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， 現今又出現了高頻無極燈、發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、光源介紹根據發光原理不同，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構、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光的光源有白熾燈和鹵鎢燈兩種。
1.1 白熾燈是根據熱輻射原理制成的，它靠電流加熱燈絲至白熾而發光。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。白熾燈的優點是可以進行調光，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游離，鹵原子與其發生反應，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有效地制止了燈泡發黑，因此鹵鎢燈在壽命期內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Ra可以達到100.鹵鎢燈也可以進行調光，但過分調光會導致燈泡發黑，影響光效。
2、氣體放電光源按發光物質分為金屬類：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光光源和低氣壓發光光源。
2.1 熒光燈具有光效高、使用壽命長等優點，其光效為白熾燈的3~4倍，尤其是在普通熒光燈內改用稀土三基色熒光粉的熒光燈，光效達85lm/W,顯色指數可達85,在目前國際上被認為是較理想的室內新光源。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,節電80%以上。T5型熒光燈屬高科技節能產品，是21世紀熒光燈的發展方向。緊湊型熒光燈由于節電率高，安裝、使用方便而成為直接替代白熾燈的首選產品。
2.2 鈉燈是高效節能光源，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,電能至光能的轉換率可達30%.這種光源不但具有光效高、光色柔和、壽命長、節能效果顯著等優點，而且還具有透霧能力強、照明清晰的特征。低壓鈉燈發光效率更高達200lm/w,由于它的顯色指數太低，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、性能穩定等優點。陶瓷金屬鹵化物燈代表了高強度氣體放電燈的發展方向，前景廣闊。
3、電致發光光源主要由高頻無極燈和發光二極管（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，相對傳統的光源有以下一些主要優點：
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，顯色指數也能達到80以上，色溫范圍廣泛，色彩可以調節，可以滿足各種場合的綠色照明工程的需求。
3.可調光：LVD感應無極熒光燈有良好的調光性能，具備在其額定功率的30%到100%范圍內，它都能穩定工作的良好調光性能，在節約能源同時,也能減少光污染現象 .
4.降低Hg污染：由于LVD感應無極熒光燈內是使用汞齊，不是直接充入液體汞，這就極大地降低了生產過程中的汞污染，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量都較熒光燈大大減少，從而有效地降低了對環境的汞污染。
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）電子鎮流器來驅動，因此不會產生眼睛可以感受到的閃爍。
7、其他優點：LVD感應無極熒光燈具有高功率因數，電磁干擾低以及造型新穎美觀等其他優點。
3.2 LED-發光二極管 是一種將電能直接轉換為光能的半導體電致發光（EL）器件。和傳統的光源相比，LED作為一種新型的半導體光源,其特點表現在以下幾個方面：
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，相對于傳統光源的幾十秒或者幾十分鐘來講，不可同日而語。
3、結構牢固：LED是采用環氧樹脂封裝的半導體發光的固體光源，其結構不包含玻璃、燈絲等易損壞的部件，是一種實心的固體結構，其受沖擊和耐震性很高。
4、功耗低：LED功耗低，是一種節能光源，光效方面還有較大的上升空間。
5、其他：LED發光體接近點光源，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
鎮流器
鎮流器
鎮流器/觸發器
鎮流器
鎮流器/觸發器
鎮流器
鎮流器
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光效為不含鎮流器消耗時的數據；②發光體的平均亮度。
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的亮度。
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，對提高環境的舒適度以及美化城市也有重要意義。依據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、動態照明。在光色與光源類型的選擇上應盡量使用節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，突出傳統歷史文化。充分體現歷史文化街區文化內涵。步行商業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。燈具風格強調具有藝術人文特色，能良好的體現當地文化底蘊。
4、商業性交通干道由于道路兩側商業發達，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境氣氛。
5、交通、貨運干道交通干道是連接城市內各區的主要道路，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，光源采用節能高效產品，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，照明方式采用常規照明，裝飾與照明相結合。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、節約電能、美化環境的要求。
四、道路照明的發展趨勢道路照明的發展趨勢為綠色照明，即合理選用電光源，按照國家城市道路照明設計標準和規定，通過選用高效照明器、采用照明節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，達到最大限度的節約照明用電之目的。高效節電新光源的主要優點在于：一是發光效率高，以熱能形式損失的能量小，發熱量低；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劃，城市照明規劃，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
