影響道路照明舒適度的因素

姚夢明 鄧云塘 朱曉燕

(1.飛利浦 (中國)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

社會經(jīng)濟的發(fā)展伴隨著更多的夜間戶外活動，道路夜間各種交通行為增多、持續(xù)時間更長，交通行為人包括各類機動車和非機動車駕駛員、行人對道路照明的要求不僅僅局限于夜間的可見度，越來越期望道路照明舒適度的提升可以讓自己身心放松，緩解視覺疲勞和精神緊張。

夜間道路照明的質(zhì)量可以從可見度和舒適度兩方面考量，決定可見度的指標在《城市道路照明標準》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)境比同時也是舒適度指標，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主觀概念，其評價方法是建立測試模型或在實際照明安裝條件下，在靜止或動態(tài)的觀察條件下，請觀察者評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評分系統(tǒng) (表2)［2］，用1～9分來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 機動車交通道路照明標準值Table 1 Road Lighting Standard for motor vehicle traffic

表2 道路照明舒適度評分系統(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大于2cd/m2、次干道路面平均亮度應大于1.2 cd/m2，才能評為“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，舒適度評分下降一個等級 (圖2)。

圖1 亮度評分圖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)域的亮度對比，可以緩解視覺疲勞，但如果過度環(huán)境照明則會造成能源浪費和光污染風險，標準建議環(huán)境比在0.5可以平衡舒適度和能源消耗，同時避免光污染。

圖2 縱向均勻度評分圖Fig.2 Longtitudinal uniformity rating figure

2 國內(nèi)外道路照明視覺舒適度研究成果

目前，全球和我國的路燈保有量中，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域的應用增多，對該領域白光和黃光應用的對比研究與不同色溫白光應用的對比研究都在增加，研究方向涵蓋可見度和舒適度兩大部分，下文集中介紹視覺舒適度方面的研究成果。

2.1 法國里昂公共照明試驗

法國里昂公共照明部聯(lián)合飛利浦照明、EDF和ADEME分兩期實地測試了不同光源照明下的表現(xiàn)，第一期針對INSA的學生，第二期是在里昂第六街區(qū)針對本地居民。測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，問卷調(diào)查結果發(fā)現(xiàn)［3］，最多的人偏好暖白光的3000K陶瓷金鹵燈和2850K Cosmo，喜歡熒光燈和無汞鈉燈的人最少，暖白光光源得到更多人認可的原因是因為其光色舒適度和顯色性。

2.2 荷蘭Apeldoorn LED街道照明試驗

2010年，在荷蘭Apeldoorn進行了一個專門針對LED街道照明的試驗，一個街區(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“營造溫暖、友好、安全的氛圍，視覺清晰”;兩個被認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

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(照明應用全球組織)對此進行了調(diào)查研究，目的主要調(diào)查人們對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價。研究報告稱［4］:在30個受訪者中，63%的人最喜歡2850K暖白光的Cosmo，多數(shù)人覺得4000K的LED有點暗或太冷白;80%的人滿意Cosmo的照明環(huán)境，多數(shù)人感覺這樣的照明最舒適，最有安全感，認為Cosmo比4000K的LED更自然，而鈉燈照明無法區(qū)分顏色。

3 LED道路照明舒適度實驗研究與結果分析

3.1 實驗研究介紹

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，或存在極端的對比，以致引起不舒適感覺或降低觀察目標或細部能力的視覺現(xiàn)象。失能眩光降低視覺對象的可見度，但不一定產(chǎn)生不舒適感覺，可以定量計算。不舒適眩光則更多是一種主觀評價，可以采用表2方法來評估。

由于LED是一種表面亮度極高的點光源，近年大量用于道路照明，許多業(yè)主和業(yè)內(nèi)專家都對LED路燈的眩光產(chǎn)生疑慮。根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗，合理的配光設計可以避免LED路燈應用中的失能眩光超出表1的國標要求，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)合復旦大學對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地調(diào)研和實驗室模型兩種，實地調(diào)研方法在前述荷蘭和蘇州的試驗中已有結果，這里主要考慮實驗室模型。實驗模型如圖3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，④為背景板投影儀，⑤為頭部靠板，⑥為照度計。本實驗測試了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名測試對象按照年齡分為兩組:20～40歲的年輕組和50～60歲的年老組。測試對象對不同色溫、不同亮度、不同位置的眩光源分別進行不舒適程度的評分，同時實驗人員對測試對象的瞳孔直徑變化進行測量。

圖3 不舒適眩光評估實驗模型Fig.3 Discomfort glare evaluation experiment model

3.2 實驗結果分析

實驗結果如圖4、圖5所示。研究報告發(fā)現(xiàn)，不論測試對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，評分更高;對測試對象瞳孔直徑變化程度的測量也表明，3000K比6000K LED眩光源導致的測試對象瞳孔直徑收縮程度更小，這客觀上也驗證了測試對象的主觀評價。

不同配光LED燈具在實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)生與駕駛員的適應亮度有關?？紤]到駕駛員的視線方向和視角大小，對適應亮度而言對不舒適眩光起主要作用的是燈具γ70°以上的光強分布 (圖6)。如果燈具在γ80°以上缺失光強分布，則駕駛員視野中的眩光源數(shù)量少，周圍視覺適應亮度低，感受到的不舒適眩光就大，反之則小。所以，LED路燈的配光設計應強調(diào)在大γ角上的光強柔和過渡，不應過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 測試對象主觀評分Fig.4 Subjective grading of testers

圖5 測試對象瞳孔直徑收縮幅度Fig.5 Pupil diameter contraction amplitude of testers

圖6 γ70°以上光強對不舒適眩光的影響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，通過專業(yè)照明設計滿足《城市道路照明設計標準》各項指標，兼具很好的節(jié)能性，能滿足用戶對道路照明安全和舒適的多重要求。

［1］CJJ45—2006，城市道路照明設計標準.中華人民共和國建設部，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估報告.

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

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