星期四,二月17 2011:00 15

一般照明條件

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在室內提供照明以滿足下列要求:

  • 協助提供安全的工作環境
  • 協助執行視覺任務
  • 營造合適的視覺環境。

 

提供安全的工作環境必須放在優先事項列表的首位,一般來說,通過使危險清晰可見來提高安全性。 其他兩個要求的優先順序在很大程度上取決於內部的用途。 通過確保更容易看到任務細節可以提高任務性能,同時通過改變室內物體和表面的照明重點來開發適當的視覺環境。

我們的總體幸福感,包括士氣和疲勞,都受到光線和顏色的影響。 在低光照水平下,物體的顏色或形狀很少或沒有顏色或形狀,並且會有透視損失。 相反,過多的光可能與過少的光一樣不受歡迎。

一般來說,比起沒有窗戶的房間,人們更喜歡有日光的房間。 此外,與外界的接觸被認為有助於幸福感。 自動照明控制的引入,以及熒光燈的高頻調光,使得為室內提供日光和人造光的受控組合成為可能。 這具有節省能源成本的額外好處。

對內部特徵的感知受到內部和外部可見表面的亮度和顏色的影響。 室內的一般照明條件可以通過使用日光或人工照明來實現,或者更可能通過兩者的組合來實現。

照明評估

一般要求

商業室內照明系統可細分為三大類——普通照明、局部照明和局部照明。

一般照明裝置通常在整個工作平面上提供近似均勻的照度。 此類系統通常基於流明設計方法,其中平均照度為:

平均照度 (勒克斯)=

局部照明系統為一般工作區域提供照明,同時降低相鄰區域的照明水平。

局部照明系統為包含視覺任務的相對較小的區域提供照明。 此類系統通常輔以特定級別的普通照明。 圖 1 說明了所描述系統之間的典型差異。

圖 1. 照明系統

LIG030F1

在執行視覺任務的地方,必須達到所需的照度水平並考慮影響其質量的環境。

使用日光照亮任務既有優點也有局限性。 允許日光進入室內的窗戶提供了良好的三維建模,雖然日光的光譜分佈在一天中有所不同,但其顯色性通常被認為是極好的。

然而,由於其廣泛的可變性,不能僅通過自然日光為任務提供恆定的照度,如果任務與明亮的天空在同一視野內,則可能會發生禁用眩光,從而損害任務性能. 將日光用於任務照明只取得了部分成功,而人工照明可以發揮更大的控製作用,發揮了重要作用。

由於人眼只能通過從表面和物體反射的光來感知表面和物體,因此表面特徵和反射率值以及光的數量和質量將影響環境的外觀。

在考慮室內照明時,必須確定 照度 水平並將其與針對不同任務的推薦水平進行比較(見表 1)。

表 1. 不同位置或視覺任務的典型推薦維持照度水平


位置/任務

典型推薦的維持照度水平 (lux)

一般辦公室

500

電腦工作站

500

工廠組裝區

 

粗活

300

中等工作

500

做工精細

750

很好的工作

 

儀器組裝

1,000

珠寶組裝/維修

1,500

醫院手術室

50,000

 

視覺任務照明

眼睛辨別細節的能力——視力——受任務大小、對比度和觀眾視覺表現的顯著影響。 照明數量和質量的增加也將顯著改善 視覺表現. 照明對任務性能的影響受任務關鍵細節的大小以及任務與周圍背景之間的對比度的影響。 圖 2 顯示了照度對視力的影響。 在考慮視覺任務照明時,重要的是要考慮眼睛以速度和準確性執行視覺任務的能力。 這種組合被稱為 視覺表現. 圖 3 給出了照度對給定任務的視覺性能的典型影響。

圖 2. 視力和照度之間的典型關係

LIG030F2

圖 3. 視覺性能與照度之間的典型關係

LIG030F3

預測到達工作表面的照度在照明設計中至關重要。 然而,人類視覺系統會響應視野內的亮度分佈。 通過區分錶面顏色、反射率和照明來解釋視野內的場景。 亮度取決於表面的照度和反射率。 照度和亮度都是客觀量。 然而,對亮度的反應是主觀的。

 

 

 

 

為了營造提供視覺滿足感、舒適度和性能的環境,需要平衡視野內的亮度。 理想情況下,任務周圍的亮度應逐漸降低,從而避免形成鮮明的對比。 跨任務的建議亮度變化如圖 4 所示。

圖 4. 任務中亮度的變化

LIG030F4

照明設計的流明法導致工作平面上的平均水平面照度,並且可以使用該方法建立室內牆壁和天花板上的平均照度值。 可以根據房間表面的平均反射率值的細節將平均照度值轉換為平均亮度值。

 

 

 

與亮度和照度相關的方程是: 

圖 5. 典型的相對照度值和建議的反射率值

LIG030F5

圖 5 顯示了一個典型的辦公室,其主要房間表面的相對照度值(來自高架普通照明系統)以及建議的反射率。 人眼往往會被視覺場景中最亮的部分所吸引。 因此,較高的亮度值通常出現在視覺任務區域。 眼睛通過區分任務的較亮和較暗部分來識別視覺任務中的細節。 視覺任務的亮度變化是通過計算 亮度對比度:

哪裡

Lt = 任務的亮度

Lb = 背景亮度

兩種亮度均以 cd·m 為單位測量 - 2

該等式中的垂直線表示亮度對比度的所有值都被認為是正的。

視覺任務的對比度將受到任務本身的反射特性的影響。 見圖 5。

照明的光學控制

如果在燈具中使用裸燈,則光分佈不太可能令人滿意,而且該系統幾乎肯定是不經濟的。 在這種情況下,裸露的燈很可能成為室內居住者的眩光源,雖然一些光線最終可能會到達工作平面,但由於眩光,安裝的有效性可能會嚴重降低。

顯然需要某種形式的光控制,最常用的方法詳述如下。

梗阻

如果將燈安裝在只有一個孔徑的不透明外殼內供光線逸出,則光分佈將非常有限,如圖 6 所示。

圖 6. 通過障礙物控制照明輸出

LIG030F6

反射

這種方法使用反光錶面,可以從高度亞光飾面到高度鏡面或類似鏡面的飾面。 這種控制方法比障礙更有效,因為雜散光被收集並重定向到需要的地方。 涉及的原理如圖7所示。

圖 7. 通過反射控制光輸出

LIG030F7

擴散

如果將燈安裝在半透明材料中,則光源的表觀尺寸會增加,同時亮度會降低。 不幸的是,實用的漫射器會吸收一些發射光,從而降低燈具的整體效率。 圖 8 說明了擴散原理。

圖 8. 通過擴散控制光輸出

LIG030F8

折射

這種方法使用“棱鏡”效應,通常由玻璃或塑料製成的棱鏡材料“彎曲”光線,從而將光線重定向到需要的地方。 這種方法極其適用於一般的室內照明。 它具有將良好的眩光控制與可接受的效率相結合的優點。 圖 9 顯示了折射如何協助光學控制。

在許多情況下,燈具將結合使用所描述的光學控制方法。

圖 9. 通過折射控制光輸出

LIG030F9

亮度分佈

燈具的光輸出分佈對於確定隨後經歷的視覺條件非常重要。 所描述的四種光學控制方法中的每一種都會從燈具中產生不同的光輸出分佈特性。

面紗反射 通常發生在安裝 VDU 的區域。 在這種情況下遇到的常見症狀是,由於屏幕本身出現不需要的高亮度圖像(通常來自頭頂燈具),因此無法正確閱讀屏幕上的文本。 可能會出現一種情況,在室內桌子上的紙上也會出現面紗反射。

如果室內的燈具具有很強的垂直向下的光輸出分量,那麼在這種燈具下方的桌子上的任何紙張都會將光源反射到正在閱讀或在紙上工作的觀察者的眼睛中。 如果紙張有光澤,情況會更糟。

解決該問題的方法是將所用燈具的光輸出分佈主要與垂直向下的方向成一定角度,以便遵循基本的物理定律(入射角 = 反射角),反射的眩光會被最小化。 圖 10 顯示了問題和解決方案的典型示例。 用於克服該問題的燈具的光輸出分佈稱為 蝙蝠翼分佈.

圖 10. 面紗反射

LIG30F10

燈具的光分佈也會導致 直接眩光,為了克服這個問題,局部照明單元應安裝在45度“禁角”之外,如圖11所示。

圖 11. 禁止角的圖示

LIG30F11

視覺舒適度和性能的最佳照明條件

在調查視覺舒適度和性能的照明條件時,考慮那些影響查看細節能力的因素是合適的。 這些可以細分為兩類——觀察者的特徵和任務的特徵。

觀察者的特徵。

這些包括:

  • 個人視覺系統對大小、對比度、曝光時間的敏感度
  • 瞬態適應特性
  • 對眩光的敏感性
  • 年齡
  • 動機和心理特徵。

 

任務的特徵。

這些包括:

  • 細節配置
  • 細節/背景對比
  • 背景亮度
  • 細節的鏡面反射。

 

針對特定任務,需要回答以下問題:

  • 任務詳情是否易於查看?
  • 這項任務是否可能會進行很長時間?
  • 如果錯誤是由於執行任務造成的,那麼後果是否被認為是嚴重的?

 

為了產生最佳的工作場所照明條件,重要的是要考慮對照明裝置的要求。 理想情況下,任務照明應顯示任務的顏色、大小、浮雕和表面質量,同時避免對任務本身產生潛在危險的陰影、眩光和“惡劣”環境。

強光。

當視野中的亮度過高時會發生眩光。 眩光對視力的影響可分為兩類,稱為 殘疾眩光不適眩光.

考慮在黑暗中迎面駛來的車輛前燈發出眩光的例子。 眼睛無法同時適應車輛的前燈和道路的低得多的亮度。 這是失能眩光的一個例子,因為高亮度光源由於光在光學介質中的散射而產生失能效果。 失能眩光與乾擾光源的強度成正比。

通過降低任務與其周圍環境之間的對比度,可以減少甚至完全消除室內更容易出現的不適眩光。 工作表面上的啞光、漫反射飾面優於光澤或鏡面反射飾面,任何有問題的光源的位置都應在正常視野之外。 一般而言,當任務本身比其周圍環境更亮但又不過分時,就會出現成功的視覺表現。

不舒適眩光的強度被賦予一個數值,並與參考值進行比較,以預測不舒適眩光的水平是否可以接受。 英國和其他地方使用的眩光指數值計算方法在“測量”項下考慮。

測量

照明調查

一種經常使用的測量技術依賴於整個所考慮區域的測量點網格。 這種技術的基礎是將整個內部空間劃分為多個相等的區域,每個區域最好是正方形。 每個區域中心的照度是在桌面高度(通常高於地面 0.85 米)測量的,併計算照度的平均值。 平均照度值的準確性受所用測量點數量的影響。

存在一種關係,使 最低限度 要從值計算的測量點數 房間索引 適用於正在考慮的內部。

這裡的長寬是指房間尺寸,安裝高度是光源中心到工作平面的垂直距離。

所指的關係如下:

最小測量點數 =(x +2)2

其中“x” 是取下一個最高整數的房間索引值,除了對於所有值 RI 等於或大於 3, x 被取為4。這個等式給出了測量點的最小數量,但條件通常要求使用比這個最小數量更多的點。

在考慮任務區域及其周圍環境的照明時,照度的變化或 劃一 必須考慮照度。

在任何任務區域及其周圍,均勻度應不低於 0.8。

在許多工作場所,沒有必要將所有區域都照亮到同一水平。 局部或局部照明可以提供一定程度的節能,但無論使用哪種系統,室內照度的差異都不能過大。

多樣 照度表示為:

在室內主要區域的任何一點,照度的多樣性不應超過 5:1。

用於測量照度和亮度的儀器通常具有與人類視覺系統的響應不同的光譜響應。 通常通過使用過濾器來糾正響應。 當合併過濾器時,儀器被稱為 顏色校正.

照度計應用了進一步的校正,以補償落在檢測器單元上的入射光的方向。 據說能夠從不同方向的入射光準確測量照度的儀器是 餘弦校正.

眩光指數的測量

該系統在英國經常使用,在其他地方也有變化,本質上是一個兩階段過程。 第一階段建立一個 未校正眩光指數 值(統一用戶界面)。 圖 12 提供了一個示例。

圖 12. 示例中使用的典型室內立面圖和平面圖

LIG30F12

高度H是光源中心與坐著的觀察者視線水平線之間的垂直距離,通常取地面以上1.2米。 然後將房間的主要尺寸轉換為 H 的倍數。因此,由於 H = 3.0 米,則長度 = 4H,寬度 = 3H。 必須進行四次單獨的 UGI 計算,以便根據圖 13 中所示的佈局確定最壞情況。

圖 13. 示例中考慮的室內燈具方向和觀察方向的可能組合

LIG30F13

表格由照明設備製造商製作,對於給定的房間內織物反射率值,X 和 Y 值的每個組合的未校正眩光指數值。

該過程的第二階段是根據燈輸出通量值和高度 (H) 值的偏差對 UGI 值應用校正因子。

然後將最終的眩光指數值與特定室內的極限眩光指數值進行比較,參考文獻中給出,例如 CIBSE 室內照明規範 (1994)。

 

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照明參考

英國特許建築服務工程師學會 (CIBSE)。 1993. 照明指南。 倫敦:CIBSE。

—. 1994. 室內照明規範。 倫敦:CIBSE。

國際照明委員會 (CIE)。 1992. 室內電氣照明系統維護。 CIE 技術報告第 97 號。奧地利:CIE。

國際電工委員會 (IEC)。 1993. 國際燈編碼系統。 IEC 文件編號123-93。 倫敦:IEC。

照明工業聯合會。 1994. 照明工業聯合會燈具指南。 倫敦:照明工業聯合會。