随着国家双碳建设不断深入，照明节能步入快车道，传统照明逐步被LED照明所取代，照明节能有望成为率先完成减碳目标的行业之一。
照明节能降碳的重点似乎已转向制造领域及智慧节能。而制造加工、智能管控几乎适用于所有行业，严格意义上来说不能归属于照明技术减碳范畴。照明节能除了提高灯珠光效外还可通过减少溢散光、优化照明应用场景来进一步提升。本文谨针对减少溢散光实现极致高效节能做些探讨。
如何减少溢散光？照明设计师做了大量的控光模拟，但收效甚微。我们知道，LED照明原理是通过灯珠依矩阵式排列组成光源来实现的，每颗灯珠都具有向下发光特性但彼此发光角度不同向，虽经过二次配光，仍难以避免灯具内全反射光过多而形成溢散光。整灯光效越大，溢散光越多。这也是为什么功能性照明灯具效能越高，环境亮度越高，却未进一步降低能耗的主要原因。以路灯照明为例（下同）。满足路面亮度（照度）前提下，不同效能等级LED路灯替代高压钠灯，节能率均在30%~40%之间，并未存在明显差别。高效能灯具用于功能性照明反而会制造更多光污染、影响到城市暗夜环境。目前国际社会对治理光污染呼声很高，国际照明协会、联合国环境署都先后发表声明对照明场景应用做出严格界定与警示规范。天文台及天文爱好者，教育、医疗机构专家学者，动物保护组织也疾呼，光污染己严重影响天文观测、人们的健康睡眠以及动物迁徙，已成为非解决不可的城市顽疾。上海市十五届人大己率先在全国立法，在严重的光污染区域，对用能单位违规行为可做出相应行政处罚。
就目前行业发展来看，现行规范标准尚未充分意识到高光效照明灯具会产生如此大的“副作用”，且仍在鼓励优先选用高效能产品。这里需要澄清的是，并不是所有应用场景使用高效能灯具都是弊大于利，比如室内空间、体育场馆等场所，在满足标准亮度前提下，使用高效能灯具更有利降低成本。这里重点阐述的是，室外空间满足功能性照明场景需求前提下，该如何避免光污染对环境的侵扰，从而挖掘更大节能潜力。
图示案例为经过控光后减少了空间亮度，增加了路面照度。
如前所述，目前，二次配光技术尚无法解决因全反射光过多而导致的溢散光增加、降低照明效率难题。控制溢散光可以采取成像光学等其它技术手段实现，但用于户外照明成本畸高且不现实。可以通过有效光组织设计，使得每颗灯珠做到集中反射、同向发光，消除灯具内自由反射光，从而达到精准控光的目的。但同时我们也注意到，同向发光是通过干预出光面手段实现的，一定程度上不可避免的会降低整灯光效，但统一射向特定需求界面的光强却有所提高（光源在特定方向的发光能力增强），即，通过精准管控改变光的行进路径可实现进一步节能，有利于降低功率密度，实现有效光通量最大化。正如远红外光虽肉眼无法识别其“光效”，却拥有强大光强原理相近，符合能量转化守恒定律。
现有照明产品控光都是通过透镜进行二次配光（折射式光学），它是利用光波在不同介质（透镜）其行进方向不同的特性，譬如道路照明，灯杆立于路边是典型的非对称照明，需要通过透镜控制LED光至不同的地方。折射式光学优点在，车行方向配光曲线分布很容易设计成最佳行车照明效果，配光曲线最大值在60~65度。劣势是路宽方向配光曲线分布角度较不易设计，若设计涵盖路幅宽度更大一些会降低照明效率，形成更多全反射光，虽然照明利用率可以满足，但光学总利用率（灯具效率*照明利用率）还是偏低，不利于节能。而矩阵集中反射式光学设计，通过调整设计反射体（导光板）的高度及角度，将LED所发出的光精确引导到所预计的地方。反射式光学设计的优点在于，车行垂直方向（路宽方向）配光曲线分布角度可精准设计，可使光束分布角度涵盖范围略高于路幅宽度，充分把控住照明效率最佳临界点，这样做的好处是灯具效率高，照明利用率高，所以光学总利用率也高，最大限度实现节能。缺点前面提到会损失部分光效，使空间看起来不够亮（相较折射式光学设计）。
任何配光设计带来视觉效果上的些许改变都是难以避免的。为了提高灯具照明效率利用水平，必须降低全反射光。
a光的平面设计：设计路宽方向配光曲线分布角度应尽量收窄，以防止光束落在道路有效范围以外；
b光的空间分布设计：与灯具铅垂线夹角80~90度环形区域范围内的无效光应尽力避免，屏蔽有效照明区域以外的上射光。
附图一左图为折射式光学的光线行径图，灯珠不同向发光导致溢散光过多降低照明效率。右图为有组织控光反射式光学的光线行径图，溢散光生成条件可大大降低。
附图二，上图为未精准控光照明示意图，下图为精准控光后照明效果示意图，通过两图对比可以看出（倒三角区域）无效光被屏蔽了，取得非常好的控光节能效果。
基于以上分析可以得出如下结论
1、任何事物都有利与弊两面性，只有做到扬长避短，才能物超所值。
LED出光效率的大幅度提升使得照明应用场景更加广泛，与传统光源相比，它的高显色性相同功率“看起来”更亮；它的光效更高相同功率更节能。
但这里的“更亮”如未能精准把控，会对夜间环境造成侵扰。我们知道LED的显色指数与光效、色温成反比。适当“降低”光效，反而可以有效抑制光污染；定向提高光强，则更有利于节能；而使用低色温，可以提升雨雾天视觉分辨能力，保持更好的安全性。所以，针对光源特点实施一系列组合应用，可以收到一举多得的实效！
关于灯具效能：
在不同应用场景、不同配光曲线设计条件下，实际测得整灯效能会出现较大的变化。譬如，低位照明、隧道照明等安装高度相对较低的灯具，实测效能很难达到国家强制标准二级以上。节能型路灯也是如此，由于收紧了道路横向配光，灯具光通量更多聚焦于道路区域，最大限度减少空中辉光（无效光通量），整灯光效自然也会随之降低。这进一步说明脱离应用场景及配光谈整灯光效没有意义！功能性灯具效能应与场景实际需求效果相对应，也就是说经检测达到理想照明效果的灯具效能即是我们所需要的最佳适配效能，至于是否一级还是二级能效并不重要。当然，照明效果检测一是要满足设计规范，二是要满足避免无效照明（节能）。这考验灯具控光技术能否匹配最佳配光设计？但遗憾的是，现行强制性能效分级标准还在引导灯具选型尽量选一级能效。这不免让人有些担忧，如果更高的光效不能贡献更大的节能率（光效倍增但节能率依旧徘徊在30%～40% ）那满足照度需求以外的光通量就会成为事实上的光污染。提倡高光效的初衷是为了高节能，应兼顾节能需求并区分应用场景选择适配光效，如把控不好会事与愿违，给用光环境带来危害。毕竟节能降碳才是能效分级的初心所在。最好的配光设计一定匹配相对更低的灯具效能!
3、当前，国家大力推动“能源双控”逐步向“碳排放双控”转变。明确提出，满足使用需求减碳是第一位的。这既是履行对国际社会承诺，也是我国自身发展必然要求。照明行业也应与时俱进，抓住历史机遇，以照明场景为导向攻坚克难，努力推动照明节能朝更高目标跨越。
随着城市化的快速推进，城市功能变得更加多元，居住区、办公区界限变得愈发模糊，功能定位难以精准划分。这也是我们人口大国现实国情。加之人们素有“开门见喜、抬头见光”的传统出行习惯，似乎更容易接受或者适应“色彩斑斓、宛若白昼”的夜间照明。但现实告诉我们，我们所在的星球，更多的能源消耗已无法承载人类活动无节制需求，全球气候变化已为我们敲响了警钟，节制用光并非要减少我们的功能性照明需求数量，而是让用光变得更加精准、更有效率。比起节能这一基本国策，我们的消费习惯也应该有所改变。
4、ESG评价体系建立与完善被越来越多人所熟知，成为国家治理体系重要组成部分。其中环境治理被列为重中之重。光污染是环境治理重要组成部分。宇航员遥望地球，看到最亮的部分便是城市街区照明。倘若采取措施稍加控制，便可避免人造光与日月争辉，人们在自由穿梭的同时可以翘首仰望浩瀚星空。为避免把光送上天空，就要毫不动摇的选择控光型灯具，净化夜空同时，也保护了人类自身的健康以及对动植物侵挠。
“精准控光 按需照明 应照尽照 趋利避害”将成为今后高质量发展所必须遵循的行为准则！
上海易永光电科技有限公司
2024 年5月
