基礎知識

照明質量

2015-12-11 08:40
優良的室內照明質量由以下五個要素構成:
(1)適當的照度水平;
(2)舒適的亮度分布;
(3)宜人的光色和良好的顯色性;
(4)沒有眩光干擾;
(5)正確的透光方向與完美的造型立體感。
不同的應用場所對質量要求的重點可能不同,現分別說明如下。

一、照度水平

1.照度

為特定的用途選擇適當的照度時,要考慮的主要因素是:
(1)視覺功效;
(2)視覺滿意程度;
(3)經濟水平和能源的有效利用。
視覺功能是人借助視覺器官完成作業的效能,通常用工作的速度和精度來表示,增加作業照度(或亮度),視覺功效隨之提高,但達到一定的照度水平以后,視覺功效的改善就不明顯了。圖1說明標準作業的視覺功效ρ(相對單位)在一定情況下,照度E、作業的實際亮度對比C和分辨視角α的關系曲線。
對于非工業區,如交通區和休息空間,不能用視覺功效來確定照度水平,而應考慮定向和視覺舒適的要求。為選擇最佳照度水平進行的大量現場評價和調研表明,就照度所創造的舒適和愉悅而言的視覺滿意程度,是各類室內環境(包括工作環境)在選擇適宜照度時必須考慮的重要附加因素。
在實際應用中,無論根據視覺功效還是從視覺滿意角度選擇照度,都要受經濟條件和能源供應的制約。所以,綜合上述三方面因素確定的照度標準往往不是理想的,而只能是適當的、折衷的標準。
北美照明學會(IESNA)2000年將推薦照度值分為三類,七級(參見表1)。第I類是簡單的視覺作業和定向要求,主要是指公共空間;第II類是普通視覺作業,包括商業、辦公、工業和住宅等大多數場所;第III類是特殊視覺作業,包括尺寸很小、對比很低,而視覺功能又極其重要的作業對象。
 我國于2004年12月發布執行新的國家標準GB 50034—2004《建筑照明設計標準,其中詳細規定了居住建筑及各類公共建筑、工業建筑不同房間或場所的照度標準值。新標準大幅提高了照度水平,基本上與國際接軌,詳見《照明標準》(本站內搜索)。

2.照度均勻度

(1)室內照明并非越均勻越好,適當的照度變化能形成比較活躍的氣氛。但是,工作崗位密集的房間也應保持一定的照度均勻度。
(2)室內照明的照度均勻度通常以一般照明系統在工作面上產生的最小照度與平均照度之比表示,它不應小于0.7。
(3)工作房間中非工作區的平均照度不應低于工作區平均照度的1/3。
(4)直接連通的兩個相鄰的工作房間的平均照度差別也不應大于5:1。

二、亮度分布

室內的亮度分布是由照度分布和表面反射比決定的。視野內的亮度分布不適當會損害視覺功效,過大的亮度差別會產生不舒適眩光。
(1)作業區內的亮度比。與作業貼鄰的環境亮度可以低于作業亮度,但不應小于作業亮度的2/3。此外,為作業區提供良好的顏色對比也有助于改善視覺功效,但應避免作業區的反射眩光。
 (2)頂棚、墻和地面的亮度范圍。應統籌策劃反射比和照度比,因為亮度和兩者的成績成正比,所以它們的數值可以調整互補,工作房間環境亮度的控制范圍(參見表2)。

非工作房間,特別是裝修標準高的公共建筑廳堂的亮度分布,往往根據室內環境創意決定,其目的是突出空間或結構的形象特征,渲染環境氣氛或是強調某種裝飾效果。這類光環境亮度水平的選擇和亮度圖式的設計也要考慮視覺舒適感,但不受上述亮度比的限制。

三、光色和顯色性

光源的顏色質量包含光的表觀顏色及光源顯色性能兩個方面。
(1)光的表觀顏色。亦即色表,可以用色溫或相關色溫描述。光源色表是選擇取決于光環境所要形成的氛圍。例如,含紅光成文的“暖”色燈光(低色溫)接近日暮黃昏的情調,能在室內形成親切輕松的氛圍,適于休息和娛樂場所的照明。而需要緊張地、精神振奮地進行工作的房間則采用較高色溫的燈光為好。
我國照明設計標準按照CIE的建議將光源的色表分為三類,并提出典型的應用場所(參見表3)。
人對光色的愛好還痛照度水平有相應的關系(參見表4)。
(2)光源顯色性能。取決于光源的光譜能量分布,對有色物體的顏色外貌有顯著影響。CIE用一般顯色指數Ra作為作為表示光源顯色性能的指標,它是根據規定的8種不同色調的標準色樣,在被測光源和參照光源照明下的色位移平均值確定的。Ra的理論最大值是100。
 CIE將燈的顯色性能分為4類,其中第I類又細分為A、B兩組,并提出每類燈的適用場所,作為評估室內照明質量的指標(參見表5)。GB 50034—2004《建筑照明設計標準》對各類建筑的不同房間和場所都規定了Ra值。

四、眩光

如果燈、燈具、窗子或者其他區域的亮度比室內一般環境的亮度高得多,人們就會感受到眩光。眩光產生不舒適感,嚴重的還會損害視覺功效,所以工作房間必須避免眩光干擾。

1.直接眩光

它是由燈或者燈具過高的亮度直接進入視野造成的。眩光效應的嚴重程度取決于光源的亮度和大小、光源在視野內的位置、觀察者的視線方向、照度水平和房間表面的反射比等諸多因素,其中光源(燈或窗子)的亮度是最主要的。
 (1)燈具亮度限制曲線。CIE曾推薦燈具燈具亮度曲線,作為評價一般室內照明燈具直接眩光的標準和方法。CIE按照限制曲線直接眩光的不同要求分為5個質量等級,即A—很高質量;B—高質量;C—中等質量;D—低質量;E—很低質量。

根據確定的質量等級、照度水平、燈具類型和布燈方式可以選出一條合適的限制曲線(參見圖2)。將此曲線同擬在設計中采用的燈具和平均亮度曲線進行對照檢驗,只要在最遠端燈具下垂線以上45°角至臨界角γ的范圍內,燈具各個方向上的平均亮度小于限制曲線規定的亮度極限值,則限制直接眩光的要求即可滿足。γ是燈具與眩光評價視點連線同燈具下垂線之間的夾角。
如果燈具平均亮度曲線與圖2中所選的那條燈具亮度限制曲線有交叉,則自交叉點向右引平行線可找到對應的a/hs值,只要長度a與燈具至眼睛的高度hs之比小于該值,則在此范圍內的燈具亮度低于限制亮度值,選用這種燈具不會產生超出相應質量等級允許的直接眩光。
 圖2(a)中的曲線適用于評價無發光側面的所有燈具及從縱向觀看,有發光側面的長條形燈具的眩光。圖2(b)中的的曲線則適用于評價有發光側面的所有非長條形燈具,以及從橫向觀看,有發光側面的長條形燈具的眩光。長條形燈具是指它的發光面長寬比大于2:1的燈具。

上述評價室內直接不舒適眩光的方法僅適用于工作房間,并有以下限定條件:
1)房間形狀為矩形平行六面體;
2)燈具規則地排列在房間頂部,且主軸與墻平行;
3)眩光評價的視點在地面以上1.2m高度(坐姿),并貼近后墻居中;
4)視線主要是水平的和向下的,其方向與墻平行;
5)頂棚反射比小于0.50,墻與家具設備的反射比不小于0.25。
此外,發光頂棚或間接照明的頂棚表面在γ≥45°方向上光亮度不宜超過500cd/㎡。
 除限制燈具亮度外,對地面敞口和下部裝透明燈罩的燈具還應檢驗其遮光角是否符合表6規定的要求。遮光角是光源發光體邊沿一點和燈具出光口的連線延長線同水平線之間的夾角。
(2)統一眩光值(UGR)。CIE1995年提出用UGR作為評定不舒適眩光的定量指標。UGR計算方法綜合了CIE和許多國家提出的眩光計算公式并加以簡化,同時,其數值對應的不舒適眩光的主要感受與英國的眩光指數一致(參見表7),因此這一方法得到世界各國的認同。
計算一個場所照明的UGR,涉及每個燈具的多項參數,計算過程非常繁瑣,通常都是用計算機進行計算。歐美通用的照度計算軟件DALux和AGI以及Philips等名牌照明廠商的專用照明設計軟件都有UGR的計算程序。
我公司使用的設計軟件為DALux。

2.反射眩光和光幕反射

它們是由光澤表面鏡反射的高亮度造成的,呈現在作業區以外的稱反射眩光,它對視覺造成干擾。在作業本身呈現的鏡反射與漫反射的現象稱光幕反射,它使作業固有的亮度對比減弱,視覺功效降低。
避免反射眩光和光幕反射的有效措施是:
(1)正確安排照明光源與工作人員的相對位置,使視覺作業的每一部分都不處于、也不靠近任何光源同眼睛形成的鏡面反射角內;
(2)加強從側面投射到視覺作業上的光線;
(3)選用發光面大、亮度低、寬配光,但臨界方向亮度銳減的燈具(如蝠翼型配光的燈具);
(4)頂棚、墻和工作面盡量選用無光澤的淺色飾面,以減小反射的影響。

五、陰影和造型立體感

一個房間的照明能使它的結構特征及室內的人和物清晰,而且令人賞心悅目地呈現出來,這個房間的整體面貌就能美化。為此,照明光線的指向性不宜太強,以免陰影濃重,造型生硬;燈光也不能過于漫射和均勻,以免缺乏亮度變化,致使造型立體感平淡無奇,室內顯得索然無味。
“造型立體感”這個詞用來說明三維物體被照明表現的狀態,它主要是由光的主投射方向及直射光與漫射光的比例決定的。對造型立體感的主管評價主要依靠心理因素,不過以下兩種物理指標可供照明設計人員預測造型效果。
(1)垂直照度與水平照度之比(Ev/Eh):在主視線方向上Ev/Eh至少要達到0.25,獲得滿意的效果則需要達到0.40~0.50。
(2)平均柱面照度與水平面照度之比(Ec/Eh):平均柱面照度是位于一點的一個極小的圓柱體曲面上的照度,假定圓柱體的軸線是豎直的,其高度與直徑均趨于無窮小。它實際上是空間一點在各方向的垂直照度的平均量值。
當只有自上而下的直射光線時,Ec=0,Ec/Eh=0;而當光線僅來自水平方向時,則Eh=0,Ec/Eh→∞;唯有0.3≤Ec/Eh≤3的條件下,可獲得較好的造型立體感。上述分析表明,Ec/Eh這一指標已包含光線方向性的因素。