何開均：關(guān)于十城萬盞工程實施的N個相關(guān)問題

　　科學(xué)發(fā)展才有可為

　　——關(guān)于“十城萬盞”工程實施的N個相關(guān)問題

　　半導(dǎo)體照明技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展比人們預(yù)期快得多，LED光源的某些特性是以往任何人造光源所無法比擬的，如色彩豐富、色飽和度高、光束集中、固態(tài)發(fā)光、響應(yīng)速度快、亮度和顏色均可數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制與調(diào)節(jié)等等。這些新特性的廣泛應(yīng)用將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)照明的經(jīng)驗和習(xí)慣，引發(fā)照明理念和光文化的變革，推動照明產(chǎn)品向以人為本和更人性化的方向發(fā)展，科技部啟動“十城萬盞”半導(dǎo)體照明示范工程將把LED推向更廣闊的市場，促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)做大做強。

　　照明是涉及多種學(xué)科和多種技術(shù)領(lǐng)域的綜合性工程技術(shù)，人的視覺特性和視覺認(rèn)知決定了對照明的量和質(zhì)的需求，不但要考慮半導(dǎo)體技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新，還要考慮和關(guān)注美學(xué)、藝術(shù)、哲學(xué)、人體工效學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)性問題，綜合集成來滿足人們對日益增長的對生活質(zhì)量的追求。目前的狀況是沒有一個權(quán)威、一所大學(xué)、一個科研機構(gòu)或一個企業(yè)能全面了解照明科技的內(nèi)涵，因此，照明是一個更應(yīng)以人為本、貫徹科學(xué)發(fā)展觀、集成技術(shù)創(chuàng)新的科技領(lǐng)域，從科學(xué)發(fā)展的視角，我們僅列出一些有爭議、概念模糊和需要研究探討的問題，供大家研討。

　　城市道路照明是“十城萬盞”的主要應(yīng)用方向嗎？

　　高壓鈉燈在城市道路照明三十多年的發(fā)展歷程中已是成熟的高效光源，改進(jìn)的有高顯色性高壓鈉燈，新光源除LED外還有PHILIPS低色溫陶瓷金鹵燈和無極燈等。大部分專業(yè)人士觀點和試驗表明：LED在發(fā)光效率、穩(wěn)定性、可靠性、耐熱性、色溫、配光、可維護(hù)性、性價比等方面不如以上光源，目前LED路燈的整體水平達(dá)不到主干道照明的“城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”。用LED路燈改造主干道或支路的主要問題有：一是穩(wěn)定性差，維修和更換頻率高；二是總光通量不足，達(dá)不到“城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”要求；三是市民反映多，特別是郊區(qū)或農(nóng)民反映大，他們說城里的路燈換了一茬又一茬，從亮的又換成不亮的，我們什么時候能裝上路燈就好了。

　　根據(jù)目前LED路燈的技術(shù)水平，主要用于8米以下的支路、輔道、步行道、居民區(qū)道路，用于農(nóng)村城鎮(zhèn)化、城市郊區(qū)新建道路，用太陽能光伏或風(fēng)光互補發(fā)電和LED組合的路燈照明系統(tǒng)，這樣用納稅人的錢辦社會和諧的事，又能節(jié)能降耗。

　　LED道路照明用照度指標(biāo)評價還是用亮度指標(biāo)評價？

　　現(xiàn)在每年有關(guān)LED道路照明的論文或演講數(shù)以千計，會議頻繁，應(yīng)接不暇，其中不乏大腕專家或大企業(yè)總工程師，他們對駕駛員的視覺作業(yè)特點，人的視覺功能和視覺信息的了解甚少，大部分的論文或演講都用路面照度、路面平均照度、照度均勻度等指標(biāo)評價LED路燈或LED道路照明設(shè)計，而發(fā)達(dá)國家自80年代以來就開始采用“亮度標(biāo)準(zhǔn)”，中國建筑科學(xué)研究院李鐵楠研究員在他的著作《城市道路照明設(shè)計》和多次演講中都強調(diào)“根據(jù)視覺作業(yè)來選擇照明標(biāo)準(zhǔn)”；“道路照明的評價指標(biāo)（包括視覺功能性和舒適性兩個方面）：路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度、失能眩光（閾值增量）、環(huán)境比、誘導(dǎo)性等”，這些指標(biāo)已列入：“城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CJJ45-2006”中，其目的是照明要提供盡可能明亮的路面，在相對明亮的背景下，看得見物體的剪影或來自高反射物體的反射光，只有在某些特殊情況下，無法用亮度指標(biāo)來評價道路照明時采用照度指標(biāo)。同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃院鄒吉平、李麗等，在《重視道路和隧道照明中亮度與照度的關(guān)系》（照明工程學(xué)報08，2009）文中，對國內(nèi)外隧道燈測試比對，照度相同，而進(jìn)口隧道燈的亮度比國產(chǎn)燈高80%。我們有些搞“十城萬盞”的專家分不清發(fā)光強度、亮度、照度、光通量的概念中哪些是是客觀量，哪些是與人眼有關(guān)的主觀量；90%的專業(yè)書刊將發(fā)光強度定義為：“光源在給定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量”；把亮度與照度簡單的用比例關(guān)系換算，甚至把亮度誤認(rèn)為照度，在標(biāo)準(zhǔn)中也采用路面照度均勻度來表征LED路燈的發(fā)光強度。這些不科學(xué)的問題也是導(dǎo)致我們的LED路燈不成熟的原因之一，科學(xué)發(fā)展LED路燈任重道遠(yuǎn)，有很長的路要走，不能急功近利。

　　道路照明要用中問視覺光譜光視效率函數(shù)修正嗎？

　　由于人眼椎體細(xì)胞和桿體細(xì)胞對不同亮度和光譜的敏感度不同，平均人眼在亮度大于3cd/時，椎體細(xì)胞起作用，稱為明視覺，人眼的椎體細(xì)胞對555nm波長的光視效率可達(dá)683lm/w。在亮度小于0.001cd/時桿體細(xì)胞起作用，稱為暗視覺，人眼桿體細(xì)胞對507nm波長最敏感，其光視效率可達(dá)1725lm/w，而亮度范圍在0.001—3 cd/之間稱為中間視覺。我國城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定機動車路面平均亮度在0.5 cd/-2 cd/之間。處于中間視覺范圍，因此有許多人提出LED偏藍(lán)光成分多，人眼敏感度提高，Led路燈的光效要乘1.6倍，而鈉光燈發(fā)黃光，人眼不敏感，鈉光燈光效要乘0.64，這樣計算效修正LED的光效就比鈉光燈高了，實測結(jié)果是我國大部分城市機動車主干道的照明都超過國家標(biāo)準(zhǔn)，都在明視覺范圍，再加上車燈的亮度疊加，都大于3cd/，即使是0.1cd/，相當(dāng)于無路燈照明的月光下，與3cd/只差一個數(shù)量級，光譜光視覺效率函數(shù)曲線移動很少，因此即使國際上每年有許多討論中間視覺的論文，也沒有結(jié)論要用中間視覺光譜光視效率函數(shù)修正道路照明光源的發(fā)光效率，即使是較暗的照明條件下，提高了光源的顯色性，人的主觀感覺輝度也僅能提高20%—30%，不可能成倍的提高。

　　LED路燈能帶動當(dāng)?shù)豅ED產(chǎn)業(yè)能做大做強嗎？

　　現(xiàn)在各地政府都以高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)；轉(zhuǎn)變增長方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的方向；節(jié)能減排、環(huán)保減碳等名義，大上LED路燈，企業(yè)忽悠政府，政府又忽悠企業(yè)，認(rèn)為給幾條路做LED示范工程就能扶持一個產(chǎn)業(yè)起來。

　　正如廈門2005年大搞LED夜景工程一樣，從2005到2007年先后有24家企業(yè)參加廈門夜景工程建設(shè)，后來又推廣到全省，廈門的主要骨干企業(yè)也參加了，當(dāng)時除了美化城市、繁榮經(jīng)濟(jì)外，主要是通過夜景工程扶持本地產(chǎn)業(yè)，做大做強，經(jīng)過近5年的發(fā)展，至今還剩少數(shù)幾家企業(yè)做LED景觀燈，沒有一家企業(yè)產(chǎn)值過億元，以此為鑒，許多城市想給幾條路燈做LED工程就能扶持一個產(chǎn)業(yè)起來是太理想化了，LED路燈已被炒作為過度投資過度競爭的高風(fēng)險行業(yè)，現(xiàn)在做LED路燈的企業(yè)大部分都很可能成為先烈。

　　當(dāng)前和未來相當(dāng)一段時間，LED背光源仍是LED應(yīng)用的主要領(lǐng)域，充分利用和發(fā)揮LED的特點，根據(jù)目前的技術(shù)水平，LED在商業(yè)照明、辦公照明、特種照明、車庫、冷庫、潔凈室、連鎖店、珠寶店等領(lǐng)域和場所多元化的應(yīng)用有廣闊的前景，我們認(rèn)為正確引導(dǎo)LED的應(yīng)用方向、科學(xué)發(fā)展，才有可為。

　　LED技術(shù)在飛速發(fā)展，存在問題是必然的，而LED引發(fā)照明的生理光學(xué)和心里光學(xué)效應(yīng)是當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)的前沿，我們應(yīng)該正視這些問題，廣泛研討這些問題，提出創(chuàng)新的解決方案，以推動我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。中國是照明電器第一大生產(chǎn)國和使用國，LED正在引發(fā)CIE和IEC等國際標(biāo)準(zhǔn)委員會新一輪標(biāo)準(zhǔn)的修訂，科學(xué)的發(fā)展半導(dǎo)體照明應(yīng)用，我們和各國處在同一起跑線上，照明是涉及多種學(xué)科群組，我們希望針對“十城萬盞”半導(dǎo)體照明示范工程中的一些爭議或待研究探討的問題，在科技報刊上開辟專欄研討，百花齊放，百家爭鳴，從不同的技術(shù)領(lǐng)域和不同的視角發(fā)表不同的觀點，集思廣益，促進(jìn)我國在照明領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展，從有所作為到大有可為。