黄光工艺(黄光工艺DOE)万万没想到

> **市镇安装LED路灯是出于好意，但它面临一个问题。**你可能已经注意到了出现在城市街道和停车场上的它们：**从一排排发光二极管中倾泻

 

市镇安装LED路灯是出于好意，但它面临一个问题。

早期采用的蓝光灯你可能已经注意到了出现在城市街道和停车场上的它们：从一排排发光二极管中倾泻着清冷的流明激流的新一代路灯你大概也像我一样，非常欢迎这种发展毕竟，LED灯是市面上最节能的照明选择它们的寿命是普通钠蒸汽路灯的两倍，价格也下调至可与后者一较高低的范围内。

如果要说LED流行起来还有其他原因，那么就是越来越明显的气候变化了在美国，街道照明用电量约为室外照明总用电量的30%还有60%用于停车场和车库照明，但其中大部分电力仍然由燃煤发电厂提供芝加哥法维翰咨询公司的顾问曾估计，如果将美国所有非LED户外灯换成LED灯，可以节省662万亿英热单位的能源，相当于580万个美国普通家庭一年所需的电力。

有了这些数据，再加上尽量削减能源使用的指令，美国各市当局已经安装了570多万盏LED路灯和区域照明灯加拿大、欧洲、亚洲的一些市镇在过去10年时间里新安装了数百万户外LED路灯和区域照明灯美国能源部（DOE）强调新灯光技术的最大优势是能源效率，同时也提醒各城市将光输出和颜色品质考虑在内。

但现在普通老百姓目之所及到处都是这种早期采用的新型蓝光路灯，一些市镇因此而出现了一些问题在一些地方，首批LED灯计划已失败人们认为这种富蓝光设计的刺眼强光扰乱了人们的睡眠模式并且会伤害夜间动物天文学家们也提出了类似的担忧，他们早在2009年就批评新式路灯。

就在那一年，致力于反对光污染的组织——国际黑暗天空协会（IDA）——开始担心富蓝光的LED灯可能会成为“黑暗天空和环境的一大灾难”，IDA会长、来自图森的照明顾问克里斯•蒙拉德（Chris Monrad）这样说。

当我所在的马萨诸塞州牛顿城宣布于2014年计划安装LED路灯时，我还是很乐观的我支持节约能源，很高兴在我的家庭办公室安装LED灯泡但是几个月后，从缅因州乡村度假一周回来的我震惊地发现，在邻居家里明晃晃的蓝色灯光映衬下，夜空中璀璨的星光竟黯然失色。

最近，照明企业纷纷推出暖色调的LED路灯，而美国各市已经开始采用一些社区也正在使用智能照明，以尽量减少光污染这种路灯的改变虽然受到人们的欢迎，但它们若出现得再早一些就好了：据估计，有10%的美国户外照明装置采用较早一代的LED灯，其中包括那些会带来问题的富蓝光路灯，而且这些照明装置的潜在成本达数十亿美元。

上述情形引发了如下几个问题：一项前景看似光明的节能技术为何最后竟引得如此多的人恼怒不堪？为什么富蓝光路灯的负面影响在很长时间之后才为人所知？为什么在更好的选择还没出现在市面上时，富蓝光LED灯就已早早地得到市政照明工程师的青睐？

一个明显的错误？杰夫•赫克特（Jeff Hecht）躺在牛顿市的家中，这个城市在2014年安装了色温值为4000开尔文的LED路灯（下图一）一束灯光照在赫克特的厨房窗口（下图二），另一个幽灵般的灯影投射到二楼的墙上（下图三）。

图一

图二

图三早期路灯的创新基本上都集中在亮度和便利性方面古希腊人和罗马人用赤褐色油灯为街道照明蜡烛和油灯照亮了未工业化的城市，据说在1669年巴黎就采用了3000多盏路灯19世纪初，鲸脂油灯开始被相对便宜的煤气路灯取代，这样的煤气路灯最先安装在伦敦、巴黎以及俄罗斯的圣彼得堡。

工程师直到20世纪才开始担心效率问题明亮的电弧灯自19世纪后期开始兴起，是最早的电力路灯，此类路灯采用更实用的白炽灯泡，所以大多数城市同意用电灯取代油灯随着效率更高的路灯出现，上述这些都逐渐被淘汰：1948年人们开始使用汞蒸汽灯，然后在1970年使用高压钠灯。

蓝光LED灯与之前的橙光高压钠灯形成鲜明的对比从柔和的钠灯换为LED灯，如同从亚热带的日落来到了赤道正午的骄阳下颜色的差异源自白色LED灯的内部工作原理单个LED灯几乎是单色的，也就是说它们只发出特定颜色的光，这种光的波长范围很窄。

为了让LED灯发出白光，一个最便宜且有效的方法是让一个或多个强蓝光LED灯照射到被称为荧光粉的化合物上，这种物质吸收蓝光并发出黄光黄光结合LED灯残留的蓝光，就是人们看到的白光了白光的明暗取决于从LED灯发出的蓝光和荧光粉发出的黄光的混合比例。

白光的明暗由色温值进行衡量，对应一个“黑体”的温度（以开尔文为单位），黑体会吸收所有它遇到的电磁辐射，并发出相似的混色光早期的“白色”LED灯由日本日亚化学工厂（现称为日亚公司）于1997年开发，那时LED灯发出的光很蓝：发出的蓝光占45%以上，色温值为8000开尔文。

甚至比夏日阳光的色温更蓝，看起来很刺眼在白光LED灯中添加更多的红色荧光粉，就能使灯光看起来更温暖，并且双眼会比较舒适，但代价是效率降低了这是因为高能蓝色光子在转换成黄色和红色光子时，能量有所损失由于人们对家里的照明颜色比较敏感，所以许多人选择色温值在2700～3000开尔文的LED灯，比较接近普通白炽灯泡的色调。

因为节能，室内LED灯比其他光源更受欢迎：它们的节能效率约为白炽灯的5倍，可比紧凑型荧光灯高出10%LED灯的寿命是其他灯泡的2到50倍虽然美国只有3%的人在室内使用LED灯，但它们的使用率正越来越高户外照明就不同了，因为市政工程师们要以最低的成本购买和提供功能性照明的路灯。

LED灯节约成本的潜力极大地吸引了他们，所以他们需要效率尽可能高的灯泡2008年6月，DOE指出，最高效的白色LED灯的色温为4500～6500开尔文，并建议将色温和灯泡的预期应用相匹配无论富蓝光LED灯有什么缺点，它们都能节能并省钱。

在把8406盏钠灯换为4000开尔文的LED灯后，拥有8万人口的马萨诸塞州牛顿市（我所在的城市）预计可在20年里节省300万美元，同时每年可减少1240吨的二氧化碳排放量在安装了超过15万盏LED路灯后，洛杉矶预计一年可节省800万美元，而纽约希望将25万盏路灯更换成LED灯，实现每年节约1400万美元。

LED街灯的户外照明之所以高效，并非因为其比相同功率的钠灯亮度高出多少，而是因为它们的方向性更好，也就是说LED灯将光线主要聚焦在一个方向钠灯中充满气体，向各个方向散发灯光一半以上的灯光必须通过反射镜或透镜向下重新定向，这就降低了灯具的照明效率。

影响街道照明量化结果的一个更加棘手的因素在于，LED灯和高压钠灯的色温差异会影响我们晚上的视野在一定范围环境内，我们的视觉能力来自两组传感器：一组是被称为视锥细胞的受体，在白天使我们能看到颜色；还有一组就是被称为柱体的夜间传感器，其对蓝光非常敏感，但对红色不太敏感。

我们的视觉灵敏度随着光不断变暗而发生变化，这是因为柱体和视锥的反应最强点对应不同的波长视锥细胞的集体反应使人眼在白天对可见光谱中的绿色和黄色波长最为敏感柱体对较短的蓝绿色波长的反应最强对蓝色敏感的视锥细胞数目虽大大超过其他类型的视锥细胞，但其作用是在夜晚感知亮度，并对靛蓝色光波最为敏感。

结果，晚上LED路灯的富蓝光看起来比高压钠灯的黄光更刺眼，即便两者发出的流明数相同；流明数是根据眼睛在白天的反应测量出来的数值鉴于这些事实，一些专家认为蓝光LED灯的色温比较高，可提高夜间能见度有人建议说，调低灯光的强度，蓝色LED会让我们看到更美的夜晚。

然而，弗吉尼亚理工大学交通学院安全系统基础设施中心的主任罗恩•吉宾斯（Ron Gibbins）表示，他做了很多实验，结果并不支持这个观点他发现，司机的眼睛不完全适应黑暗，因此不会受益于柱体对蓝光的高敏感度。

其他同行评审的研究发现，一部分视网膜可以在同一时间适应不同的光水平这表明，人眼内一直注视道路边缘的柱体可能会更好地适应较低的光照水平，因此这些柱体比那些集中在人眼正中的柱体对富蓝光更敏感同时，不断有证据表明，增加户外照明的蓝色成分会加重其对人类和野生生物的生理影响，导致人们怀疑把LED路灯安装在附近是否明智。

已退休天文学家克里斯•鲁金布尔（Chris Luginbuhl）是位于亚利桑那州的弗拉格斯塔夫黑暗天空联盟的活跃分子他说，我们一直在向室外环境中添加照明，但直到最近的10至20年间，专家才意识到其对野生动物、人类健康和居民欣赏夜空造成的后果。

2014年，鲁金布尔和他的同事们发现，如果那些LED灯未能妥善安置，那么由于空气分子对蓝光的散射比对黄光和橙光更强烈，与同等强度的钠灯相比，发出蓝光的街灯会给夜空增加一层强光更糟糕的是，纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院的交通和安全照明项目的带头人约翰•布洛（John Bullough）发现，“眩光”影响——这可能会让眼睛无法关注物体——在蓝光中最为显著。

这带来的不仅是不便过去15年的研究表明，人类和其他动物的眼中含有被称为黑视蛋白色素的非视觉受体，可以感应蓝光我们的身体利用这种反应来控制我们的昼夜周期：人随着清晨里光的增加而醒来；中午光密度最高时活动达到高峰；在黄昏进入睡眠。

环境里的光照总量对生物钟的影响最大，而这种蓝光反应是一个重要的因素不合时宜而出现的蓝光会抑制人体内睡眠荷尔蒙褪黑素的生成，从而扰乱睡眠几年前，你可能已经注意到，在睡前看智能手机或其他LED显示屏不好富蓝光的户外LED灯的效果也是差不多的：据估计，这些路灯对与睡眠相关的昼夜节律的影响是传统路灯的5倍。

生态学家们也早就知道，夜间光照的颜色和强度可以影响小虫子、蝙蝠和鸟类等多种野生生物英国埃克塞特大学的罗宾•萨默斯-耶茨（Robin Somers-Yeates）在2013年发现，蓝色灯光会吸引夜间活动的蛾，这就出现了蝙蝠飞舞的盛宴。

英国布里斯托大学的加雷思•琼斯（Gareth Jones）说，鼠耳蝠是一种重要的慢飞类蝙蝠，由于会被其他飞行速度快的蝙蝠捕食，它们会本能地避开光其中一个最好理解且最严重的例子是蓝色光照对濒临灭绝的海龟的影响。

它们孵化小海龟时会匆匆走向月光下的海洋，但海滨度假村的蓝色灯光把它们赶到内陆，因而滞留下来或遭到掠食者捕获即便它们已经到达水里，电灯也可以再把它们吸引回陆地为了保护海龟，佛罗里达州的鱼类和野生动物保护区现在的任务是，规定海龟筑巢区的户外路灯要采用颜色为琥珀色、橙色和红色并且波长超过560纳米的户外照明。

只要这些灯光的波长在限制范围内，那么LED灯对海龟就没有影响欧洲联盟资助了被称为“夜间网络损失”的组织，旨在支持LED灯研究和其他户外照明对生物的影响但相关生态研究需要几年的艰苦观察，目前很少有人研究不同颜色光谱对野生动物的影响。

与此同时，出于对自身健康、环境和生活质量的考虑，人们也在表达着不满布鲁克林、西雅图和休斯敦的一些居民已经加入了IDA，并打击富蓝光LED路灯照明装置在加拿大，公众公开抗议，希望废除蒙特利尔耗资8400万美元的LED路灯计划。

在我问及早期被采用的富蓝光LED灯的问题时，DOE回答称，他们并没有推荐特定色温值的LED路灯，之所以提供了关于能源效率等级和色温的信息，是为了让买家做出明智的选择不幸的是，正确的选择并不总是很明了的，在2014年加利福尼亚州戴维斯市安装色温值为4000开尔文的 LED路灯仅数月后，大量的投诉促使官员花费35万美元重新采购低效率的2700开尔文LED灯，取代了其中650盏新灯。

明亮的夜晚：波士顿安装了LED路灯来替换南端附近的水银灯和高压钠灯泡I-93大道上的旧灯（上图右上角）由马萨诸塞州交通部维护那些LED照明制造商已经注意到公众对富蓝光LED灯怨声载道了今年，美国LED照明顶级制造商科瑞公司开始提供每瓦流明数与4000开尔文LED灯（现代钠灯色温2100～2300 开尔文）相同的3000开尔文LED灯。

科瑞公司的技术突破在于引进了高效率的红光LED灯相比于在白光LED灯中加入红色荧光粉，直接发出红光的LED灯的每瓦流明数更高户外照明产品营销公司副总裁埃里克•米尔兹（Erik Milz）说，红光LED灯既有高压钠灯温暖的外观，又具有寿命长、发光效率高的特点。

这种技术不是消除蓝色而是减少蓝色DOE估计，3000开尔文LED灯的灯光中有约20%为蓝光，4000开尔文LED灯的灯光中有30%为蓝光，而高压钠灯泡发出的灯光中有10%为蓝光波士顿大都会区规划委员会的能源协调员帕特里克•罗奇（Patrick Roche）说：“社区喜欢温和的灯光。

”对IDA来说，3000开尔文LED灯是个好消息，欧洲夜间网络损耗协会（Loss of the Night Network）和美国医学协会建议把这一色温值设为最大值在图森市75英里范围内，配备了价值约10亿美元的望远镜用于研究。

这个城市正在安装3000开尔文的LED灯在南加州，蒙拉德所在的咨询公司正着手开展帕洛马天文台附近十几个社区的路灯照明计划该项目的路灯色温上限为3000开尔文，但蒙拉德正在倡导色温为2700开尔文的LED灯，也就是普通白炽灯泡的颜色。

蒙拉德还有另一个设计技巧：在同一固定装置中混合不同颜色的LED灯他将琥珀色光的LED灯和3000开尔文LED灯安装在南亚利桑那州的一所学校当工人回家后，白色的LED灯关闭，打开琥珀色光的灯，使得对天文学家和野生动物的影响微乎其微。

同样，马萨诸塞州剑桥市安装了无线控制系统，在车流较少时，降低新型LED路灯的亮度这除了能减少凌晨几个小时的照明外，如果有居民抱怨，城市工人还可以操控并调低灯光亮度在欧洲，一些汽车上会使用自适应前照灯，而在美国这是不合法的。

这种灯可以进一步减少对街道照明的需要，司机可以使用高光束在夜晚看到更远的地方这些系统能检测到迎面而来的车辆，并降低高光束正前方的亮度，而保持其他方向的光束以照亮道路伦斯勒的布洛说：“这会改变我们对道路照明具体需求的确定方法。

”另一种有前途的方法是开发光学系统，在灯光照到路面之前，减少LED设备的光强度科锐公司引进WaveMax的技术，利用透明波导从LED灯中收集灯光，并将灯光传导至发光处这种效果类似于磨砂白炽灯，将光亮拓展到表面。

正如其他节能技术一样，LED灯面临的挑战是如何在不引发更多环境问题的前提下提高能源利用效率幸运的是，LED技术非常灵活其宽广的颜色范围及其对自适应技术的易用性，会使我们开发出更好的街道照明：不仅可以照亮一个街区，而且可以将对野生生物和居民的影响降到最低。

现在回想起来，DOE和许多市政当局本应放缓推广第一代户外LED灯的速度，而非不理智地进行大更换但我们不能把错误完全归咎于他们我们大多数人都生长在有路灯的地方，我们往往认为路灯就是无趣的实用设施早期引入LED照明所产生的动荡，迫使我们不得不用另一个视角看看夜间照明可能是什么，或者应该是什么。

正因如此，LED灯的未来看起来更明亮，并且更适合我们的双眼■作者：Jeff Hecht摄影：Bob O’Connor