光源色温和显色性对室内光环境的影响

2000年9月
第11卷　第3期照明工程学报
ZHAOM I N G GON GCH EN G XU EBAO Sep.　2000
V o l 111　N o 13
光源色温和显色性对室内光环境的影响
金　海　俞丽华
(同济大学建筑城规学院　上海,200092)
摘　要:照明设计除了要达到规范所规定的照度标准外,还需合理地选择光源的色温和显色性。

本文从视觉进化的角度和视觉实验的结果出发,强调了照度与色温之间无明确关联的观点,光源色温的选择不取决于要求达到的照度的高低。

关键词:光环境;光源;色温;显色性;显色指数;照度
I nf luence of Color Tem pera ture and Color Render i ng
of Lam p on I n ter ior L ight Env ironm en t
J in H ai Y i L ihua
(S chool of A rch if ectu re and C ity P lann ing ,T ongj i U n iversity ,S hang hu i ,200092)
Abstract
N o t on ly co rrespondence to the illum inance standard shou ld be ach ieved in ligh ting design ,at 2ten ti on m u st be also p aid to reasonab ly choo sing co lo r tem p eratu re and co lo r rendering of lam p .A t the view po in t of visual evo lu ti on and conclu si on s from visual exp eri m en ts ,th is p ap er em p hasizes that there is no sign ifican t relati on sh i p betw een co lo r tem p eratu re and illum iance ,and that the cho ice of co lo r tem p eratu re of lam p is no t determ ined by the exp ected illum inance .
Key words :lum inou s environm en t ;lam p ;co lo r tem p eratu re ;co lo r rendering ;co lo r rendering in 2dex ;illum inance
1　引言
室内光环境设计是室内设计中的重要组成部分,照明设计的目的是营造一个良好的光环境,为此除达到规范所规定的照度标准外,合理选择光源的色温与显色性,具有重要意义。

目前在进行照明设计时,普遍认为光源色温的爱好与照度有关,支持“高色温高照度,低色温低照度”的观点。

这个理论源自于荷兰的K ru ithof 于1941年进行的确定适合特定色温的光源的照度范围的实验,得到如图1所示的K ru ithof 曲线。

但是他的实验只用了两个被试(包括他本人),不可能得到普遍意义的结论。

同济大学杨公侠教授查阅收集了二十世纪七十年代至九十年代与此有关的大量视觉实验研究资料,研究结果表明照度与色温之间并没有如此明确的关联性[1]。

图1　K rulthof 曲线
2　色温
光源的色温是用绝对温度K 来表示,是将一标准黑体加热,温度升高至某一程度时颜色开始由红→浅红→橙黄→白→蓝白→蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源的光色与黑体在某一温度下呈现的光色相同时,将黑体当时的绝对温度称为该光源
的色温。

色温与白炽体的实际温度有一定的内在联系,但并不相等。

热辐射光源以外的其他光源的光色在色度图上不一定准确地落在黑体轨迹上,只能用光源与黑体轨迹最接近的颜色来确定该光源的色温,这样确定的色温称为相关色温。

色温在3000K以下时,光色就开始有偏红的现象,给人以温暖的感觉。

色温超过5000K时光色则偏蓝,给人以清冷的感觉。

由于人们所处区域的气候条件的差异,通常亚热带的人较喜欢4000K以上较高色温的光源照明,寒带的人较喜欢4000K以下的较低色温的光源照明,不同色温的光源造成的照明效果的冷暖感觉互补了气候条件的差异。

3　显色性
光源显现被照物体颜色的性能称为显色性,也就是颜色逼真的程度,显色性好的光源对颜色的再现较好,所看到的颜色也就较接近自然原色,显色性差的光源对颜色的再现较差,所看到的颜色偏差较大。

光源的显色性是由光源的光谱功率分布所决定的,光谱连续的光源显色性好,物体在该光源下,所呈现的颜色就较逼真。

C IE制定了一种评价光源显色性的方法,用显色指数表示光源的显色性,即光源的显色指数用被测光源下物体的颜色与参照光源下物体的颜色相符程度来衡量。

显色指数分为一般显色指数(R a)和特殊显色指数(R i)两种。

一般显色指数(R a)是针对C IE规定的有代表性的8种色样,在被测光源与参照光源下逐一对比,得出的这8种色样的特殊显色指数R i的算术平均值。

一般人工光源用R a作为评价显色性的指标。

光源的显色指数愈高,其显色性就愈好。

显色性与参照光源完全相同的,其显色指数为100。

一般认为R a=100～80显色性优良,R a=79～50显色性一般,R a<50显色性较差。

但是一般显色指数R a高的光源可能对于某个特定的颜色,其特殊显色指数R i 是较低的,在选用光源时应注意。

实验结果表明:在相同照度下,采用显色性好的光源,视高度(主观亮度)较高,采用显色性差的光源,视亮度(主观亮度)较低。

若采用显色性较差的光源时,应相应地提高照度水平,以提高视亮度,这在我国的工业企业照明设计标准中已有反映。

选择具有合适显色性的光源对于照明设计十分重要,否则再好的装璜、摆设、艺术品等也会因选择不适当的光源而失色。

表1　几种主要光源的色温及显色性比较
光源种类色温一般显色指数(R a)适有场合举例白炽灯2400K～3300K R a=99～100住宅、商店、宾馆
荧光灯2700K的白炽灯色系列
3000K的暖白色系列
3500K的白色系列
4000K的冷白色系列
5000K的中性白色系列
6500K的日光色系列
R a≈65、R a≈85、
R a≈95三档
R a≈65:工厂、停车场;
R a≈85:办公室、商店、学校;
R a≈95:高级服饰店、产品展示厅、花卉店
金属卤化物灯3000K
4500K
5600K
R a=65～92商场、展示厅
4　色温与光环境气氛
人眼的视觉进化经历了一个温长的过程。

自远古以来,人们日出而作,日入而息。

白天时,昼光的色温高,人们紧张、高效、精神振奋地进行工作;傍晚太阳落山,人们钻木取火,以火作为照明手段,火光的色温低,人们处于一种松弛、休闲的状态,有一种温馨的感觉。

经过长期的视觉进化过程,即使使用电光源进行人工照明以后,人们还是习惯于选用低色温的暖色调灯光在进行娱乐休闲的场所创造接近日暮黄昏的亲切、轻松的气氛;选用高色温的冷色调灯光在进行工作的场所创造紧张、活泼、振奋的气氛。

可见光源色温的选择取决于光环境所要营造的气氛。

5　色温与视觉功效
人眼视觉功能的实现需要一定的光通量(光功率),表现在视觉作业面上要求达到一定的照度(亮度)。

为了研究色温与照度之间的关系,人们进行了
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大量的视我功效实验(用视觉作业的速度和精确度来评价视觉能力),以弄清楚在相同的照度下用低色温的光源(如白炽灯)和高色温的光源(如日光色荧光灯)照明的视觉效果是否有差异。

实验结果表明,荧光灯和白炽灯在60lx以上时,视觉效果无差异,仅在10lx时,似乎荧光灯比白炽灯的视觉效果略差[3]。

C IE提出要看清楚人脸部特征所需的最低亮度为1cd m2,相当于20lx的照度。

10lx没有达到此要求,在该照度值下的视觉效果的比较是没有意义的。

6　色温与照度
白炽灯和卤钨灯的色温低,虽然显色性好,但由于光效低,大部分能量转化为热能,随着高光效的荧光灯、金卤灯等气体放电灯的应用及其显色性的改善,一般不再用低光效的白炽灯和卤钨灯来实现要求达到的高照度,因为这样不利于节约能耗。

荧光灯原来采用卤磷酸盐荧光粉,只能做高色温的灯管,后来采用稀土荧光粉才能做出低色温的灯管。

随着金卤灯制造技术的不断发展,目前已有3000K的低色温金卤灯,其光效高,显色性好。

用3000K的金卤灯来照明达到较高的照度,人们的视觉效果良好,对光环境的感觉满意。

所以光源色温的选择并不取决于要求达到的照度的高低,“高色温高照度,低色温低照度”的观点可以放弃了。

同济大学杨公侠教授收集的大量视觉实验研究资料,分析后得到如下结论:人们所喜欢的照度水平不受光源色温的影响,对于低色温的光源,在高照度下人们的满意度并未下降[1]。

光环境的评价是多因子的,照度水平对于光环境的总评价的影响最大,其相关系数最高,色温与总评价的相关较少,相关系数低[2]。

在一个颜色平衡的环境中,当采用显色性好的光源时,主观喜爱的评价只受到照度水平的影响,而不是色温[1]。

色温的高低在光环境评价中产生的心理影响是比较微妙的,不象直接影响工作效能的生理因素那样的具体实在,不宜过于强调它们的作用,不宜把它夸大作为照明的质量指标来对待,过于强调的话,很容易走向反面,象K ru ithof的曲线那样。

7　应用分析
经过上述的探讨,以餐厅为例,进行餐厅照明设计时,除了达到规范规定的照度标准,还应依据餐厅的功能、规模、等级及餐饮食品的特点,就餐者心理需求和室内装饰和整体艺术效果,对光源的色温、显色性进行合理选择。

在设计宴会厅的光环境时,考虑到营造宴会进行时的热烈气氛,人们喜欢采用白炽灯作光源的水晶吊灯;而在设计快餐厅的光环境时,为了营造一个简洁、明快、高效的就餐环境,通常采用色温较高的荧光灯。

光源的显色性是餐厅光环境评价的一重要指标,照明设计所采用的光源一定要有较好的显色性,特别在菜肴陈列柜和厨房内部,一般显示指数R a应大于85。

这样才能确保各种食物看上去都色泽鲜艳,不失真,诱发就餐者食欲。

另外同一空间内不同位置上采用不同色温的光源照明,可以产生不同的空间层次感。

如1998年人民大会堂上海厅装修改造工程,就运用了这种处理手法。

由于四周空调管道压得较低,为了避免给人以压抑感,在管道位置附近采用高色温直管荧光灯组成灯槽,在大厅中部顶棚较高处的较大范围内,采用低色温直管荧光灯组成灯槽(藻井)和低色温紧凑型荧光灯组成的花灯,两者之间采用中间色温荧光灯过渡,总体效果给人以亲切、明亮、高大、宽敞的感觉。

8　结束语
营造良好的光环境需要技术与艺术的完美结合,应本着“以人为本”的根本原则。

满足人们生理、心理各方面的需求,室内光源的色温与显色性的应用研究变得日益重要。

特别是色温对光环境的影响,主要涉及的是心理方面的因素,大家还可以通过实验进一步分析与研究,来更好地认识色温和显色性在营造光环境中所起的作用。

参考文献
[1]　杨公侠.《相关色温与照度》.《同济大学学报》,第
20卷第3期,1992 9.
[2]　杨公侠.《视觉与视觉环境》.同济大学出版社,1985
年11月第1版.
[3]　庞蕴凡.《视觉与照明》.中国铁道出版社,1993年
3月第1版.
[4]　俞丽华,朱桐城.《电气照明》.同济大学出版社,
1990年12月第1版.
[5]　詹庆旋.《建筑光环境》.清华大学出版社,1988年
2月第1版.
[6]　飞利浦照明1999～2000产品目录.
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