道路夜景照明的一些问题分析

1 道路夜间照明节能潜力巨大
我国城市路灯线路长度达56万公里,路灯1800多万盏,年耗电量很大,估计超过55亿度,节能潜力巨大。
目前广泛采用双功率路灯节能方案,即在人车流量大时,路灯满功率运营,夜深人静人车流量低时以半功率运营,从而节省了大量电力,取得很好的节能效果。
但是双功率路灯节能方案有一些疑问:车道照明是为了远距离发现目标防止事故,人车流量低时车速必然较快,这时降低路灯功率是否会出现问题值得考虑。
智能化照明是更好的解决方案,即有车通过时满功率,没有车通过时,功率降低或熄灭,挪威Oslo在采用这个智能系统后,可节能30%.
机动车道路智能照明的光源,要求即开即亮,不要预热的光源,高压钠灯和金属卤化物灯不满足要求,LED路灯是较适合的光源。
2 机动车道路照明的亮度标准
Waldram剪影原理是道路照明的依据:路面亮度决定了能否看到远处目标,由此确定了道路照明的亮度标准。因早期亮度测试方法和仪器的限制,标准中同时规定了照度标准来替代,但是只有在路面为理想漫反射面时:
E=πB
照度与亮度成正比,这时才正确。一般情况下,路面总是有一定的镜面反射,特别是下雨天湿的路面:
E=ρ(θ)B
其中ρ(θ)是与角度有关的路面反射率,不再是常数。所以在照度均匀时,不同角度方向的亮度一定不同,不可能均匀。
事实上有些LED路灯是矩形配光,造成照度均匀,亮度不均匀。照度均匀的照明必然造成亮度出现斑马线。
当前亮度测试方法和仪器已有很大进步,不会造成很大困难,建议今后只用亮度,而不再采用照度作为道路照明考核标准。
3 照明路灯光谱的影响
人眼中间视觉觉亮度在0.001cd/m2到5cd/m2之间,此时短波长光照明的效率较高。道路照明标准值约为1.5~2cd/m2,接近中间视觉的上限,短波长照明对光效有一定好处,但是老年人对短波长光不敏感,中间视觉作用很有限。
一般来说,识别目标是用人眼的中心窝附近,能感受各种颜色,分辨物体的细节,发现目标一般在眼中心的周边,对颜色的感受能力较差。路灯用金属卤化物灯或LED等白光照明来代替高压钠灯,对识别目标有一定作用,但对发现目标作用有限。
考虑到雨天路面的反射、雾天的散射,高亮度白光照明接受程度会受到限制。
4 机动车道照明的技术进步
新的汽车前大灯使发现和识别目标对路灯的依赖程度降低,氙灯和白光LED等新的汽车前大灯亮度更高,照得更远有全面替代卤素灯的趋势。
智能前大灯照明系统(Adaptive Front Lighting System)已能适应在各种情况下的照明,包括路口、拐弯、交叉、上下坡。汽车内的可视技术,如前方显示器(Head up Display)汽车内部的红外可视系统,使夜间行车时发现和识别目标更容易。路灯的主要作用将是认清和指示方位。
路灯功能的变化,其设计和道路照明标准也将面临很大的变革。
最新研究发现夜间行车415公里路程,司机的微睡眠(Micro-sleep)时间累计达6分钟,微睡眠是夜间交通事故的主要原因之一。
由此提出了道路照明的另一个任务:即何种照明条件下可以减少瞌睡和行车的单调,司机的微睡眠累计时间可以缩短,以保证行车安全。
5 街道照明
街道照明需要兼顾行人和车辆,而且在欧洲是以行人为主,在人行道上有足够光照,环境比大于等于0.5。街道照明不仅要使路人安全而且还要使路人感到安全。行人习惯于把照明与安全联系在一起,即足够照明可以。
(1)发现障碍物(平地上2.5mm以上)
(2)在足够距离认清邻近路人的意图
由此可见街道照明的任务与机动车道照明不同,街道照明必须以照度为标准,而且需要一定的垂直照度。
英国Sheffield大学建筑学院研究了光照与探测障碍物的关系发现:
当路面照度大于2lx时,无论老幼和用不同的光源,都能发现1.5mm以上的障碍物,并与光源的光谱无关。
要识别其他路人的表情,需要一定的垂直照度,而且好的显色性有利于识别路人。研究表明在Ra≥60时,路面照度可降低一级,或降低25%~40%.
行人较多的城市道路照明,白光照明受到欢迎,英国道路照明标准规定在白光照明时道路亮度可以降低至原标准的60%~70%.
当前LED用于街道照明几乎成为时尚,但是我认为必须谨慎,因为LED亮度为106~107cd/m2,比高压钠灯高一个数量级,容易造成眩光。

 

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