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如何减少室外LED照明造成的光污染?

2021-05-20 09:04:51 Yoelit Hiebert 阅读:
曾在夜间乘飞机飞过城市上空的人都知道,灯火通明的景象令人着迷,但不幸的是,这些灯光可能产生严重的不良影响,特别是对野生动物和植被。

新年假期,房屋和企业都装饰着节日灯,其中许多都装有LED。这些装饰通常只会在节日晚上亮一段时间,但那些全年常亮的永久性照明装置就不一样了。iXtednc

曾在夜间乘飞机飞过城市上空的人都知道,所有这些灯光的景象令人着迷,但不幸的是,它们会使天空发光,可能产生严重的不良影响,特别是对野生动物和植被。iXtednc

随着照明行业逐渐减少使用传统光源(例如用于户外照明的高压钠或金属卤化物),人们越来越重视如何将室外LED装置造成的光污染减至最小。iXtednc

GFZ德国地球科学研究中心最近在亚利桑那州Tucson发布了一项关于城市街道照明的研究结果,深入分析了设计良好的LED灯具将如何最大程度地减少光污染。Tucson是使用LED照明最多的城市,几乎所有路灯都已升级,并且具有无线通信和调光功能。该研究于2019年3月和4月进行了10天,通过美国Suomi国家极地轨道合作伙伴(NPP)卫星在夜间获取Tucson地区的图像。在一些夜晚中,总共19,500个路灯中的大约14,000个被设置为全亮度,其他时候则设置为30%的亮(图1)。iXtednc

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图1:由NASA卫星Suomi NPP捕获的图像显示了Tucson的街灯设置为全亮度和30%亮度时的夜间照明景象。iXtednc

研究小组得出的结论是,Tucson市大约20%的夜间亮光来自街灯,其余则由建筑标志和幕墙、商店橱窗、运动场等产生。如果这些结论适用于其他城市,则表明LED照明设计也许能解决光污染问题。iXtednc

为了最大限度地减少光污染或杂散光,灯具设计人员使用的最重要的工具是“BUG”评级系统,“BUG”代表背光、向上照射光和眩光。BUG评级系统是由照明工程协会(IES)与国际黑暗天空协会(IDA)联合开发的,可以提供一种统一的方法来评估室外照明产生的杂散光量。iXtednc

室外环境中的杂散光有害无益,它不仅会导致天空发光,还会导致不必要的能耗。杂散光的例子有侵入光(即从不希望的位置射入的光,例如从街灯射入附近窗户的光),有助于天空发光的向上照射光,还有眩光(与视线平齐的过多的光会导致不适或视觉障碍)。iXtednc

根据图2所示的三个区域中每个区域测量的流明输出,可以得到BUG评级。iXtednc

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图2:BUG评级是根据三个区域中每个区域测量的流明输出而获得的。iXtednc

顾名思义,背光是指在照明设备后面发出的光。背光区域可进一步分为四个子区域,分别对应的发射角度从0度(即光向下指向地面)到90度(大部分光与地面平行指向外面)。同样,眩光区域也分为四个子区域,从低眩光到高眩光发射角度增加。向上照射区域仅包括两个子区域,一个区域包含主要指向上方的光,另一个区域包含主要指向外面的光。iXtednc

IES TM-15-11(室外灯具分类系统)的查找表中引用了所测得的上述每个分区的流明,分配给每个参数的值在0~5范围内,BUG评级就是在此基础上确定的。例如,将BUG等级B0 U0 G0分配给发出向下照射光的照明装置;B2 U0 G2的BUG等级分配给大部分照射光向前和向后发射、但不向上发射的照明装置。请注意,BUG等级只是确定照明装置是否适合特定照明应用的一个因素,通常BUG等级越低,光污染的可能性就越低。iXtednc

(本文授权编译自EDN美国版,原文参考链接:Minimizing light pollution caused by outdoor LED lighting,由Jenny Liao编译。)iXtednc

本文为《电子技术设计》2021年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里iXtednc

责编:Jenny LiaoiXtednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Yoelit Hiebert
Yoelit Hiebert过去十年一直从事LED照明领域的工作,在行业制造和最终用户方面拥有丰富的经验。 她与照明工程协会一起,积极参与固态照明和控制标准的开发。Yoelit拥有密苏里科技大学的电子工程学士学位和硕士学位。她是注册专业工程师,通过认证的能源经理,并获得了国家照明行业资格认证委员会的照明认证。
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