新型高压钠灯路灯

陈 坤

西北农林科技大学资源环境学院

1 背景

光是一把双刃剑，它满足了人们对生活生产和安全的目的，可同时与之伴生的光污染也逐步愈发严重地影响着各种生物，破坏生态环境。

光污染问题最早出现于20世纪70年代，由国际天文界提出，认为是城市夜景照明使天空发亮造成对天文观测的负面影响[1]。后来英、美、澳等国将其称之为干扰光，日本称为光害[2]。我国将过量光辐射对人们的生活、工作环境以及人体健康产生不利影响的现象称为光污染。

与我们日常生活息息相关的路灯，便是引起光污染的元凶之一。主要原因在于：当夜幕降临时，部分路灯发射的强光束直冲云霄，使得夜间如同白天一样，即所谓“人工白昼”。“人工白昼”影响人们正常生活作息，通过抑制人眼视网膜感光细胞功能的发挥，引起视疲劳和视力下降，从而诱发意外交通事故发生，甚至可能会引发疾病。据国际上的一项调查显示，有三分之二的人认为人工白昼影响健康，有84%的人反映影响夜间睡眠。美国科学家也曾在多年研究基础上共同发表文章指出：“夜间照明会使人体健康受损,并可能与女性乳腺癌以及肥胖、糖尿病等疾病存在相关性”[3]。除此之外，“人工白昼”还会伤害鸟类和昆虫，比如：处于迁徙期的鸟类在夜间是以星星定向的，城市的照明光却常使它们迷失方向，或者破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。

路灯长时间光照对植物也会造成伤害。经研究发现，路灯长时间照射对植物产生的不良影响主要有以下三个方面：（1）长时间光照可能会引起植物体的生理紊乱；（2）植物很难感受到光周期生物变化，很难按照季节反应开花、结果、落叶；（3）冬季易发生冻害，光周期对其反应失灵。

2 构造及工作方式

该新型高压钠灯路灯装置，除含有常规部件如灯具、电线、高压钠灯光源、灯杆、灯臂、灯罩、基础预埋件外，其特征在于以下几点。

（1）每个灯杆的内壁上通过螺栓连接有漏电空气开关，灯杆的外壁上通过螺栓连接有控制器。

（2）灯头及光源通过螺栓镶的灯罩从侧面观察完全遮挡光源（底部不做要求），并且灯罩选用翠绿色的塑料材质，内壁表面涂有一层反光涂层。

（3）两个光源的电线为两组独立、互不干扰的电线，且两组电线接来自不同配电箱的电缆。

（4）光源含有单层滤光片。具体而言，高压钠灯放电管外围围绕一层由IBG-650滤光片组成的壳体，IBG-650滤光片只允许波长短于650nm的光通过，而波长长于650nm的光被截止，安装后实物如图2所示。安装滤光片的目的在于清除能对植物光合作用产生影响的波长，众所周知，植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光，其中红光波长为625m~740nm。

图2 高压钠灯光源的结构示意图

需注意的一点是：灯具具有最低悬挂高度。限定灯具的最低悬挂高度是为了限制眩光，通常而言，灯具安装得越高，产生眩光的可能性就会越小。

参照图1、图2新型高压钠灯路灯装置包括：1—灯具、2—电线、3—光源、4—灯杆、5—灯臂、6—基础预埋件、7—漏电空气开关、8—平垫弹垫、9—灯罩、10—滤光片、11—铌排气管、12—铌帽、13—钨丝电极、14—放电管、15—外泡壳、16内充钠、汞及氙或氖、氩混合气、17—双金属片、18—触头、19—电阻、20—钡钛消气剂。

图1 一种高压钠灯路灯装置

该新型高压钠灯路灯装置发光原理与普通高压钠灯发光原理类似：高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电。这时候，灯泡工作电压很低，电流很大；随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐上升，汞蒸气、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态。在正常工作条件下，整个启动过程约需10分钟左右。

当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的液钠汞气受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电子在向阳极运动过程中，撞击放电物质的原子，使其获得能量产生电离或激发，然后由激发态回复到基态；或由电离态变为激发态，再回到基态无限循环，此时，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。

该新型高压钠灯路灯装置发光原理虽未有过多变化，但发出的光的波长以及光的“行走路线”却与传统高压钠灯路灯装置天壤之别。首先光源发出的光经IBG-650滤光片后，只有波长低于650nm的光通过，其次由于设有半封闭式或完全封闭式、翠绿色的塑料灯罩，光线向下反射，使局部的光线较强，减弱光束向上发射，同时由于灯罩内壁设有反光涂层，光线向下集中到一定角度，进一步减弱光束向上发射。光经过上述历程照射到地面，实现照明的作用。

综上所述，该新型高压钠灯路灯装置正是通过改变光源所发出的光的波长，以及光传播方向，减弱路灯对周围植物，尤其是路灯旁树木的不良影响，同时减弱夜间“光污染”，实现保护环境、人与自然和谐相处的目的。

3 有益效果

该新型高压钠灯路灯装置主要有以下5个优点。

（1）通过设置的漏点空气开关，能够对单个的路灯进行检查、维修，避免出现过往因检修个别路灯而导致区域内路灯全部暂停使用的现象。

（2）设置翠绿色的塑料灯罩有四点益处：①能使光线向下反射，使局部的光线较强，减弱光束向上部发射；②避免光线直接照射入人眼，引起晕眩，减少交通事故的发生；③保护作用，能够有效防止大气中的灰尘、TSP等粒径大的颗粒物对灯泡的侵袭，从而延长灯泡的使用寿命。④装饰作用，翠绿色的灯罩与周围的树木相互交映，给人以享受。前两点减弱了“人工白昼”，第三点减少了固体废弃物量，达到保护环境的目的，最后一点正当符合如今人们的美学观念。

（3）通过设置的灯罩的涂层，将高压钠灯光源发出的光经过涂层反射后，将光线向下集中到一定角度，减弱光束向上部发射，提高了利用率，也减轻了整体灯上半部分的散热压力，延长了灯的寿命，从而减少了材料使用量以及固体废弃物量。

（4）通过设置的单层IBG-650滤光片，只通过由光源发出的波长低于650nm的光束，大大减弱路灯对植物光合作用的影响，使植物能保持自身生理特性，按照自身生理周期开花、结果、落叶，安然过冬。

（5）通过设置的两个独立的光源，减少一定区域停电造成的路灯无法正常使用的现象，更重要的是，一根灯杆设置2个光源，既减少了土地利用面积，减少材料使用量，又通过增加光源数量适当地降低了各个光源的亮度，限制眩光，有效防止因眩光引起的交通事故的发生。

4 不足之处

（1）新型高压钠灯路灯装置成本有所提高，但个人认为，与治理污染所需要花费的费用相比，这笔费用相比较少。其次若形成严重的光污染，不仅造成经济损失，也会对人、动植物的身心健康产生不利影响。

（2）灯罩需定时清理。灯罩在经过一段时间使用后，由于大气中的灰尘、TSP等粒径大的颗粒物覆盖在外表面，加之灯光的长期照射，造成颜色的脱落，因此需定期清洁灯罩来延长灯罩的使用寿命。

5 结语

新型路灯装置的部分特征不仅仅适用于高压钠灯，也适用于其他路灯，如LED灯、节能灯等。

光污染现如今已经成为现代社会的公害之一，它不仅对生物的生理产生破坏，导致能源浪费，而且会严重破坏生态环境。此外过度的光污染，会影响天文观测。我国南京紫台山天文台起初由于受城市亮化、高速公路光污染等威胁，部分机构迁至苏北盱目台县境内[4]，近20年来，光污染对天文观测的不利影响愈加扩大，天文台的观测能见度严重下降，以致到了无法进行大规模光学和射电天文望远镜科研观测的地步。建于1675年的英国格林威治天文台也同样受到光污染的困扰[5]。

总而言之，光污染对人类各种生产活动造成消极影响，治理光污染刻不容缓。治理光污染需要人们树立环境道德观，增强环保意识，发展绿色照明技术，部门加强光环境管理，需要国家健全法规，严格执法。