不同光源對室內光感覺評價的影響與應用

丁 勇 丁正遼 伍積明 張紅川 石小波 楊李寧

(1.重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶 400045;2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 400045)

1 引言

建筑日光照明固然是實現建筑節能降耗的有利措施，但值得注意的是，目前建筑基本朝著大型建筑的方向發展［1］，務必會存在建筑的中心區域無法實現日光照明，以及外窗遮陽存在遮陽與采光的矛盾，不得不實行區域人工照明，以滿足室內照明標準要求。

我國“十一五”規劃明確提出“建設節約型、環境友好型社會”的發展目標。綠色照明工程作為這一目標的實施重要內容之一，其中電光源類型的選擇是實施綠色照明工程的重點。中國現行的建筑照明設計標準是2004年12月正式施行的《建筑照明設計標準》(GB50034—2004)，該標準中照度水平相比1992年版的舊標準有較大提高，第一次規定了我國七類建筑主要照明場所的最大功率密度值(LPD)［2］，但又不難發現，和舊版標準相似，標準規定了建筑室內照度指標，并未具體反映某一建筑類型中不同光源類型對室內光環境影響的差異性。同時對于目前提出的“宜居建筑”，強調類似節能建筑的節能性的前提下，更注重對人的“生理”、“心理”舒適性需求，建筑室內應該具備良好的居室環境，其中就包括良好的采光、照明功效［3］。基于以上闡述，本文為了分析普通辦公建筑中不同光源類型對室內光環境舒適性的影響以及人員感觀反應，以確定適宜的光源選擇策略，重點針對目前市場上使用較普遍的14wYPZ220節能燈、60wFSL白熾燈兩種光源進行實驗研究。

2 內容及方法

2.1 研究目的及方法

為了研究普通辦公室內不同類型光源對室內光環境舒適性的影響，主要采用現場測試+問卷調研的方法:我們用物理手段采集室內照度值的同時，對普通辦公室內的被調研者現場填寫對室內光環境的感受。本次研究主要在人工搭建的照明實驗室進行，實驗開始前，讓觀察者進行充分的視覺適應。實驗中，通過調節一種光源室內開燈數量，控制室內照度值，并且每次調節后，被調研人員先進行充分的視覺適應，再填寫感觀感受。

2.2 現場測試及問卷調查

本次實驗地點為一辦公樓5樓，房間尺寸為7.9m×3.7m×3.5m，面積29.2m2。外窗西北朝向，室內設置空調制冷。房間頂棚中心線的四等分點布置三個圓形燈架，每個燈架上安裝有六個燈泡接口，最多可以安裝6個燈泡，安裝高度為3.2m，對某種光源進行實驗時，在這同一燈架上安裝上相應的燈泡。照明實驗室室形指數RI為0.8。每次調節開燈數量時，保持每個燈架的開燈數量一致，以確保室內照度的均勻度。根據《采光測量方法》 (GBT5699—2008)、《室內照明測量方法》(GBT5700—1985)，室內照度的測試分別在室內進深方向每個典型工作面布置6個測點，每個房間布置了12個點，對相同進深的測點數據進行相加取平均值，測點高度距地0.75m，為辦公人員工作面高度。

主觀問卷調查采用描述法，包括調查人員的基本信息 (年齡、性別等)、室內照度感、眩光感、光源顏色的主觀評價等，照度光感覺投票指標如下表1。

表1 光感覺投票標尺

節能燈實驗中，整理得到有效問卷數288份;白熾燈實驗中，整理得到有效問卷數份279，此次被調查者基本為在校學生，年齡20～25，男女比例為 3∶1。

3 結果與分析

3.1 節能燈實驗分析

1)室內測試參數統計

參考《建筑照明設計標準》GB 50034—2004規定的普通辦公室室內照度標準值300lux，如表2，使室內照度基本滿足工作照明的要求，同時也為了得到在300lux以下時，人員對室內光環境的反應，通過控制開燈的盞數，調節測試照度值分布在200～300lux。通過對測試及問卷的整理得出，在測試期間，被調查人員所處的室內光環境照度值分布在200～800lux，每個照度區段樣本量基本一致。

表2 辦公建筑照明標準值［4］

2)人員感觀評價分析

通過對本次現場調研的光感覺投票進行分析處理，得到圖1不同照度下光感覺投票分布頻率，從圖中可以看出，室內平均照度小于300lux時，人員投票值分布在－1以下，光感覺評價皆為偏暗。而室內照度在300～400lux之間，有71%的人員評價為正好，而且室內照度值為300～600lux時，人員評價為正好的比例逐步增大，說明在此區間，人員光感覺舒適性隨著室內照度的增大逐步提高;當室內照度分布在600～700lux時，人員光感覺隨著照度增大，舒適性在降低，而偏亮的光感覺在提高。

圖1 節能燈下室內不同照度的光感覺投票頻率

為了進一步區分室內光感覺舒適區間，我們把光感覺投票分為三組:投票值為0和1的作為“舒適組”，而把投票值為－3、－2、－1的分為“偏暗組”，投票值為2及以上的為“偏亮組”。結合圖2，我們可以按照以上分組情況，從圖中可以看出，室內照度E＜310lux，人員投票屬于偏暗組;310＜E＜600lux時，屬于舒適組;E＞600lux時，人員光感覺投票可以歸為偏亮組，由于室內照度＞600lux的樣本中人員評價為偏亮的占到了大部分，比例達到了63%。同時，我們可以看出，當420＜E＜600lux，人員全部投票值為1，一致評價為正好，因此室內照度分布在此區間時，人員光感覺最舒適。通過以上分析，我們可以把節能燈下人員光感覺反應區間匯總如下表3。

圖2 節能燈下光感覺投票值與室內照度E的關系

表3 節能燈光感覺評價LS與室內照度E關系匯總

3.2 白熾燈實驗分析

1)室內測試參數統計

白熾燈實驗期間，室內照度同樣分布在200～800lux之間，各個照度段樣本量基本一致，并且與節能燈實驗樣本數也基本相同。

2)人員感觀評價分析

如圖3反映白熾燈下不同室內照度人員光感覺投票情況，相比節能燈，室內照度300～400lux時，還存在18%的人員評價為偏暗，但同樣室內照度分布在300～600lux之間時，人員評價為正好的比例逐步增大，人員光感覺舒適性隨著室內照度的增大逐步提高，同時又不難看出，室內照度在400～700lux時，人員光感覺評價為偏亮的比例隨著室內照度的增大逐步增大，但是在400～500lux和500～600lux之間光感覺為舒適所占比例達到了98.2%和93.2%，而在700～800lux之間僅為39%。因此可以認為當400＜E＜600lux，人員光感覺基本是舒適的，而E＞600lux時，人員基本感覺偏亮。結合圖4以及上文光感覺投票分組，可以更直觀得看出光感覺投票與室內照度基本上反應一個趨勢:室內照度E＜380lux，人員投票屬于偏暗組;380＜E＜600lux時，人員投票屬于舒適組;E＞600lux時，人員光感覺投票為偏亮組。具體的光感覺反應情況見表4。

圖3 白熾燈下室內不同照度的光感覺投票頻率

圖4 白熾燈下光感覺投票值LS與室內照度E的散點圖

表4 白熾燈光感覺評價LS與室內照度E關系匯總

3.3 討論

通過以上分析以及對比表3、4中普通辦公室室內照度較舒適區間，節能燈和白熾燈下室內照度人員光感覺評價存在一定差異性。節能燈光源作用下，光感覺較舒適的照度下限值相比白熾燈降低近90lux，而且兩者光源作用下室內照度較舒適區間E存在明顯覆蓋性，即室內照度較舒適值域 E白熾燈∈E節能燈。

為了尋找兩者光源作用下室內照度較舒適區間的差異性的影響因素，本文針對樣本中不同光源顏色偏好投票進行分析。圖5反映的是室內照度與顏色偏好投票值關系，從圖中可以看出，無論是在白熾燈光源還是節能燈光源作用下，人們對光源顏色的偏好與室內照度基本無關，而人員對不同光源顏色的偏好投票存在明顯的差異。結合圖6，可以看出，人們對白熾燈光源顏色偏好為偏冷色，對節能燈光源顏色較舒適，即使在室內照度較不舒適時，人員仍希望光源顏色維持不變。因此，光源顏色對人員光感覺的舒適性評價影響較顯著。不難分析，由于節能燈光源光譜接近于人們更加適應的太陽光光譜，為高色溫光源［5］［6］，白熾燈為低色溫光源，色表偏暖色，而照明光源的光色與色溫可影響人們的主觀感覺，產生不同視覺效果［7］。文獻 ［8］指出低色溫的背景光源只有在極低亮度條件下識別率略高于中高色溫光源，但隨著亮度的提升，中高色溫光源的識別率明顯優于低色溫光源。為了達到相同的視覺功效以及舒適的光感覺亮度，白熾燈需要以提高室內照度為代價，但又由于白熾燈作為一種熱輻射光源［6］，過高的照度易在人體與光源之間產生較強的熱輻射，并且輻射光線較強，易形成不舒適眩光，這與被調查者的調查結果一致，在相同的照度下，白熾燈存在眩光較明顯的現象。從而白熾燈光源的光感覺舒適區間小于節能燈。

圖5 室內照度與顏色希望投票值關系

圖6 不同光源顏色偏好投票對比

4 不同光源節能性比較分析

通過前文分析，得出了對于普通辦公室，節能燈的舒適性明顯優于白熾燈，同時為了了解節能燈的節能效果，下面簡要地針對兩種光源進行節能性對比分析。以實驗辦公室為對象，根據燈具的布置，在室內照度都滿足照明要求下，應用兩種光源的照明用電量進行比較，如表5所示。

節能燈相比白熾燈，照明節能率達到76.7%，每日平均節省電量5.5度，節省電費3.0元。因此，無論從節能出發，還是出于用戶經濟性考慮，在普通辦公室，使用節能燈明顯優于白熾燈。隨著人們生活水平的提高，人們對室內光環境舒適性的要求也逐步提高，伴隨燈具技術的發展，節能燈耗電越趨于低耗，因此，節能燈在辦公建筑的應用上將得到進一步推廣。

表5 辦公建筑應用不同光源節能性對比

5 結論

在普通辦公作業下，通過對白熾燈、節能燈對室內光環境的作用影響測試以及結合人員感觀問卷調查，得出以下主要結論:

(1)對于不同光源，室內照度舒適區間存在一定的差異性，對于節能燈，人員室內光感覺較舒適的區間為310＜E＜600lux時;白熾燈下為400＜E＜500lux。在達到同樣滿意的照明效果，節能燈照度可以相應減小，具有一定的節能效益。

(2)針對光源顏色對室內光感覺舒適性的分析，光源顏色偏好與室內照度基本無關，但光源顏色對人員光感覺舒適性評價具有一定影響，這是造成兩種光源室內光感覺舒適區間差異的一個因素。

(3)節能燈相比白熾燈，節能率達76.7%，平均每日節省電量5.5度，節能效果顯著。

因此，對于辦公建筑照明光源的選擇，無論從舒適性出發還是從節能經濟性考慮，節能燈有明顯的優越性，本文旨在為普通辦公室內節能燈的推廣應用能提供一定的理論依據;同時，人們在選擇照度值時，應在國家規定的照度標準的基礎上，根據光源類型以及自身進行的視覺工作和活動場所，進行合理的照度值選擇，達到綠色照明的要求。

本文主要針對普通辦公作業下兩種光源對室內光環境舒適性的影響，而對于不同視覺作業下，可能受工作區周邊環境、對象不同其要求的識別程度不同等因素影響，人們對光源的舒適性可能不同，因此，在下一步研究工作中，將深入開展不同作業需求下，不同光源對室內光環境的舒適性影響研究。

［1］譚穎.重慶典型公共建筑能耗調查分析與用能特征研究［D］.重慶:重慶大學，2009.

［2］劉虹.我國辦公建筑照明設計節能指標的研究制定［J］.中國能源，2005，27(4).

［3］楊李寧.宜居建筑的歷史演變及內涵研究［J］，資源節約與環保，2010，1.

［4］中國建筑科學研究院.建筑照明設計標準 (GB/T 50034—2004).北京:中國建筑工業出版社，2004.

［5］詹慶旋.建筑光環境［M］.清華大學出版社，1988.

［6］李樹春.光源漫話 ［J］.現代物理知識，1999.

［7］陳仲林.論健康照明 ［J］.重慶大學學報 (自然科學版)，2000，23(5).

［8］嚴永紅，關楊.白熾燈下T5熒光燈視功效、識別率對比實驗研究 ［J］.照明工程學報，2010，21(3)p:70～75.