节约能源防治光污染使夜间照明获得可持续的发展

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节约能源防治光污染使夜间照明获得可持续的发展

帖子pvtool » 2009年 5月 26日 21:07

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来源:天津市照明学会  作者: 发布:2007-11-14

天津市产品质量监督检测技术研究院 孙云东
天津市电视技术研究所 倪孟麟


摘要:本文分析了光污染的成因,涉及了夜间照明所带来的正负两方面的影响,探索了节约能源,构建节约型社会和使夜间照明获得可持续发展的辩证关系。

关键词:光环境;景观照明;道路照明;光污染

  1. 夜间照明所带来的正负两方面的影响

夜景灯光建设是城市繁荣富强的标志,体现城市现代化程度和文化水准,是城市经济保持持续良性循环的重要组成部分。随着人们对高品质生活的追求,随着人们夜晚活动时空的增大,城市夜晚的景观照明、道路等功能照明、商业等广告照明,这三种照明方式现已成为都市生活不可缺少的一项内容。随着景观照明建设与功能照明建设的发展,不断有文章提示其负面影响。

  实践证明,干扰性或过量的光辐射造成的光污染均会对人体健康和人类生存环境造成影响。首先,其直接影响人类大脑松果体对褪黑激素的分泌,俄罗斯生物学家对人类松果体的研究发现,褪黑激素的分泌左右着人类夜间深睡的时间并直接影响人类的寿命。人类长期进化过程中,适应了白昼光和晚间的黑夜,因此夜晚睡眠区一定要黑暗,这样才能分泌褪黑激素,使睡眠状态下生理活动和微循环处于正常秩序正常状态。

  其次,强光直接杀死昆虫,影响植物与动物共存。奥地利科学家发现一只小型广告灯箱一年可杀死35万只昆虫。而许多植物是靠昆虫传播花粉的,如果没有昆虫,必将导致严重的生态灾难。昆虫的减少又使鸟类失去食物,植物授粉又受到进一步破坏。美国鸟类学家统计每年都有400万只鸟因撞上高楼的广告灯而死亡。

另外,过度的城市夜景照明将危害正常的天文观测,已使全世界五分之一的人对银河视而不见,同时也加重了能源的危机。

在城市整体规划中,我们应当使用高科技手段制定高起点、高标准、高水平的城市亮化工程发展的总体规划,开展科学上深层次的工作这样才能使晚间景观照明达到更高的水平。缺少技术含量和无节制的盲目用光,会给城市照明带来了负面作用,不合理的设计和单纯的追求工程利润,不仅造成了能量的浪费还带来了严重的光污染现象。

正像恩格斯所说:“我们不要过分陶醉于我们对自然的胜利,对于我们每一次这样的胜利,自然界都报复了我们。”长期以来,人们自以为在与大自然斗争中取得胜利尽情享受工业革命带来的物质文明。然而,漠视大自然的规律,无止境地掠夺和挥霍自然资源,结果只能遭到大自然的无情惩罚。根据世界粮农组织的统计,近二十五年世界森林总面积减少了十一万平方公里,超过一个江苏省的面积。森林大面积消失加剧了全球生态环境的恶化,荒漠化已影响到全球五分之一的陆地。一百年间大气二氧化碳的浓度增加了一倍。中国科学院院士唐守正高呼还我中华大地青山绿水。因此我们必须注意节约能源和防治光污染,才能使夜间照明获得可持续的发展。

  2.光污染产生的原因

从科学实验中,从实测数据中分析夜天空光污染的成因,使每一项照明工程、每一件晚间照明作品都应有强烈的目的性. 例如道路照明是为了照亮路面,为了减少交通事故,因此要减少水平方向及上射方向的光量。入夜,城市华灯齐放,异彩纷呈,給城市带来了生机与活力,但是由此引起的光污染、光泛滥使夜空发亮影响到天文台观测。

至今对夜晚天空光的色度测量基本还处于空白状态。为此我们测量了夜天空的亮度和色度。测量位置:距地面18.5米,按仰角450安放仪器,以与人们观察夜空的实际情况相一致。测量数据说明随着各种晚间照明的开启,天空色度值发生明显变化,测试结果表明6月份、7月份变化发生在20∶00之后,而3月份这种变化发生在19∶00之后,这恰恰是晚间照明开启时间,说明各种晚间照明确实对天空带来了影响。

夜天空光由自然夜天空光和各种夜间人工照明的泄露光组成,实测结果表明城市夜天空光亮度已明显大于自然夜天空光2.1×10-4cd/m2的亮度。测量数据说明23∶00以后在各种景观照明均已关闭的深夜,夜天空的亮度及色度依旧受到同样的影响,依旧存在着光污染。深夜,仅有道路照明,夜天空的色度数据也更加趋向于高压钠灯色度坐标x=0.516 y=0.389的标称值。

需要说明的是,夜天空亮度、色度与阴晴状况、大气浑浊度、月相等天文、气象条件有关,对不同城市夜天空污染程度的横向评估,更需要预先约定测试的几何条件,同时需要制定相关的标准和测量方法,这是一个应开展的浩大工程,不是一篇论文所能全部囊括进的。本文只是从时间的因素来揭示和分析景观照明、道路照明与夜天空污染的关系,讨论与照明工程最密切的要素。实验数据说明前半夜各种景观照明只占泄露光的较少部分,因季节、时间、气候、地点环境而略有不同。在阴历初一测量晴朗的夜空,其亮度比其它时间测量的数据要低,但数次实验均表明在景观照明关闭后的深夜,来自道路上密集的高压钠灯使城市天空溢散光仍然很大,这是导致夜空发亮的主要原因。测量结果还表明这种影响因地而异,离市中心较远的地区夜天空的亮度为10-3 cd∕m2。

明视觉曲线V(λ)适用于1cd/m2以上的亮度水平,暗视觉Vˊ(λ)适用于0.001cd/m2以下的亮度水平,在明视觉与暗视觉之间的亮度水平为中间视觉,中间视觉既有锥体细胞参加,也有杆体细胞参加,夜天空的亮度水平基本处于中间视觉,因此对夜天空色度的观测是一个更为复杂、困难而重要的工作。

目前有相当一部分高压钠灯在水平及上射方向上有相当大的光量,在高压钠灯斜上方向俯视测高压钠灯有可观的亮度,说明其上射光线占全部出射光量的百分比没有受到应有的限制,有些庭院灯上射光线根本未加抑制,从而使真正用于路面照明的有效光量只占总光量的较少部分。道路照明是城市交通的安全保障,但是大量高压钠灯等造成的泄漏光是现阶段夜天空发亮的主要原因,应从灯具上予以改进,在光源外应装有性能优良的反光板,使上方不漏光,降低高压钠灯的UWLR(UWLR是灯具直接射上天空的光线占全部出射光线的百分比,该值越大电能浪费越多)加大真正用于路面照明的光量占光源总量的有效百分比,使路面更明亮。这样,不仅可以减少这方面的光泛滥造成的夜天空发光,还可以节约能源,此外,应该在时间上调节光量。

为了减少城市夜空亮度,CIE规定室外灯具的上射光通量不能大于总输出光通量的百分之二十五。

  泛光照明是美化城市的风景线,高大建筑物的顶部应保证足够的亮度,里光外透、轮廓照明等景观照明是城市现代化的标志,景观照明要大力发展,要凝结多科学领域的精华,我们应主动充分采用现代科技工具、测试仪器才能不断地发现、分析、甄别产生问题的真正的原因,不断地予以改进和提高,使各种晚间照明在科学上迈入更高的境界与水平。

  3.解决的途径与方案

我们必须用仪器对夜间照明的亮度进行定量的检测,才能不断的发现问题,并找出原因,进而扬利抑弊,并找出最佳平衡点。

应努力发展交叉科学,它们的基础不仅应包含自然科学的基本原理,也应包含有人文和社会科学的基本原理,目前正在世界上迅速发展的绿色化学就是这样的交叉学科,它用社会科学的原理来改造和加工化学,并且正在影响着化学的发展方向。充分考虑到能源和发光效率而发展起来的绿色照明也属于这个科学领域的范畴。二十一世纪首先应该是生态环境建设的世纪,走可持续发展之路是本世纪末总结人类历史发展的结论,我国政府已把可持续发展作为我国的基本的国策。许多科学家都预言,二十一世纪是生物技术的时代,今后重大科学问题将从纯粹探索自然界的奥秘转向更多地研究人和自然界的关系。

因此在夜景照明领域中应充分研究人类中间视觉特性,应该研究并检测光源、光源与灯具整体以及被照射面光谱特性,要使三者光谱特性相匹配,相适应,这不仅涉及到人们的美学感受,而且涉及到能源的利用率,是夜景照明可持续发展的关键环节。用色温低的光源照射冷色系的墙体或用色温高的光源照射暖色系的墙体都会造成能源的浪费。研制节能光源,检测并研究光源光谱特性,研究装有灯具的整体光源的光谱特性,研究与被照墙面光谱分布,从而创造三者最佳组合。研究里光外透光源与窗玻璃光谱特性的关系,研究含反光窗帘的新型里光外透照明方式。这些建立在高科技手段上的夜间照明方式将保证在节约能源、防治光污染的前提下使夜间照明获可持续发展的空间。

参考文献:

[1]肖辉乾,夜间室外照明光污染及其防止,照明科技论坛(天津),2003

[2] 倪孟麟,陈大庆,夜景照明光色效果的检测与评估,照明科技论坛(天津),2003

[3]倪孟麟,彩色电视的彩色复现,2001年‘全国电视灯光技术及布光技巧’授课讲稿,电视技术论坛,中国中央电视台,2001,2期。

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