1、2018/9/30,照明环境,机械工业出版社工业工程系列教材人因工程,第4章,2/59,第4章 照明环境,4.1 光的物理性质及度量 4.2 视觉特性 4.3 照明对作业的影响 4.4 工作场所照明 4.5 照明标准 4.6 照明环境的设计、改善和评价 案例：医院病房照明环境设计,3/59,4.1 光的物理性质及度量,光是一种电磁辐射波 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。,4/59,4.1.2 光的度量,(1) 光通量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，单位为流明（lm
2、）。利用光电管可测量光通量。 (2) 发光强度发光强度简称光强，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：,5/59,4.1.2 光的度量,（3）亮度 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，亮度的单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。 （4）照度照度是被照面单位面积上所接受的光通量，单位为勒克司（lx）,6/59,4.1.2 光的度量,增加或减少点光源的光强度、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。,7/59,4.2 视觉特性,4.2.
3、1 明暗视觉与色彩视觉 4.2.2 明适应与暗适应 4.2.3 调 节 4.2.4 视野,8/59,4.2.1 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。,9/59,4.2.2 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。,10/59,暗适应与明适应过渡曲线,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
4、度随暗适应时间而变化的曲线。暗适应曲线主要表示人眼视网膜上参加工作的视锥细胞与视杆细胞数量的转变过程，即转入工作的视杆细胞逐渐增加的过程。,4.2.2 明适应与暗适应,11/59,双眼静视野,(a) 垂直面内视野 (b) 水平面内视野,4.2.4 视野,12/59,双眼静视野,4.2.4 视野,正常人双眼的综合视野在垂直方向约为130(视水平线上方60，下方70)，在水平方向约为180(两眼内侧视野重合约60，外侧各90)，在垂直方向6和水平方向8范围内的物体，映像将落在视网膜的最敏感部分黄斑上，而在垂直和水平方向均为15范围内的物体，映像将落在黄斑中央中央凹部分，映像落在黄斑上的物体，看得最
5、为清晰，因此，该区域称为最优视野。,13/59,色觉视野,(a) 垂直面内视野 (b) 水平面内视野,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。,4.2.4 视野,14/59,黑色背景上的色觉视野,4.2.4 视野,15/59,4.2.5 视 度,（1）适当的亮度 （2）物体的尺寸 （3）物体和背景的亮度对比,16/59,4.3 照明对作业的影响,4.3.1 照明与疲劳,看书疲劳和照度 :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,17/59,4.3.1 照明与视觉疲劳,不同照度下，看书后
6、眼睛疲劳程度可以通过眨眼次数的变化来说明,18/59,4.3.2 照明与工作效率,良好光环境的作用,19/59,生产率、视疲劳与照度的关系,图中为一精密加工车间，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。,20/59,被试人员对各种照度的满意程度,图中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5 0001x时，因过分明亮导致满意程度下降。,21/59,4.3.3照明与事故,事故数量与室内照度的关系,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
7、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。,22/59,4.3.4 照明与情绪,对阅读照度的选择,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。,23/59,4.4 工作场所照明,4.4.1 照明方式 （l）一般照明 （2）局部照明 （3）综合照明 （4）特殊照明,24/59,照明配光方式,25/59,4.4.2 光源选择,自然采光 人工光源作补充照明 人工照明,26/59,各种光源的显色指数,光源的显色性是指由光源所表现的
8、物体色的性质。各种光源的平均显色指数如下表,27/59,4.4.3 眩光及其防控措施,防止和控制出现眩光的措施主要有： 限制光源亮度。 合理分布光源。 光线转为散射 对于反射眩光，通过变换光源的位置或工作面的位置，使反射光不处于视线内 适当提高环境亮度，减少亮度对比,28/59,光源的相对位置对视效的影响,眩光源对视效的影响程度与视线和光源的相对位置有关,29/59,4.4.4 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 13。,30/59,4.4.5 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：
9、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150300lx时，视野内的亮度差别对视觉工作的影响比较小。,31/59,室内亮度比最大允许值,32/59,4.5 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。,33/59,4.5.1 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
10、平均照度值。,34/59,4.5.2 照明标准值推荐,居住建筑的照度标准,35/59,4.5.2 照明标准值推荐,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,36/59,公共场所照明标准值,37/59,工业建筑的一般照明标准值,38/59,工业建筑的一般照明标准值,39/59,工业建筑的一般照明标准值,40/59,工业建筑的一般照明标准值,41/59,工业建筑的一般照明标准值,42/59,工业建筑的一般明标准值,43/59,工业建筑的一般照明标准值,44/59,工业建筑的一般照明标准值,45/59,工业建筑的一般照明标准值,46/59,公共建筑的一般照明标准值,47/
11、59,公共建筑的一般照明标准值,48/59,公共建筑的一般照明标准值,49/59,4.6 照明环境的设计、改善和评价,4.6.1 照明设计 自然光 人工灯具,50/59,办公室内家具与其他表面的适当反射比,图中显示办公室内墙壁、天花板与家具表面的适当发射比，墙壁颜色宜为淡白色或米色，深褐、原木色桌面与家具虽可表现室内布置的高雅，但会降低室内的照明亮度。,51/59,灯具安排的基本原则,（1）灯具不应出现在执行任务中，工作人员的视场内。 （2）所有的灯具应安置阴影或眩光屏遮装置，以避免光源亮度超过200cd/m2。 （3）光源至眼睛与平面所产生的角度应大于30，如果无法改善时，灯光必须适当遮蔽。
12、 （4） 荧光灯光管的排列方向宜与视线成直角。 （5）尽可能使用较多低功率的灯具，取代较少个高功率的灯具。避免在设备、操作机器、工作台、控制盘的表面涂装反射性的颜色或材料。,52/59,4.6.2 照明环境的综合评价,（ 一 ) 评价方法 （ 二 ）评分系统 （ 三 ）项目评分及光环境指数 （ 四 ）评价结果与质量等级,53/59,评价项目及可能状态的问卷形式,54/59,评价项目及可能状态的问卷形式,55/59,评价项目及可能状态的问卷形式,56/59,评价项目及可能状态的问卷形式,57/59,评价项目及可能状态的问卷形式,58/59,各个项目的权值及各种状态的分值,59/59,质量等级,为
13、了便于分析和确定评价结果，该方法中将光环质量按光环指数的范围分为四个质量等级，其质量等级的划分及其含义见下表。,60/59,案例:医院病房照明环境设计,医院作为使用群体较为特殊的一类建筑，在设计中 不但要考虑到功能上的实用性，还要顾及对患者、医生、 病患家属等各类使用者心理上的感受，以体现以人为本， 人性化的设计理念。过去的传统医院建筑设计由于受经 济、社会等诸多方面因素的影响，对于医院光环境的研 究并不是很充分。随着医院建筑设计理念的发展，越来 越多的建筑师在设计中考虑了光和色彩对人的心理的影 响。病房作为医院建筑中一类常见的使用空间，对于病 人的影响是最为直接的，因此，其光环境设计应当引起
14、 设计师的重视。,61/59,该病房平面布置如图1 所示，净高为2750mm，选用大面积落地玻璃窗，洁净程度设为一般，天花选用抹灰悬挂绝缘板，墙为浅灰色抹灰砖，地板为灰色地面砖（图2、图3）。,图1 病房平面布置图,案例:医院病房照明环境设计,62/59,图2 剖立面图一,图3 剖立面图二,案例:医院病房照明环境设计,63/59,选择天空照明模型CIE多云天条件下，设计天空照度为8 500lux，窗户的干净程度为一般。 （1） 窗户为铝制窗框单层透明玻璃时（如图4） 平均照度值为1056.93lux，窗口处照度最高，达到25003200lux左右，沿进深方向照度下降，照度最低处能达到250lu
15、x左右,靠近墙面处由于壁面反光照度有所提高，在1300lux上下。窗间墙部分的照度较低，在1100lux左右。病床床头处的照度在12001400lux范围内。此种采光方式的优点是采光量大，造价便宜。缺点是近窗处亮度过高，光线沿房间进深方向下降较快，整个房间的采光均匀度不好。窗间墙部分亮度低，与刺眼的窗口形成强烈对比，容易造成眩光。,自然采光,案例:医院病房照明环境设计,64/59,图4 窗户为铝制窗框单层透明玻璃时的室内照度分布,案例:医院病房照明环境设计,65/59,（2）窗户为铝制窗框单层透明玻璃加遮阳百叶时（图5） 室内平均照度值为827.96lux，窗口处照度最高，达到11201985
16、lux，沿进深方向照度下降，最深处为12501490lux左右。窗间墙部分的照度在11001500lux左右。病床床头处的照度在9201120lux范围内。此种采光方式的优点是房间内光线均匀性好，基本可以完全避免眩光的产生，而且做法简单，造价便宜。使用者可以通过对百叶的调节控制进光量的多少。缺点是采光量较少，房间较暗，百叶对患者的视线会有所遮挡，不利于患者与室外的视觉沟通。不过由于百叶具有可调节性，而且即使在百叶完全关闭的情况下也能保持室内的自然通风，因此也值得采用。,案例:医院病房照明环境设计,66/59,图5 窗户为铝制窗框单层透明玻璃加遮阳百叶时的室内照度分布,案例:医院病房照明环境设计
17、,67/59,（3） 窗户为铝制窗框双层中空Low-E 玻璃时（图6） 室内平均照度值为 1156.93lux。窗口处照度最高，达到3200lux，沿进深方向照度下降，最深处也能达到12701570lux左右。窗间墙部分的照度较低，在1100lux左右。病床床头处的照度在8302100lux范围内。此种采光方式的优点是采光量较大，而且Low-E 玻璃具有良好的选择性，能够对可见光保持较高的通过率的同时，而对红外长波段透过率却很小，几乎为零。由于镀膜Low-E 玻璃表面具有很低的长波辐射率，因此，具有良好的阻隔热辐射透过的作用，保温性能良好。夏季，它可以阻止室外地面、建筑物发出的热辐射进入室内，
18、节约空调制冷费用。缺点是靠近窗处亮度过高，光线沿房间进深方向下降较快，整个房间的采光均匀度不够好，而且Low-E 玻璃造价相对普通玻璃来说仍然较高，不过随着医院设计要求的不断提高，相信Low-E 玻璃的采用必然会越来越普遍。,案例:医院病房照明环境设计,68/59,图6 窗户为铝制窗框双层中空Low-E 玻璃时的室内照度分布,案例:医院病房照明环境设计,69/59,综合比较以上三种采光方式，各有其优缺点，相比而言第三种方式较好。不过要获得理想的昼光环境，还需要将多种采光方式加以综合利用，如Low-E玻璃配以可调节的百叶，或Low-E 玻璃窗内设遮阳帘，活动窗帘等方式。总而言之要各取其优点，根据
19、实际情况进行设计。,案例:医院病房照明环境设计,70/59,所选灯具的输出烛光均为1200cd。 （1） 灯具为带磨砂玻璃罩的嵌入式灯带加嵌入式筒灯，床头灯为向下照射的日光灯时 一般照明时，房间内的平均照度值为171.46lux，满足病房一般照明至少达到100lux的照明要求。其中照度最高处是灯带正下方，达到了415lux，墙角处照度最低，只有120lux左右，床头处的照度在5668lux之间（图7）。在仅仅只开床头灯的情况下，在床宽范围内床头的照度最高值为370lux，最低也达到了270lux，略高于100300lux的标准（图8）。一般照明与局部照明相结合时，房间内的平均照度值为220.7
20、8lux，沿床宽方向床头照度达到340430lux，高于100300lux。而且由于灯直接向下照射，给人感觉不舒适，容易造成眩光（图9）。,人工照明,案例:医院病房照明环境设计,71/59,图7 灯具为带磨砂玻璃罩的嵌入式灯带加嵌入式筒灯， 床头灯为向下照射的日光灯时的一般照明情况,案例:医院病房照明环境设计,72/59,图8 灯具为带磨砂玻璃罩的嵌入式灯带加嵌入式筒灯， 床头灯为向下照射的日光灯时的局部照明情况,案例:医院病房照明环境设计,73/59,图9 灯具为带磨砂玻璃罩的嵌入式灯带加嵌入式筒灯， 床头灯为向下照射的日光灯时的混和照明情况,案例:医院病房照明环境设计,74/59,（2）
21、灯具为反射型卤素灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时 一般照明时， 房间内的平均照度值只达到60.11lux，不能满足一般照明至少达到100lux的照明要求（图10）。在只开床头灯的情况下，在床宽范围内床头的照度值在5075lux之间（图11）。一般照明与局部照明相结合时，房间内的平均照度值为67.96lux，沿床宽方向床头照度达到7293lux，低于100300lux的标准（图12）。此种照明方式虽不能满足病房的照明要求，但照度的均匀度高，可以完全避免眩光的产生。,案例:医院病房照明环境设计,75/59,图10 灯具为反射型卤素灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时的一般照明情况,
22、案例:医院病房照明环境设计,76/59,图11 灯具为反射型卤素灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时的局部照明情况,案例:医院病房照明环境设计,77/59,图12 灯具为反射型卤素灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时的混和照明情况,案例:医院病房照明环境设计,78/59,（3） 灯具为管型卤钨灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时 一般照明时，房间内的平均照度值为141.07lux，满足病房一般照明至少达到100lux的照明要求。其中照度最高处是灯带正下方，达到了306lux，墙角处照度最低，也接近100lux左右，床头处的照度在5060lux之间。由于管型卤钨灯有部分光通量射
23、向顶棚，因此灯具与顶棚的对比度有所降低，能减少眩光产生的可能。室内光线较第一种照明方式柔和，照度分布均匀（图13）。在只开床头灯的情况下，在床宽范围内床头的照度值在5075lux之间（图14）。一般照明与局部照明相结合时，房间内的平均照度值为148.27lux，沿床宽方向床头照度能达到100130lux，符合100300lux的标准，而且由于床头灯向上照射，能避免眩光对患者的不良影响（图15）。比较而言，此种照明方式的室内光环境比第一种更为舒适，效率又比第二种要高，是三种照明方式中效果最好的。,案例:医院病房照明环境设计,79/59,图13 灯具为管型卤钨灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素
24、灯时的一般照明情况,案例:医院病房照明环境设计,80/59,图14 灯具为管型卤钨灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时的局部照明情况,案例:医院病房照明环境设计,81/59,图15 灯具为管型卤钨灯加嵌入式筒灯，床头灯为向上照射的卤素灯时的混和照明情况,案例:医院病房照明环境设计,82/59,综合比较以上三种照明方式，选择直接型的灯具，照度高，但室内光线分布不均匀，灯具正下方照度大，与墙角等照不到的区域差别大，舒适度不够。选择间接型灯具，室内照度分布均匀，光线柔和，对比度低。但由于光是经过天花板的反射进入空间的，效率低，要达到照度标准有一定难度。而且如果完全采用间接照明的方式会让人感觉沉闷，产生单调感。若选用半直接型灯具，则能在灯具效率较高的同时保证室内照度均匀性，而且由于有部分光通量射向上方，减小了灯具与顶棚的亮度对比，降低眩光产生的可能。比较而言，此种照明方式最佳。,案例:医院病房照明环境设计,83/59,The end,Thank you!,
