不舒适眩光与不舒适眩光评价

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1、2006年6月 第17卷 第2期 照明工程学报 ZHAOMING G ONGCHENG XUEBAO Jun. 2006 Vol117 No12 不舒适眩光与不舒适眩光评价 杨公侠 1 杨旭东 2 (1 1 同济大学,上海 200092; 21 上海优莱灯光设计工程公司,上海 200235) 摘 要:不舒适眩光是室内照明设计的一个主要质量评价指标。过去,不论是G B50034292或G BJ 133290中都是采用 CIE原暂行办法,即极限亮度曲线法来计算的。现新标准G B5003422004中改用了UGR (统一眩光值)法。作者回顾 了不舒适眩光评价方法的发展过程,并把GI, VCP,极限亮

2、度曲线和UGR这几种方法的计算结果,与主观眩光评 价的结果进行了比较,证明UGR与主观评价的相关系数最高。这说明UGR法是迄今为止用数学方法模拟人的感觉 的最好模型。为了使UGR能应用于更大的范围,作者将CIE TC3 - 01历次会议的会议记录中的有关内容,例如小光 源的定义、大光源和发光顶棚以及复杂光源的不舒适眩光等作了补充,供读者参考。 关键词:眩光评价;不舒适眩光评价;统一眩光值 Discomfort G lare and Discomfort G lare Rating Yang G ongxia 2 Yang Xudong 2 (1 1Tongji University,Shang

3、xia 200092; 21Shanghai Euhte lighting company LTD. ,shanghai 200235) Abstract Discomfort G lare is an important aspect of interior lighting quality. In the past National Lighting Standard (G B50034292 and G BJ 133290) , the Luminance Curve method was used. But in the new National Lighting Standard (

4、G B5003422004) , the Luminance Curve Method has been substituted by the UGR method. The writers have reviewed the development of the methodsfor the evaluation of discomfort glare , and compared the calculative results of GI, VCP and LCM with the result of subjective discomfort glare evaluation. If h

5、as been slowed that the correlation coefficient of UGR is the highest among them. It showed that the UGR is a best mathmetical model to simulate the glare sensation of human being fill now. Doing to broaden the use of UGR not restricted to the regular arrayof fluorescent lamps in offices. The writer

6、s have remedied the use of UGRfrom the minutes of TC 32 01 meetings for reference. Key words: glare rating; discomfor glare rating; UGR; universal glare rating 根据辞海的解释:“眩光是一种产生不舒适 感,或降低观看主要目标的能力,或两者兼有的不 良视觉环境。 由视野中不适宜的亮度分布、悬殊的 亮度差,或在空间中或时间上极端的对比引起。根 据对视觉影响的不同,分为不舒适眩光和失能眩光 ” 。前者只有不舒适感觉但不影响可见度,而后 者则影响

7、可见度。然而,这并不意味着一个产生不 舒适感觉的光源不会影响可见度,往往二者兼而有 之。 Vos认为有8种眩光,第1种是闪盲,这是由于 一个超高亮度光源的突然发亮,例如原子弹爆炸时 的闪光将视紫蛋白完全漂白。第2种叫瘫眩,例如 夜间一人突然被一只探照灯照着,好象瞬时间被 冻住了一样。第3种是曝露在足以造成视网膜损 伤的强光下所产生的感觉。第4种他把它叫做分心 的眩光,由周边视野中的亮光或闪光引起的,例如 晚上急救车辆的灯光。这前4种是很少发生的。后 面另外四种眩光是较常碰到的,第5种叫饱和眩光, 这是视野中很大一部份非常亮,眼睛睁不开,行为 上的反应是躲避光线或把光线挡住。这种眩光在室 内照明

8、中很少碰到,大多发生在室外。并且很可能 因虹膜的括约肌痉挛而有痛的感觉。第6种通常体 验到的是适应性眩光,这发生在这样的情况下,即 整个视野的亮度突然大大提高,而视觉系统却一时 无法适应,例如白天从电影院出来。这种眩光感觉 是因为眼睛原来适应于电影院的黑暗,现突然暴露 在光天化日之下引发视觉系统的过分敏感。另外两 种通常碰到的眩光就是失能眩光和不舒适眩光。前 面六种既无法控制也不能量化,故一般讨论的眩光 只指后两种。而失能眩光主要发生在室外照明中, 例如道路照明和体育照明。室内照明主要是不舒适 眩光。 不舒适眩光是照明设计中的一个重要指标,在 原工业企业照明设计标准(G B 50034 - 9

9、2)和原 民用建筑照明设计标准(G BJ133 - 90)以及现 建筑照明设计标准(G B50034 - 2004)中均把它作 为重要的照明质量指标,并提供了相应的计算方法 和图表进行评价,前两个标准中按照当时CIE的建 议使用亮度限制曲线,后者随着目前CIE的新建议 也改用UGR系统(统一眩光值)。CIE为什么从亮 度限制曲线改成UGR的原因,在新标准中未加说 明。下面作者拟把UGR的发展过程作一回顾,指出 UGR较其他三种方法 (GI 、VCP和亮度限制曲线) 好的部分,并介绍Dr. Einhorn领导的技术委员会 (TC 3 - 01)为此做的补充工作,供同行们参考。 1 GI, VCP

10、和亮度限制曲线 在介绍UGR以前有必要把GI, VCP和亮度限制 曲线三种方法作一回顾。 对不舒适眩光研究的历史已超过五十年了,结 果产生了预测不同照明条件下是否会产生不舒适眩 光的许多种方法,这些方法(除亮度限制曲线外) 都采用一个基本相似的公式计算一组照明设施所产 生的不舒适感觉。这些公式虽然各不相同,但对于 一个单独的眩光源来讲,它们都具有下列形式: 眩光感觉 = ( L a s b) (L c bp d) (1) 式中:Ls=眩光源的亮度(cd/ m 2 ) , =眩光源相对于眼睛所张的立体角(ster) , Lb=背景亮度(cd/ m 2 ) , p=眩光源偏离视线的程度,称作位置指

11、数, a,b,c,d=指数。 每一项的指数在不同公式中是不同的,但如果 眩光源的亮度提高、眩光源的立体角增加、背景亮 度降低以及视线对眩光源偏离的减少,都将增加该 眩光源的不舒适感觉。 (1)GI,英国的眩光指数系统 GI系统是英国Petherbridge和Hopkingson在50 年代发展出来的,主要是在实验室中,由被试对呈 现在某一背景亮度前的一个亮斑的视觉舒适程度进 行主观评价得出来的。后经CIBSE采纳作为英国眩 光指数系统,编入英国室内照明规范。 此系统对于单独一个眩光源的公式为: 眩光感觉=G= (019L 116 s 018) (Lbp116) (2) 各个符号的意义与前相同,

12、但其背景亮度中不包括 眩光源的亮度,p采用VCP系统中的Guth位置指 数。 对于多个眩光源的综合作用,GI系统是用下列 公式将各个灯具的影响综合起来: 眩光指数=GI= 10log10015 G (3) 或写成 GI= 10log10 (0 145Ei) (L116 018 p 116) (3) GI的值在1030之间, 10表示感觉不到眩光, 30 表示非常不舒适的眩光。 (2) VCP ,美国的视觉不舒适概率系统。 VCP法是60年代IESNA根据Guth的工作提出 来的。 对于单独一个眩光源的公式为: 眩光感觉=M= (015LsQ)(PF 0144) (4) 式中:Ls=眩光源的亮度

13、 (cd m 2 ) , Q= (20 14Ws+ 1152W 012 s - 01075) ,其中Ws= 眩光源对眼睛所张的立体角(ster) , P= Guth位置系数,即眩光源相对于视线的位 置, F=视野(包括眩光源)的平均亮度 (cd m 2) 。 对于多个眩光源产生的眩光感觉,是用下式将 它们综合起来形成不舒适眩光评价(DGR) : DGR = ( Mn) a (5) 式中:a=n - 010914 , n=眩光源的数目。 于是再将DGR转换成VCP ,所谓VCP (视觉舒 21照明工程学报2006年6月 适概率)就是有多少百分率的人认为可以接受DGR 所代表的眩光条件。为便于将D

14、GR转换成VCP , IESNA提供了一个图表供设计人员使用。 此外,如果照明装置满足下列三个条件时,一 致同意就不存在不舒适眩光问题: VCP等于70或以上, 当在室内纵向或横向看时,灯具于与垂线成 45 、55 、65 、75 和85 角处的最大灯具亮度(最亮 的615cm 2) 与平均灯具亮度之比 51。 灯具横向和纵向最大亮度不超过表1中的值: 表1 要避免不舒适眩光不论纵向或横向看时 灯具与垂线成表列各个角度处的最大亮度 不能超过下表的规定 与垂线成的角度()最大亮度 (cd m2) 457 , 710 555 , 500 653 , 860 752 , 570 851 , 695

15、(3) CIE暂行方法-亮度限制曲线系统 上面两种方法中多个眩光源的影响,都是将单 个眩光源的眩光感觉累计起来的,人们对此做法感 到不满。因此德国Bodmann等人用13比例的办公 室模型,以不同配光的荧光灯灯具进行评价试验。 试验中以七点量表来评价不舒适程度,量表中: 0 = 无眩光, 1 =介于不存在眩光至不显著的眩光之间, 2 =显著的眩光, 3 =介于显著的眩光至讨厌的眩光 之间, 4 =讨厌的眩光, 5 =介于讨厌的至不能忍受 的眩光之间, 6 =不能忍受的眩光。他们从试验中发 现只有四个因素显著地影响眩光评价,即灯具亮度、 房间长度和灯具的悬挂高度、适应亮度以及灯具的 类型,特别是

16、有否亮的边。他们将对于一组为水平 面恒定地提供1000lx照度的、规则排列的、安装在 顶棚表面的相同的灯具观察的结果,绘制成图(图 1) ,表示与这组灯具中央一只灯的法线和灯具至观 察者之间连线之间的夹角与眩光评价等级的函数。 每根曲线相当于一个眩光评价等级。对于不同灯具 的影响考虑采用一个系数来修正,此系数为: G= 1116log10(E1000)(6) 式中:G为与以1000lx额定照度得到的眩光评价 等级提高或降低的量,而E则为实际的水平照度。 后经过Sollner和Fisher的工作发展成欧洲眩光限制 曲线系统, CIE采用它作为眩光评价的暂行推荐办 注释: Luminaire luminance =灯具亮度; G lare rating =眩光评价; Emission angle =辐射角。 图1 对不同辐射角的灯具亮度的眩光评价。 上图,照度为1000 lx ,矩形灯具在平行于其纵向轴观看时, 灯具的极限亮度L、辐射角与评价值G的函数。 下图