摘 要：道路照明使用光源從煤油燈到白熾燈。隨著新光源的相繼制成， 二十世紀六十年代用高壓汞燈代替白熾燈，七十年代開始逐步用高壓鈉燈替代了高壓汞燈和白熾燈， 現(xiàn)今又出現(xiàn)了高頻無極燈、發(fā)光二極管等新的照明光源。本文介紹了道路照明幾種常用的光源，對其主要性能指標進行比較，簡單介紹了道路照明對光源的要求和各種道路對光源的選擇。
關鍵詞：光源 顯色性 光效 色溫 平均壽命一、光源介紹根據(jù)發(fā)光原理不同，各種電光源的分類如圖1.1所示。下面對各種主要光源的結(jié)構(gòu)、類型、特性和應用予以簡要介紹。
圖1 有代表性的各種電光源的分類1、熱輻射光源是通過熱輻射原理發(fā)光的光源有白熾燈和鹵鎢燈兩種。
1.1 白熾燈是根據(jù)熱輻射原理制成的，它靠電流加熱燈絲至白熾而發(fā)光。工作在鎢的熔點（3653K）的白熾燈，如果沒有熱導和對流的損失，則理論上的光效可以達到53lm/W,實際白熾燈的光效遠比此值低，以額定壽命1000h的普通照明白熾燈為例，其光效為8-21.5lm/W,白熾燈的光效之所以這樣低，主要是由于它的大部分能量變成紅外輻射，可見光輻射所占的比例很小，一般不到10%.隨著時間的推移，白熾燈燈絲中的鎢蒸發(fā)附著燈泡壁上，燈泡黑化，光效更差。白熾燈的燈絲有鎢絲制成，由于鎢有正的電阻特性，在工作溫度時的電阻是冷電阻的12-16倍，因此在使用大批量白熾燈時，燈要分批啟動。白熾燈的優(yōu)點是可以進行調(diào)光，沒有限制。
1.2 鹵鎢燈是在普通的白熾燈的填充氣體中添加鹵素氣體，高溫下燈絲中的鎢蒸發(fā)游離，鹵原子與其發(fā)生反應，生成鹵化鎢，燈絲附近的鹵化鎢又受熱分解，還原成鎢存儲在燈絲上，不斷地化合、分解，有效防止燈泡黑化，提高光效。鹵鎢燈分為市電型和低電壓型。市電型的鹵鎢燈直接在市電電壓下工作，這類鹵鎢燈有單端、雙端和雙泡殼之分；MR型鹵鎢燈是低電壓鹵鎢燈的代表。鹵鎢燈的光效與相應的普通白熾燈相比高出很多，由于鹵鎢燈中的鎢鹵循環(huán)有效地制止了燈泡發(fā)黑，因此鹵鎢燈在壽命期內(nèi)的光效幾乎沒有什么變化。一般照明用的鹵鎢燈的色溫為2800-3200K,顯色性指數(shù)Ra可以達到100.鹵鎢燈也可以進行調(diào)光，但過分調(diào)光會導致燈泡發(fā)黑，影響光效。
2、氣體放電光源按發(fā)光物質(zhì)分為金屬類：①汞燈，它又分低壓汞燈（又稱熒光燈、日光燈）、高壓汞燈（簡稱熒光高壓汞燈）2種；②鈉燈,它又分低壓鈉燈、高壓鈉燈（普通型高壓鈉燈和高顯色高壓鈉燈）2種。惰性氣體類：氙燈；汞氙燈。金屬鹵化物類：鈉鉈銦燈；鏑燈。氣體放電光源按照氣壓等級分為高氣壓發(fā)光光源和低氣壓發(fā)光光源。
2.1 熒光燈具有光效高、使用壽命長等優(yōu)點，其光效為白熾燈的3~4倍，尤其是在普通熒光燈內(nèi)改用稀土三基色熒光粉的熒光燈，光效達85lm/W,顯色指數(shù)可達85,在目前國際上被認為是較理想的室內(nèi)新光源。將它制成直徑為26mm（T8）、16mm（T5）的細管徑熒光燈，耗電僅為白熾燈的1/6,節(jié)電80%以上。T5型熒光燈屬高科技節(jié)能產(chǎn)品，是21世紀熒光燈的發(fā)展方向。緊湊型熒光燈由于節(jié)電率高，安裝、使用方便而成為直接替代白熾燈的首選產(chǎn)品。
2.2 鈉燈是高效節(jié)能光源，分高壓鈉燈和低壓鈉燈兩種，光效為白熾燈的8~10倍，為高壓汞燈的2~2.5倍，是金屬鹵化物燈的1.2~1.5倍.它的壽命可達1~2萬h,電能至光能的轉(zhuǎn)換率可達30%.這種光源不但具有光效高、光色柔和、壽命長、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，而且還具有透霧能力強、照明清晰的特征。低壓鈉燈發(fā)光效率更高達200lm/w,由于它的顯色指數(shù)太低，限制了它的使用。
2.3 金屬鹵化物燈具有光色好、光效高、壽命長、尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。陶瓷金屬鹵化物燈代表了高強度氣體放電燈的發(fā)展方向，前景廣闊。
3、電致發(fā)光光源主要由高頻無極燈和發(fā)光二極管（LED燈）。
3.1 高頻無極燈和金屬鹵化物燈相比，由于較低的眩光而可見度高。目前較多的是LVD感應無極熒光燈和微波硫燈。以LVD感應無極熒光燈為代表，相對傳統(tǒng)的光源有以下一些主要優(yōu)點：
1.長壽命：LVD感應無極熒光燈因為沒有電極，所以不存在由于電極消耗而造成燈壽命終止的可能，因此它有壽命超長，通常可使用10~15年以上。
2.優(yōu)良的光性能：LVD感應無極熒光燈可以同時達到好的光效和顯色性能，光效可以達到80lm/w以上，顯色指數(shù)也能達到80以上，色溫范圍廣泛，色彩可以調(diào)節(jié)，可以滿足各種場合的綠色照明工程的需求。
3.可調(diào)光：LVD感應無極熒光燈有良好的調(diào)光性能，具備在其額定功率的30%到100%范圍內(nèi)，它都能穩(wěn)定工作的良好調(diào)光性能，在節(jié)約能源同時,也能減少光污染現(xiàn)象 .
4.降低Hg污染：由于LVD感應無極熒光燈內(nèi)是使用汞齊，不是直接充入液體汞，這就極大地降低了生產(chǎn)過程中的汞污染，而且它的超長工作壽命,使實際應用的汞消耗量和廢棄光源數(shù)量都較熒光燈大大減少，從而有效地降低了對環(huán)境的汞污染。
5、瞬時的啟動和再啟動：LVD感應無極熒光燈啟動位相從E放電到H放電在電磁感應燈中僅需幾個微秒，因此燈的啟動和再啟動時間非常短。
6、無閃爍：LVD感應無極熒光燈 光源采用了高頻（230KHz）電子鎮(zhèn)流器來驅(qū)動，因此不會產(chǎn)生眼睛可以感受到的閃爍。
7、其他優(yōu)點：LVD感應無極熒光燈具有高功率因數(shù)，電磁干擾低以及造型新穎美觀等其他優(yōu)點。
3.2 LED-發(fā)光二極管 是一種將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的半導體電致發(fā)光（EL）器件。和傳統(tǒng)的光源相比，LED作為一種新型的半導體光源,其特點表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、壽命長：LED的使用壽命可以長達100000小時，雖然無極放電燈的壽命可以達到60000小時，但是整燈的壽命受制于電路中的電子元件和微波振蕩管的壽命，因此在維護和換燈困難的場合，使用LED作為光源，可以大大降低維護費用。
2、啟動時間短：LED的響應時間只需要幾十納秒，相對于傳統(tǒng)光源的幾十秒或者幾十分鐘來講，不可同日而語。
3、結(jié)構(gòu)牢固：LED是采用環(huán)氧樹脂封裝的半導體發(fā)光的固體光源，其結(jié)構(gòu)不包含玻璃、燈絲等易損壞的部件，是一種實心的固體結(jié)構(gòu)，其受沖擊和耐震性很高。
4、功耗低：LED功耗低，是一種節(jié)能光源，光效方面還有較大的上升空間。
5、其他：LED發(fā)光體接近點光源，利于對燈具的設計，應用前景廣闊。
二、幾種照明光源主要性能比較表2-1
光源種類
白熾燈
鹵鎢燈
低壓汞燈
高壓汞燈
高壓鈉燈
低壓鈉燈
金屬
鹵化物燈
無極熒光燈
﹡
LED﹡
額定功率范圍(W)
10-1500
20-5000
4-200
50-1000
35-1000
18-180
35-3500
4-200
2-12
光效(lm/w)①
6.5-25
14-30
44-100
32-55
64-140
100-200
52-130
60-100
15-60
平均壽命(h)
1000-2000
1500-2000
5000-15000
1000-2000
12000-24000
2000-3000
300-10000
60000
100000
一般顯色指數(shù)Ra
95-99
95-99
70-95
30-40
23-85
60-90
70-95
80-95
相關色溫
2400-2900
2800-3300
2500-6500
5500
1900-2800
3000-6500
5000-6500
4000-8000
啟動穩(wěn)定時間(min)
瞬時
1-4s
4-8
4-8
7-15
4-10
瞬時
再啟動時間(min)
瞬時
5-10
10-15
＞5
10-15
瞬時
閃爍
不明顯
明顯
不明顯
明顯
不明顯
表面亮度②
大
較大
大
較大
所需附件
無
鎮(zhèn)流器
鎮(zhèn)流器
鎮(zhèn)流器/觸發(fā)器
鎮(zhèn)流器
鎮(zhèn)流器/觸發(fā)器
鎮(zhèn)流器
鎮(zhèn)流器
耐震性能
較差
好
好
較好
好
好
好
很好
注：﹡表示該光源的主要特性還在進一步探索研究中：①光效為不含鎮(zhèn)流器消耗時的數(shù)據(jù)；②發(fā)光體的平均亮度。
表2-1中可看出光效較高的有高壓鈉燈、低壓鈉燈以及金屬鹵化物燈和熒光燈等；顯色性較好的有白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等；壽命長的有高壓汞燈、高壓鈉燈、無極燈和LED等；耐震性能方面，LED最好。
三、道路照明對光源的要求道路照明對光源的要求一般為發(fā)光效率高，使用壽命長，壽命周期的一致性好，有較好的顯色性和適當?shù)牧炼取?div style="height:15px;">
道路照明目的是在夜間為車輛駕駛者及路邊行人提供良好的視覺環(huán)境，達到保障夜間交通安全，提高交通運輸效率，方便人民生活。根據(jù)最近研究表明，合理的夜間道路照明至少可以降低30%的城市道路交通事故率、45%的鄉(xiāng)村道路交通事故率和30%的高速公路交通事故率【1,2】。另外，合理的道路照明還能提高交通誘導性，從而提高道路的利用率，降低犯罪率，對提高環(huán)境的舒適度以及美化城市也有重要意義。依據(jù)城市道路照明的不同功能要求，對各種道路照明作簡單分析如下：
1、城市主干道路城市主干道路照明以功能性與景觀形象的提升為目的，照明方式以功能照明為主裝飾照明為輔的原則。光源光色易采用高色溫如冷白色，給人們帶來現(xiàn)代、新鮮和醒目的視覺感受，顯色性要求高。
2、高速路高速路車流量大，車速高，全封閉或高架，無非機動車道，機動車道設置中央隔離帶，道路使用者類型比較單一，以功能性照明為主，禁止裝飾照明、動態(tài)照明。在光色與光源類型的選擇上應盡量使用節(jié)能高效并具有良好的視覺功效的光源。
3、歷史文化街、步行商業(yè)街歷史文化街在一些歷史文化名城尤為重要。交通特點是步行流量大，道路照明應著重考慮以人為本，突出傳統(tǒng)歷史文化。充分體現(xiàn)歷史文化街區(qū)文化內(nèi)涵。步行商業(yè)街是人們購物消費的地方，道路照明應烘托出繁華、熱鬧而濃厚的商業(yè)氛圍，對購物者形成心里誘導。光色可采用暖白色、冷白色、中性白等高顯色性的白色調(diào)。燈具風格強調(diào)具有藝術人文特色，能良好的體現(xiàn)當?shù)匚幕滋N。
4、商業(yè)性交通干道由于道路兩側(cè)商業(yè)發(fā)達，有多處大型的購物、餐飲、娛樂場所，具有較充足的步行空間，機動車和非機動車的停車場，車流與人流的交互程度遠高于一般交通性干道，行人流量大，行為活動復雜，視覺信息的需求量大，對顯色性和視覺舒適度的需求也必然上升到新的高度。因此，高顯色照明光源是推薦的最佳照明方式，搭配不同的色溫來營造不同的環(huán)境氣氛。
5、交通、貨運干道交通干道是連接城市內(nèi)各區(qū)的主要道路，為貫穿全市或組團之間的交通服務，擔負對外交通功能，車流量大，車速較高，道路使用者類型比較單一，以貨運機動車為主，此類道路以功能性照明為重點，光源采用節(jié)能高效產(chǎn)品，但對顯色性和光色要求不高。
6、交通支路交通支路主要承擔短距離交通，非機動車和進出街區(qū)的機動車通行，道路使用者以行人，非機動車為主，照明方式采用常規(guī)照明，裝飾與照明相結(jié)合。光源的選擇范圍比較廣，應在一定照明水平的基礎上，注重裝飾性和藝術性。
因此，在選擇道路照明光源時，要考慮歷史人文和地域特點，根據(jù)不同道路照明的不同要求，以人為本，因路制宜，合理分析，采用相應的光源使道路照明達到安全舒適、眩光少、光污染少、節(jié)約電能、美化環(huán)境的要求。
四、道路照明的發(fā)展趨勢道路照明的發(fā)展趨勢為綠色照明，即合理選用電光源，按照國家城市道路照明設計標準和規(guī)定，通過選用高效照明器、采用照明節(jié)電裝置以提高照明用電的效率，使相同照度水平上的耗電量最低，達到最大限度的節(jié)約照明用電之目的。高效節(jié)電新光源的主要優(yōu)點在于：一是發(fā)光效率高，以熱能形式損失的能量小，發(fā)熱量低；二是顯色性好，在獲得同等視覺效果的情況下，可以減少電耗。新興的第三、四代光源比較好地符合這些要求，在未來的日子里，隨著無極燈和LED的發(fā)展日趨成熟，新興的光源會越來越多地應用于道路照明中。
參考文獻[1]陳大華，道路照明及其國際推薦標準，中國照明電器，2000年第11期[2]李景色，機動和人行交通道路照明的建議，照明工程學報，Vol.15（3）[3]周太明，宋賢杰等，《高校照明系統(tǒng)設計指南》，復旦大學出版社，2004.6[4]許楠，新世紀的城市道路照明規(guī)劃，城市照明規(guī)劃，Vol.2（9）[5]黃彥，道路照明設計中非功能性照明的討論，燈與照明，Vol.28（2）[6]朱紹龍，視覺與夜間道路照明，燈與照明，2001年第5期[7]陳仲林，城市道路照明標準研究，中國照明電器，2002年第5期[8]胡培生，高紀昌等，《道路照明與供電》，原子能出版社，1997.3
