照明工程中的眩光及其评价方法

照明工程中的眩光及其评价方法

初醒悟

摘要：本文探讨了照明工程中的眩光及其评价，以及降低眩光，提高照明舒适度的方法。

关键词：眩光；照明质量；阈值增量；光幕亮度；眩光评价值

Glare and It’s Evaluation Method for Lighting Engineering

Ray Chu

(Shanghai Ray Lighting Design Office, Shanghai 200233)

Abstract

The paper mainly deals with glare and it’s evaluation for lighting engineering, the methods to reduce glare and increase the comfort of lighting.

Keywords:glare; lighting quality; threshold increment; veiling luminance; glare evaluation value.

1 引言

出色的照明设计、先进的照明设备，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。

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/L b =∣L o-L b∣/L b

式中，⊿L——识别对象亮度与背景亮度之差；

L o——识别对象亮度（cd／m2）；

L b——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C t（threshold contrast）：

C t = ⊿L t /L b

式中，⊿L t——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C t的比值。

VL=C/C t=⊿L /⊿L t

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

统一眩光值（unified glare rating）UGR的计算：[5]

式中，L b——背景亮度（cd／m2）；

L a——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）L b=Ei /π

式中，Ei——观察者眼睛方向的间接照度（Lx）。

2）L a =I a/A·cosα

式中，I a——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=A P /r2

式中，A P——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。

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；