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照明工程中的眩光及其评价方法

1 引言

  出色的照明设计、的照明设备,让我们享受到了照明带给我们的舒适和便利。但眩光(glare)问题,一直是个令人十分头痛的问题。

  什么是眩光?为什么会产生眩光?怎样降低、甚至消除眩光呢?

  眩光:由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜,或存在极端的对比,以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。[5]

  眩光是一种不良的视觉现象,它会使人感到刺眼,引起眼睛酸痛、流泪、视力降低,甚至可能会暂时失去视看能力。

  眩光使视觉功能降低的机理可以这样来理解:由眩光源发出来的光,在视网膜方向上散射,形成一个明亮的光幕,叠加在清晰的场景像上。这个光幕具有一个等效光幕亮度(equivalent veiling luminance),其作用相当于使背景亮度增加,对比度下降,使人产生眩光感,并且难以看清目标。

1.jpg

图1 人眼与眩光

  2 与眩光相关的名词释义

  (1) 视野(visual field):

  眼睛注视一个目标,注视点以外一定空间的物体也能看见,这个空间范围称为视野。视野分水平视野和垂直视野,反映人眼在水平方向和垂直方向的视认范围。

  静态下,双眼水平视野可达160度,垂直视野可达50度。而在运动的车辆中,驾驶员的动视野大小与车速有关。车速越快,注意点向远伸展,视野就越小,周围景物就难以看清楚。

  交通心理学研究表明,车速40km/h,水平动视野为100度;车速70km/h,水平动视野为65度;车速100km/h,水平动视野为40度。垂直动视野,即驾驶员视线在垂直方向的视认空间,通常为30度。

  受人眼视差和较差照明条件的影响,人眼在暗环境下对颜色的正确分辨能力是很差的。因此,视觉分辨能力取决于物体与其背景在亮度上的差异。一个物体只有在获得一定的亮度对比时才能被看见。

  (2) 亮度对比C(luminance contrast):

  C=⊿L/Lb =∣Lo-Lb∣/Lb

  式中,⊿L——识别对象亮度与背景亮度之差;

  Lo——识别对象亮度(cd/m2);

  Lb——背景亮度(cd/m2)。

  亮度对比有“正对比”和“负对比”之分。当物体亮度高于背景亮度时是正对比;当物体亮度低于背景亮度时是负对比。

  (3)临界(阈值)对比度Ct(threshold contrast):

  Ct = ⊿Lt /Lb

  式中,⊿Lt——临界亮度差,人眼刚能识别目标时目标与背景间的亮度差。

  (4)可见度水平VL(Visibility Level):

  目标与背景的实际亮度对比度C与临界对比度Ct的比值。

  VL=C/Ct=⊿L /⊿Lt

  眩光按影响程度分为不舒适眩光和失能眩光。

  (5)不舒适眩光(discomfort glare):

  是指在视野内使人们的眼睛感觉不舒适的眩光,但并不一定降低视觉对象的可见度。这种眩光也称为心理眩光。

  (6)失能眩光(disability glare):

  是在视野内使人们的视觉功能有所降低的眩光。它是一种会降低视觉对象的可见度,但并不一定产生不舒适感觉的眩光。

  眩光按其形成机理,分直接眩光、干扰眩光、反射眩光、对比眩光。

  (7)直接眩光(direct glare):

  由视野中,特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光。

  (8)干扰眩光(disturbance glare):

  当非观看物体方向上存在发光体时,由该发光体引起的眩光。

  (9)反射眩光(glare by reflection):

  由视野中的反射引起的眩光,特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光。

  (10)对比眩光(comparison glare):

  光环境中存在着过大的亮度对比形成的眩光。

  3 眩光的评价方法

  到目前为止,针对室内环境、体育场馆、机动车道路等照明场合,人们已经总结出以下四种主要的眩光评价表达式:

  3.1 统一眩光值UGR

0.jpg

  统一眩光值(unified glare rating)UGR的计算:[5]

式中,Lb——背景亮度(cd/m2);

  La——观察者方向每个灯具的亮度(cd/m2);

  ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr);

  P——每个单独灯具的位置指数。

  以上各参数应按下列公式和规定确定:

  1) Lb=Ei /π

  式中,Ei——观察者眼睛方向的间接照度(Lx)。

  2) La =Ia/A·cosα

  式中,Ia——观察者眼睛方向的灯具发光强度(cd);

  A·cosα——灯具在观察者眼睛方向的投影面积(m2);

  α——灯具表面法线与观察者眼睛方向所夹的角度(°)。

  3) ω=AP /r2

  式中,AP——灯具发光部件在观察者眼睛方向的表观面积(m2);

  r —— 灯具发光部件中心到观察者眼睛之间的距离(m)。

  4) 古斯位置指数P应按图2生成的H/R和T/R的比值由位置指数表确定。

3.jpg

图2 以观察者位置为原点的位置指数坐标

  系统(R,T,H),对灯具中心生成H/R和T/R的比值。

  统一眩光值UGR的应用条件:

  (1) UGR适用于简单的立方体形房间的一般照明装置设计,不适用于采用间接照明和发光天棚的房间;

  (2) 适用于灯具发光部分对眼睛所形成的立体角为0.1sr>ω>0.0003sr的情况;

  (3) 同一类灯具为均匀等间距布置;

  (4) 灯具为双对称配光;

  (5) 坐姿观测者眼睛的高度通常取1.2m,站姿观测者眼睛的高度通常取1.5m;

  (6) 观测位置一般在纵向和横向两面墙的中点,视线水平朝前观测;

  (7) 房间表面为大约高出地面0.75m的工作面、灯具安装表面以及此两个表面之间的墙面。

  3.2 眩光值GR

  室外体育场地的眩光值(glare rating)GR的计算:[5]

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式中,Lv1——由灯具发出的光直接射向眼睛所产生的光幕亮度(cd/m2);

  Lve——由环境引起直接入射到眼睛的光所产生的光幕亮度(cd/m2)。

  式中的各参数应按下列公式确定:

1)

 5.jpg

 


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