防治城市光污染

孙瑜

摘要：随着城市发展速度越来越快，在杭州等一线城市有了越来越多的建筑使用玻璃外墙，产生了一种新的城市污染—光污染，但是并不是所有人都能意识到它的危害性。因此，我们设想运用光敏传感器和智能语音控制系统实现将百叶窗物联网化，在常用的双层玻璃幕墙中镶入特殊材料所制的百叶窗，通过感受外界温度和湿度来调节感光，防治城市光污染。

关键词：光污染 城市玻璃幕墙 光敏传感器 智能窗帘

1 光污染的定义和分类

光污染，是指燥光对环境产生的污染。燥光，是环境污染物。广义的光污染包括一些可能对人的视觉环境和身体健康产生不良影响的事物，包括生活中常见的书本纸张、墙面涂料的反光甚至是路边彩色广告的‘光芒亦可算在此列，光污染所涉及的范围之广由此可见一斑。在日常生活中，人们常见的光污染的状况多为由镜面建筑反光所导致的行人和司机的眩晕感，以及夜晚不合理灯光给人体造成的不适感。

一般将光污染分为 3 类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染[2]。

2 光污染的危害

2.1对人体的影响

白亮污染会使人头疼心烦，甚至发生失眠，食欲下降，情绪低落等神经衰弱症状。人工白昼会引起人睡眠质量降低、失眠，扰乱人体生物钟。

2.2对环境的影响

光合作用是植物生长的源泉，越来越多的城市照明延长了白天的时间，人工光照破坏了它们的生物周期，它们新陈代谢也受到影响。城市里的鸟因灯光四季不分，人工光常使鸟类在迁徙的时候迷失方向，城市里亮如白昼的夜晚及持续不断的噪声使它们极难适应，它们无法遵循正常的活动规律。

2.3对天文观测的影响

由于光污染，天光亮度大增，使得勘测星空变得困难，中科院紫金山天文台观测站的夜间观测已几乎荒废。日益严重的光污染剥夺了人们观赏星空的乐趣。

3 玻璃幕墙----有害光反射

3.1研究背景

随着我国城市建设的不断发展，大面积采用玻璃幕墙的建筑已随处可见，现在人们购房更加追求建筑的采光和艺术设计感，喜欢选用玻璃幕墙，而与砖、混凝土相比，玻璃幕墙施工方便，可以减轻高层建筑的重量，也受到设计者的青睐。

3.2玻璃幕墙大量使用的危害

从玻璃幕墙反射的刺眼的光可以破坏人眼视网膜上的感光细胞，产生瞬间眩光干扰司机，极易造成交通事故。烈日下驾车的司机会因玻璃幕墙的反射光而引起突发 性暂时失明和视力错觉， 极易发生交通事故， 且眼睛长时间受强烈刺激，极易引起视觉疲劳， 导致驾驶员出错。由此可见，不合理的玻璃幕墙建筑威胁着城市交通安全。

由玻璃幕墙折射出来的白炽光不仅比太阳光的亮度大，而且还有聚焦的作用，会使被折射的物体升温，其强光折射到居民区和办公室也引起了许多民事纠纷。

3.3目前使用的玻璃幕墙类型

早期使用的玻璃幕墙中，大量采用全镀膜玻璃和高反射率玻璃[5]。现代使用的新型玻璃，如越来越多的Low-E玻璃，彩釉玻璃，这一切技术手段都可解决光污染的问题。以透明度划分，中空Low-E玻璃可分为高透型和遮阳型两种。从镀膜层数工艺上划分，中空Low-E玻璃还可以分为单银和双银两种。

4 相关物理原理

4.1光敏传感器工作原理

光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

4.2红外线接收原理

红外线发射接收器件红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，具有体积小、功耗低、功能強、成本低等特点，在电视机、空调等大小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。

5智能百叶窗系统方案设计

双层玻璃幕墙中镶入百叶窗式的材料，能够使入射光线产生漫反射，从而减少光污染。智能百叶窗控制器利用红外遥控器和接收元件，完成对窗帘的打开和关闭以及一些智能设置功能。采用语音识别传感器采集语音信号、步进电机对窗帘进行升降控制，它利用光敏传感器、雨滴传感器（通过雨水作为导体导通或者空气中的湿度来作为判断标准）来采集数据。还能够通过选择一定时间来自动完成窗帘开关功能。通过智能调节反射角度与百叶窗间隙调节后在不影响采光的条件下减少光污染。

6应用前景

光污染是在特定时间段内，特定角度下产生的视觉污染。根据这个特点，在设计时，应避免特定时间段内或特定角度下影响周边用户[1]。智能控制窗帘系统可以实现智能终端产品对窗帘的远距离遥控和智能采光变化，适合普通家庭生活中窗帘的使用，也能应用于工作、商场中，普及到大众化。随着人们对生活高质量的追求，智能控制窗帘未来将在市场上拥有更大的应用前景。

参考文献

[1]李娣娜，马惠铖，王海军.一种智能窗帘控制系统的设计[J].电子制作，2018（17）：31-33.

[2]李玲，牟瑞芳，潘海泽.光污染与城市建设[J].工业安全与环保，2006（12）：56-57.

[3]左犀.城市的光污染和隐患——从北京城市建设中的玻璃幕墙说起[J].北京政协，1997（03）：14-15.

[4]曹辉.玻璃幕墙的光污染控制分析[J].建筑，2009（02）：65-66.

[5]詹书武.玻璃幕墙与“光污染”[J].上海建设科技，2007（S1）：43-44.

[6]林若慈，张建平，赵燕华.控制玻璃幕墙的有害光反射[J].照明工程学报，1999（03）：73-76.

[7]刘景立.生态城市建设中的光污染问题[J].灯与照明，2003（01）：25-27.

[8]刘甲丽，杜选，陈立江，尹海楠，郭栋，吴昊.基于嵌入式平台的智能窗帘开发[J].电脑知识与技术，2019，15（05）：234-235+237.

[9]龙小丽，李欣雪.一种基于单片机的窗帘控制系统设计[J].电子世界，2019（10）：176-177.