实施室外绿色照明和节约能源中应重视的技术关键室外景观照明与建筑材质的光色统一

1实施室外绿色照明和节约能源中应重视的技术关键——室外景观照明与建筑材质的光色统一倪孟麟杨惠琴郭姝蓉（天津光电星球显示设备有限公司天津市照明学会计量测试专业委员会）摘要：本文从科学原理和技术实现两方面提出了实施室外绿色照明节约能源中应重视的技术关键，提出应重视室外景观照明与建筑材质的光色统一与检测关键词：室外景观照明；光色效果；照明光源光谱特性；被照面光谱特性1．前言城市晚间室外照明基本可分为功能性照明和景观性照明，室外功能性照明是以满足人们晚间生活、工作、出行、安全等为主要目的，例如道路照明、室外商业街的照明、小区内的照明、广场照明等，城市广告和标志的晚间照明也可大体归属于此类范畴之中。其主要目的是照亮物体，其照明设计均有较为成熟的国家标准、技术规范和实施细则，在验收和评估时，可以用相关的技术规范和国家标准作为依托。另一类是最近几年蓬勃发展起来的室外景观照明，包括建筑物的夜景照明、雕塑照明、园林景观照明、水景的夜景照明的等。其主要目的是体现室外建筑物晚间的美，从艺术上和美学上创造出高尚、和谐的气氛，追求美的意境，提升城市的层次和级别，从精神上满足人们的艺术享受。景观照明的产生与发展丰富了城市景观的内涵，成为现代城市景观和都市生活不可缺少的重要组成部分。室外景观照明是建筑学、照明技术、光学、色度学、生理学、园林学、美学、测量学等多科学领域的综合，因而对景观照明的评估与验收比功能性照明要复杂困难的多，开展下述工作将为景观照明的验收奠定必要的技术基础。2．在城市规划中应将光环境的建设进一步科学化、数量化光环境是光源、灯具和被照射物组合后的整体光色效果，并应该包括与此相关的背景及夜天空的亮度与色度。要提升光环境水平首先要科学、准确地表达和描述光环境。据感知觉实验，人眼可以分辨出十万种以上不同明度、色调、饱和度的物体，自然光的亮度由10-4cd∕m2到104cd∕m2以上，再丰富的语言也无法确切描绘这五彩缤纷的世界。大家有时用同一语言表达不同的颜色，有时又用不同的语言来表达同一颜色，用语言无法对客观世界做确切的描绘和表达，实际上失掉了进一步讨论、提高和改进夜景照明的必要和真实的前提。对照明工程色度的评估与测量实际上比亮度更为复杂和困难，也更为重要，2因为夜景照明下的景物绝对不应该是死气沉沉的黑白世界；而应该是五彩缤纷、充满了活力的世界。作为造型艺术的建筑，更离不开色彩的参与，可以说照明建筑本身就是不可分割的艺术整体。古往今来，色彩为建筑艺术增添了巨大的魅力，为城市增添了无数光彩，可以设想，如果一个城市到处都是单一的灰色，千楼一面，怎么能体现出城市的活力；只有彩色丰富、鲜艳夺目，才会使人感到兴旺昌盛，欣欣向荣。可见色彩所创造的心理效应和社会效益是多么重要。颜色是主客观相结合的概念，在客观上取决于光源和物体在可见光波段上的光谱特性，在主观上取决于人眼视网膜上红锥、绿锥、兰锥细胞对外界光的感受特性。因此，色度学是一门涉及到物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等交叉研究的学科。国际照明委员会色度学分技术委员会在大量实验基础上，并经计算提出了定量表示颜色的计算公式，(1)(2)式中S（λ）为照明光源在可见光波段380nm—780nm的光谱分布，P（λ）为被照体在可见光波380nm—780nm的光谱分布，zyx为标准色度观察者光谱三刺激值,X、Y、Z为三刺激值，x、y为色度坐标。上述公式可以使我们用数字和色度图定量确切地表达光源和物体的颜色。光学与色度学的发展才使我们可以用数据与图形对我们生活的自然界做出了定量的描绘并提供科学参数，也为交流，改进现有的照明设计打下必要的科学量化基础。这是提高光环境、光文化品位的重要关键。正如马克思所说：“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步”3．积极主动采用现代科技成就、现代科学研究方法和测量仪器是光环境持续发展的重要和基本保证古代科学基本上是处于对现象的直觉描述的较为零散的经验总结，而近代和现代科学则把系统的观察和实验同严密的逻辑体系结合起来，形成以实验事实为根据的系统科学理论或观点。然后再用新的或更多的实验事实所印证或补充或完善。科学发展观将促使我们逐渐认识客观真理并向新的科学高峰前进。充分利用仪器，积极开展科学实验是认识过程的核心，它可以帮助我们看到ZYXYyZYXXxdzPSZdyPSYdxPSXnmnmnmnmnmnm7803807803807803803前人从未见过的现象，获得前人没有的数据，从而导致新的发现。正是借助于显微镜，列文虎克发现微观世界的细菌，巴斯德才建立了细菌致病学说，药物学家又不断发明新药来征服病菌，才使人类的寿命得到大幅度延长。伽唎略借助于望远镜发现了宏观世界中木星有四颗卫星，发现了银河系是由众多星群组成，用事实证明了哥白尼的日心说体系的正确性，正是借助于仪器才使他们在此两项发明中领先，认识了客观世界的真理。“工欲善其事，必先利其器”，为了使夜景照明达到更高的水平，我们必须要积极主动使用现代科学的成就和科学仪器来测量和表达我们生活的客观世界，并对夜景照明工程做出客观的比较和评估，从测量出的大量实验数据，升华出标准、技术规范、学术观点和精神财富，从而达到高人一筹，领先一步的境界。建立夜景照明光色测量系统将为灯光建设增加高科技手段与含量，并将有利于完善和强化对技术规范的执行力度。测量仪器的任务是准确测量和计算出X1、X2、Y、Z四个分量即可。我们均可通过简单的数学变换来计算出x、y,u、v,u’、v’等。反之，如果一台仪器不能准确测量和计算出X1、X2、Y、Z四个分量，相反却有计算u’、v’等功能，照样会带来可观的误差。有的仪器甚至以色温误差作为衡量，造成只在色度坐标x误差上给予限制；色度坐标y出现了相当大的误差。目前使用的仪器如CS-100和BM-7等，在光谱响应上只有三个硅光电池，无法良好模拟人眼光谱三刺激值X1(λ)的作用。4根据上述技术要求SPECTRAPR1TCHARDPHOTOMETER1980A彩色亮度计适用于测量景观照明。通过推算出C1、C2可以使1980A彩色亮度计与中国计量院的测色结果保持完全一致，圆满地进行国家级的计量传递。按下列公式可求得1980A适宜色修正系数)(0001XbXrpyxC000002.)1(zpyyxC其中：00zXXpbr、、、是1980A测量标准光源、色源的四组输出数据；00yx、是国家权威机构中国计量科学研究院测量同一标准光源、色源的色度坐标,依此公式可分别推算出白色修正系数C1、C2,红色修正系数C1、C2、绿色修正系数C1、C2、兰色相应的色修正系数C1、C2；p、xr、xb、z是1980彩色亮度计实测的输出数据；在测量白、红、绿、兰基色时分别将相应的色修正系数C1、C2代入下列公式中：211)()(zcpcxxcxxxbrbr21)(zcpcxxpybr即可获得与国家计量部门准确度一致的色度坐标，完全可以达到对标准彩色亮度计的技术要求。4．景观照明光色效果验收内容4.1建立对光源和灯具组合整体测量系统对发光体除了要求发光效率高之外，还要求具有良好的光色，包括两方面，一是人眼观看发光体所发出的光的颜色，称为色表；二是照到物体上后被照物表面显现的颜色。然而目前只是局限于对光源（灯泡）自身光色特性的考核，但在实际运用中，几乎全是光源与灯具的统一体。灯具所采用的反射和透过材料，以及特殊的冷反膜等实际改变了光源和灯具组合后的光谱特性，这种差距最终导致了设计与实际状况之间的脱环与差异，单纯测试光源实际上失去了对光源和灯具以及整体设计的监督检测和改进的前提。4.2通过对夜景照明的质量监督检测，用客观的测量数据，为评价与决策提供依据，使对景观照明和功能性照明的评价都能建立在客观的基础上。对景观照明和功能性照明作现场监督检测，用定量的测量数据建立对夜景照明评价的客观基础，5作出令人信服的结论，通过实际的测量发现设计与实际状况的差异，从而对夜景照明作出创新性的改进，开拓夜景照明设计的新理念。4.3在测量的基础上，对夜景照明进行调整，使其照明效果与设计标书更为接近，以达到最佳的照明效果。4.4景观照明应包括与视觉色觉相关的自然科学、人文科学以及二者相交叉的学术领域。密切相关的自然科学有电光源技术、建筑学、机械工程学、化学工程学、气象学等，这些可看作是照明的第一边缘科学，然而照明又是为人类服务的，因而光学、色度学、生理学、心理学、测量学、美学也是照明工程不可缺少的学科，这些基础科学可以看作是照明的第二边缘科学。需要我们用艺术的思维方式，科学的论证方法与现代技术去创造和实现景观照明，从美学和艺术学高度去审视景观照明的效果，这是推进景观照明不断发展的重要前提。我们应在建筑物设计时，就将与夜景照明有关的构思考虑在内，作出将建筑与夜景照明融为一体的设计，作出赋予建筑物文化艺术内涵的统一考虑，从而使人们获得美的享受。我们要自觉促进科技文化与人文文化的相互渗透与统一建构，要发展和发挥自然科学、人文科学和社会科学的内在相通性，建立一种真正的大科学观，而这种真正的大科学观中又蕴涵了人文科学和社会科学的内在气质和广博内容，从而具有更加广阔的科学视野。科学和技术的结合，自然科学与社会科学的汇流，边缘科学的出现，所有这些现象都表明人类知识已经交织成一个整体。我们自然科学工作者在不断拓宽自然科学知识领域的同时，应该熟悉人文社会科学知识，这样才能做到自然科学技术以人为本，才能保证自然科学可持续发展，才有可能做到用高科技手段创造夜幕下如诗如画的城市夜景形象。4.5因此在夜景照明领域中应充分研究人类中间视觉特性，应该研究并检测光源、光源与灯具整体以及被照射面特性，要使三者光谱特性相匹配，相适应，这不仅涉及到人们的美学感受，而且涉及到能源的利用率，是夜景照明可持续发展的关键环节。用色温低的光源照射冷色系的墙体或用色温高的光源照射暖色系的墙体都会造成能源的浪费。研制节能光源，检测并研究光源光谱特性，研究装有灯具的整体光源特性，研究与被照墙面光谱分布，从而创造三者最佳组合。研究里光外透光源与窗玻璃光谱特性的关系，研究含反光窗帘的新型里光外透照明方式。这些建立在高科技手段上的夜间照明方式将保证在节约能源、防治光污染的前提下使夜间照明获可持续发展的空间。参考文献[1]倪孟麟.科研专著：彩色电视的彩色还原（一）（二）.电视技术通讯.1979年2期、3期专刊.6[2]肖辉乾.夜间室外照明光污染及其防止.照明科技论坛（天津）.2003.[3]倪孟麟，陈大庆.夜景照明光色效果的检测与评估.照明科技论坛（天津）.2003.[4]倪孟麟.彩色电视的彩色复现.2001年‘全国电视灯光技术及布光技巧’授课讲稿.电视技术论坛.中国中央电视台.2001.2期.[5]倪孟麟，倪泽成.光文化的历史渊源和可持续发展的主题.中国（天津）首届现代城市光文化论坛.2004.