白光LED室内不舒适眩光评估方法研究

白光LED室内不舒适眩光评估方法研究

为验证统一眩光指数（UGR）是否适用于LED光源的不舒适眩光评估，文章对两种不同白光LED灯具，在三个不同高度工作面上进行不舒适眩光测试实验。实验结果表明LED照明空间中，不同平面上依据原有评估方法选取的测量点均无法反映相应平面的不舒适眩光程度。通过研究，提出将DIALux软件仿真与UGR测量相结合可以更准确地评估LED照明空间的不舒适眩光程度。

标签：LED照明空间；UGR；不舒适眩光

引言

最佳光照环境可以在不同的场合满足完成的不同任务要求，还能给人带来舒适感和愉悦感，甚至可以提高视觉工效。照明环境的舒适性会影响人的生理健康和心理健康，而室内不舒适眩光程度评估是照明舒适性评价指标的重要组成部分。

近年来，LED发光二极管照明技术发展迅猛，逐步取代白炽灯、荧光灯等传统照明光源应用于各种场所。因LED的发光原理与光色特性不同于传统照明灯具，LED照明存在着光照分布不均匀所形成的眩光，以其为光源所构造的照明环境与白炽灯和荧光灯等传统灯具构造的照明环境有很大的不同。

国家《建筑照明设计标准》GB 50034-2013规定普通建筑室内不舒适眩光应采用统一眩光指数（UGR）评价[1]，而UGR是基于传统光源照明特性得到的。研究表明，对于相同的平均亮度，均匀光分布照明设备和非均匀光分布照明设备的不舒适眩光感受明显不同[2]。目前，国际上尚未形成统一的LED灯具不舒适眩光评估方法[3]。本文研究UGR应用于LED光源不舒适眩光评估的不足并提出修正方案。

1 不舒适眩光评估标准

眩光是一种由于视野中的亮度分布不适当或亮度变化幅度过大，以致引起不舒适感或降低观察物体能力，或两种现象同时出现。根据作用不同，眩光可以分为两种：失能眩光和不舒适眩光，它们常常一起出现但也可以单独出现。其中，与人眼有直接生理关系降低视觉功能的是失能眩光，又名生理眩光；仅带来不舒适感而未降低人眼视觉能力的是不舒适眩光。

室内眩光属于不舒适眩光，对于不舒适眩光的评价，常见的四种方法分别是：统一眩光评价系统（UGR）、英国的眩光指数系统（GI）、美国的视觉不舒适概率系统（VCP）和亮度限制曲线[4-6]。通过对室内照明装置进行实验，将不同评价方法的计算结果与主观评价得到的实验数据相比较，研究人员认为UGR是四种方法中最佳的室内不舒适眩光评估方法[7]。国家《建筑照明设计标准》GB 50034-2013规定[1]：公共建筑和工业建筑常用房间或场所的不舒适眩光应采用

统一眩光值（UGR）评价，且最大允许值不超过相应规定。因此本文采用UGR 作为评估LED室内照明不舒适眩光的指标。

国家《建筑照明设计标准》GB 50034-2013在附录中给出了室内照明的UGR 测试方法：UGR适用于双对称配光灯具，观测位置应在纵向和横向两面墙的中点，视线应水平朝前观测，测量高度为坐姿取1.2m、站姿取1.5m。当测试中的光源均为一般光源，即发光面积介于0.005～1.5m2之间时，UGR的计算公式为：

式中：La=观察者眼睛方向每个灯具发光部分的亮度（cd/m2）；

Lb=背景亮度（cd/m2）；

？棕=每个照明器发光部分对观察者眼睛所形成的立体角（sr）；

P=每个照明器的古斯位置指数（视线方向的偏移）。

2 LED光源的UGR测试实验

2.1 实验环境

在室内搭建了一个用于测试UGR的独立实验空间，尺寸为4.0*3.1*2.5m3，四面墙体及顶部统一粉刷白色涂料（反射系數0.90），地面为浅灰色木质地板（反射系数0.38），入口用涂有相同白色涂料的木板封住，使用DIALux软件对实验环境仿真如图1（a）所示。眩光源是在空间顶棚处安装的LED双配光灯具，使用的两种LED灯具为0.56*0.56m2的沪乐方形LED面板灯和0.60*0.30m2的辉帅矩形LED面板灯，相关色温约为6000K。根据GB 50034-2013选择待测工作面高度为1.2m和1.5m。

2.2 国标规定的LED光源UGR测试结果

根据相关规定，实验室不舒适眩光评价测量应选择两面墙的中点1为测量位置，如图1（b）所示，测量方向水平朝前，测量高度分别为1.2m和1.5m，灯具坐标为：矩形灯（1.75，3.3，2.58）、方灯（0.75，2.0，2.58）。实验人员将LS-100亮度计目视高度调到1.2m，在每个测点按照相应测量方向获取背景亮度Lb，再调整亮度计角度测得两个光源亮度La1和La2，每个参量测量三组数据取平均值得到测点的背景亮度Lb、光源亮度La（单位cd/m2），立体角ω由灯具发光面积和灯具中心与测点的相对位置确定，古斯位置指数P由灯具与测点的相对位置查表得到。将各测点所需参量带入UGR公式（1），求得两个高度UGR值分别为13.2和16.2均小于19。国标中办公建筑照明标准规定UGR最大允许值为19，实验结果表明两个高度都没有眩光带来的不舒适感。

2.3 UGR验证实验

为验证2.2实验结论的可靠性，在1.2m和1.5m高度工作面上分别选取13

个测量点，每一待测工作面测点分布及测量方向如图1（c）所示，其中标号13的测量点与2.2实验中测点位置一致，测量方向由相关计算确定。方形网格边长均为1m，是用于辅助测点的设置。将实验数据带入公式（1）进行计算，结果如表1。记相应高度工作面第n个测点实测值为Un，则相应高度UGR实测值为各点实测值的最大值。

由表1可知，1.2m和1.5m高度工作面上，测点7的UGR值大于其他测点，故1.2m高度工作面的统一眩光值指数（UGR）为18.3，而1.5m高度工作面UGR 则为20.5，与实验2.1中两个高度UGR值分别为13.2和16.2大不相同。国标中办公建筑照明标准规定UGR最大允许值为19，而在实验2.3中，当测试高度H=1.2m时，工作平面UGR实测值最大值未超过规定值，认为此高度没有因眩光产生的不舒适感。由表1可知，当H=1.5m时，工作平面UGR实测值最大值大于19，超过了国标规定值，说明在实际工作中，此高度会有眩光带来的不舒适感，由此可见，2.2的评估结论与实际感受不一致。实验表明根据国标相关规定使用UGR对LED不舒适眩光进行评估是不可行的。3 LED光源不舒适眩光评估方法

3.1 DIALux软件

德国DIAL Gmbh联合多家国际知名灯具厂家共同投资研发并于1992年正式推行了建筑照明设计软件DIALux。它通过模拟不同配光曲线的单个灯具或多个灯具构成的室内照明环境完成照度及照度均匀度、眩光等指标的模拟计算，为仿真室内照明环境提供了基础。DIALux具有较高的专业性和兼容性，德国慕尼黑市中心的马普协会总部大楼照明设计和2008年北京奥运地下车库采光设计等均采用DIALux软件进行照明分析设计[8]。

3.2 LED不舒适眩光评估方法

因LED光源光照分布不均匀，UGR系统单一选点测量的方式不再适用于LED不舒适眩光的评价。为解决这一问题，本文首先借助DIALux对图1（c）中多点进行仿真，仿真结果记为Un’，如表2所示。

将仿真结果和表1比较发现：26个测点中除去1个无法计算的测点仅有2个测点相对误差绝对值在5.0%～7.0%之间，剩余23个测点均在5.0%以内，高达92.0%，仿真结果与实测结果基本一致。

根据以上分析，本文认为先借助DIALux仿真结果帮助选择合适的范围进行测量，再结合UGR公式能够更好地评估LED照明环境的不舒适眩光程度。

3.3 实验验证

为验证3.1中提出的评估LED不舒适眩光的方法，选择在H=1.6m工作平面上进行验证实验：首先使用DIALLux对H=1.6m工作面进行仿真，结果如表3所示；随后根据仿真结果，选择适当的范围进行实际测量。选择仿真结果Un’>20