影響道路照明舒適度的因素

姚夢(mèng)明 鄧云塘 朱曉燕

(1.飛利浦 (中國(guó))投資有限公司，上海 200000;2.飛利浦亞洲研究院，上海 200000)

1 道路照明舒適度影響因素

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨著更多的夜間戶外活動(dòng)，道路夜間各種交通行為增多、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，交通行為人包括各類機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車駕駛員、行人對(duì)道路照明的要求不僅僅局限于夜間的可見(jiàn)度，越來(lái)越期望道路照明舒適度的提升可以讓自己身心放松，緩解視覺(jué)疲勞和精神緊張。

夜間道路照明的質(zhì)量可以從可見(jiàn)度和舒適度兩方面考量，決定可見(jiàn)度的指標(biāo)在《城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45—2006中都有很明確的定量要求 (表1)［1］，其中平均亮度、縱向均勻度和環(huán)境比同時(shí)也是舒適度指標(biāo)，除此之外，不舒適眩光和光源色溫、顯色性也是影響舒適度的重要因素。

照明的舒適度是一個(gè)主觀概念，其評(píng)價(jià)方法是建立測(cè)試模型或在實(shí)際照明安裝條件下，在靜止或動(dòng)態(tài)的觀察條件下，請(qǐng)觀察者評(píng)估不同影響因素下自己感知的眩光大小或照明舒適度優(yōu)劣，一般采用De Boer評(píng)分系統(tǒng) (表2)［2］，用1～9分來(lái)表示照明水平從差到優(yōu)異和眩光從不可忍受到幾乎注意不到的變化。

表1 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Road Lighting Standard for motor vehicle traffic

表2 道路照明舒適度評(píng)分系統(tǒng)Table 2 Road lighting comfort rating system

根據(jù)De Grijs和 De Boer的研究，主干道路面平均亮度應(yīng)大于2cd/m2、次干道路面平均亮度應(yīng)大于1.2 cd/m2，才能評(píng)為“好”的亮度水平 (圖1);據(jù)Economopoulos 1978年的研究成果，車道縱向均勻度從0.77下降到0.5，舒適度評(píng)分下降一個(gè)等級(jí) (圖2)。

圖1 亮度評(píng)分圖Fig.1 Luminance rating figure

環(huán)境比是指車行道外邊5米寬的帶狀區(qū)域內(nèi)的平均水平照度與相鄰的5米寬車行道上平均水平照度之比。充分的環(huán)境照明，可以降低駕駛員視野內(nèi)不同區(qū)域的亮度對(duì)比，可以緩解視覺(jué)疲勞，但如果過(guò)度環(huán)境照明則會(huì)造成能源浪費(fèi)和光污染風(fēng)險(xiǎn)，標(biāo)準(zhǔn)建議環(huán)境比在0.5可以平衡舒適度和能源消耗，同時(shí)避免光污染。

圖2 縱向均勻度評(píng)分圖Fig.2 Longtitudinal uniformity rating figure

2 國(guó)內(nèi)外道路照明視覺(jué)舒適度研究成果

目前，全球和我國(guó)的路燈保有量中，高壓鈉燈的占比都在62%左右，近年隨著金屬鹵化物燈和LED等白光光源在道路照明領(lǐng)域的應(yīng)用增多，對(duì)該領(lǐng)域白光和黃光應(yīng)用的對(duì)比研究與不同色溫白光應(yīng)用的對(duì)比研究都在增加，研究方向涵蓋可見(jiàn)度和舒適度兩大部分，下文集中介紹視覺(jué)舒適度方面的研究成果。

2.1 法國(guó)里昂公共照明試驗(yàn)

法國(guó)里昂公共照明部聯(lián)合飛利浦照明、EDF和ADEME分兩期實(shí)地測(cè)試了不同光源照明下的表現(xiàn)，第一期針對(duì)INSA的學(xué)生，第二期是在里昂第六街區(qū)針對(duì)本地居民。測(cè)試的光源包括普通高壓鈉燈、熒光高壓鈉燈、汞燈、熒光燈、4200K金鹵燈、3000K陶瓷金鹵燈和2850K Cosmo，問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)［3］，最多的人偏好暖白光的3000K陶瓷金鹵燈和2850K Cosmo，喜歡熒光燈和無(wú)汞鈉燈的人最少，暖白光光源得到更多人認(rèn)可的原因是因?yàn)槠涔馍孢m度和顯色性。

2.2 荷蘭Apeldoorn LED街道照明試驗(yàn)

2010年，在荷蘭Apeldoorn進(jìn)行了一個(gè)專門針對(duì)LED街道照明的試驗(yàn)，一個(gè)街區(qū)內(nèi)安裝了8種不同類型的 LED街道照明燈具，色溫有3200K、5600K和7500K三種。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，最受被訪者歡迎的三個(gè)街道都是由3200K色溫LED照明，而感受舒適的主要原因是這些照明“營(yíng)造溫暖、友好、安全的氛圍，視覺(jué)清晰”;兩個(gè)被認(rèn)為不舒適的街道都是由5600K色溫LED照明的。

2.3 蘇州吳越路照明試驗(yàn)

2009年，蘇州吳越路安裝了150W高壓鈉燈、140W Cosmo和120W 4000K LED路燈各6套，GOAL(照明應(yīng)用全球組織)對(duì)此進(jìn)行了調(diào)查研究，目的主要調(diào)查人們對(duì)不同色溫的喜好和在三種光源照明道路上人們安全感、舒適感和顯色性的評(píng)價(jià)。研究報(bào)告稱［4］:在30個(gè)受訪者中，63%的人最喜歡2850K暖白光的Cosmo，多數(shù)人覺(jué)得4000K的LED有點(diǎn)暗或太冷白;80%的人滿意Cosmo的照明環(huán)境，多數(shù)人感覺(jué)這樣的照明最舒適，最有安全感，認(rèn)為Cosmo比4000K的LED更自然，而鈉燈照明無(wú)法區(qū)分顏色。

3 LED道路照明舒適度實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)研究介紹

眩光是影響照明舒適度的重要因素。眩光是由于視野中的亮度分布或者亮度范圍的不適宜，或存在極端的對(duì)比，以致引起不舒適感覺(jué)或降低觀察目標(biāo)或細(xì)部能力的視覺(jué)現(xiàn)象。失能眩光降低視覺(jué)對(duì)象的可見(jiàn)度，但不一定產(chǎn)生不舒適感覺(jué)，可以定量計(jì)算。不舒適眩光則更多是一種主觀評(píng)價(jià)，可以采用表2方法來(lái)評(píng)估。

由于LED是一種表面亮度極高的點(diǎn)光源，近年大量用于道路照明，許多業(yè)主和業(yè)內(nèi)專家都對(duì)LED路燈的眩光產(chǎn)生疑慮。根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，合理的配光設(shè)計(jì)可以避免LED路燈應(yīng)用中的失能眩光超出表1的國(guó)標(biāo)要求，但不舒適眩光的限制則很難規(guī)范。飛利浦亞洲研究院聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)對(duì)此課題做了一些工作［5］。該課題分為兩部分，一是相同或近似配光不同色溫LED的不舒適眩光差別研究，二是不同配光LED路燈的不舒適眩光差別研究。

不同色溫LED的不舒適眩光研究方法分安裝道路的實(shí)地調(diào)研和實(shí)驗(yàn)室模型兩種，實(shí)地調(diào)研方法在前述荷蘭和蘇州的試驗(yàn)中已有結(jié)果，這里主要考慮實(shí)驗(yàn)室模型。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D3所示:①為眩光源 (模擬LED路燈)，②為均勻照明背景板(模擬路面)，③為視線落點(diǎn)，④為背景板投影儀，⑤為頭部靠板，⑥為照度計(jì)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了3000K和6000K兩種色溫，眩光源亮度分別為25 000 cd/m2，50 000 cd/m2和100 000 cd/m2三種，眩光源位置分別為視線中心和偏離視線10°兩種，36名測(cè)試對(duì)象按照年齡分為兩組:20～40歲的年輕組和50～60歲的年老組。測(cè)試對(duì)象對(duì)不同色溫、不同亮度、不同位置的眩光源分別進(jìn)行不舒適程度的評(píng)分，同時(shí)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)測(cè)試對(duì)象的瞳孔直徑變化進(jìn)行測(cè)量。

圖3 不舒適眩光評(píng)估實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.3 Discomfort glare evaluation experiment model

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，不論測(cè)試對(duì)象年齡和眩光源亮度和視角，3000K色溫比6000K色溫的LED產(chǎn)生的不舒適眩光更小，評(píng)分更高;對(duì)測(cè)試對(duì)象瞳孔直徑變化程度的測(cè)量也表明，3000K比6000K LED眩光源導(dǎo)致的測(cè)試對(duì)象瞳孔直徑收縮程度更小，這客觀上也驗(yàn)證了測(cè)試對(duì)象的主觀評(píng)價(jià)。

不同配光LED燈具在實(shí)際安裝條件下的不舒適眩光研究部分，主要是考量駕駛員在行駛過(guò)程中視野里所有眩光源的疊加影響，研究發(fā)現(xiàn)不舒適眩光的產(chǎn)生與駕駛員的適應(yīng)亮度有關(guān)。考慮到駕駛員的視線方向和視角大小，對(duì)適應(yīng)亮度而言對(duì)不舒適眩光起主要作用的是燈具γ70°以上的光強(qiáng)分布 (圖6)。如果燈具在γ80°以上缺失光強(qiáng)分布，則駕駛員視野中的眩光源數(shù)量少，周圍視覺(jué)適應(yīng)亮度低，感受到的不舒適眩光就大，反之則小。所以，LED路燈的配光設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)在大γ角上的光強(qiáng)柔和過(guò)渡，不應(yīng)過(guò)分利用其光控性能做成銳利截光型配光，如此可以降低LED道路照明的不舒適眩光。

圖4 測(cè)試對(duì)象主觀評(píng)分Fig.4 Subjective grading of testers

圖5 測(cè)試對(duì)象瞳孔直徑收縮幅度Fig.5 Pupil diameter contraction amplitude of testers

圖6 γ70°以上光強(qiáng)對(duì)不舒適眩光的影響Fig.6 Effect of light intensity above γ70°on discomfort glare

3.3 Xceed系統(tǒng)LED路燈介紹

新近開(kāi)發(fā)的Xceed系列LED路燈，采用Lumileds 3000K Luxeon R暖白光大功率芯片，多芯片平面式排布成陣列，半截光路燈配光，能夠營(yíng)造安全的照明環(huán)境，舒適度更高，眩光更小;其85lm/W的系統(tǒng)光效，通過(guò)專業(yè)照明設(shè)計(jì)滿足《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》各項(xiàng)指標(biāo)，兼具很好的節(jié)能性，能滿足用戶對(duì)道路照明安全和舒適的多重要求。

［1］CJJ45—2006，城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2006.

［2］W.J.M.van Bommel，J.B.de Boer.Road Lighting(Philips Technical Library).Macmillan P，1980.

［3］里昂公共照明部.公共照明不同類型放電燈評(píng)估報(bào)告.

［4］ Wendy Qiang.GOAL Report on White Light Research.

［5］Zhu Xiaoyan. Perception study on discomfortglare evaluation in LED road lighting.