不同光源對室內(nèi)光感覺評價的影響與應(yīng)用

丁 勇 丁正遼 伍積明 張紅川 石小波 楊李寧

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045;2.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400045)

1 引言

建筑日光照明固然是實現(xiàn)建筑節(jié)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(fā)展［1］，務(wù)必會存在建筑的中心區(qū)域無法實現(xiàn)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(qū)域人工照明，以滿足室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)要求。

我國“十一五”規(guī)劃明確提出“建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的發(fā)展目標(biāo)。綠色照明工程作為這一目標(biāo)的實施重要內(nèi)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(xiàn)行的建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是2004年12月正式施行的《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2004)，該標(biāo)準(zhǔn)中照度水平相比1992年版的舊標(biāo)準(zhǔn)有較大提高，第一次規(guī)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(fā)現(xiàn)，和舊版標(biāo)準(zhǔn)相似，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了建筑室內(nèi)照度指標(biāo)，并未具體反映某一建筑類型中不同光源類型對室內(nèi)光環(huán)境影響的差異性。同時對于目前提出的“宜居建筑”，強調(diào)類似節(jié)能建筑的節(jié)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(nèi)應(yīng)該具備良好的居室環(huán)境，其中就包括良好的采光、照明功效［3］?；谝陨详U述，本文為了分析普通辦公建筑中不同光源類型對室內(nèi)光環(huán)境舒適性的影響以及人員感觀反應(yīng)，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(jié)能燈、60wFSL白熾燈兩種光源進(jìn)行實驗研究。

2 內(nèi)容及方法

2.1 研究目的及方法

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

2.2 現(xiàn)場測試及問卷調(diào)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(nèi)設(shè)置空調(diào)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(jìn)行實驗時，在這同一燈架上安裝上相應(yīng)的燈泡。照明實驗室室形指數(shù)RI為0.8。每次調(diào)節(jié)開燈數(shù)量時，保持每個燈架的開燈數(shù)量一致，以確保室內(nèi)照度的均勻度。根據(jù)《采光測量方法》 (GBT5699—2008)、《室內(nèi)照明測量方法》(GBT5700—1985)，室內(nèi)照度的測試分別在室內(nèi)進(jìn)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(jìn)深的測點數(shù)據(jù)進(jìn)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(diào)查采用描述法，包括調(diào)查人員的基本信息 (年齡、性別等)、室內(nèi)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(biāo)如下表1。

表1 光感覺投票標(biāo)尺

節(jié)能燈實驗中，整理得到有效問卷數(shù)288份;白熾燈實驗中，整理得到有效問卷數(shù)份279，此次被調(diào)查者基本為在校學(xué)生，年齡20～25，男女比例為 3∶1。

3 結(jié)果與分析

3.1 節(jié)能燈實驗分析

1)室內(nèi)測試參數(shù)統(tǒng)計

參考《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034—2004規(guī)定的普通辦公室室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)值300lux，如表2，使室內(nèi)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(nèi)光環(huán)境的反應(yīng)，通過控制開燈的盞數(shù)，調(diào)節(jié)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(diào)查人員所處的室內(nèi)光環(huán)境照度值分布在200～800lux，每個照度區(qū)段樣本量基本一致。

表2 辦公建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值［4］

2)人員感觀評價分析

通過對本次現(xiàn)場調(diào)研的光感覺投票進(jìn)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(nèi)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(nèi)照度在300～400lux之間，有71%的人員評價為正好，而且室內(nèi)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(qū)間，人員光感覺舒適性隨著室內(nèi)照度的增大逐步提高;當(dāng)室內(nèi)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(jié)能燈下室內(nèi)不同照度的光感覺投票頻率

為了進(jìn)一步區(qū)分室內(nèi)光感覺舒適區(qū)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(jié)合圖2，我們可以按照以上分組情況，從圖中可以看出，室內(nèi)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(nèi)照度＞600lux的樣本中人員評價為偏亮的占到了大部分，比例達(dá)到了63%。同時，我們可以看出，當(dāng)420＜E＜600lux，人員全部投票值為1，一致評價為正好，因此室內(nèi)照度分布在此區(qū)間時，人員光感覺最舒適。通過以上分析，我們可以把節(jié)能燈下人員光感覺反應(yīng)區(qū)間匯總?cè)缦卤?。

圖2 節(jié)能燈下光感覺投票值與室內(nèi)照度E的關(guān)系

表3 節(jié)能燈光感覺評價LS與室內(nèi)照度E關(guān)系匯總

3.2 白熾燈實驗分析

1)室內(nèi)測試參數(shù)統(tǒng)計

白熾燈實驗期間，室內(nèi)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(jié)能燈實驗樣本數(shù)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(nèi)照度人員光感覺投票情況，相比節(jié)能燈，室內(nèi)照度300～400lux時，還存在18%的人員評價為偏暗，但同樣室內(nèi)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(nèi)照度的增大逐步提高，同時又不難看出，室內(nèi)照度在400～700lux時，人員光感覺評價為偏亮的比例隨著室內(nèi)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(dá)到了98.2%和93.2%，而在700～800lux之間僅為39%。因此可以認(rèn)為當(dāng)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(jié)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(nèi)照度基本上反應(yīng)一個趨勢:室內(nèi)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(yīng)情況見表4。

圖3 白熾燈下室內(nèi)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(nèi)照度E的散點圖

表4 白熾燈光感覺評價LS與室內(nèi)照度E關(guān)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(nèi)照度較舒適區(qū)間，節(jié)能燈和白熾燈下室內(nèi)照度人員光感覺評價存在一定差異性。節(jié)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(nèi)照度較舒適區(qū)間E存在明顯覆蓋性，即室內(nèi)照度較舒適值域 E白熾燈∈E節(jié)能燈。

為了尋找兩者光源作用下室內(nèi)照度較舒適區(qū)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(jìn)行分析。圖5反映的是室內(nèi)照度與顏色偏好投票值關(guān)系，從圖中可以看出，無論是在白熾燈光源還是節(jié)能燈光源作用下，人們對光源顏色的偏好與室內(nèi)照度基本無關(guān)，而人員對不同光源顏色的偏好投票存在明顯的差異。結(jié)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(jié)能燈光源顏色較舒適，即使在室內(nèi)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(jié)能燈光源光譜接近于人們更加適應(yīng)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(chǎn)生不同視覺效果［7］。文獻(xiàn) ［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(yōu)于低色溫光源。為了達(dá)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(nèi)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(chǎn)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(diào)查者的調(diào)查結(jié)果一致，在相同的照度下，白熾燈存在眩光較明顯的現(xiàn)象。從而白熾燈光源的光感覺舒適區(qū)間小于節(jié)能燈。

圖5 室內(nèi)照度與顏色希望投票值關(guān)系

圖6 不同光源顏色偏好投票對比

4 不同光源節(jié)能性比較分析

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

節(jié)能燈相比白熾燈，照明節(jié)能率達(dá)到76.7%，每日平均節(jié)省電量5.5度，節(jié)省電費3.0元。因此，無論從節(jié)能出發(fā)，還是出于用戶經(jīng)濟(jì)性考慮，在普通辦公室，使用節(jié)能燈明顯優(yōu)于白熾燈。隨著人們生活水平的提高，人們對室內(nèi)光環(huán)境舒適性的要求也逐步提高，伴隨燈具技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能燈耗電越趨于低耗，因此，節(jié)能燈在辦公建筑的應(yīng)用上將得到進(jìn)一步推廣。

表5 辦公建筑應(yīng)用不同光源節(jié)能性對比

5 結(jié)論

在普通辦公作業(yè)下，通過對白熾燈、節(jié)能燈對室內(nèi)光環(huán)境的作用影響測試以及結(jié)合人員感觀問卷調(diào)查，得出以下主要結(jié)論:

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

(2)針對光源顏色對室內(nèi)光感覺舒適性的分析，光源顏色偏好與室內(nèi)照度基本無關(guān)，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(nèi)光感覺舒適區(qū)間差異的一個因素。

(3)節(jié)能燈相比白熾燈，節(jié)能率達(dá)76.7%，平均每日節(jié)省電量5.5度，節(jié)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(fā)還是從節(jié)能經(jīng)濟(jì)性考慮，節(jié)能燈有明顯的優(yōu)越性，本文旨在為普通辦公室內(nèi)節(jié)能燈的推廣應(yīng)用能提供一定的理論依據(jù);同時，人們在選擇照度值時，應(yīng)在國家規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)光源類型以及自身進(jìn)行的視覺工作和活動場所，進(jìn)行合理的照度值選擇，達(dá)到綠色照明的要求。

本文主要針對普通辦公作業(yè)下兩種光源對室內(nèi)光環(huán)境舒適性的影響，而對于不同視覺作業(yè)下，可能受工作區(qū)周邊環(huán)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(yè)需求下，不同光源對室內(nèi)光環(huán)境的舒適性影響研究。

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

［2］劉虹.我國辦公建筑照明設(shè)計節(jié)能指標(biāo)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(nèi)涵研究［J］，資源節(jié)約與環(huán)保，2010，1.

［4］中國建筑科學(xué)研究院.建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 50034—2004).北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［5］詹慶旋.建筑光環(huán)境［M］.清華大學(xué)出版社，1988.

［6］李樹春.光源漫話 ［J］.現(xiàn)代物理知識，1999.

［7］陳仲林.論健康照明 ［J］.重慶大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)，2000，23(5).

［8］嚴(yán)永紅，關(guān)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(xué)報，2010，21(3)p:70～75.