國際照明委員會 (CIE)第三分部2011研究進展綜述*

張 昕 趙曉波

(1.清華大學建筑學院，北京 100084;2.《照明設計》(中文版)雜志社，北京 100084)

本文通過綜述南非2011CIE大會的邀請報告、大會報告、張貼論文報告、張貼論文、專題論壇、分部會議、技術委員會會議，對于第三分部的研究熱點和成果綜述如下。第三分部 (室內環境與照明設計)目前的研究熱點為:(1)基于動態氣象參數模型的地域性光環境研究;(2)各種類型建筑空間中的光環境熱點問題研究 (生理、心理、節能等);(3)對自然光產生的不舒適眩光的研究;(4)圖像技術在室內光環境研究與設計中的應用;(5)LED于室內照明系統的應用研究。

1 基于動態氣象參數模型的地域性光環境研究

Martinez等提出了對于動態氣象參數模型的新的天空劃分方式。天空劃分方式對于模型的計算準確性和耗時有著直接的影響。該研究將太陽路徑和太陽附近區域納入天空劃分的方法中，通過大量的有效性驗證證明了此劃分方式的準確性 (至少30%的提升)。有效性驗證在裝有21個光感應器和2臺數碼像機的辦公室中進行，將模擬值與測量值進行了比對分析。

Mardaljevic等人對于英國居住建筑進行了天然光環境的參數模型研究。獲得更為有效采光值的訴求對于模擬方式選擇、縮減模擬數據 (獲得更易懂的參數)增加了復雜度，目前對于模擬參數的構成仍沒有定論，非民用和居住建筑的評估程序也有所不同，尚不明確單一參數是否適用于這兩類建筑。該研究以居住建筑為樣本，調研采光系數對于居住建筑的適用性。除計算采光情況、預測照明用電外，研究者還發展了非視覺效應的參數方程。

C.Aghemo等人基于典型的大陸氣候區 (都靈)和地中海氣候區 (巴勒莫)開展基于動態氣象參數的建筑外觀影響研究。研究了自然光對房間朝向、進深、窗戶面積及朝向不同的辦公室樣本的影響參數。通過Daysim軟件計算采光系數 (DF)和動態采光性能參數 (DDPM)，評估將其作為地區性自然光預測手段的靈敏度，發展了一套通過動態模擬描述不同時段采光值的方法。

Naves等人使用動態模擬程序研究部分建筑變量 (窗戶面積、內部反射比和對采光進深有特別影響的外部遮擋)對巴西居住建筑的采光影響。通過Daysim軟件運行了220個模擬程序，分析了巴西10個不同緯度中10個城市的4個方向采光。得到了一些簡單的規則，保證全年70%的日照時數內70%房間區域的采光水平 (按居住建筑最低60 lx)，這些規則將應用于巴西居住建筑能源效率規定。

2 各種類型建筑空間中的光環境熱點問題研究 (生理、心理、節能等)

Goven等人研究了環境光對于兒童的行為、情緒、內分泌系統及其他因素的影響。多項研究表明以照明條件為代表的自然環境因素構成了兒童的成績不佳、行為不當以及疲勞的影響因素，該研究展示了2008年10月到2009年5月間所作調研的部分成果。

Noguchi等人研究了黎明視覺對于小學生生活質量的影響。記錄了從2007年12月到2008年1月間30天內33所小學學生的睡眠和生活方式，這段時間的日照時間相對較短。每個實驗日中，每戶家庭都隨機選擇是否使用黎明模擬器。在日出前30分鐘內，房間的照明逐漸提高到100 lx或眼睛可察覺的更高水平。使用了黎明模擬器 (DS)的學生的睡醒情緒明顯好于沒有使用黎明模擬器的學生。此外，使用黎明模擬器的學生在白天的情緒和對學習的集中度都有顯著提高。上述結果表明，黎明模擬器可以改進學生的睡眠習慣和提高學校生活的質量。

Tralau等人研究了旨在增加顧客訪問率的感覺指向的商店照明設計方法。

Vandahl等人研究了工廠工作空間中的光與健康。目前的標準和指南主要指向視覺效應和舒適度，仍不包括生物學非視覺效應，諸如燈光對人體的褪黑激素抑制、晝夜節律的延遲或提前、晝夜節律的穩定和靈敏度的提高等方面的影響。在TU Ilmenau正在進行一項研究，旨在分析工廠內生物學燈光的效用。

Gvozdev等人研究基于高能效LED照明裝置的載人飛船光環境，研究RGB彩色照明裝置對視覺健康和部分生理參數的影響。

Villa等人研究辦公室照明中節能和視覺舒適之間的平衡點。使用多目標優化方法優化建筑參數，用于鑒別辦公照明的效率和舒適度。

3 對自然光產生的不舒適眩光的研究

Sugano等人引用Guth的位置參數，使用照明圖像提供眩光計算系統。研究發現:(1)視亮度值與不舒適眩光呈非線性關聯;(2)一定數值以下的視亮度值對不舒適眩光沒有影響;(3)大尺寸對比的影響很小。研究者獲得了不舒適眩光的方程式和不舒適眩光圖像的分類。

Matusiak等人在挪威研究委員會資助的科研項目“半透明外觀”中，研究自然光傳輸和分布、眩光風險、建筑立面保持與室外視覺接觸的能力、不同的半透明建筑立面引起的室內顏色變換等課題。

Nagayoshi等人研究由防眩滿意的調光百葉提供的視覺聯系與照度分布。為避免窗戶產生的不舒適眩光，提議使用基于PGSV的可控窗簾。根據本研究提議的窗簾建立模擬程序，分析其與建筑立面的距離、百葉片間距/寬度比率 (S/W)/反射比對百葉片角度的影響，20%的百葉片角度保持不舒適眩光可以被接受。

Iwata等人使用亮度分布圖像對威尼斯百葉窗進行不舒適眩光評估。本研究旨在使用照明分布圖像、日光眩光機率 (DGP)、測算眩光感覺優選系統(PGSV)和基于統計值的指標［平均亮度值和中間亮度值的比率 (Lmean/Lmedian)］評估三種測量方法，涵蓋所有的自然光眩光條件。DGP、PGSV和Lmean/Lmedian顯示出與主觀評價很高的關聯系數。DGP并不適于測量對比眩光，而 Lmean/Lmedian方法適合，5(Lmean/Lmedian)被視為是將不舒適眩光保持在可接受水平的目標值。

Li等人通過問卷調查和探索性因子分析研究印刷文本閱讀中自然光眩光因素的關系結構。探索性因子的重要性通過聯合分析卡排名實驗計算。研究5個可調節因素 (窗簾、環境光光色、環境光照度、工作人員與窗戶的距離、臺燈的使用)的重要性排名，結果顯示印刷文本閱讀的環境主要包括主觀生理條件、書本的興趣程度、環境條件和可感知生理條件。主觀生理條件最為重要，在糾正當前的眩光模式中應為首要因素，窗簾的使用是最重要的可調節因素。

4 圖像技術在室內光環境研究與設計中的應用

Cai等人研發了一種高速動態攝影技術用于照明質量分析。傳統的使用照度計的方法雖可靠，但并不適用于普通的非均勻表面。HDR圖像技術使用普通數碼像機，記錄1～2分鐘內某一區域的照明數據，但并不分析該區域的幾何形狀，該缺陷令HDR技術無法準確分析照明質量。該研究通過將攝像測量技術融入HDR圖像技術，建立高動態范圍 (HDR)攝像測量技術，以快速、可靠、全面的方式在像素成像的基礎上計算整個表面的照明和完全坐標XYZ，大大提高了照明質量評估的準確性。

Nakamuara等人研究了使用亮度圖像進行照明設計的方法。通過實驗尋找計算“恰好滿意的照明條件 (JSLC)”的客觀方法，通過使用由照明圖像轉換的光度圖像來實現。通過日常文案、顯示屏工作的亮度值和背景亮度值可判斷該工作任務的JSLC，也可通過測算亮度圖像中的特定亮度值區域的大小計算房間的JSLC。

Scarazzato等人討論高動態圖像 (HDR)在分析天然光分布和鑒別某一地區普遍氣象類型中的可能性，根據ISO標準15469:2004(CIE S 011/E:2003)，這是由CIE在1990年代提出的替換IDMP站的方法。這種方法成本低、安裝簡單、操作和維護成本低、結果可靠，可以在以圖像為基礎的天然光模擬軟件 (IBL)中使用。

Zhang等人研究了“Gloom”的預測工具，展示了最近在分析黑暗或有照明的室內表面條件的研究結果。本課題在20年前已分析過 (Julian，1988;Shepherd，1990)，但該研究使用了新技術，可以更詳細地檢驗亮度、對比和視亮度。論文集中了無窗房間的研究結果，發現平均房間表面亮度是很好的預測，也支持Cuttle關于將房間表面出射度視為設計工具的提議 (2008)。對于有窗的房間，平均房間表面出射度并不構成充分條件，提議使用房間視亮度。初步模式測試也展示了其作為設計輔助工具的潛力。

5 LED于室內照明系統的應用研究

Davis等人研究了大量不同種類光源的相關色溫，判斷其“冷”、“暖”感受，利用該統計數據計算中性白光 (即不暖也不冷)的相關色溫。在兩個照明水平下測試照度對“溫暖”和“寒冷”感受的影響。試驗結論:3600K到4500K范圍的相關色溫可視為中性白光;上述結論在50 lx和200 lx照明水平下并沒有明顯的差異。

Knoop等人依托2010年CIE第3分部設立的技術委員會調查現有的LED質量評估方法，以及LED照明系統計算室內照明質量的適用性。論文回顧三種質量評估方法，分析技術委員會用以檢查現有質量評估的方法，介紹了技術委員會推薦的新的質量評估方法。

Piccablotto等人進行了博物館展柜的LED照明質量評估。通過在保護和儲藏中心“La Venaria Reale”(都靈)進行實驗，分析LED照明系統在典型博物館展柜中的應用，評估不同類型的LED燈具在展柜內不同位置時的照明質量，包括與文物保護相關的LED光譜和散熱等參數。

Ryckaert等人評估了LED線性燈具 (替代熒光燈)的表現。計算并比對了12種LED線性燈具產品的光學和電子參數，并監控其數據變化，同時分析在不同照明分布條件下的燈具視覺效果。在一個小型辦公室中以LED線性燈具替換T8熒光燈，比較辦公室中的照度分布，認為LED線性燈具替換T8熒光燈管后具有不可低估的視覺影響。

Veitch等人根據此前與個人控制照明相關的研究，測試可調節光源光色和初始LED光譜對工作人員的感知度、情緒、工作環境滿意度的影響。

6 其他

Favero等人旨在探索一種新方法，將自然光與人工照明結合進行用戶對建筑區域的體驗定義。這一體驗基于燈光、視覺、生理/心理三個系統。

Darula等人根據天空亮度分布建立了人工天空，計算管式導光系統的傳輸效率 (LTE)。測算結果顯示天空亮度分布對于管式導光系統傳輸效率的影響很大。

Tralau等人以 LiTG(Deutsche Lichttechnische Gesellschaft)的報告為基礎，探討照明質量的廣義定義與統一術語。

Müller等人介紹了一種基于動態光概念的集成立面技術。影響能源的設備將納入絕緣玻璃中與影響熱量和視覺舒適度的設備結合。日光汲取設備和LED照明對于房間區域的視覺舒適度很重要，靠窗區域采用集成的LED燈管照明，表皮的自由空間用以利用太陽能。

Fotios等人分析了使用可調節評價確定照度水平喜好的研究方法的有效性。本研究試驗調節方法以鑒定用戶對照明的偏好。基于此前利用照明調節的研究和當前基于調研的研究結果進行比對，認為“調節方法對于評估平均優選照度并無太大價值”。有證據表明，如用戶可以自行決定照明水平，其對于可視環境的滿意度將增加。因此，謹慎選擇控制變量 (可調范圍和初始值)為減少照明提供了機會，既降低能耗又維持了用戶滿意度。

Fotios等人探討了可用于顯示屏的合適的照明條件。通過實驗研究照明、顯示屏和顯示屏反射可接受度之間的關系。結果顯示屏幕反射光源的最大可接受亮度可以從4個照明和顯示參數中測算出:屏幕鏡面反光度、霧面反射效果、屏幕背景亮度和反射光源尺寸。結果用于建立一個新的屏幕反射可接受度測算模型，該模型支持兩種照明設計方法:①筆記本優先法，首先分析屏幕特征，再挑選適合屏幕的照明;②照明優先法，首先分析視覺環境特征，再確定顯示屏的最低規格參數。

與第三分部相關的專業論壇共三場，概述如下:

(1)光與健康

TC 3-46在2007CIE大會之后制定了一個研究方案，以提取專家認為的研究、實踐中必要的信息，2011年7月初步報告完成。CEN TC 169的一個小組曾認為應頒布一個歐洲標準“照明對人體的非視覺影響”，但此提議招來非議，部分專家認為還需要進一步的研究結果才能制定新的標準。本研討會的目標是從寬泛問題“應該改變照明實踐嗎”轉向細節問題。討論結果將作為TC 3-46報告的修正，或成立新的TC(D3或D6)。討論問題包括:①如何使用提議的標準;②此標準與現有標準是否沖突;③聽眾是否同意TC 3-46的研究項目提議;④如果研究項目可接受，如何進行必要的研究工作。

(2)老年人與視覺殘障人士

CIE已經建立的將近一個世紀的標準體系，是以年輕、視力好的理想觀察者為基礎的。然而在過去兩年里，老齡化和視力障礙已成為一個真正值得關注的問題。CIE期望建立章程、標準、條例以及相關的參數、計算方法、測量程序。該討論基于:①顯示老年人及視覺受損人群的視覺系統是如何區別于參考觀察者的基本原理陳述;②部分實驗結果陳述;③基于亮度、照度、眩光控制及其他健康問題的照明要求的相關討論。

(3)不舒適眩光

目前通用兩種評估不舒適眩光的模型:視覺舒適度概率 (VCP)和統一眩光指數。二者都以光源尺寸、與觀察者的相對位置、背景亮度和光源亮度進行評估。這兩個模型的建立和使用經歷了長時間的爭論，但這些爭論都未能嚴肅地提出建立一個通用模型，以解釋不舒適的原因。少數人提出心理變量對不舒適度的影響，并已有不同的模型評估自然光引起的不舒適度。本研討會全面討論現有模型的適用性，并建立新的或改進已有模型。

［1］CIE 27thSession-Proceedings Volume1.27thSession of the CIE South Africa 2011.