優(yōu)良的室內(nèi)照明質(zhì)量由以下五個(gè)要素構(gòu)成:
(1)適當(dāng)?shù)恼斩人剑?/span>
(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(yīng)用場所對質(zhì)量要求的重點(diǎn)可能不同,現(xiàn)分別說明如下。
一、照度水平
1.照度
為特定的用途選擇適當(dāng)?shù)恼斩葧r(shí),要考慮的主要因素是:
(1)視覺功效;
(2)視覺滿意程度;
(3)經(jīng)濟(jì)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(yè)的效能,通常用工作的速度和精度來表示,增加作業(yè)照度(或亮度),視覺功效隨之提高,但達(dá)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(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的視覺功效ρ(相對單位)在一定情況下,照度E、作業(yè)的實(shí)際亮度對比C和分辨視角α的關(guān)系曲線。
對于非工業(yè)區(qū),如交通區(qū)和休息空間,不能用視覺功效來確定照度水平,而應(yīng)考慮定向和視覺舒適的要求。為選擇最佳照度水平進(jìn)行的大量現(xiàn)場評價(jià)和調(diào)研表明,就照度所創(chuàng)造的舒適和愉悅而言的視覺滿意程度,是各類室內(nèi)環(huán)境(包括工作環(huán)境)在選擇適宜照度時(shí)必須考慮的重要附加因素。
在實(shí)際應(yīng)用中,無論根據(jù)視覺功效還是從視覺滿意角度選擇照度,都要受經(jīng)濟(jì)條件和能源供應(yīng)的制約。所以,綜合上述三方面因素確定的照度標(biāo)準(zhǔn)往往不是理想的,而只能是適當(dāng)?shù)?、折衷的?biāo)準(zhǔn)。
北美照明學(xué)會(huì)(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(yè)和定向要求,主要是指公共空間;第II類是普通視覺作業(yè),包括商業(yè)、辦公、工業(yè)和住宅等大多數(shù)場所;第III類是特殊視覺作業(yè),包括尺寸很小、對比很低,而視覺功能又極其重要的作業(yè)對象。
我國于2004年12月發(fā)布執(zhí)行新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),其中詳細(xì)規(guī)定了居住建筑及各類公共建筑、工業(yè)建筑不同房間或場所的照度標(biāo)準(zhǔn)值。新標(biāo)準(zhǔn)大幅提高了照度水平,基本上與國際接軌,詳見《照明標(biāo)準(zhǔn)》(本站內(nèi)搜索)。
2.照度均勻度
(1)室內(nèi)照明并非越均勻越好,適當(dāng)?shù)恼斩茸兓苄纬杀容^活躍的氣氛。但是,工作崗位密集的房間也應(yīng)保持一定的照度均勻度。
(2)室內(nèi)照明的照度均勻度通常以一般照明系統(tǒng)在工作面上產(chǎn)生的最小照度與平均照度之比表示,它不應(yīng)小于0.7。
(3)工作房間中非工作區(qū)的平均照度不應(yīng)低于工作區(qū)平均照度的1/3。
(4)直接連通的兩個(gè)相鄰的工作房間的平均照度差別也不應(yīng)大于5:1。
二、亮度分布
室內(nèi)的亮度分布是由照度分布和表面反射比決定的。視野內(nèi)的亮度分布不適當(dāng)會(huì)損害視覺功效,過大的亮度差別會(huì)產(chǎn)生不舒適眩光。
(1)作業(yè)區(qū)內(nèi)的亮度比。與作業(yè)貼鄰的環(huán)境亮度可以低于作業(yè)亮度,但不應(yīng)小于作業(yè)亮度的2/3。此外,為作業(yè)區(qū)提供良好的顏色對比也有助于改善視覺功效,但應(yīng)避免作業(yè)區(qū)的反射眩光。
(2)頂棚、墻和地面的亮度范圍。應(yīng)統(tǒng)籌策劃反射比和照度比,因?yàn)榱炼群蛢烧叩某煽兂烧?,所以它們的?shù)值可以調(diào)整互補(bǔ),工作房間環(huán)境亮度的控制范圍(參見表2)。
非工作房間,特別是裝修標(biāo)準(zhǔn)高的公共建筑廳堂的亮度分布,往往根據(jù)室內(nèi)環(huán)境創(chuàng)意決定,其目的是突出空間或結(jié)構(gòu)的形象特征,渲染環(huán)境氣氛或是強(qiáng)調(diào)某種裝飾效果。這類光環(huán)境亮度水平的選擇和亮度圖式的設(shè)計(jì)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(zhì)量包含光的表觀顏色及光源顯色性能兩個(gè)方面。
(1)光的表觀顏色。亦即色表,可以用色溫或相關(guān)色溫描述。光源色表是選擇取決于光環(huán)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(diào),能在室內(nèi)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(jìn)行工作的房間則采用較高色溫的燈光為好。
我國照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按照CIE的建議將光源的色表分為三類,并提出典型的應(yīng)用場所(參見表3)。
人對光色的愛好還痛照度水平有相應(yīng)的關(guān)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(shù)Ra作為作為表示光源顯色性能的指標(biāo),它是根據(jù)規(guī)定的8種不同色調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)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(xì)分為A、B兩組,并提出每類燈的適用場所,作為評估室內(nèi)照明質(zhì)量的指標(biāo)(參見表5)。GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對各類建筑的不同房間和場所都規(guī)定了Ra值。
四、眩光
如果燈、燈具、窗子或者其他區(qū)域的亮度比室內(nèi)一般環(huán)境的亮度高得多,人們就會(huì)感受到眩光。眩光產(chǎn)生不舒適感,嚴(yán)重的還會(huì)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(jìn)入視野造成的。眩光效應(yīng)的嚴(yán)重程度取決于光源的亮度和大小、光源在視野內(nèi)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(jià)一般室內(nèi)照明燈具直接眩光的標(biāo)準(zhǔn)和方法。CIE按照限制曲線直接眩光的不同要求分為5個(gè)質(zhì)量等級,即A—很高質(zhì)量;B—高質(zhì)量;C—中等質(zhì)量;D—低質(zhì)量;E—很低質(zhì)量。
根據(jù)確定的質(zhì)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(shè)計(jì)中采用的燈具和平均亮度曲線進(jìn)行對照檢驗(yàn),只要在最遠(yuǎn)端燈具下垂線以上45°角至臨界角γ的范圍內(nèi),燈具各個(gè)方向上的平均亮度小于限制曲線規(guī)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(jià)視點(diǎn)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(diǎn)向右引平行線可找到對應(yīng)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(nèi)的燈具亮度低于限制亮度值,選用這種燈具不會(huì)產(chǎn)生超出相應(yīng)質(zhì)量等級允許的直接眩光。
圖2(a)中的曲線適用于評價(jià)無發(fā)光側(cè)面的所有燈具及從縱向觀看,有發(fā)光側(cè)面的長條形燈具的眩光。圖2(b)中的的曲線則適用于評價(jià)有發(fā)光側(cè)面的所有非長條形燈具,以及從橫向觀看,有發(fā)光側(cè)面的長條形燈具的眩光。長條形燈具是指它的發(fā)光面長寬比大于2:1的燈具。
上述評價(jià)室內(nèi)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(guī)則地排列在房間頂部,且主軸與墻平行;
3)眩光評價(jià)的視點(diǎn)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(shè)備的反射比不小于0.25。
此外,發(fā)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(yīng)檢驗(yàn)其遮光角是否符合表6規(guī)定的要求。遮光角是光源發(fā)光體邊沿一點(diǎn)和燈具出光口的連線延長線同水平線之間的夾角。
(2)統(tǒng)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(biāo)。UGR計(jì)算方法綜合了CIE和許多國家提出的眩光計(jì)算公式并加以簡化,同時(shí),其數(shù)值對應(yīng)的不舒適眩光的主要感受與英國的眩光指數(shù)一致(參見表7),因此這一方法得到世界各國的認(rèn)同。
計(jì)算一個(gè)場所照明的UGR,涉及每個(gè)燈具的多項(xiàng)參數(shù),計(jì)算過程非常繁瑣,通常都是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。歐美通用的照度計(jì)算軟件DALux和AGI以及Philips等名牌照明廠商的專用照明設(shè)計(jì)軟件都有UGR的計(jì)算程序。
我公司使用的設(shè)計(jì)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(xiàn)在作業(yè)區(qū)以外的稱反射眩光,它對視覺造成干擾。在作業(yè)本身呈現(xiàn)的鏡反射與漫反射的現(xiàn)象稱光幕反射,它使作業(yè)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(yè)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(nèi);
(2)加強(qiáng)從側(cè)面投射到視覺作業(yè)上的光線;
(3)選用發(fā)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(gè)房間的照明能使它的結(jié)構(gòu)特征及室內(nèi)的人和物清晰,而且令人賞心悅目地呈現(xiàn)出來,這個(gè)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(qiáng),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(nèi)顯得索然無味。
“造型立體感”這個(gè)詞用來說明三維物體被照明表現(xiàn)的狀態(tài),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(jià)主要依靠心理因素,不過以下兩種物理指標(biāo)可供照明設(shè)計(jì)人員預(yù)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(dá)到0.25,獲得滿意的效果則需要達(dá)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(diǎn)的一個(gè)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(shí)際上是空間一點(diǎn)在各方向的垂直照度的平均量值。
當(dāng)只有自上而下的直射光線時(shí),Ec=0,Ec/Eh=0;而當(dāng)光線僅來自水平方向時(shí),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(biāo)已包含光線方向性的因素。