第4章照明环境

第四章照明环境本章基本要求了解人的视觉特性；了解照明对作业的影响；掌握几种常用的照明方式，光源选择；掌握照明设计原则，了解国家照明标准；重点掌握照明设计要求和照明环境评价方法。第一节光的物理性质及度量一、光的物理性质光是一种电磁辐射波。不同波长的光所呈现的色彩依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。只含单一波长成分的光称为单色光，包含两种以上成分的光称为复合光。所有可见波长混合起来产生白色光。第一节光的物理性质及度量二、光的度量1.光通量Φ单位：流明（lm）光通量是最基本的光度量，它可定义为：单位时间内通过的光量，是用国际照明组织规定的标准人眼视觉特性（光谱光效率函数）来评价的辐射通量。利用光电管可测量光通量。1个40W的白炽灯辐射出的光通量一般在400lm左右，而1只40W的荧光灯辐射出的光通量一般在2100lm左右。二、光的度量2.发光强度Ι单位：坎德拉（cd）发光强度简称光强，是指光源发出并包含在给定方向上单位立体角内的光通量，常用来描述点光源的发光特性。光强与光通量之间的关系由下式表示：I例如，一个1个40W的白炽灯在各个方向上的发光强度约为：400/12.56=32cd二、光的度量3.亮度L单位：坎每平方米（cd/m2）指发光面在指定方向的发光强度与发光面在垂直于所取方向的平面上的投影面积之比。即单位面积光源表面在给定方向上的发光强度，可用亮度计测量。cosSIL二、光的度量4.照度E单位：勒克司（lx）照度是被照面单位面积上所接受的光通量：增加或减少光源的发光强度、改变受照物体与光源的距离、调整光源与受照体之间的夹角，均是改善受照物体表面照度的有效途径。SE常见照度使用照度计测量照度。黑夜0.01-0.1月夜0.02-0.2阴天室内5-50阴天室外50-500晴天室内100-1000晴天室外2000-100000夜晚室内照明50-500读书所需照明50二、光的度量5.反射比不同表面吸收色光的程度不同，一个灰暗的表面吸收的光更多，反射的光更少。有时我们也可以用反射比来比较不同物体表面的亮度。由一表面所反射回来的光通量（即亮度）与照射到此表面的光通量（即照度）两者之比为反射比。第二节视觉特性一、明暗视觉与色彩视觉二、明适应与暗适应三、调节四、视野五、视度眼睛的生理结构图一、明暗视觉与色彩视觉眼睛具有明暗视觉和色彩视觉。色彩视觉是明视觉过程，它产生于锥状细胞的红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，大脑根据三种光敏细胞的光通量的比例决定人眼的色彩视觉。二、明适应与暗适应适应是视觉适应周围环境光线条件的能力。当外界光线亮度发生变化时，人眼的感受性也随之发生变化，这种感受性对刺激发生顺应性的变化叫做适应。适应分暗适应和明适应。急剧和频繁的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，因此室内照明要求均匀且稳定。二、明适应与暗适应用白色试标在短时间内达到能看清程度所需的最低亮度界限曲线，即引起人眼光感觉的最小亮度随暗适应时间而变化的曲线。图4-1暗适应与明适应过渡曲线三、调节调节是视觉适应观察距离的能力。借助于晶状体曲率的变化来实现。改善照明条件有利于扩大调节范围，减少作业疲劳。调节近点：在看的清楚的目标不断向近处移动时，开始感到不清楚的位置。视觉工作距离不应小于3/2调节近点。四、视野视野是指头部和眼球不动时，眼睛正前方所能看到的空间范围。常以视角表示。视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况有关，可以用视野计来测定视野的范围。图4-2双眼静视野(a)垂直面内视野(b)水平面内视野四、视野不同颜色对人眼的刺激有所不同，所以视野也不同。图中给出垂直和水平方向的几种色觉视野范围，白色视野最大，其次为黄、蓝色，绿色视野最小。图4-3色觉视野(a)垂直面内视野(b)水平面内视野四、视野视野方向视野/（。）白色蓝色红色绿色从中心向外侧（水平方向）90806548从中心向内侧（水平方向）60503525从中心向下方（垂直方向）75604228从中心向上方（垂直方向）50402515表4-1黑色背景上的色觉视野五、视度视度是具有一定亮度的物体在视网膜上成像所引起的视觉感受的清晰程度。影响视度的因素：（1）亮度；（2）物体的尺寸；（3）物体和背景的亮度对比。第三节照明对作业的影响一、照明与疲劳；二、照明与工作效率；三、照明与事故；四、照明与情绪。一、照明与疲劳在照明不好的情况下，人易于疲劳，尤其造成视觉疲劳。不同照度下，看书后眼睛疲劳程度可以通过眨眼次数的变化来说明。表4-2照明与视觉疲劳照度/lx101001000最初及最后5min阅读眨眼次数35～6035～4636～39最后5min眨眼增多百分数71.531.48.3二、照明与工作效率图4-5良好光环境的作用二、照明与工作效率图为一精密加工车间，随着照度值由370lx逐渐增加，劳动生产率随之增长，视觉疲劳逐渐下降，这种趋势在1200lx以下很明显。图4-6生产率、视疲劳与照度的关系二、照明与工作效率图4-7被试人员对各种照度的满意程度图为不同的被试人员对各种照度的满意程度，图中粗线为平均值。由图示可知，2000lx是较理想的照度，当照度提高到50001x时，因过分明亮导致满意程度下降。三、照明与事故图中所示为事故次数和季节的关系。由于11月、12月、1月的白天很短，工作场所人工照明时间增加，和天然光相比，人工照明的照度值较低，故在冬季内事故次数最高。图4-8事故数量与室内照度的关系四、照明与情绪照度/lx10020050010002000500010000人数/%111832201711总之，改善工作环境的照明，可以改善视觉条件，节省工作时间；提高工作质量，减少废品；保护视力，减轻疲劳，提高工作效率；减少差错，避免或减少事故，有助于提高工作兴趣，改进工作环境。明亮的光照令人愉快；眩光、反射光使人不舒服。表4-3对阅读照度的选择第四节工作场所照明一、照明方式分为自然照明、人工照明、混合照明。人工照明按灯光照射范围和效果分为：（l）一般照明（2）局部照明（3）综合照明（4）特殊照明二、光源选择光源分为自然光源和人工光源。按光源与被照物的关系，光源可分为直射光源、反射光源及透射光源。最大限度利用自然采光，人工光源作补充照明。人工照明应选择接近自然光的人工光源。二、光源选择光源的显色性是指由光源所表现的物体色的性质。为了检验物体在待测光源下所显示的颜色与在参照光源下所显示的颜色相符的程度，采用“显色指数”作为定量评价指标。光源显色指数Ra光源显色指数Ra白色荧光灯66荧光水银灯44日光色荧光灯77金属卤化物灯65暖白色荧光灯59高显色金属卤化物灯92高显色荧光灯92高压钠灯29水银灯32氙灯94表4-5各种光源的平均显色指数三、眩光及其防控措施当视野内出现过高的亮度或过大的亮度对比时，人眼就会感到刺眼，影响视度，这种刺眼的光线叫做眩光。眩光破坏了暗适应。图4-9光源位置的眩光效应眩光的种类直射眩光是由强烈光线直接照射产生的。直射眩光效应与光源位置有关；反射眩光是由视野内的表面所反射光线引起的。反射眩光有可能是镜面反射、散射、漫反射或者是复合式的（前面三种的复合〕对比眩光是物体与背景明暗相差太大所致。眩光的不利影响有三种类型：不舒服眩光产生不适感，但并不必然会干扰视觉绩效或可见度；失能眩光减弱了视觉绩效和可见度，并经常伴有不适感；致盲眩光，它是如此强烈的眩光，以致移走一段相当长的时间后还看不到什么东西。三、眩光及其防控措施图4-10光源的相对位置对视效的影响对目的物照度为100lx眩光源（对眼睛照度为50lx）眼睛视线目的物视效降低率三、眩光及其防控措施防止和控制出现眩光的主要措施：1.限制光源亮度；用多个小灯泡比一个大灯泡好2.合理分布光源；水平视线与光源的角度应最少有30。3.光线转为散射；如果光源的亮度超过200cd/m2，应当按灯罩。4.避免反射眩光；在机器，仪器，桌面，控制台等应避免采用反光的材料和颜色。5.适当提高环境亮度，减少亮度对比。视线内亮度对比度不应当大于1:10。四、照度分布被照空间的照度应均匀或比较均匀，照度均匀的标志是：场内最大、最小照度分别与平均照度之差小于等于平均照度的1/3。对于一般工作来说，有效工作面大体为30cm×40cm，在这个有效工作面范围内，照度的差异不应大于10%。五、亮度分布视野内的观察对象、工作面和周围环境之间最好的亮度比为5：2：1，最大允许亮度比为10：3：1。如果房间照度水平不高，例如不超过150～300lx时，视野内的亮度差别对视觉工作的影响比较小。条件办公室、学校工厂观察对象与工作面之间（如书与桌子）3:15:1观察对象与周围环境之间10:120:1光源与背景之间20:140:1一般视野内各表面之间40:180:1表4-6室内亮度比最大允许值案例“除眩车灯”的发明分析汽车的发明为经济的发展作出了重大的贡献，同时也给人类带来了巨大的灾难。沿袭了一百多年的汽车远光灯，射出的圆锥形雪亮的直光束，射到对而驾驶员和行人的眼睛里，顿时，灯光之外的一切景物就处在一片黑暗之中，什么也看不清，这就是眩光现象。人一旦进入眩目状态，他就感觉到对而那车是直冲着自己开来的，此时他如果向左拐，就可能直撞那车;如果朝右拐，就可能撞上右边的同向车、树木和行人，或翻入右边沟中。一位青年发明人关于车辆外部除眩照明系统的发明——车用前灯装置和车体轮廓照明灯，解决了车辆防眩难题。按照反向思维的原理，发明人把车廓灯传统的“向外照射失改为“向里照射”，发明了车体轮廓照明灯，使汽车在夜间没有路灯照射的情况下，也能显示如同白昼一样的面貌。第五节照明标准照明标准是照明设计和管理的重要依据，我国于2004年12月开始施行《工业企业照明设计标准》GB50034-2004，本节将介绍国家标准以及推荐照明资料。一、国家照度标准照度标准值应按0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx分级。标准规定的照度值均为作业面或参考平面上的维持平均照度值。作业面照度/lx作业面邻近周围照度/lx≥750500300≤200500300200与作业面照度相同表4-7作业面邻近周围照度二、照明标准值推荐居住建筑的照度标准；公共场所照明标准值；工业建筑的一般照明标准值；公共建筑一般照明标准值。房间或场所参考平面及其高度照度标准值（lx）Ra起居室一般活动0.75m水平面10080书写、阅读300*卧室一般活动0.75m水平面7580床头、阅读150*餐厅0.75m水平面15080厨房一般活动0.75m水平面10080操作台台面150*卫生间0.75m水平面10080居住建筑的照度标准公共场所照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值（lx）Ra门厅普通地面10060高档地面20080走廊、流动区域普通地面5060高档地面10080楼梯、平台普通地面3060高档地面7580自动扶梯地面15060厕所、盥洗室、浴室普通地面7560高档地面15080电梯前厅普通地面7560高档地面15080休息室地面10080储藏室、仓库地面10060车库停车间地面7560检修间地面20060工业建筑的一般照明标准值房间或场所参考平面及其高度照度标准值(lx)Ra备注1.通用房间或场所试验室一般0.75m水平面30080可另加局部照明精细0.75m水平面50080可另加局部照明检验一般0.75m水平面30080可另加局部照明精细，有颜色要求0.75m水平面75080可另加局部照明计量室、测量室0.75m水平面50080可另加局部照明变、配电站配电装置室0.75m水平面20060变压器室地面10020电源设备室，发电机室地面20060控制室一般控制室0.75m水平面30080主控制室0.75m水平面50080工业建筑的一般照明标准值电话站、网络中心0.75m水平