眩光测试标准和测量技术(上)

眩光测试标准和测量技术阮亚飞（上海科涅迩光电技术有限公司）摘要：本文详细介绍了不同照明环境中眩光评价的国内外标准以及眩光检测技术的发展和现状。目前室内体育场馆的眩光评价到底应该采用UGR还是GR更为合理，建筑采光中窗户造成的眩光应该采用DGI还是DGP目前还没有定论。成像亮度计虽然已经逐步应用到眩光的现场检测中，然而其眩光测试结果是否和实际眩光程度相吻合还缺乏相应的依据，因此还需要进行大量的工作进行实验和评估。关键词：眩光照明亮度计一、研究背景随着LED在室外道路、室内办公场所、体育场馆等的广泛应用，在现场照明环境中高亮LED造成的眩光的影响越来越突出。使得眩光成为照明环境和灯具质量评价的重要指标，如欧盟EN13201[1]规定了道路阈值增量TI的测试方法和评价指标，CIE147-2002[2]规定了室内照明环境下根据灯具发光面大小或对应的立体角大小下所应采用的眩光评价指标（小光源模型采用UGRsmall、大光源模型采用GGR，普通灯具大小采用UGR）。国内标准如GB50033-2013[3]规定了窗的不舒适眩光采用DGI评价，GB50034-2013[4]统一采用UGR评价室内眩光，CJJ45-2006[5]规定了道路的评价方法和评价指标。虽然早在上世纪基于眩光理论的研究基本完善，但是由于测量技术的限制，早期的眩光测量是一项非常耗时耗力的复杂工程。而随着点式亮度计和成像亮度计的出现逐步使眩光的现场测试成为可能。本文将从眩光的标准出发讨论目前眩光测试存在的问题。二、眩光测试的国内外标准眩光根据对人眼造成的视觉影响主要分为两类：失能眩光和不舒适眩光。而针对不同的照明环境，所采用的眩光评价方法也存在着区别：国内标准国外标准室外照明道路照明CJJ45-2006城市道路照明设计标准EN13201CIE140-2000隧道照明JTJ026.1-1999公路隧道通风照明设计规范CIE88-2004室外体育场馆照明JGJ153-2007体育场馆照明设计及检测标准GB50034-2013建筑照明设计标准CIE112-1994EN12193EN12464-2室内照明室内照明GB50034-2013建筑照明设计标准CIE117-1995CIE146/147-2002室内采光GB50033-2013建筑采光设计标准BS8206-2：2008室内体育场馆照明JGJ153-2007体育场馆照明设计及检测标准GB50034-2013建筑照明设计标准EN12193EN12464-12.1道路照明测试标准道路照明中的眩光评价主要采用阈值增量。在CIE31-1976[6]Glareanduniformityinstreetlighting中给出了阈值增量作为室外失能眩光评价的Holladay公式。CIE140-2000[7]”Roadlightingcalculations“中详细规定了道路照明的测量方法：1.驾驶员在行驶时眼睛高度为1.5m；2.观察区域为驾驶员行驶方向水平向下0.5°到1.5°的路面区域，近似为当前路面60m到160m左右的路面区域；3.驾驶员观察方向为视场水平方向向下1°；4.路面亮度分析的布点方式为：路面分析区域小于等于30m时，纵向方向取样点为10个，大于30m时取样间隔大于3m，横向为3列；5.由于车窗上沿遮挡了人眼的视场，所以在进行眩光计算时，需要排除20°视场线以上的区域路灯对计算结果的影响。欧盟EN13201-3中关于眩光TI的表达式为：θk表示观察者的视线与观测者至第k个灯具中心的连线所形成的角度，角度范围为1.5°到60°。路面亮度范围为0.05cd/m^2到5cd/m^2欧盟标准对于TI计算除了以上的要求和CIE140-2000相同外，还对每个灯具对光幕亮度的贡献做出了要求，每排灯具的范围只延伸到500m，直到该排中一个灯具对光幕亮度的贡献小于该排中前述灯具对光幕亮度总贡献的2%。国内关于道路照明的标准为行业标准CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》，与CIE和欧盟标准相比，国内标准保留了照度的评价指标（平均照度和照度均匀性）我国道路照明标准（CJJ45-2006城市道路照明设计标准）级别道路类型路面亮度路面照度眩光限制阈值增量TI(%)环境比SR平均亮度Lav总均匀度U0纵向均匀度UL平均照度均匀度UEⅠ快速路、主干路1.5/2.00.40.720/300.4100.5Ⅱ次干路0.75/10.40.510/150.35100.5Ⅲ支路0.5/0.750.4-8/100.315-2.2隧道照明评价标准隧道照明和道路照明都是基于亮度作为评价标准，与道路照明的区别在于对隧道不同路段进行了区分，并且根据车流量和车速规定了相应的亮度标准。白昼时需要测试洞外100m时视场20°范围内的平均亮度。进入洞内需要分别测量入口段、过渡段、中间段以及出口段的亮度。CIE88-2004[8]“Guideforthelightingofroadtunnelsandunderpasses”除了规定需要测量洞外路面亮度，还需要测量洞内左右两侧2m高范围内的墙壁亮度，左右两侧隧道墙壁的平均亮度至少要大于对应路面平均亮度的60%。与道路照明相同，CIE还要求了隧道在过渡区和中间段的阈值增量小于15%，路面亮度低于5cd/m^2时，TI的计算公式和道路照明相同，路面亮度大于5cd/m^2时采用另一个TI计算公式国内关于隧道照明的标准为行业推荐性标准JTG/TD70/2-01—2014[9]《公路隧道照明设计细则》，基于交通运输部对原有的《公路隧道通风照明设计规范》进行了修订和扩充，将照明设计规范部分独立出来。该标准采用CIE88-2004了基于亮度的评价指标外，保留了照度的评价指标。唯一遗憾的是TI的评价指标没有纳入国内标准。标准中对于洞外亮度精度的要求相对较低，亮度精度在±25%的范围内即可满足要求。超过25%需要调整照明系统的设计。2.3体育场馆照明体育场馆分为室内场馆和室外场馆，CIE112-1994[10]“Lightandlighting.Lightingofworkplaces.Indoorworkplaces”规定了室外体育场馆眩光评价采用眩光指数GR表示眩光程度，：Lvl、Lve分别为灯具在观察者眼睛上产生的光幕亮度和环境反射光形成的背景光幕亮度，GF代表泛光灯具的眩光控制指数，GF和GR的评价尺度分为9级，如下图所示：CIE还提出了室外体育场馆最大眩光指数限制：训练场地要求小于55，比赛场地（包括电视转播）要求小于50。欧盟的EN12464[11]”Lightandlighting—Lightingofworkplaces—part2：outdoorworkplaces”规定了室外不同工作环境下的眩光评价指标，并且规定了GR测量时观察者采用的视线方向（水平向下2°）。1为观察者的视线方向2为眼睛接收的垂直面照度的平面EN12193[12]“Lightandlighting——Sportslighting”将体育场馆的眩光评价分为两种，室内体育场馆和室外体育场馆，室外体育场馆采用CIE112-1994的眩光评价公式GR。对于室内体育场馆，EN12193建议采用UGR作为眩光评价标准。室内体育场馆的标准值可以参考和EN12464-1（6.2.24）规定的相似的工作场景。此外，不同体育项目的国际组织也规定了相应的眩光指标，如国际足联FIFA[13]在2011年出版的“FootballStadium:Technicalrecommendationsandrequirements”要求各级足球场眩光GR≤50；国际田联和国际网球联合会也要求场馆的眩光GR≤50。国内关于体育场馆眩光评价的行业标准为JGJ153-2007[14]《体育场馆照明设计及检测标准》，与欧盟EN12193不同之处在于室内体内体育场馆眩光仍然推荐采用GR的评价方法。由于室内体育场馆在背景亮度、光源立体角以及灯具布置方面与室外体育场馆存在着很大的差异，室内体育场馆的GR值要大大低于室外体育场馆。所以JGJ153-2007以及GB50034推荐了室内体育场馆眩光评价等级和眩光指数值。2.4室内照明评价标准室内眩光属于不舒适眩光，CIE117-1995[15]“Discomfortglareininteriorlighting”采用了统一眩光指数UGR作为室内眩光的评价指标。UGR适用于简单立方体形房间的一般照明装置设计，不适用于采用间接照明和发光天棚的房间，室内光源要求在观察者方向形成的立体角范围为0.1≥sr≥0.0003观察者眼睛的高度坐姿为1.2m，站姿为1.7mCIE147-2002“Glarefromsmall,largeandcomplexsources”定义了小光源、大光源和复杂光源的眩光计算模型。CIES008/E-2001[16]“Lightingofindoorworkplaces”和EN12464-1规定了不同室内工作场所的眩光评价指标。需要指出的是CIE和欧盟的标准对教育建筑中的“运动厅、体操房、游泳池”均采用室内UGR的评价方法。国标GB/T26189-2010[17]“室内工作场所的照明”等同采用了CIES008/E-2001的标准。而国标GB50034-2013“建筑照明设计标准”规定了不同室内工作场所采用UGR作为评价标准，室内体育场馆和室外体育场馆均采用GR作为眩光评价标准。2.5建筑采光评价标准在建筑采光设计中，需要考虑由白昼窗户引起的眩光。目前主要的评价方法有两种：DGI和DGP。DGI最早是由Petherbridge和Hopkinson[18]在1950年提出的BGI公式改进而来，由于DGI的评价指标最早是从大面积人工光源结果上引进的，所以它只能有效的评估DGI数值在16到28范围内的眩光情况。它的结果通常会高于实际环境中的眩光值。国标GB50033-2013“建筑采光设计标准”采用了DGI作为窗的不舒适眩光评价标准：DGP的评价方法是由Wienold和Christoffersen[19]在2006年提出。其借助CCD成像亮度计，根据人眼对白昼眩光的主观感觉和提出了窗的不舒适眩光改进公式DGP。目前国内的一些研究机构或大学也采用了DGP的评价方式，如西工大的马智[20]等采用DGP的评价方法研究飞机驾驶舱的白昼眩光。同济大学的李峥嵘[21]等采用DGP的评价方法研究办公建筑的白昼眩光。