国际照明委员会 (CIE)第三分部2011研究进展综述*

张 昕 赵晓波

(1.清华大学建筑学院，北京 100084;2.《照明设计》(中文版)杂志社，北京 100084)

本文通过综述南非2011CIE大会的邀请报告、大会报告、张贴论文报告、张贴论文、专题论坛、分部会议、技术委员会会议，对于第三分部的研究热点和成果综述如下。第三分部 (室内环境与照明设计)目前的研究热点为:(1)基于动态气象参数模型的地域性光环境研究;(2)各种类型建筑空间中的光环境热点问题研究 (生理、心理、节能等);(3)对自然光产生的不舒适眩光的研究;(4)图像技术在室内光环境研究与设计中的应用;(5)LED于室内照明系统的应用研究。

1 基于动态气象参数模型的地域性光环境研究

Martinez等提出了对于动态气象参数模型的新的天空划分方式。天空划分方式对于模型的计算准确性和耗时有着直接的影响。该研究将太阳路径和太阳附近区域纳入天空划分的方法中，通过大量的有效性验证证明了此划分方式的准确性 (至少30%的提升)。有效性验证在装有21个光感应器和2台数码像机的办公室中进行，将模拟值与测量值进行了比对分析。

Mardaljevic等人对于英国居住建筑进行了天然光环境的参数模型研究。获得更为有效采光值的诉求对于模拟方式选择、缩减模拟数据 (获得更易懂的参数)增加了复杂度，目前对于模拟参数的构成仍没有定论，非民用和居住建筑的评估程序也有所不同，尚不明确单一参数是否适用于这两类建筑。该研究以居住建筑为样本，调研采光系数对于居住建筑的适用性。除计算采光情况、预测照明用电外，研究者还发展了非视觉效应的参数方程。

C.Aghemo等人基于典型的大陆气候区 (都灵)和地中海气候区 (巴勒莫)开展基于动态气象参数的建筑外观影响研究。研究了自然光对房间朝向、进深、窗户面积及朝向不同的办公室样本的影响参数。通过Daysim软件计算采光系数 (DF)和动态采光性能参数 (DDPM)，评估将其作为地区性自然光预测手段的灵敏度，发展了一套通过动态模拟描述不同时段采光值的方法。

Naves等人使用动态模拟程序研究部分建筑变量 (窗户面积、内部反射比和对采光进深有特别影响的外部遮挡)对巴西居住建筑的采光影响。通过Daysim软件运行了220个模拟程序，分析了巴西10个不同纬度中10个城市的4个方向采光。得到了一些简单的规则，保证全年70%的日照时数内70%房间区域的采光水平 (按居住建筑最低60 lx)，这些规则将应用于巴西居住建筑能源效率规定。

2 各种类型建筑空间中的光环境热点问题研究 (生理、心理、节能等)

Goven等人研究了环境光对于儿童的行为、情绪、内分泌系统及其他因素的影响。多项研究表明以照明条件为代表的自然环境因素构成了儿童的成绩不佳、行为不当以及疲劳的影响因素，该研究展示了2008年10月到2009年5月间所作调研的部分成果。

Noguchi等人研究了黎明视觉对于小学生生活质量的影响。记录了从2007年12月到2008年1月间30天内33所小学学生的睡眠和生活方式，这段时间的日照时间相对较短。每个实验日中，每户家庭都随机选择是否使用黎明模拟器。在日出前30分钟内，房间的照明逐渐提高到100 lx或眼睛可察觉的更高水平。使用了黎明模拟器 (DS)的学生的睡醒情绪明显好于没有使用黎明模拟器的学生。此外，使用黎明模拟器的学生在白天的情绪和对学习的集中度都有显著提高。上述结果表明，黎明模拟器可以改进学生的睡眠习惯和提高学校生活的质量。

Tralau等人研究了旨在增加顾客访问率的感觉指向的商店照明设计方法。

Vandahl等人研究了工厂工作空间中的光与健康。目前的标准和指南主要指向视觉效应和舒适度，仍不包括生物学非视觉效应，诸如灯光对人体的褪黑激素抑制、昼夜节律的延迟或提前、昼夜节律的稳定和灵敏度的提高等方面的影响。在TU Ilmenau正在进行一项研究，旨在分析工厂内生物学灯光的效用。

Gvozdev等人研究基于高能效LED照明装置的载人飞船光环境，研究RGB彩色照明装置对视觉健康和部分生理参数的影响。

Villa等人研究办公室照明中节能和视觉舒适之间的平衡点。使用多目标优化方法优化建筑参数，用于鉴别办公照明的效率和舒适度。

3 对自然光产生的不舒适眩光的研究

Sugano等人引用Guth的位置参数，使用照明图像提供眩光计算系统。研究发现:(1)视亮度值与不舒适眩光呈非线性关联;(2)一定数值以下的视亮度值对不舒适眩光没有影响;(3)大尺寸对比的影响很小。研究者获得了不舒适眩光的方程式和不舒适眩光图像的分类。

Matusiak等人在挪威研究委员会资助的科研项目“半透明外观”中，研究自然光传输和分布、眩光风险、建筑立面保持与室外视觉接触的能力、不同的半透明建筑立面引起的室内颜色变换等课题。

Nagayoshi等人研究由防眩满意的调光百叶提供的视觉联系与照度分布。为避免窗户产生的不舒适眩光，提议使用基于PGSV的可控窗帘。根据本研究提议的窗帘建立模拟程序，分析其与建筑立面的距离、百叶片间距/宽度比率 (S/W)/反射比对百叶片角度的影响，20%的百叶片角度保持不舒适眩光可以被接受。

Iwata等人使用亮度分布图像对威尼斯百叶窗进行不舒适眩光评估。本研究旨在使用照明分布图像、日光眩光机率 (DGP)、测算眩光感觉优选系统(PGSV)和基于统计值的指标［平均亮度值和中间亮度值的比率 (Lmean/Lmedian)］评估三种测量方法，涵盖所有的自然光眩光条件。DGP、PGSV和Lmean/Lmedian显示出与主观评价很高的关联系数。DGP并不适于测量对比眩光，而 Lmean/Lmedian方法适合，5(Lmean/Lmedian)被视为是将不舒适眩光保持在可接受水平的目标值。

Li等人通过问卷调查和探索性因子分析研究印刷文本阅读中自然光眩光因素的关系结构。探索性因子的重要性通过联合分析卡排名实验计算。研究5个可调节因素 (窗帘、环境光光色、环境光照度、工作人员与窗户的距离、台灯的使用)的重要性排名，结果显示印刷文本阅读的环境主要包括主观生理条件、书本的兴趣程度、环境条件和可感知生理条件。主观生理条件最为重要，在纠正当前的眩光模式中应为首要因素，窗帘的使用是最重要的可调节因素。

4 图像技术在室内光环境研究与设计中的应用

Cai等人研发了一种高速动态摄影技术用于照明质量分析。传统的使用照度计的方法虽可靠，但并不适用于普通的非均匀表面。HDR图像技术使用普通数码像机，记录1～2分钟内某一区域的照明数据，但并不分析该区域的几何形状，该缺陷令HDR技术无法准确分析照明质量。该研究通过将摄像测量技术融入HDR图像技术，建立高动态范围 (HDR)摄像测量技术，以快速、可靠、全面的方式在像素成像的基础上计算整个表面的照明和完全坐标XYZ，大大提高了照明质量评估的准确性。

Nakamuara等人研究了使用亮度图像进行照明设计的方法。通过实验寻找计算“恰好满意的照明条件 (JSLC)”的客观方法，通过使用由照明图像转换的光度图像来实现。通过日常文案、显示屏工作的亮度值和背景亮度值可判断该工作任务的JSLC，也可通过测算亮度图像中的特定亮度值区域的大小计算房间的JSLC。

Scarazzato等人讨论高动态图像 (HDR)在分析天然光分布和鉴别某一地区普遍气象类型中的可能性，根据ISO标准15469:2004(CIE S 011/E:2003)，这是由CIE在1990年代提出的替换IDMP站的方法。这种方法成本低、安装简单、操作和维护成本低、结果可靠，可以在以图像为基础的天然光模拟软件 (IBL)中使用。

Zhang等人研究了“Gloom”的预测工具，展示了最近在分析黑暗或有照明的室内表面条件的研究结果。本课题在20年前已分析过 (Julian，1988;Shepherd，1990)，但该研究使用了新技术，可以更详细地检验亮度、对比和视亮度。论文集中了无窗房间的研究结果，发现平均房间表面亮度是很好的预测，也支持Cuttle关于将房间表面出射度视为设计工具的提议 (2008)。对于有窗的房间，平均房间表面出射度并不构成充分条件，提议使用房间视亮度。初步模式测试也展示了其作为设计辅助工具的潜力。

5 LED于室内照明系统的应用研究

Davis等人研究了大量不同种类光源的相关色温，判断其“冷”、“暖”感受，利用该统计数据计算中性白光 (即不暖也不冷)的相关色温。在两个照明水平下测试照度对“温暖”和“寒冷”感受的影响。试验结论:3600K到4500K范围的相关色温可视为中性白光;上述结论在50 lx和200 lx照明水平下并没有明显的差异。

Knoop等人依托2010年CIE第3分部设立的技术委员会调查现有的LED质量评估方法，以及LED照明系统计算室内照明质量的适用性。论文回顾三种质量评估方法，分析技术委员会用以检查现有质量评估的方法，介绍了技术委员会推荐的新的质量评估方法。

Piccablotto等人进行了博物馆展柜的LED照明质量评估。通过在保护和储藏中心“La Venaria Reale”(都灵)进行实验，分析LED照明系统在典型博物馆展柜中的应用，评估不同类型的LED灯具在展柜内不同位置时的照明质量，包括与文物保护相关的LED光谱和散热等参数。

Ryckaert等人评估了LED线性灯具 (替代荧光灯)的表现。计算并比对了12种LED线性灯具产品的光学和电子参数，并监控其数据变化，同时分析在不同照明分布条件下的灯具视觉效果。在一个小型办公室中以LED线性灯具替换T8荧光灯，比较办公室中的照度分布，认为LED线性灯具替换T8荧光灯管后具有不可低估的视觉影响。

Veitch等人根据此前与个人控制照明相关的研究，测试可调节光源光色和初始LED光谱对工作人员的感知度、情绪、工作环境满意度的影响。

6 其他

Favero等人旨在探索一种新方法，将自然光与人工照明结合进行用户对建筑区域的体验定义。这一体验基于灯光、视觉、生理/心理三个系统。

Darula等人根据天空亮度分布建立了人工天空，计算管式导光系统的传输效率 (LTE)。测算结果显示天空亮度分布对于管式导光系统传输效率的影响很大。

Tralau等人以 LiTG(Deutsche Lichttechnische Gesellschaft)的报告为基础，探讨照明质量的广义定义与统一术语。

Müller等人介绍了一种基于动态光概念的集成立面技术。影响能源的设备将纳入绝缘玻璃中与影响热量和视觉舒适度的设备结合。日光汲取设备和LED照明对于房间区域的视觉舒适度很重要，靠窗区域采用集成的LED灯管照明，表皮的自由空间用以利用太阳能。

Fotios等人分析了使用可调节评价确定照度水平喜好的研究方法的有效性。本研究试验调节方法以鉴定用户对照明的偏好。基于此前利用照明调节的研究和当前基于调研的研究结果进行比对，认为“调节方法对于评估平均优选照度并无太大价值”。有证据表明，如用户可以自行决定照明水平，其对于可视环境的满意度将增加。因此，谨慎选择控制变量 (可调范围和初始值)为减少照明提供了机会，既降低能耗又维持了用户满意度。

Fotios等人探讨了可用于显示屏的合适的照明条件。通过实验研究照明、显示屏和显示屏反射可接受度之间的关系。结果显示屏幕反射光源的最大可接受亮度可以从4个照明和显示参数中测算出:屏幕镜面反光度、雾面反射效果、屏幕背景亮度和反射光源尺寸。结果用于建立一个新的屏幕反射可接受度测算模型，该模型支持两种照明设计方法:①笔记本优先法，首先分析屏幕特征，再挑选适合屏幕的照明;②照明优先法，首先分析视觉环境特征，再确定显示屏的最低规格参数。

与第三分部相关的专业论坛共三场，概述如下:

(1)光与健康

TC 3-46在2007CIE大会之后制定了一个研究方案，以提取专家认为的研究、实践中必要的信息，2011年7月初步报告完成。CEN TC 169的一个小组曾认为应颁布一个欧洲标准“照明对人体的非视觉影响”，但此提议招来非议，部分专家认为还需要进一步的研究结果才能制定新的标准。本研讨会的目标是从宽泛问题“应该改变照明实践吗”转向细节问题。讨论结果将作为TC 3-46报告的修正，或成立新的TC(D3或D6)。讨论问题包括:①如何使用提议的标准;②此标准与现有标准是否冲突;③听众是否同意TC 3-46的研究项目提议;④如果研究项目可接受，如何进行必要的研究工作。

(2)老年人与视觉残障人士

CIE已经建立的将近一个世纪的标准体系，是以年轻、视力好的理想观察者为基础的。然而在过去两年里，老龄化和视力障碍已成为一个真正值得关注的问题。CIE期望建立章程、标准、条例以及相关的参数、计算方法、测量程序。该讨论基于:①显示老年人及视觉受损人群的视觉系统是如何区别于参考观察者的基本原理陈述;②部分实验结果陈述;③基于亮度、照度、眩光控制及其他健康问题的照明要求的相关讨论。

(3)不舒适眩光

目前通用两种评估不舒适眩光的模型:视觉舒适度概率 (VCP)和统一眩光指数。二者都以光源尺寸、与观察者的相对位置、背景亮度和光源亮度进行评估。这两个模型的建立和使用经历了长时间的争论，但这些争论都未能严肃地提出建立一个通用模型，以解释不舒适的原因。少数人提出心理变量对不舒适度的影响，并已有不同的模型评估自然光引起的不舒适度。本研讨会全面讨论现有模型的适用性，并建立新的或改进已有模型。

［1］CIE 27thSession-Proceedings Volume1.27thSession of the CIE South Africa 2011.