新型高壓鈉燈路燈

陳 坤

西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院

1 背景

光是一把雙刃劍，它滿足了人們對生活生產(chǎn)和安全的目的，可同時與之伴生的光污染也逐步愈發(fā)嚴(yán)重地影響著各種生物，破壞生態(tài)環(huán)境。

光污染問題最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，由國際天文界提出，認(rèn)為是城市夜景照明使天空發(fā)亮造成對天文觀測的負(fù)面影響[1]。后來英、美、澳等國將其稱之為干擾光，日本稱為光害[2]。我國將過量光輻射對人們的生活、工作環(huán)境以及人體健康產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象稱為光污染。

與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的路燈，便是引起光污染的元兇之一。主要原因在于：當(dāng)夜幕降臨時，部分路燈發(fā)射的強(qiáng)光束直沖云霄，使得夜間如同白天一樣，即所謂“人工白晝”。“人工白晝”影響人們正常生活作息，通過抑制人眼視網(wǎng)膜感光細(xì)胞功能的發(fā)揮，引起視疲勞和視力下降，從而誘發(fā)意外交通事故發(fā)生，甚至可能會引發(fā)疾病。據(jù)國際上的一項(xiàng)調(diào)查顯示，有三分之二的人認(rèn)為人工白晝影響健康，有84%的人反映影響夜間睡眠。美國科學(xué)家也曾在多年研究基礎(chǔ)上共同發(fā)表文章指出：“夜間照明會使人體健康受損,并可能與女性乳腺癌以及肥胖、糖尿病等疾病存在相關(guān)性”[3]。除此之外，“人工白晝”還會傷害鳥類和昆蟲，比如：處于遷徙期的鳥類在夜間是以星星定向的，城市的照明光卻常使它們迷失方向，或者破壞昆蟲在夜間的正常繁殖過程。

路燈長時間光照對植物也會造成傷害。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，路燈長時間照射對植物產(chǎn)生的不良影響主要有以下三個方面：（1）長時間光照可能會引起植物體的生理紊亂；（2）植物很難感受到光周期生物變化，很難按照季節(jié)反應(yīng)開花、結(jié)果、落葉；（3）冬季易發(fā)生凍害，光周期對其反應(yīng)失靈。

2 構(gòu)造及工作方式

該新型高壓鈉燈路燈裝置，除含有常規(guī)部件如燈具、電線、高壓鈉燈光源、燈桿、燈臂、燈罩、基礎(chǔ)預(yù)埋件外，其特征在于以下幾點(diǎn)。

（1）每個燈桿的內(nèi)壁上通過螺栓連接有漏電空氣開關(guān)，燈桿的外壁上通過螺栓連接有控制器。

（2）燈頭及光源通過螺栓鑲的燈罩從側(cè)面觀察完全遮擋光源（底部不做要求），并且燈罩選用翠綠色的塑料材質(zhì)，內(nèi)壁表面涂有一層反光涂層。

（3）兩個光源的電線為兩組獨(dú)立、互不干擾的電線，且兩組電線接來自不同配電箱的電纜。

（4）光源含有單層濾光片。具體而言，高壓鈉燈放電管外圍圍繞一層由IBG-650濾光片組成的殼體，IBG-650濾光片只允許波長短于650nm的光通過，而波長長于650nm的光被截止，安裝后實(shí)物如圖2所示。安裝濾光片的目的在于清除能對植物光合作用產(chǎn)生影響的波長，眾所周知，植物光合作用主要吸收紅光和藍(lán)紫光，其中紅光波長為625m~740nm。

圖2 高壓鈉燈光源的結(jié)構(gòu)示意圖

需注意的一點(diǎn)是：燈具具有最低懸掛高度。限定燈具的最低懸掛高度是為了限制眩光，通常而言，燈具安裝得越高，產(chǎn)生眩光的可能性就會越小。

參照圖1、圖2新型高壓鈉燈路燈裝置包括：1—燈具、2—電線、3—光源、4—燈桿、5—燈臂、6—基礎(chǔ)預(yù)埋件、7—漏電空氣開關(guān)、8—平墊彈墊、9—燈罩、10—濾光片、11—鈮排氣管、12—鈮帽、13—鎢絲電極、14—放電管、15—外泡殼、16內(nèi)充鈉、汞及氙或氖、氬混合氣、17—雙金屬片、18—觸頭、19—電阻、20—鋇鈦消氣劑。

圖1 一種高壓鈉燈路燈裝置

該新型高壓鈉燈路燈裝置發(fā)光原理與普通高壓鈉燈發(fā)光原理類似：高壓鈉燈啟動后，在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候，燈泡工作電壓很低，電流很大；隨著放電過程的繼續(xù)進(jìn)行，電弧溫度漸漸上升，汞蒸氣、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定，當(dāng)放電管冷端溫度達(dá)到穩(wěn)定，放電便趨向穩(wěn)定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常工作狀態(tài)。在正常工作條件下，整個啟動過程約需10分鐘左右。

當(dāng)燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的液鈉汞氣受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發(fā)射的電子在向陽極運(yùn)動過程中，撞擊放電物質(zhì)的原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離或激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到基態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基態(tài)無限循環(huán)，此時，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。

該新型高壓鈉燈路燈裝置發(fā)光原理雖未有過多變化，但發(fā)出的光的波長以及光的“行走路線”卻與傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈裝置天壤之別。首先光源發(fā)出的光經(jīng)IBG-650濾光片后，只有波長低于650nm的光通過，其次由于設(shè)有半封閉式或完全封閉式、翠綠色的塑料燈罩，光線向下反射，使局部的光線較強(qiáng)，減弱光束向上發(fā)射，同時由于燈罩內(nèi)壁設(shè)有反光涂層，光線向下集中到一定角度，進(jìn)一步減弱光束向上發(fā)射。光經(jīng)過上述歷程照射到地面，實(shí)現(xiàn)照明的作用。

綜上所述，該新型高壓鈉燈路燈裝置正是通過改變光源所發(fā)出的光的波長，以及光傳播方向，減弱路燈對周圍植物，尤其是路燈旁樹木的不良影響，同時減弱夜間“光污染”，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、人與自然和諧相處的目的。

3 有益效果

該新型高壓鈉燈路燈裝置主要有以下5個優(yōu)點(diǎn)。

（1）通過設(shè)置的漏點(diǎn)空氣開關(guān)，能夠?qū)蝹€的路燈進(jìn)行檢查、維修，避免出現(xiàn)過往因檢修個別路燈而導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)路燈全部暫停使用的現(xiàn)象。

（2）設(shè)置翠綠色的塑料燈罩有四點(diǎn)益處：①能使光線向下反射，使局部的光線較強(qiáng)，減弱光束向上部發(fā)射；②避免光線直接照射入人眼，引起暈眩，減少交通事故的發(fā)生；③保護(hù)作用，能夠有效防止大氣中的灰塵、TSP等粒徑大的顆粒物對燈泡的侵襲，從而延長燈泡的使用壽命。④裝飾作用，翠綠色的燈罩與周圍的樹木相互交映，給人以享受。前兩點(diǎn)減弱了“人工白晝”，第三點(diǎn)減少了固體廢棄物量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，最后一點(diǎn)正當(dāng)符合如今人們的美學(xué)觀念。

（3）通過設(shè)置的燈罩的涂層，將高壓鈉燈光源發(fā)出的光經(jīng)過涂層反射后，將光線向下集中到一定角度，減弱光束向上部發(fā)射，提高了利用率，也減輕了整體燈上半部分的散熱壓力，延長了燈的壽命，從而減少了材料使用量以及固體廢棄物量。

（4）通過設(shè)置的單層IBG-650濾光片，只通過由光源發(fā)出的波長低于650nm的光束，大大減弱路燈對植物光合作用的影響，使植物能保持自身生理特性，按照自身生理周期開花、結(jié)果、落葉，安然過冬。

（5）通過設(shè)置的兩個獨(dú)立的光源，減少一定區(qū)域停電造成的路燈無法正常使用的現(xiàn)象，更重要的是，一根燈桿設(shè)置2個光源，既減少了土地利用面積，減少材料使用量，又通過增加光源數(shù)量適當(dāng)?shù)亟档土烁鱾€光源的亮度，限制眩光，有效防止因眩光引起的交通事故的發(fā)生。

4 不足之處

（1）新型高壓鈉燈路燈裝置成本有所提高，但個人認(rèn)為，與治理污染所需要花費(fèi)的費(fèi)用相比，這筆費(fèi)用相比較少。其次若形成嚴(yán)重的光污染，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也會對人、動植物的身心健康產(chǎn)生不利影響。

（2）燈罩需定時清理。燈罩在經(jīng)過一段時間使用后，由于大氣中的灰塵、TSP等粒徑大的顆粒物覆蓋在外表面，加之燈光的長期照射，造成顏色的脫落，因此需定期清潔燈罩來延長燈罩的使用壽命。

5 結(jié)語

新型路燈裝置的部分特征不僅僅適用于高壓鈉燈，也適用于其他路燈，如LED燈、節(jié)能燈等。

光污染現(xiàn)如今已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的公害之一，它不僅對生物的生理產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致能源浪費(fèi)，而且會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。此外過度的光污染，會影響天文觀測。我國南京紫臺山天文臺起初由于受城市亮化、高速公路光污染等威脅，部分機(jī)構(gòu)遷至蘇北盱目臺縣境內(nèi)[4]，近20年來，光污染對天文觀測的不利影響愈加擴(kuò)大，天文臺的觀測能見度嚴(yán)重下降，以致到了無法進(jìn)行大規(guī)模光學(xué)和射電天文望遠(yuǎn)鏡科研觀測的地步。建于1675年的英國格林威治天文臺也同樣受到光污染的困擾[5]。

總而言之，光污染對人類各種生產(chǎn)活動造成消極影響，治理光污染刻不容緩。治理光污染需要人們樹立環(huán)境道德觀，增強(qiáng)環(huán)保意識，發(fā)展綠色照明技術(shù)，部門加強(qiáng)光環(huán)境管理，需要國家健全法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)法。