于希望获得更多信息的市政工程师而言,msslc是其主要的信息来源,提供包括多种照明相关的工程数据。2014年成立的msslc目的在于协助计划导入led的城市。在doe的能源效率和可再生能源办公室营运之外,msslc「代表着感兴趣的城市、电力供货商、政府组织以及其他机构之间的协调力量,以尽可能地减少工作重复,并将可能的风险分散至多个位置。」它本质上是一个由doe资源支持的使用者团体。

那些所谓的「资源」主要是指知识库。根据美国联邦标准,该组织的预算仅几百万美元。也就是说,提供有关可用技术的信息,以及偶时的适度补助金,已足以让一些城市启动街灯更新。计划安装led照明的城市不必从头开始,而且可以从已经导入该技术的其他经验中受益。

(原文发表于aspencore旗下edn美国版,参考链接:,编译:susan hong,edntaiwan)

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