丁 勇 丁正遼 伍積明 張紅川 石小波 楊李寧

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045;2.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400045)

1 引言

建筑日光照明固然是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能降耗的有利措施，但值得注意的是，目前建筑基本朝著大型建筑的方向發(fā)展［1］，務(wù)必會(huì)存在建筑的中心區(qū)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)日光照明，以及外窗遮陽(yáng)存在遮陽(yáng)與采光的矛盾，不得不實(shí)行區(qū)域人工照明，以滿(mǎn)足室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)要求。

我國(guó)“十一五”規(guī)劃明確提出“建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的發(fā)展目標(biāo)。綠色照明工程作為這一目標(biāo)的實(shí)施重要內(nèi)容之一，其中電光源類(lèi)型的選擇是實(shí)施綠色照明工程的重點(diǎn)。中國(guó)現(xiàn)行的建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是2004年12月正式施行的《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2004)，該標(biāo)準(zhǔn)中照度水平相比1992年版的舊標(biāo)準(zhǔn)有較大提高，第一次規(guī)定了我國(guó)七類(lèi)建筑主要照明場(chǎng)所的最大功率密度值(LPD)［2］，但又不難發(fā)現(xiàn)，和舊版標(biāo)準(zhǔn)相似，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了建筑室內(nèi)照度指標(biāo)，并未具體反映某一建筑類(lèi)型中不同光源類(lèi)型對(duì)室內(nèi)光環(huán)境影響的差異性。同時(shí)對(duì)于目前提出的“宜居建筑”，強(qiáng)調(diào)類(lèi)似節(jié)能建筑的節(jié)能性的前提下，更注重對(duì)人的“生理”、“心理”舒適性需求，建筑室內(nèi)應(yīng)該具備良好的居室環(huán)境，其中就包括良好的采光、照明功效［3］?；谝陨详U述，本文為了分析普通辦公建筑中不同光源類(lèi)型對(duì)室內(nèi)光環(huán)境舒適性的影響以及人員感觀(guān)反應(yīng)，以確定適宜的光源選擇策略，重點(diǎn)針對(duì)目前市場(chǎng)上使用較普遍的14wYPZ220節(jié)能燈、60wFSL白熾燈兩種光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

2 內(nèi)容及方法

2.1 研究目的及方法

為了研究普通辦公室內(nèi)不同類(lèi)型光源對(duì)室內(nèi)光環(huán)境舒適性的影響，主要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試+問(wèn)卷調(diào)研的方法:我們用物理手段采集室內(nèi)照度值的同時(shí)，對(duì)普通辦公室內(nèi)的被調(diào)研者現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的感受。本次研究主要在人工搭建的照明實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，讓觀(guān)察者進(jìn)行充分的視覺(jué)適應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)一種光源室內(nèi)開(kāi)燈數(shù)量，控制室內(nèi)照度值，并且每次調(diào)節(jié)后，被調(diào)研人員先進(jìn)行充分的視覺(jué)適應(yīng)，再填寫(xiě)感觀(guān)感受。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及問(wèn)卷調(diào)查

本次實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為一辦公樓5樓，房間尺寸為7.9m×3.7m×3.5m，面積29.2m2。外窗西北朝向，室內(nèi)設(shè)置空調(diào)制冷。房間頂棚中心線(xiàn)的四等分點(diǎn)布置三個(gè)圓形燈架，每個(gè)燈架上安裝有六個(gè)燈泡接口，最多可以安裝6個(gè)燈泡，安裝高度為3.2m，對(duì)某種光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在這同一燈架上安裝上相應(yīng)的燈泡。照明實(shí)驗(yàn)室室形指數(shù)RI為0.8。每次調(diào)節(jié)開(kāi)燈數(shù)量時(shí)，保持每個(gè)燈架的開(kāi)燈數(shù)量一致，以確保室內(nèi)照度的均勻度。根據(jù)《采光測(cè)量方法》 (GBT5699—2008)、《室內(nèi)照明測(cè)量方法》(GBT5700—1985)，室內(nèi)照度的測(cè)試分別在室內(nèi)進(jìn)深方向每個(gè)典型工作面布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)房間布置了12個(gè)點(diǎn)，對(duì)相同進(jìn)深的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加取平均值，測(cè)點(diǎn)高度距地0.75m，為辦公人員工作面高度。

主觀(guān)問(wèn)卷調(diào)查采用描述法，包括調(diào)查人員的基本信息 (年齡、性別等)、室內(nèi)照度感、眩光感、光源顏色的主觀(guān)評(píng)價(jià)等，照度光感覺(jué)投票指標(biāo)如下表1。

表1 光感覺(jué)投票標(biāo)尺

節(jié)能燈實(shí)驗(yàn)中，整理得到有效問(wèn)卷數(shù)288份;白熾燈實(shí)驗(yàn)中，整理得到有效問(wèn)卷數(shù)份279，此次被調(diào)查者基本為在校學(xué)生，年齡20～25，男女比例為 3∶1。

3 結(jié)果與分析

3.1 節(jié)能燈實(shí)驗(yàn)分析

1)室內(nèi)測(cè)試參數(shù)統(tǒng)計(jì)

參考《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034—2004規(guī)定的普通辦公室室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)值300lux，如表2，使室內(nèi)照度基本滿(mǎn)足工作照明的要求，同時(shí)也為了得到在300lux以下時(shí)，人員對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的反應(yīng)，通過(guò)控制開(kāi)燈的盞數(shù)，調(diào)節(jié)測(cè)試照度值分布在200～300lux。通過(guò)對(duì)測(cè)試及問(wèn)卷的整理得出，在測(cè)試期間，被調(diào)查人員所處的室內(nèi)光環(huán)境照度值分布在200～800lux，每個(gè)照度區(qū)段樣本量基本一致。

表2 辦公建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值［4］

2)人員感觀(guān)評(píng)價(jià)分析

通過(guò)對(duì)本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的光感覺(jué)投票進(jìn)行分析處理，得到圖1不同照度下光感覺(jué)投票分布頻率，從圖中可以看出，室內(nèi)平均照度小于300lux時(shí)，人員投票值分布在－1以下，光感覺(jué)評(píng)價(jià)皆為偏暗。而室內(nèi)照度在300～400lux之間，有71%的人員評(píng)價(jià)為正好，而且室內(nèi)照度值為300～600lux時(shí)，人員評(píng)價(jià)為正好的比例逐步增大，說(shuō)明在此區(qū)間，人員光感覺(jué)舒適性隨著室內(nèi)照度的增大逐步提高;當(dāng)室內(nèi)照度分布在600～700lux時(shí)，人員光感覺(jué)隨著照度增大，舒適性在降低，而偏亮的光感覺(jué)在提高。

圖1 節(jié)能燈下室內(nèi)不同照度的光感覺(jué)投票頻率

為了進(jìn)一步區(qū)分室內(nèi)光感覺(jué)舒適區(qū)間，我們把光感覺(jué)投票分為三組:投票值為0和1的作為“舒適組”，而把投票值為－3、－2、－1的分為“偏暗組”，投票值為2及以上的為“偏亮組”。結(jié)合圖2，我們可以按照以上分組情況，從圖中可以看出，室內(nèi)照度E＜310lux，人員投票屬于偏暗組;310＜E＜600lux時(shí)，屬于舒適組;E＞600lux時(shí)，人員光感覺(jué)投票可以歸為偏亮組，由于室內(nèi)照度＞600lux的樣本中人員評(píng)價(jià)為偏亮的占到了大部分，比例達(dá)到了63%。同時(shí)，我們可以看出，當(dāng)420＜E＜600lux，人員全部投票值為1，一致評(píng)價(jià)為正好，因此室內(nèi)照度分布在此區(qū)間時(shí)，人員光感覺(jué)最舒適。通過(guò)以上分析，我們可以把節(jié)能燈下人員光感覺(jué)反應(yīng)區(qū)間匯總?cè)缦卤?。

圖2 節(jié)能燈下光感覺(jué)投票值與室內(nèi)照度E的關(guān)系

表3 節(jié)能燈光感覺(jué)評(píng)價(jià)LS與室內(nèi)照度E關(guān)系匯總

3.2 白熾燈實(shí)驗(yàn)分析

1)室內(nèi)測(cè)試參數(shù)統(tǒng)計(jì)

白熾燈實(shí)驗(yàn)期間，室內(nèi)照度同樣分布在200～800lux之間，各個(gè)照度段樣本量基本一致，并且與節(jié)能燈實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)也基本相同。

2)人員感觀(guān)評(píng)價(jià)分析

如圖3反映白熾燈下不同室內(nèi)照度人員光感覺(jué)投票情況，相比節(jié)能燈，室內(nèi)照度300～400lux時(shí)，還存在18%的人員評(píng)價(jià)為偏暗，但同樣室內(nèi)照度分布在300～600lux之間時(shí)，人員評(píng)價(jià)為正好的比例逐步增大，人員光感覺(jué)舒適性隨著室內(nèi)照度的增大逐步提高，同時(shí)又不難看出，室內(nèi)照度在400～700lux時(shí)，人員光感覺(jué)評(píng)價(jià)為偏亮的比例隨著室內(nèi)照度的增大逐步增大，但是在400～500lux和500～600lux之間光感覺(jué)為舒適所占比例達(dá)到了98.2%和93.2%，而在700～800lux之間僅為39%。因此可以認(rèn)為當(dāng)400＜E＜600lux，人員光感覺(jué)基本是舒適的，而E＞600lux時(shí)，人員基本感覺(jué)偏亮。結(jié)合圖4以及上文光感覺(jué)投票分組，可以更直觀(guān)得看出光感覺(jué)投票與室內(nèi)照度基本上反應(yīng)一個(gè)趨勢(shì):室內(nèi)照度E＜380lux，人員投票屬于偏暗組;380＜E＜600lux時(shí)，人員投票屬于舒適組;E＞600lux時(shí)，人員光感覺(jué)投票為偏亮組。具體的光感覺(jué)反應(yīng)情況見(jiàn)表4。

圖3 白熾燈下室內(nèi)不同照度的光感覺(jué)投票頻率

圖4 白熾燈下光感覺(jué)投票值LS與室內(nèi)照度E的散點(diǎn)圖

表4 白熾燈光感覺(jué)評(píng)價(jià)LS與室內(nèi)照度E關(guān)系匯總

3.3 討論

通過(guò)以上分析以及對(duì)比表3、4中普通辦公室室內(nèi)照度較舒適區(qū)間，節(jié)能燈和白熾燈下室內(nèi)照度人員光感覺(jué)評(píng)價(jià)存在一定差異性。節(jié)能燈光源作用下，光感覺(jué)較舒適的照度下限值相比白熾燈降低近90lux，而且兩者光源作用下室內(nèi)照度較舒適區(qū)間E存在明顯覆蓋性，即室內(nèi)照度較舒適值域 E白熾燈∈E節(jié)能燈。

為了尋找兩者光源作用下室內(nèi)照度較舒適區(qū)間的差異性的影響因素，本文針對(duì)樣本中不同光源顏色偏好投票進(jìn)行分析。圖5反映的是室內(nèi)照度與顏色偏好投票值關(guān)系，從圖中可以看出，無(wú)論是在白熾燈光源還是節(jié)能燈光源作用下，人們對(duì)光源顏色的偏好與室內(nèi)照度基本無(wú)關(guān)，而人員對(duì)不同光源顏色的偏好投票存在明顯的差異。結(jié)合圖6，可以看出，人們對(duì)白熾燈光源顏色偏好為偏冷色，對(duì)節(jié)能燈光源顏色較舒適，即使在室內(nèi)照度較不舒適時(shí)，人員仍希望光源顏色維持不變。因此，光源顏色對(duì)人員光感覺(jué)的舒適性評(píng)價(jià)影響較顯著。不難分析，由于節(jié)能燈光源光譜接近于人們更加適應(yīng)的太陽(yáng)光光譜，為高色溫光源［5］［6］，白熾燈為低色溫光源，色表偏暖色，而照明光源的光色與色溫可影響人們的主觀(guān)感覺(jué)，產(chǎn)生不同視覺(jué)效果［7］。文獻(xiàn) ［8］指出低色溫的背景光源只有在極低亮度條件下識(shí)別率略高于中高色溫光源，但隨著亮度的提升，中高色溫光源的識(shí)別率明顯優(yōu)于低色溫光源。為了達(dá)到相同的視覺(jué)功效以及舒適的光感覺(jué)亮度，白熾燈需要以提高室內(nèi)照度為代價(jià)，但又由于白熾燈作為一種熱輻射光源［6］，過(guò)高的照度易在人體與光源之間產(chǎn)生較強(qiáng)的熱輻射，并且輻射光線(xiàn)較強(qiáng)，易形成不舒適眩光，這與被調(diào)查者的調(diào)查結(jié)果一致，在相同的照度下，白熾燈存在眩光較明顯的現(xiàn)象。從而白熾燈光源的光感覺(jué)舒適區(qū)間小于節(jié)能燈。

圖5 室內(nèi)照度與顏色希望投票值關(guān)系

圖6 不同光源顏色偏好投票對(duì)比

4 不同光源節(jié)能性比較分析

通過(guò)前文分析，得出了對(duì)于普通辦公室，節(jié)能燈的舒適性明顯優(yōu)于白熾燈，同時(shí)為了了解節(jié)能燈的節(jié)能效果，下面簡(jiǎn)要地針對(duì)兩種光源進(jìn)行節(jié)能性對(duì)比分析。以實(shí)驗(yàn)辦公室為對(duì)象，根據(jù)燈具的布置，在室內(nèi)照度都滿(mǎn)足照明要求下，應(yīng)用兩種光源的照明用電量進(jìn)行比較，如表5所示。

節(jié)能燈相比白熾燈，照明節(jié)能率達(dá)到76.7%，每日平均節(jié)省電量5.5度，節(jié)省電費(fèi)3.0元。因此，無(wú)論從節(jié)能出發(fā)，還是出于用戶(hù)經(jīng)濟(jì)性考慮，在普通辦公室，使用節(jié)能燈明顯優(yōu)于白熾燈。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)光環(huán)境舒適性的要求也逐步提高，伴隨燈具技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能燈耗電越趨于低耗，因此，節(jié)能燈在辦公建筑的應(yīng)用上將得到進(jìn)一步推廣。

表5 辦公建筑應(yīng)用不同光源節(jié)能性對(duì)比

5 結(jié)論

在普通辦公作業(yè)下，通過(guò)對(duì)白熾燈、節(jié)能燈對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的作用影響測(cè)試以及結(jié)合人員感觀(guān)問(wèn)卷調(diào)查，得出以下主要結(jié)論:

(1)對(duì)于不同光源，室內(nèi)照度舒適區(qū)間存在一定的差異性，對(duì)于節(jié)能燈，人員室內(nèi)光感覺(jué)較舒適的區(qū)間為310＜E＜600lux時(shí);白熾燈下為400＜E＜500lux。在達(dá)到同樣滿(mǎn)意的照明效果，節(jié)能燈照度可以相應(yīng)減小，具有一定的節(jié)能效益。

(2)針對(duì)光源顏色對(duì)室內(nèi)光感覺(jué)舒適性的分析，光源顏色偏好與室內(nèi)照度基本無(wú)關(guān)，但光源顏色對(duì)人員光感覺(jué)舒適性評(píng)價(jià)具有一定影響，這是造成兩種光源室內(nèi)光感覺(jué)舒適區(qū)間差異的一個(gè)因素。

(3)節(jié)能燈相比白熾燈，節(jié)能率達(dá)76.7%，平均每日節(jié)省電量5.5度，節(jié)能效果顯著。

因此，對(duì)于辦公建筑照明光源的選擇，無(wú)論從舒適性出發(fā)還是從節(jié)能經(jīng)濟(jì)性考慮，節(jié)能燈有明顯的優(yōu)越性，本文旨在為普通辦公室內(nèi)節(jié)能燈的推廣應(yīng)用能提供一定的理論依據(jù);同時(shí)，人們?cè)谶x擇照度值時(shí)，應(yīng)在國(guó)家規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)光源類(lèi)型以及自身進(jìn)行的視覺(jué)工作和活動(dòng)場(chǎng)所，進(jìn)行合理的照度值選擇，達(dá)到綠色照明的要求。

本文主要針對(duì)普通辦公作業(yè)下兩種光源對(duì)室內(nèi)光環(huán)境舒適性的影響，而對(duì)于不同視覺(jué)作業(yè)下，可能受工作區(qū)周邊環(huán)境、對(duì)象不同其要求的識(shí)別程度不同等因素影響，人們對(duì)光源的舒適性可能不同，因此，在下一步研究工作中，將深入開(kāi)展不同作業(yè)需求下，不同光源對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的舒適性影響研究。

［1］譚穎.重慶典型公共建筑能耗調(diào)查分析與用能特征研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2009.

［2］劉虹.我國(guó)辦公建筑照明設(shè)計(jì)節(jié)能指標(biāo)的研究制定［J］.中國(guó)能源，2005，27(4).

［3］楊李寧.宜居建筑的歷史演變及內(nèi)涵研究［J］，資源節(jié)約與環(huán)保，2010，1.

［4］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 50034—2004).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［5］詹慶旋.建筑光環(huán)境［M］.清華大學(xué)出版社，1988.

［6］李樹(shù)春.光源漫話(huà) ［J］.現(xiàn)代物理知識(shí)，1999.

［7］陳仲林.論健康照明 ［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2000，23(5).

［8］嚴(yán)永紅，關(guān)楊.白熾燈下T5熒光燈視功效、識(shí)別率對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2010，21(3)p:70～75.