整理眩光计算.docx

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整理眩光计算

关于室内照明的不舒适眩光

CIE统一眩光值（UGR）介绍

　　在建筑室内照明中眩光的出现是令人烦恼的问题。

眩光乃是一种视觉条件，产生眩光的原因是由于视野内亮度分布不适当或由于亮度的变化幅度太大，或由于空间或时间上存在着极端的对比，以致引起不舒适或降低观察物体的能力，或同时产生这两种现象。

　　根据眩光对视觉功能的影响，可以分为失能眩光或不舒适眩光。

前者引起对于视看物的视觉障碍，在生理上使视觉器官受到影响，因此，有人称它为生理眩光。

后者是长期在它的作用下会感觉到不舒适，在心理上产生不良感觉，因此，有人称它为心理眩光。

　　根据眩光形成的方式，还可分为直接眩光、间接眩光、反射眩光等。

直接眩光是正在观察物体的方向或接近于这一方向存在发光体时所引起的眩光。

间接眩光是不在观察物体方向存在发光体时所引起的眩光。

这些眩光时常出现于室内照明中。

　　眩光对于生理和心理有严重的危害性，而且对于劳动生产率也有明显的影响。

眼睛在视野内遇到非常强烈的光或光不太强而背景很暗，这时会引起可见度降低，以致于难以看到物体；还会引起眼睛流泪、痛疼，甚至眼脸痉挛等，前一效应称为眩目，后一效应称为羞明。

此外，眩光还可引起视觉疲劳。

　　眩光对于心理有着明显的作用，影响着人们的情绪，给人不舒适的感觉。

眩光的心理作用要受到个人差别的影响，而且与性别、年龄、环境、职业、习惯等因素有关。

　　此外，根据国外照明专家的研究结果证明，眩光对劳动生产率也有明显的影响，使劳动生产率下降。

　　本文着重对国际照明委员会制定的“室内照明的不舒适眩光”——CIE统一眩光值（UGR）予以介绍。

　　1  CIE关于室内照明的不舒适眩光

　　1979年以前，国际上尚无统一的眩光计算式，但是照明技术的飞速发展，要求眩光计算和评价有统一的方法，并可用计算机编排程序。

在各国的眩光计算式尚未统一之前，CIE在1975～1979年间，曾探讨在各国的眩光限制系统中可取得一致的计算公式，进而发现北美的计算公式与英国的计算公式有很好的一致性。

于1978年南非的艾因霍恩（Ein-horh）在综合各国眩光计算公式的基础上，提出了一个可行的数学折衷的公式，在1979年的19届CIE大会上得到与会者的赞同，并要求在其后的实践中加以验证，其公式为：

　　该公式作为CIE TC3.4的工作成果，并在CIE55号（1983年）出版物中发表。

但此公式只是一个过渡性公式，由此公式开发一个实用的眩光评价系统有一定的难度，因此需对公式做一些简化。

后来的CIE TC3．13认为如下的统一眩光值（UGR）函数式是方便的。

式中：

c1和c2——常数，由霍普金森（Hopkinson）眩光指数公式中选取；

　　f房间——与房间和背景亮度有关的因数；

　　f灯具——与灯具及其位置有关的因数。

　　将上述函数式定量化，成为2节中的（3）式形式，式中略去

（1）式中的直接照度，而UGR只取决于间接照度。

为了实际应用，当在房间工作环境中，在建议的使用范围内，使用此公式影响甚小。

（3）式在CIE 117号（1995年）出版物的“室内照明的不舒适光”中予以发表。

　　2 统一眩光值（UGR）公式法

　　UGR按（3）式计算：

　　位置指数是根据表1，从参数T/R和H/R用插值法得到的。

要注意位置指数以参数T/R为对称，表仅列出了这个参数的非负数数值，即仅取T／R的绝对值生成的数据。

　　建议灯具的T/R值如果超出表格范围（从0到3）后忽略不计。

另外H/R数值大时，在表1中某些位置是空的。

这些位置是被观察者的眼眶和前额所遮挡的位置，此时灯具对UGR无眩光感。

　　3  UGR公式应用条件

　　统一眩光值公式的应用条件为：

　　a．UGR适用于简单的立方体形房间的一般照明装置设计，不适用于间接照明和发光天棚的房间；

　　b．UGR适用于灯具发光部分对眼睛所形成的立体角0.1 sr>ω>0.0003sr的情况；

　　c．灯具为双对称配光；

　　d．灯具高出人眼睛的安装高度H0为2m；

　　e．同一类灯具为均匀等间距布置，S0=0.25H0=0.5m；

　　f．观测位置一般在纵向和横向两面墙的中点，视线水平朝前观测，房间的尺寸x和y转换为日的倍数，z、y取决于观测方向，见图l；

　　g．坐姿观测者眼睛的高度通常取1.2m，站姿观测者眼睛的高度通常取1.7m；

　　h．房间表面为：

高出地面大约0.75m的工作面、灯具安装表面以及这两个表面之间的墙面；

　　i．工作面或者常用工作面下面的地板空间，假设反射比相同，数值取0.2；

　　j．背景亮度为127.32cd/m2，（1cd/rn2相当10πlm/m2）。

　　以上只阐述了统一眩光值（UGR）的公式计算法，还有UGR值的查表法和UGR值的眩光限制曲。

线法，限于篇幅，以后再予以介绍。

作者：

中国建筑科学研究院张绍纲北京建筑工程学院李德富

计算机辅助设计在道路照明设计中的应用

天津港建设公司　朱一梅

　　照明设计计算是一项复杂繁重的工作，人工计算是根据经验公式进行计算，需要大量的人力和时间，而且计算精度不高，这种方法远远跟不上时代的发展。

现代社会已进入了高科技时代，计算机已进入社会的各行各业，大量复杂繁重的工作由计算机完成，这样大大减轻了人工的劳动，人们只要通过计算机的键盘输入一些符号就可以得到需要的结果。

近几年来，随着越来越多的计算机辅助设计应用到工程实践中，不但提高了工程设计的质量和速度，也极大地减轻了科技人员的劳动强度。

我公司引进的美国通用电气（GE）公司照明系统软件ALADAN，实现了照明计算电算化，将计算机辅助设计应用在照明设计中，不仅把技术人员从繁重的计算中解放出来，提高了工作效率，而且使照度计算更加精确和完整。

随着公司业务的发展，我们利用ALADAN软件已向国内许多设计院所和用户提供了照明计算，并成功地应用到工程上，如沪宁高速公路、北京首都国际机场、上海虹桥机杨高架路、大连东北路、大连椒金山隧道、重庆大田湾体育场等一些国家重点工程，其它如天津万科假日饭店、塘沽新胡路、天津港保税区京门大道等一些工程也受到用户普遍好评。

1996年1月，公司为缅甸蒂拉瓦港（THILAWA）集装箱码头作了细致的照明设计计算，1997年1月我公司又在此港照明设备招标会上一举中标，更显示出先进的计算机辅助设计与公司各部门相结合所产生的无可比拟的优势。

本文结合1996年7月正式通车的塘沽新胡路的照明设计，将计算机辅助设计的应用作一个简单介绍。

一、路况概述

　　塘沽新胡路是天津市1996年重点工程之一，被市政府列为天津市十条文明路的“样板路”，是外省市车辆进入滨海新区、天津港保税区、天津港的主要干道，原路宽15米，无路灯照明，拓宽后路宽为28米，全长2.9公里，沥青路面，为“一块板”结构，通过车量较大，夜间车速一般在80km/h以上。

二、照明标准

　　依据建设部1992年2月1日批准施行的《城市道路照明设计标准》表2.0.3，城市道路照明标准按快速路、主干道、次干道、支路以及居住区道路分为五级，新胡路可按主干道照明标准进行设计，考虑到滨海新区将来的发展，并根据区政府有关领导的要求，我们按高一级的设计标准，即按I级道路（快速路）标准进行设计，

　　平均照度:

20LX

　　均匀度:

0.4

　　眩光限制:

严禁采用非截光灯具

　　诱导性:

很好

（三）环境标准和环境影响评价技术导则三、照度计算

　　道路照明应选用光效高、寿命长的高压钠灯。

路宽为28米的道路应设计为双侧对称布置灯杆为宜，由于单侧路面有效宽度为14米，在杆高的选择上，依据《标准》表4.1.2给出的对称布置半截光灯具，H>0.6×14，即H>8.4米，为简化计算，可初步将杆高选为H=10米，悬挑长度为1.5米，维护系数0.7，在计算机中分别输入150W、250W和400W高压钠灯的额定光通量，经计算机照度计算，将结果列表如下:

　　通过表一可以看出:

用400W路灯在满足平均照度和均匀度的要求下，灯杆间距为50米，这样的间距使道路的诱导性较差；用150W路灯在满足平均照度和均匀度的要求下，灯杆间距为20米，灯杆过于密集，视觉效果较差；选用250W灯具，在杆间距为35米时均能满足照度和均匀度的要求。

用250W灯对不同杆高进行照度计算，将结果列表如下:

（4）环境保护验收。

　　通过表二看出:

杆高H=9米，均匀度低于标准要求的0.4，经比较灯杆应为10米为宜。

　　这样，对于路宽为28米的道路照明计算的参数基本确定了，即250W高压钠灯，灯杆高度为10米，悬挑长度1.5米，灯杆间距为35米，再对灯具仰角及悬挑长度进行选择，在ALADAN软件中输入这些优化后的设计参数，几秒钟之内便可得到照度计算结果，照度结果如下:

（一）环境影响评价的概念

（3）是否符合区域、流域规划和城市总体规划。

四、照明设备的选择

　　对照明设备的选择首先应符合照明设计的要求，并考虑节约电能消耗，降低维护费用等，还要考虑它在白天应能给人视觉上的美感。

　　塘沽地区空气中含碱成分高，新胡路是塘沽区的要塞，路上过往运煤车辆较多，环境污染严重，维护较为困难，所以应选择防尘防水级别较高且耐腐蚀性较好的灯具。

塘沽建委的领导和专业人员向我们介绍，塘沽区某条15米宽的道路，装设国内某合资公司产的灯具，经过实地考察，此灯具有以下缺点:

　　1.照明均匀度不符和要求，路面上黑斑现象严重

　　2.灯具密封性不好，防尘罩（有机物）内灰尘较多，降低了路面照度

　　3.个别灯具防尘罩受热烤化跌落，电器壳脱落

　　我们也考察了其它城市的道路照明情况，采用不同生产厂家生产的灯具用户反映也不同，我们又从技术指标和使用性能上进一步考察了几种灯具，从而做出比较，建委初步决定选用美国通用电气（GE）产M250R2灯具。

近几年来，GE灯具被广泛地应用于国内许多重点工程项目中，用户普遍反映良好，它有以下特点:

　　1.照明均匀度好

　　2.光源寿命长，光效高

　　3.电器匹配性能好，质量稳定

　　4.密封等级高，无需维护

　　5.流线型外观，视觉感觉良好

　　GE灯具内置电器（镇流器、电容器和触发器），电器全部由GE公司设计并制造，质量保证期五年，灯具通过ISO9001认证，并获得EPA颁发的绿色光源证书，灯具的防护等级为IP55，外壳为高压铸铝，内外电泳漆防腐，反光器为拉伸铝板，镀玻璃膜（ALGLAS），防腐性能极好。

　　对选定的灯具应进行眩光计算，看其是否符合道路照明对眩光的要求。

　　灯具亮度引起的眩光能引起视觉功能下降或产生不快的感觉，国际照明委员会（CIE）在道路照明国际推荐方案中提出对眩光指标G的评价方法，规定了眩光指标及计算公式，可作为复核眩光指标之用，下式为1976年CIE承认的公式:

G=13.84-3.31logI80+1.3（logI80/I88）1/2-0.08logI80/I88+1.291ogF+0.97logLr+4.41logh’-1.46logP+C

　　式中:

I80、I88——与照明器垂直方向成80度角或88度角方向上的光强值（cd）

　　Lr——路面平均亮度（cd/M2）

　　h’——（照明器的高度）-（眼睛的高度）（M）

　　F——照明器的表面发光面积（M2）

　　P——1公里道路之内的照明器数目

　　C——不同光源的光色对G值的修正值，如下:

　　低压钠灯+0.4　　高压钠灯+0.1

　　高压汞灯-0.1　　其它灯泡0

　　下表为CIE给出的眩光指标G和主观评价的对应关系:

2.辨识与分析危险、有害因素

分类具体内容应编写的环境影响评价文件

　　GE产M-250R2灯具的表面发光面积可近似按椭圆面积公式求得:

　　1/4×3.14×0.32×0.33=0.083M2

　　路面平均亮度按计算机结果（路面按沥青路面，平均亮度系数0.07），Lr=2.09CD/M2，根据已知条件，I80=1735CD，I88=448.3CD，则I80/I88=3.87，已知F=0.083M2，

　　h’=10-1.2=8.8M，P=29，C=0.1，

　　代入公式，计算得出:

G=5.12。

　　结果表明，眩光指标能满足允许界限值的要求。

　　美国通用电气公司（GE）产M-250R2灯具以其独特优越的性能被塘沽区建委确定用于新胡路照明工程项目中。

（2）可能造成轻度环境影响的建设项目，编制环境影响报告表，对产生的环境影响进行分析或者专项评价；五、实测照度与计算机辅助设计结果的比较

（3）总经济价值的组成。

我们可以用下式表示环境总经济价值的组成：

　　塘沽新胡路于1996年7月1日正式通车，我们在工程的实施上，按照设计的杆高、间距、悬挑长度、仰角等参数严格实施。

我们于1996年8月6日夜间对路面进行了照度实测，结果如下图:

　　经计算，平均照度为27.49LX，均匀度:

最小/平均为0.60。

　　将实测照度值与计算照度值进行比较，我们可以看出:

实测照度值与计算值有一定的偏差。

　　将设计平均照度值除以理论光衰系数0.7，我们将此数值称为平均照度理论初始值，它等于:

　　22.31/0.7=31.87LX，

　　将平均照度实测值与此值相比较，偏差率为:

　　偏差率=（31.87-27.49）/31.87=13.74%

　　经过分析，偏差因素有以下几点:

　　A.电压降

　　实测时灯具输入电压为212V，由GE高压钠灯具电器性能知道:

当输入电压下降1%时可引起2.5%的光通量下降。

此例电压降引起的照度值下降为:

　　2.5%×（220-212）/220=9.09%

表二：

项目地理位置示意图和平面布置示意图；

　　如果扣除掉电压下降因素的影响，偏差率为:

　　13.74%-9.09%=4.65%

　　B.灯具、灯杆制造和安装误差

　　C.灯具污染及空气灰尘引起的衰减

　　D.测量误差

　　误差是我们今后工作中应当注意的。

　　塘沽新胡路照明工程得到了天津市政府的认可，塘沽区建委的领导及工程技术人员对新胡路的照明效果较为满意，工程交付使用后，受到使用单位的好评。

2）预防或者减轻不良环境影响的对策和措施。

主要包括预防或者减轻不良环境影响的政策、管理或者技术等措施。

六、总结

　　由以上分析，我们可以得出结论，扣除实际供电电压下降因素的影响，采用计算机辅助设计得出的照明结果与实际测得的照明结果相比，偏差率在5%以内，因为一些由灯具、灯杆制造和安装等因素引起的偏差是不可避免的。

我们相信，随着实际应用经验的积累，偏差率会逐渐减小，利用计算机辅助设计的照明结果会更加接近于实际。

　　由此可以看出:

计算机辅助设计在道路照明设计中的应用是可行的，计算机的应用已成为照明设计发展的趋势。

随着科技的发展，计算机技术与照明技术将进一步紧密结合，发挥巨大的作用。

　　（收稿日期:

1997-08-29）