住宅起居室人工照明光環境視覺印象綜合評價

雍 靜,張 瑞,王曉靜,李國會

(重慶大學 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室,重慶 400044）

起居室是住宅中最受關注的一部分,是家庭娛樂、休閑、交談、團聚以及會客的場所,有關資料對全國9大城市752戶的綜合調查顯示,晚飯后家庭每周團聚3次以上的達78.5%,親友來訪每周1次以上為 40.5%,以上活動發生在客廳中的概率為72.8%[1]。為了較全面地了解起居室人工照明光環境現狀,課題組選取中國光氣候分區中第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ光氣候區中代表城市北京﹑上海和重慶入住3～5 a共150戶典型住宅做入戶調研,結果顯示,目前起居室照明仍存在不足以及用光的盲目性,例如,北京22.5%的起居室達不到100 lx照度值,19%的家庭使用極易產生眩光的燈具[2]。

第26屆CIE(International Commission on Illumination)在室內人工照明研究領域,探討以人為本的照明研究,提出在對照明光環境滿意度(舒適度)進行評價時,應重點研究光環境照明質量的評價系統[3],探索影響光環境舒適度的主要原因[4-8]和改進現有的眩光評價系統[9]。

國內外在照明光環境對人的視覺印象方面做了大量的研究。Ayse Durak系統地分析不同的照明方式(general lighting,wall washing and cove lighting)﹑照度等對同一認知空間的不同影響,通過定性實驗,得到間接照明與低照度的照明組合方式讓人更加放松,有較強的隱私感;一般照明或半直接照明與高照度的照明組合方式讓人感覺清晰度高;半直接照明與高照度的照明組合方式讓人感覺空間寬敞度高,并且室內空間秩序性強;間接照明或半直接照明方式讓人感覺空間愉悅性強,空間的照度水平對此沒有很大的影響[10]。但缺乏視覺印象對整體滿意度影響的評價體系的建立。

住宅人工照明光環境視覺評價是一項較為復雜的工作,涉及很多因素,如:居室天棚、墻面、地面的材料質地、光反射性質、色彩、色飽和度、家具、飾物、裝修造型等。其中有些因素極具個性化色彩,同時考慮每一種因素在視覺評價中的影響非常困難。值得一提的是,對北京、上海、重慶這3個具有代表性城市的調研結果表明:在目前居住條件下,多數居民住宅的起居室格局、裝修、家具布置和墻面、地面材料的色調都是以淺色系為主,主要的不同點是燈具造型差異和家具顏色。在起居室人工照明光環境中,人們主要關注的視覺范圍是人的視線平視范圍內,燈具造型對視覺環境不會構成太大影響;而家具顏色的深淺具有個性化色彩,因人而異。正交分析結果顯示[11]:照度對起居室的影響最顯著。因此,為了抓住主要矛盾,簡化分析過程,該文在3地調研基礎上,在實驗室搭建的起居室人工照明光環境模型采用具代表性和大眾化的墻面、家具等裝修、裝飾風格,并且在同一認知的空間進行實驗,測取照明質量指標,確定綜合心理評價函數,將均方差法引入到人工照明光環境評價中,通過具有客觀性的專家評分來驗證綜合評價函數,該函數的可行性驗證說明該綜合評價函數模型可用于人工照明光環境的評價領域,為居室人工照明光環境的合理設計提供指導。

1 實驗環境建立

1.1 實驗環境平面

3地調研中選取的典型住宅中,住宅建筑面積在60～220 m2,其中一室一廳 7戶(60～65 m2)、二室一廳16戶(70～100 m2)、二室二廳38戶(85～140 m2)、三室一廳11戶(60～108 m2)、三室二廳57戶(80～150 m2)、四室二廳21戶(110～220 m2)。調研結果顯示,89%的住宅起居室與餐廳無隔斷,共處于1個空間內,起居室平均面積為21.3m2。在使用燈具方面,58%的家庭起居室天花板上安裝花燈,這樣看來,空間單調缺少層次感。

選取面積為27.2 m2(7.25 m×3.75 m)的實驗室模擬起居室環境,并搭建典型住宅起居室人工照明光環境模型,如圖1(a)、(b)所示。室內陳設按住宅起居室的一般要求布置,采用的照明燈具如表1所示,心理評價實驗的過程中,氣溫在21-28℃,因此選取中間色調和冷色調的光源。在室內設置80個點(地板磚的相交點)作為實驗室光環境照明水平監測點,如圖 1(a)所示,點與點的間距為500 mm,各點距地高度750 mm。采用TES數位式照度計測量各監測點的照度值和水平照度分布,采用STC4000光譜分析儀測量空間光環境的色溫。

表1 室內燈具

圖1 實驗方案圖

2.2 實驗方案

3地調研顯示起居室照明方式包括直接照明、間接照明、混合照明,根據人們在生活中對起居室燈具的常用控制方式,確定照明實驗方案,如表2所示。

表2 照明實驗方案

2.3 心理評價指標的確定

為研究對起居室人工照明光環境心理效應的評價,首先要建立一套可以反映居室光照優劣的指標體系。建立指標體系的核心原則是科學性和簡便性的結合。

國內外在照明環境對人的心理影響方面作了大量研究,Flynn將視覺印象歸類為清晰、寬敞明亮、放松、隱私、愉快、有序[12-15]。Sorcar、Nuckolls、Erhardt、Ayse Durak在該領域也做了類似的研究[10]。眩光的有無或眩光的大小關系到照明質量好壞,是評價照明質量的重要指標,并且不舒適眩光會影響人的視覺心理[16]。Banu Manav在色溫與人的感受方面做了研究[17],提出高色溫使人感覺更舒適,房間更有空間感,低色溫讓人有放松感,并且人們對色溫的喜好與環境溫度有關。基于上述,在所建立的起居室人工照明實驗模型中確定空間感、愉悅性、隱私感、清晰度、有序性、放松感、色溫引起的感受和眩光這8個因素為評價指標。評價結果用7級語言差別量表,其中很不滿意、不滿意、較不滿意、一般、較滿意、滿意、很滿意分別對應1～7分。

3 結果與分析

3.1 數據處理

選取68人針對實驗照明光環境進行問卷調查,對空間感、愉悅性、隱私感、清晰度、有序性、放松感、色溫引起的感受和眩光這8項心理評價指標進行評價,其中專家8人,普通人群60人(20～30歲占78%,30～40歲占22%)。

之后對每個指標的主觀評價打分求算術平均值,當某評價分值與平均分相差3級,則認為該數據無效并將其刪除,再對剩余的評價分值求平均分,處理后的評價結果見表3。8位專家在相同的實驗照明光環境下僅對“整體滿意度”進行評價(表3最后1列)。

表3 屬性矩陣

續表3

3.2 綜合評價函數的建立

考慮到評價結果原始數據的特性,人們對各決策客體(評價指標)進行打分的客觀性,我們選擇基于最大離差與均方差決策法相結合來確定綜合評價函數[18],綜合評價函數是 8項心理評價指標的集合,這8項評價指標可以全面的反映人們對空間照明光環境的整體滿意度,因此,可以認為綜合評價函數是整體滿意度函數。

令照明方案集為A={A1,A2,…,A29},心理評價指標集為G={G1,G2,…,G8},指標的權向量為W={W1,W2,…,W8},并滿足 ∑Wj=1,Wj＞0,方案 Ai對指標Gj的屬性記為Yij(i=1,2,…29,j=1,2,…,8),Y=(Yij)m×n表示方案集A 對指標集G的“屬性矩陣”,8個評價指標主觀上很難斷定其重要程度,假設它們處于同一重要等級上。

采用最大離差法對評價指標歸一化[19]:

3.3 綜合評價函數的驗證

綜合評價函數(Fi函數)與專家評價函數(P函數)的關系如圖2所示。結果表明:1)F函數與P函數曲線的極值點與拐點基本一致,F函數曲線的極大值點在照明方案 2、9、12、14、18、23、28,極小值點在照明方案 7、10、13 、17、21、25;P 函數曲線的極大值點在 2、9 、12、14、18、23、28,極小值點在照明方案 7 、10、13、17、21 、25。 因此 ,說明 F 函數與 P 函數曲線走向保持良好的一致性,F函數在該文建立的光環境中能正確反映人們對起居室人工照明光環境的心理評價。

圖2 F函數與P函數

2)2條曲線的最大值點均出現在照明方案14,最小值點均出現在照明方案7,這表明,在直接照明中混入一定比例的間接照明(研究中這一比例為30%),0.75 m水平面平均照度141 lx,照度均勻度在0.4～0.5的照明光環境中,人們的心理滿意度高。而直接照明方式,0.75 m水平面平均照度102 lx,照度均勻度大于0.6(研究中0.645)的照明光環境,人們的心理滿意度低。

3.4 綜合評價函數的應用

建筑照明設計標準GB 50034-2004提出在進行居住建筑照明設計時須考慮照度值和顯色指數,并沒有將照度均勻度列在其中,根據SPSS軟件的偏相關性分析[20]可以得到,F函數與平均照度的相關性為-0.2259,F函數與照度均勻度的相關性為-0.2654。可以說明,整體滿意度與平均照度和照度均勻度都有相關性。并且由圖3也可以看出,在照明方式7、25,人們的心理滿意度都很低,這2種照明方式下,0.75 m水平面平均照度都達到國家標準要求,照度均勻度分別是0.645、0.614;在照明方案 12、14、15、28,人們的心理滿意度都很高 ,且0.75 m水平面平均照度都達到國家標準要求,照度均勻度分別是0.572、0.474、0.488、0.537。表明,照度均勻度對居室整體滿意度有一定的影響作用。

圖3 F函數與照度均勻度

4 結論

實驗與均方差決策相結合,建立起居室人工照明光環境綜合評價函數,使綜合評價結果更客觀。建立的綜合評價函數使人們對居室人工照明光環境的認識更加直觀明了。專家評分對評價函數的可行性驗證說明該復合模型及所建立的綜合評價函數可用于人工照明光環境的評價。

[1]趙冠謙.居住生活實態與室內空間環境——實態調查綜合分析[M].居住模式與跨世紀住宅設計.北京:中國建筑工業出版社,1995:26-31.

[2]劉煒,王曉靜.北京住宅室內照明光環境調查與分析[J].燈與照明,2008,32(3):17-20.LIU WEI,WANG XIAOJING.Investigation and Analysisabout Indoor Ⅲuminatio of Light Environmentin Beijing Houses[J].Light&Lighting.2008,32(3):17-20.

[3]NAKAMURAY,YOSHIKI,SHIM AZAKI,etal.Method of discomfort glare estimation applicable to wide range of source sizes[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,1(26):41-44.

[4]CHUNHG T M,CHEUNG H D,NG R T H.Physical parameters affecting the subjective evaluation of daylit indoor residentialenvironmemt based on a user assessment survey[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,26(1):27-30.

[5]POPF.Residential energy efficient lighting[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,26(1):51-54.

[6]MA RTINE K.Use of colour:cosiderations &applications[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,1(26):78-81.

[7]MANAV B,ONAYGIL S,GULER O,et al.Effects of different colour temperatures and illuminance level on the preferen of wall colour at offices[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,1(26):82-85.

[8]SCHLANGEN L J M.Health and well-being effects of high color temperature lighint[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,1(26):86-89.

[9]KIM W,KOGA,SHIK,et al.Evaluation of discomfort glare from daylight[C]//Proceedings of 26th Session of the CIE,2007,1(26):170-173.

[10]AYSE DU RAK,NILGUN CAMGOZ OLGUNTURK,CENGIZ YENER,el at.Impact of lighting arrangements and illuminances on different impressions of a room[J].Building and Environment.2007,42:3476-3482.

[11]XAIOJING WANG,WEI LIU,LIQIANG ZENG,et al.An Experimental Study on the Artificial Lighting Environment Evaluation of the Residential Living Room[C]//International Conference on Sustainable Development in Building and Environment,2009.10:62.

[12]FLYNN JE,SPENCER TJ,MARTYNIUK O,et al.Interim study of procedures for investigating the effect of light on impression and behaviour[J].Journal of the Illuminating Engineering Society,1973,3(2):87-94.

[13]FLYNN JE.A study of subjective responses to low energy and nonuniform lighting systems[J].Lighting Design and Application,1977,7:6-15.

[14]FLYNN JE,SPENCER TJ.The effects of light source color on user impression and satisfaction[J].Journal of the Illuminating Engineering Society,1977,6:67-79

[15]FLYNN JE,HENDRICK C,SPENCER TJ.Martyniuk O.A guide to the methodology proceduresfor measuring subjective impressions in lighting[J].Journal of the Illuminating Engineering Society,1979,8:95-110.

[16]孫建民.電氣照明技術[M].北京:中國建筑工業出版社,1998:214-230.

[17]BANU MANAV.Anexperimentalstudyonthe appraisal of the visual environment at offices in relation to colour temperature and illuminance[J].Building and Enviroment,2007,42:979-983.

[18]杜關記,鄭毅.均方權值決策法在深基坑支護方案優選中的應用[J].土工基礎,2006,12:67-69.DU GUANJI,ZHENG YI.Application of Mean-Squared Deviation Weight Decision in the Optimization of Deep Foundation Bracing Scheme[J].Soil Engineering and Foundation,2006,12:67-69.

[19]ZHIBIN WU,YIHUA CHEN.The maximizing deviation method for group multiple attribute decision making under linguistic environment[J].Fuzzy Sets and Systems,2007,158:1608-1671.

[20]余建英,何旭宏.數據統計分析與SPSS應用[M].北京:人民郵電出版社,2003:173-176.