教室照明视觉功效与节能研究..docVIP

教室照明节能研究 关键词：教室照明 光源色温 视觉功效 节能 1.前言 节能减排，提倡“低碳”生活是2009年12月哥本哈根“世界气候大会”的主题。发达国家照明用电约占总发电量的15％，我国照明耗电约占全国总电量的10%[1]。教室使用频繁，用电量高，照明节能非常重要。 国内外多采用照明功率密度（LPD，单位面积上的照明安装功率）作为学校建筑的节能标准。据调查，我国大多数教室照明功率密度均在15W／m2以下[]，比国外的规定值低。由于我国教室照度标准（3001x）远低于国外水平（5001x），因此，《标准》将教室照明功率密度定为11W／m2，目标值为9W／m2（表）[]。 表1 国内外普通教室照明功率密度标准比较 国别地区 照明功率密度（W／m2）对应照度（1x） 标准号及年代 中国 11 300 国标GB50034-2004 中国北京 13 300 北京市绿照规程DBJ01-607-2001 美国 17.22 500 北美照明学ASHRAE/-IESNA-90.1-1999 俄罗斯 20 300 俄罗斯MFCH2.01-98 日本 20 500 日本节能法1999[] 教室照明节能要求在降低照明功率密度的同时，保证甚至提高照明水平，除了采用高性能灯具设施外，正确的光源选用更是主要措施之一。因此，研究光源的发光效率，不同光源下的视觉功效、视觉舒适度等与照明水平的关系，可以为高效节能的教室光源选择提供依据。 “教室照明瞳孔变化实验” []研究显示，由于教室照明属于明视觉的光亮度水平，在不同光色光源照明下，人眼瞳孔随背景亮度变化差异较大对所有数据统计求平均值，得出3种色温荧光灯下的瞳孔面积表。 表三种色温荧光灯下瞳孔面积 背景照度 E(lx) 背景亮度 Lb(cd/m2) 6500K 4000K 2700K 瞳孔面Ap(mm2) 瞳孔面Ap(mm2) 瞳孔面Ap(mm2) 100 29.34 15.04 19.01 21.45 150 44.02 11.60 14.31 18.16 300 88.03 8.16 9.83 12.29 750 220.08 5.09 6.28 7.92 1000 293.44 4.15 5.43 6.78 表同一背景照度（亮度）时，色温6500K荧光灯下的瞳孔面积最小，4000K荧光灯的次之，2700K荧光灯的最大。瞳孔面积的变化反应了不同色温光源的光生物效应和视觉功效。 软件Datafit8.0进行回归分析，得到3种色温荧光灯下的瞳孔变化值Ap与背景亮度Lb的拟合函数满足如下基本关系式： Ap=a+b*exp (-Lb/c) （） 式中：a，b，c——与光源光谱分布、背景亮度、视标大小和对比有关的系数。教室照明条件下，学生学习时的人眼视野远大于2°视场，因此人眼中的锥状感光细胞和杆状感光细胞都要对瞳孔大小产生影响，感光细胞对瞳孔大小的影响与亮度有关。并且已有研究表明[]，亮度与瞳孔面积A（mm2）的关系可由实验获得的经验公式表示： （） 式中：L′、L——分别是暗视觉亮度、明视觉亮度（cd/m2）； c、、b——系数。 由（）式可得： （） 令g=a+b，则： （） 再令，则有，于是得： （） 令 （） 则Lp为瞳孔亮度，单位(cd/m2)。式中系数c=3.36±0.47；g是瞳孔变化的放大系数，g=0.31±0.08；D=0.78±0.14[]。 根据“明视觉测算法”[]，在“教室照明瞳孔变化实验”中，被试者的视看距离和视标的出现位置是不变的，在同一实验条件下视标的大小是一定的，即可认为L与Φ成正比关系，由此可推导以下关系式： （） 通过测量明视觉光通量Φ和明视觉亮度L，计算暗视觉光通量Φ′，可求得暗视觉亮度L′。 由公式（）计算出三种色温荧光灯的暗视觉亮度值，如表所示。 表三种色温荧光灯的暗视觉亮度 序列号 明视觉亮度 L(cd/m2) 2700K 4000K 6500K 暗视觉亮度 L′(cd/m2) 暗视觉亮度 L′(cd/m2) 暗视觉亮度 L′(cd/m2) 1 29.34 27.71 54.67 107.31 2 44.02 41.57 82.03 161.00 3 88.03 83.14 164.04 321.96 4 220.08 207.85 410.11 804.93 5 293.44 277.13 546.81