市政照明(municipal lighting)是一個巨大的LED市場。美國大多數的城市中或多或少都安裝了一些LED街燈,還有少數幾座城市已經完全轉換至LED照明了。LED一直被認為更適於街道照明,但在2016年,當美國醫學會(AMA)警告某些LED對夜間駕駛和人類健康可能產生不利影響後,它們的吸引力大減。從那時起,在照明專家以及對LED街燈感興趣的許多城市之間不斷掀起針對這一警語的各種爭論。

AMA警告說,高密度LED照明不利於夜間駕駛,因為肉眼看起來是白色的部份(藍光頻率)在一部份光譜中產生的照明過於強烈,因而被認為是可能影響駕駛的眩光。此外,AMA還指出,這些光的頻率可能抑制人體中的褪黑激素,從而導致失眠、日間的生產力降低以及甚至肥胖等問題。

AMA建議盡量減少光譜中藍光部份的輸出,並做好眩光保護。在討論光源呈現時的品質因數是相關色溫(CCT),其單位以開爾文(Kelvin)溫度(K)表示。大多數已安裝的LED街燈額定值CCT大約介於3,000K和4,000K之間。由於藍光照明的影響,AMA建議道路安裝的燈具應為3,000K或更低。

美國能源部(DOE)旗下的市政街燈固態照明聯盟(MSSLC)持續針對AMA提出問題作出反應。MSSLC指出,在測量LED照明的褪黑激素輸出時,CCT並不是唯一要考慮的因素。

在有關LED街燈的討論中,「褪黑激素」(melanopic)一詞不斷出現。但它或許是太新或太深奧,以至於一般字典中還找不到這一詞。「黑視素」(melanopsin)是一種光色素——一種蛋白質,出現在視網膜中,而且與晝夜節律(如生理時鐘)有直接關係。「褪黑激素」解釋了某些類型的光由於誘發黑視素而影響了人們的睡眠週期。LED街燈照明就是最佳的例子。

據MSSLC表示,針對LED街燈的褪黑激素輸出進行評估與測量時,除了CCT之外,還必須考慮其他許多因素,包括燈具的輸出、燈具類型/配光以及照明設計。照明工程師可以均衡考慮這些因素,在符合AMA降低褪黑激素輸出的建議下,設計出具有更高CCT值的LED燈。

早在AMA發出警告之前,美國波特蘭市(Portland OR.)即已開始更換其鈉街燈了,在那之後也仍持續進行。如今,這座城市中大約有45,000盞街燈,幾乎全部都採用LED,而且大部份都是4,000K色溫的LED燈。裝飾燈(例如都會公園)則均為3,000K。在波特蘭的市政網站上,波特蘭交通局(Portland Bureau of Transportation;PBOT)針對該新照明的常見問答(FAQ)中回應了AMA的警告,包括提供有關其他資訊的鏈接。因為許多波特蘭人對於這些健康警告傾向於絕對支持的態度。

LED street lights-Portland

越來越多的城市開始換裝LED照明以取代鈉街燈。新的LED燈效率更高,而且其生命週期成本也已經大幅降低了。圖中是美國波特蘭市的26號公路(Route 26;Powell Blvd),該城市擁有的45,00盞街燈幾乎都採用了LED(來源:EDN)

其他以LED取代大部份鈉街燈的城市還有波士頓(Boston)、洛杉磯(LA)和西雅圖(Seattle)。然而,在其他的美國城市中,大多數的街燈仍然採用高壓鈉燈(HPS)。鈉燈的特點是發出橙黃色光,由於其發光效率較白熾燈和螢光燈更好,因而對街燈照明而言十分具有吸引力。

但它也有缺點。波特蘭市發現,採用HSP街燈時,太多的光線會聚焦在其所安裝的燈柱底部,而不足以填滿各燈柱之間的空間。鈉光也是單色的,因而易於導致難以處理的顏色失真。此外,廢棄鈉燈的處置也很困難,因為其中含汞。

然而,LED可望降低維護成本、降低能源成本,且其使用壽命比市政照明的其他選擇更持久。PBOT稱以往必須每5年更換一次舊的鈉燈,而新的LED燈預計將可持續24年。

LED燈的價格也一直在穩步降低中,預計還會再進一步降低。PBOT表示,在2000年時,其所安裝的某個LED燈具品牌和型號(Leotek ECobra)成本約為500美元,但到2018年時已降至每個124美元了。

相形之下,HPS燈目前仍然較為便宜,每個110美元,所以當一座城市以LED取代50,000盞街燈時,將面對大約70萬美元的額外前置成本。市政當局一直在爭取預算,畢竟就算是對於一座大城市來說,這也不是一筆小數目。

但即使購買HPS的成本較低,只要考慮其壽命長短,從長遠來看,LED其實更具有經濟效益。在一座採用LED街燈的城市必須為LED汰舊換新之前,採用HPS的城市可能已經需要至少2輪更新經費了。同時,據PBOT指出,「因為LED可持續更久且易於維護,該市預計在LED的產品生命週期間將降低75%的維護成本。」

新的街燈每盞功率29W,而更換的鈉燈為118W。支持者還主張,LED街燈的光線反射比鈉燈的光線反射更少,從而盡可能地減少光污染。

假設關於LED的工程主張正確,就算前置成本略高,LED也會是市政街道照明的更佳選擇。就算AMA對於LED街燈照明的最大顧慮也經證實,LED街燈的經濟性仍更具有吸引力,並可能超越健康顧慮而存在。不可避免的似乎是,與都會區生活有關的黃橙光街燈最終將成為回憶。

對於希望獲得更多資訊的市政工程師而言,MSSLC是其主要的資訊來源,提供包括多種照明相關的工程數據。2014年成立的MSSLC目的在於協助計劃導入LED的城市。在DOE的能源效率和可再生能源辦公室營運之外,MSSLC「代表著感興趣的城市、電力供應商、政府組織以及其他機構之間的協調力量,以盡可能地減少工作重複,並將可能的風險分散至多個位置。」它本質上是一個由DOE資源支援的使用者團體。

那些所謂的「資源」主要是指知識庫。根據美國聯邦標準,該組織的預算僅幾百萬美元。也就是說,提供有關可用技術的資訊,以及偶時的適度補助金,已足以讓一些城市啟動街燈更新。計劃安裝LED照明的城市不必從頭開始,而且可以從已經導入該技術的其他經驗中受益。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Weighing the costs of LED street lights,by Brian Santo)