（木材科学与技术专业论文）住宅书房人工照明环境的研究.pdf

摘要 分析研究了模拟住宅书房中工作学习、接待客人和休息娱乐3 种活动场景l 的2 4 种照明方案，对书房的各种活动所需的照度水平提出了具体的建议。此外 对工作学习活动场景中工作区域不同亮度比、不同色温的5 种照明方案通过主j 评价法和心率变异性分析的生理测试方法进行了评价和分析，揭示了照明环境， 人的视觉心理和生理、及疲劳之间的相互关系。最后对合理、舒适、健康的住： 书房人工照明所需的照度水平、亮度水平给出定量分析。 经研究发现：住宅书房中的人工照明要根据不同的活动场景和使用功能要j 采用适宜的照度水平。照明方式和色温不同可以创造不同的环境氛围。书房采j 一般照明加局部照明的方式，一般照明的照度取7 5 l o o 1 5 0 i x ，局部照明的f 度取2 0 0 3 0 0 5 0 0 1 x 。书房色温以暖色调为宜，但依个人喜好可不同。书房中一 作学习区域的亮度比不宜过大，如果亮度比过大则对眼睛有刺激作用，使视觉 官感到紧张和疲劳，更甚者，会产生眩光。短时程h r v 的频域指标用于照明环! 引起的工作学习疲劳评价中，表现出显著性。 关键词：住宅书房人工照明照度亮度比 心率变异性疲劳 a b s t r a c t t h i sr e s e a r c he x p a t i a t e s0 1 1 e x p e r i m e n t a ls t u d yo ft h es t u d yl i g h t i n g ，c o n d u c t w i t h2 4 l i g h t i n g s c h e m e sp r o v i d e df o r s i m u l a t i n g r e l a x a t i o no r a m u s e m e n t ，g u e e n t e r t a i n m e n ta n d w o r k i n g o r s t u d y i n g a c t i v i t i e s r e s p e c t i v e l y ，a n ds p e c i i r e c o m m e n d a t i o no ft h ei l l u m i n a n c el e v e l sf o rv a r i o u sa c t i v i t i e si nt h er e s i d e n t i a ls t u l a r ep r o p o s e d 。i na d d i t i o n ，t h ep a p e re v a l u a t e sa n da n a l y z e s5l i g h t i n gs c h e m e so f t ! d i f f e r e n tl u m i n a n c er a t i oa n dt h ed i f f e r e n tc o l o rt e m p e r a t u r ei nt h e w o r k i n gr e g i o a n dt oa n a l y z et h ec o r r e l a t i o n a m o n gl i g h t i n ge n v i r o n m e n t ，p h y s i o l o g ya n dp s y c h o l o l o ft h e p e r s o n ，f a t i g u eb yt h es u b j e c t i v e e v a l u a t i o nm e t h o da n dt h e p h y s i o l o g i c a n a l y s i so fh r v f i n a l l y ，i l l u m i n a n c el e v e l sa n dl u m i n a n c e l e v e l st h a tt h er e a s o n a b j c o m f o r t a b l e ，h e a l t h ya r t i f i c i a ll i g h t i n go fs t u d yn e e d sg i v e nq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s b y t h i sr e s e a r c hw ef o u n dt h a tt h ep r o p e ri l l u m i n a n c el e v e l ss h o u l db ea d o p t e d a r t i f i c i a l l i g h t i n ga c c o r d i n gt ot h ev a r i o u sa c t i v i t i e sa n dt h ev a r i o u sf u n c t i o ni n t ) r e s i d e n t i a ls t u d y t h ev a r i o u sl i g h t i n gp a t t e r n sa n dt h ev a r i o u sc o l o rt e m p e r a t u r ec ； c r e a t et h ed i f f e r e n te n v i r o n m e n t a la t m o s p h e r e g e n e r a l l y , t h e r ea r eg e n e r a ll i g h t i r a n dl o c a ll i g h t i n gi nr e s i d e n t i a ls t u d y i l l u m i n a n c el e v e l so fg e n e r a ll i g h t i n gi s7 5 10 0 - - 15 0 1 x a n dt h a to fl o c a ll i g h t i n gi s2 0 0 3 0 0 5 0 0 l x l i g h ts o u r c e sw i t hw a r c o l o rt e m p e r a t u r ea r es u i t a b l ef o rt h er e s i d e n t i a ls t u d y ，b u tc o l o rt e m p e r a t u r eo fl i g s o u r c e sc a nb ec h a n g e da c c o r d i n gt ot h ei n d i v i d u a lf a v o r s l u m i n a n c er a t i oo ft l w o r kr e g i o ni nt h es t u d yi sn o tt o ob i g i ft h el u m i n a n c er a t i oi so v e rb i g ，i tc a nm a l i n c i t e m e n tt oe y e s ，a n dm a k ev i s u a lo r g a n st i r e da n dn e r v o u s ，m o r ew o r s e ，c a np r o d w t h eg l a r e t h ef r e q u e n c yd o m a i ni n d e xo ns h o r t - t i m eh r vu s e df o rt h ee v a l u a t i o n ( t h ew o r k i n gf a t i g u et h a tc a u s e db yt h el i g h t i n ge n v i r o n m e n ts h o w sr e m a r k a b l ev a r i e t k e y w o r d s ：r e s i d e n t i a ls t u d y , a r t i f i c i a ll i g h t i n g ，i l l u m i n a n c el e v e l ，l u m i n a n c er a t i h e a r tr a t ev a r i a b i l i t y ，f a t i g u e 住宅书房人工照明环境的研究 1 绪论 1 1 研究的意义 光线是视觉感知的基本，没有光线就谈不上视觉，光线的神奇性就在于：它 将物质世界展现于我们眼前，使被照射到的物体变为可见，而它自己却是不可见 的，光线使空间和形状产生联系，并使其变为可见。另一方面，光可以对人的视 觉起引导作用，使人产生联想，影响人的情绪。 人的一生大部分时间离不开光，并通过光来获取大量的外界的视觉信息。住 宅是人们赖以生存的物质基础，因此，住宅光环境在人们的生活中有着重要的作 用。住宅光环境的优劣直接影响人们的生活质量和健康水平，同时也成为衡量住 宅性能质量的一项重要指标。 住宅光环境包括天然光环境和人工照明光环境。住宅中的天然光环境由于在 住宅的设计阶段已按照住宅日照与采光相关标准和规范的要求予以足够的重视， 因而绝大多数住宅天然光环境均能取得良好的结果，而人工照明状况则相反，与 相关的照明设计标准存在明显的差距。因此，开展住宅人工照明光环境的实验研 究有着极大的必要性和实际意义。 随着人类技术的进步，互联网技术的飞速发展，使得信息的传递只需经过一 条电缆或一束光纤就可以向全世界传递，人们足不出户即可获得信息。因特网正 改变人们的生活方式，家已成为多功能的城堡，也因于生活的不同形态，家可成 为工作室、电影院、健身俱乐部等。在此背景下s o h 0 ( s m a lo f f i c ea n dh o m e o f f i c e ) 办公室开始兴盛起来，许多人在家中完成公司带回来的工作、谈生意和 获取信息。这种现代高节奏、高效率的生活方式，使得住宅中的书房的功能性增 强了，兼顾了办公、学习、会客、休息等多种功能，从而引起了人们的关注，要 求在功能划分上更细致、更明确，相应的要求书房的照明环境不仅要充分考虑不 同的功能需要还要考虑人的视觉舒适度的需要。 本课题为了满足这种需求，在住宅的光环境中主要以模拟书房的照明光环境 来进行研究。对于提高照明功效，提高主体人的视觉舒适感及生活质量在理论和 实践两方面均具有一定的意义。与此同时还为获取能激发人们工作、学习的最佳 照明光环境设计提供了科学的设计依据，我们要给人们提供一个更加安全、舒适、 高效率的照明环境，将人们从繁重的工作中解放出来，创造一个轻松、高效的工 作、学习和生活照明光环境。因此，具有一定的学术价值和现实理论意义。 东北林业大学硕士学位论文 1 2 研究的理论依据 人本主义设计思想。人本主义世界观赞扬人的伟大，歌颂人生的价值，提倡 人性的尊严，人成了自然与社会的中心。 限于物质形态，将人体功效学、行为学、 人本主义设计思想抛开了传统的仅仅局 心理学、社会学及生理学引入到室内照 明设计研究中。以人为本的科学化照明，以人的行为、视觉功效、视觉生理心理 研究为基础，创造以人为本的高效、舒适、健康的照明环境。 人是室内空间的主人，室内设计是为了满足人们生活、工作的物质要求和精 神要求所进行的理想的内部环境设计，其设计的目标是安全、健康、高效能和舒 适。室内光环境设计作为室内设计的一个重要组成部分，更应把“以人为本”作 为设计宗旨，因为大量实验证明，光环境的质量直接影晌到人们的工作、生活及 至健康。室内人工照明光环境的营造应以人体功效学为依据，通过分析人的生理 机能和心理反应，了解人对各种环境要素的要求以及人的视觉规律，进而避免造 成人体的不舒适性，并从视觉机能出发，通过视力、视野、光感、色觉的分析， 来创造应有的心理感受和空间气氛。 1 3 国内外同类研究的现状及发展趋势 住宅是人们赖以生存的物质基础( 人每天大约在住宅中度过2 3 的时间) ， 因此住宅建筑长时间以来一直是社会热点，有关住宅内部视觉环境质量问题更为 学术界所关注。住宅光环境的优劣直接影响人们的生活质量，同时也成为衡量住 宅性能质量的一项重要指标。有关光环境的研究已有相当成果，但由室内人工照 明与入的生理、心理所构成的相互关系( 即综合因素) ，对住宅内部质量影响的 研究还显不足。对其进行深入的、多角度的研究，特别是从住宅空间各功能的角 度，从整体视觉环境的角度，从有利于健康的角度进行研究将是一个长期的课题。 世界上关于室内住宅光环境的研究多在近十年间。1 9 9 4 年，r o b e r tw o l s e y 和n a o m im i l l e r 对办公局部照明视觉功效及眩光控制方面进行了研究。1 9 9 5 年， n m i l l e r 等还对照明质量和视觉舒适度的影响因素等问题作了研究。同年，日本 的横田健治对住宅照明的现状和动向进行了调查分析。1 9 9 9 年，s a n d r av a s c o n e z 以荧光灯作为顶棚照明设备，对照明功效、灯具寿命、通光量等问题进行了研究。 2 0 0 0 年，中村肇对日本的住宅照明的动向作了预测和分析，提出了住宅照明对明 亮度、颜色辨别、房间氛围都有很大的影响。2 0 0 1 年，日本学者还研究了照明对 人的生理方面的影响，提出了照明的物理要因和视觉生理、视觉心理要因的关系。 2 住宅书房人工照明环境的研究 而我国在该领域研究的发展较为缓慢，近些年才有一些论著发表。在1 9 9 9 2 0 0 1 年问，张绍纲等人先后对住宅光环境进行了调查、综合评价及实验研究，对改善 住宅的光环境的照度标准值水平提出了具体的建议。刘炜等则从住宅起居室设计 及老年人、未成年人的视觉特性出发，分析其居住实态的照明光环境状况，进而 从视觉生理与视觉心理影响因素的角度，对住宅中老年人、未成年人居住室内照 明光环境照度和设计方法进行了研究分析。2 0 0 0 年，杨春宇，刘炜，陈仲林还对 住宅健康照明环境进行分析，从有益于健康的角度讨论住宅照明研究的内容和范 围，对住宅照明与住宅内各空间功能与人的生理心理之间的关系进行了分析，提 出了照明与住宅内各空间功能的互动关系。 可见住宅光环境逐渐得到了世界各国的普遍关注，并且住宅光环境研究向着 范围更具体、对象针对性更强、舒适佳要求更高的方向发展。以日本为例，以前 住宅照明设计主要从越亮越好、灯具设计与室内装饰的协调、居住者的喜好等方 面作为设计的基本考虑，单纯地在各房间布鼍灯具。而现在，住宅照明已有了从 单纯的亮度的量的指标向舒适的亮度的质的指标转化的需求。在我国，随国民经 济的蓬勃发展，住宅建设的快速发展，住宅照明也相应飞跃发展，在住宅的照明 质量和数量两个方面均有显著的变化和提高。据调查，从1 9 8 6 年至1 9 9 6 的1 0 年间，每户安装的灯数由6 ，5 个增加到1 4 个，照明容量也由1 6 5 w 上升至5 0 0 w 。 半数以上的起居室照度由原来不足3 0 1 x ，到现在超过了7 5 1 x 。厨房、卫生间的 照度则由普遍低于l o l x ，提高到4 0 1 x 。这些充分反映出人们追求健康和生活质 量的普遍愿望。特别是随着人民生活步入小康水平后，住宅照明从照明的数量要 求上升到了重视照明质量。与此同时，人们还不断追求人工照明光环境的舒适性、 个性化、安全、节能、艺术品位等。 目前国内对多功能综合性的书房光环境的详细研究尚未看到，关于书房照明 光环境与人的视觉生理、视觉心理量的关系的研究很少有人涉及。可见，对住宅 书房光环境进行深入的、多角度的研究，特别是从住宅空间各功能的角度，从整体 视觉环境的角度，从有利于健康的角度进行研究将是一个长期的课题。多功能性 的住宅书房照明光环境会随着人们生活质量的不断提高、生活方式的改变、生活 节奏的不断加快而得到高度的重视，并将得到长足的发展。 1 - 4 研究的范围及目的 本课题主要以模拟书房的照明光环境来进行研究。通过模拟书房的不同活动 场景( 氛围) 的布光，来测试分析照明的物理要因和心理要因的关系；不同照度、 东北林业大学硕士学位论文 色温、亮度比对心理生理的影响等。从而分析出不同活动场景最适宜的居室照明 光环境。 由于以往人们对住宅光环境并不理解和重视，认为仅仅满足“能见度”的要 求就可以，住宅照明设计也就是只停留在对纯物理问题的解答，而没有过多考虑 到人主观感知这一方面，常常抛开人的视觉环境以及光对人们活动和心理的复杂 影响，只注重光的物理特性，使得照明设计的结果往往令人失望。照明对人的“兴 奋度”、“疲劳”等生理状态的影响也没有引起广泛关注。 本课题就是要在满足光的物理特性的基础上，再对人的不同行为模式及视觉 任务加以详细分析，并将探索光对人的“兴奋度”、“疲劳”等生理状态的综合影 响，从而提出科学合理的书房照明光环境理论参数，并为用功能性照明对每一种 不同的活动创造一个最佳的光环境设计提供科学依据，进而使置身其中的人感觉 到安全、舒适、便捷，并提高工作、学习效率和生活质量。 4 住宅书房人工照明环境的研究 2 人工光及室内人工光环境 2 1 人工光 光分自然光和人工光两类。人工光是相当于自然光而言的，它是人类创造的 光源。人们对自然光的利用，受到时间和地点的限制。建筑物内不仅在夜间必须 采用人工照明，白天往往也要采用人工照明。随着生产的发展，人类由利用篝火 照明，逐渐发展到油灯、烛、煤气灯照明，直至现在使用的电光源照明。 2 1 1 人工光源的分类及特性 2 1 1 - 1 人工光源的分类 人工光源的分类是按照发光的形式不同进行分类的。人工光源可分为热辐射 光源和气体放电照明光源两大类。前者利用电流通过灯丝，将其加热到白炽状态 而发出可见光；后者利用某些元素的原子被电子激发而产生光辐射( 光) 。 常用的热辐射光源主要包括白炽灯、卤钨灯，而气体放电照明光源按金属蒸 汽压力又分为低压和高压气体放电灯。低压方面包括荧光灯、低压钠灯，高压方 面包括荧光高压汞灯，金属卤化物灯、高压钠灯及氙灯等。 2 1 1 2 人工光源的性能指标 光色和显色性是评价照明光源的重要指标。 光色是指光源的颜色，又称色表，常用色温作定量的描述。当一个光源的颜 色与绝对黑体在某绝对温度时发出的光色相近时，称该温度为该光源的光色温 度，简称色温，单位为k 。光源的色温在5 3 0 0 k 以上的是冷色型光源；色温在 3 3 0 0 5 3 0 0 k 之间的为中间色型光源：色温低于3 3 0 0 k 的是暖色型光源。 同一颜色的物体，在不同光谱成分组成的光源照射下，显出不同的颜色，这 一现象成为光源的显色性。一般以显色指数来表征显色性。标准颜色在标准光源 照射下，显色指数定为1 0 0 。当色标被试验光源照射时，颜色在视觉上的失真程 度，就是这种光源的显色指数。显色指数越大，则失真越小，反之，失真越大， 显色指数越小。 照明光源的其它性能指标还有：光通量、光效、亮度、频闪效应、光源寿命 等。表2 1 是常用照明光源的主要光特性指标。 东北林业大学硕士学位论文 表2 ，1常用照明光源的主要光特性指标 显色指数 照明光源种类光效( 1 m w ) ( r a )色温( k ) 频闪效应平均寿命( h ) 白炽灯 6 5 2 09 5 9 92 8 0 0 无 1 0 0 0 卤钨灯2 0 4 09 5 9 92 8 0 0 3 0 0 0无1 5 0 0 暖白色荧光灯 3 0 8 09 52 9 0 0有 5 0 0 0 冷白色荧光灯 2 0 5 09 84 3 0 0有5 o 日光色荧光灯 2 5 7 5 7 76 5 0 0 有 5 0 0 0 荧光高压汞灯4 0 6 0 2 1 4 55 5 0 0 6 0 0 0 有 5 0 0 0 高压钠灯 8 0 1 0 02 1 2 71 9 0 0 2 1 0 0有 5 0 0 0 低压钠灯 9 0 1 6 04 81 9 0 0有5 0 0 0 金属卤化物灯 6 4 8 08 5 9 54 0 0 0 6 5 0 0有 1 5 0 0 氚灯 2 4 3 49 4 5 0 0 0 6 0 0 0有1 0 0 0 注：同一种光源，不同的功率发出光的颜色有所差别，例如白炽灯在小功率时偏红，而大功 率时偏白。r h 于眼睛的光特性所以表中的光效、显色指数以及色温有一个幅度范围e 2 1 2 人工光的优点 人工光与自然光相对比具有它自身的优点： ( 1 ) 稳定性在天然采光的房间里，室内的光线是随着室外天气的变化而变 化的。日光的照射强度和范围是随着太阳高度角、方位角的不同而变化，天气的 阴晴也会使室内自然光环境发生很大的变化，这种不稳定性影响了室内照明质 量。而人工采光则能有效的解决这种问题，人工光能够提供给人们稳定并容易控 制的光环境。人工光不受建筑物朝向、季节变化等因素的影响，这正是它得到人 们喜爱的原因。 ( 2 ) 均匀性人工采光具有一定的均匀性，我们可以在室内空间均匀布光， 使得整体或指定平面获得均匀的光照。人工光不会像自然光那样，受采光口位置 的影响，在房间纵向( 进深方向) 出现采光不均匀的现象。这就大大提高了室内 的光环境质量。 ( 3 ) 可控性人工照明是可控照明，完全可以按人们的意愿去设计布设灯具， 控制照度，收到理想均匀的照明效果。 ( 4 ) 装饰性人工照明已被作为室内设计中重要的一部分加以考虑，有人还 6 住宅书房人工照明环境的研究 将它看作是一种新型的装饰手段，它可以烘托出不同设计风格的室内环境和气 氛，一间本来很漂亮的房间也会因照明的不足而显得平淡。我们可以根据不同的 需求和不同的氛围对人工照明进行调节、控制，以达到功能性的要求和心理的需 求。 2 1 3 人工光的局限性 虽然随着现代科学技术的发展，人类模拟自然光的技术日趋完善，但是作为 人造的光源与自然光相比，仍然存在一定的局限性： 人工光源的光谱构成远没有自然光丰富，尽管人类对天然光不断的模仿，但 它们的光谱构成仍有明显的差距。如白炽灯等缺少光谱端的蓝光，不含紫外线， 而释放大量的红、黄色光，因而释放出大量的热量；荧光灯所制造的光线与所含 的荧光体有关，它只包含可见光中有限的光谱成分，最常用的白色日光灯，缺少 红、蓝和紫光；高强气体放电灯( 即h i t 灯) ，制造出极强烈的蓝、橙光。 正是由于人工光源具有不连续的光谱，所以与具有宜人的光色和良好的显色 性的自然光相比，显色性不如自然光好。自炽灯的色温为2 8 0 0 2 9 0 0 k ，从远处 看它的光呈黄红色，但显色指数可达9 7 。卤钨灯的显色性也很好，高显色性荧光 灯的显色指数可达9 0 以上。不过普通宽带荧光灯的显色性与其光效是相互牵制 的，具有优良显色性的光效就低，而高光效的颜色质量就差些。 再者就是能耗问题。阳光是廉价而又用之不竭的天然能源，而人工光源就要 消耗一定的电能源，有些电光源的光效还很低，因此在实际应用过程中要采用高 光效、低污染的电光源，提高照明质量、保护视力、提高劳动生产率和能源有效 利用率。 总之，人工光可以弥补自然光的不足，在夜晚它还完全地取代自然光，它是 人类自身改造自然界的产物。实际应用中我们可以根据用途、场合的不同采用不 同的人工照明光源，做到物尽其用，创造合理健康的照明环境。 2 2 人工光环境 光环境作为物理环境中的个组成部分已独立形成了一个系统，它包括室外 光环境和室内光环境。前者是在室外空间由光照射而形成的环境，它的功能是要 满足物理、生理( 视觉) 、荚学、社会( 指节能、绿色照明) 等方面的要求。后 者是指光和颜色在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境，它的功能是要 满足物理、生理( 视觉) 、心理、人体功效学及美学等方面的要求。 7 东北林业大学硕士学位论文 在现代建筑中非常重视人工光创造的光环境，因为天然光环境随太阳的位置 和云层分布而频繁变化，而人工光环境通过合理选用光源、灯具及灯的位置不仅 可以克服天然光环境的一些缺点，而且可以在满足视觉功能的条件下创造使用者 需要的气氛。例如色温低的光源呈红、橙色，会给人们以热情、兴奋的感觉； 色温高的光源呈蓝、绿色、紫色，会给人们以安静、寒冷的感觉。因此，照明设 计是取得良好光环境的重要因素。 2 2 1 人工光环境的一般物理特性 影响居住光环境质量的因素很多，可分为定量和非定量因素。定量因素是指 可以通过实验证实的量化的物理量指标，而非定量因素主要是指不可以量化的心 理性因素。一般认为照度水平、眩光、亮度分布是影响视觉器官和工作效率的主 要因素。 2 2 1 1 照度水平 对于被照面而言，常用落在其单位面积上的光通量的多少来衡量它被照射的 程度，这就是常用的照度，它表示被照面上的光通量密度，用1 x 表示。 人眼对外界环境明亮差异的知觉，取决于外界景物的亮度。但是，规定适当 的亮度水平相当复杂，因为它涉及到各种物体不同的反射特性。所以实践中还 是以照度水平作为灯光照明的数量指标。照度值是目前照明设计中直观的参考指 标。世界各国对适合人体健康的居室照度值没有一个统一的定量标准。西方6 国 和国际照明委员会c i e ( c o m m i s s i o ni n t e r n a t i o n a l ed ei e c l a i r a g e ) 以及我 国有关标准及2 0 0 0 年住宅光环境改善标准的推荐值综合如下：美英法德曰俄及 c i e 的照度综合值为：起居室7 9 1 x 、卧室7 9 1 x 、短时阅读2 6 4 1 x 、长时间阅读4 2 1 1 x 、 厨房2 5 0 1 x 、餐桌2 2 1 1 x 、卫生间1 3 9 1 x 。中国是：起居室7 5 1 x 、卧室7 5 1 x 、短 时阅读2 0 0 1 x 、阅读书写( 长时间阅读) 3 0 0 l x 、厨房1 0 0 1 x 、餐桌2 2 1 1 x 、卫生 间5 0 1 x 。以上为各国照度的上限值。另外，局部工作面照度最好不大于均值照度 的2 5 。 2 2 1 2 亮度分布 照明环境不但应使人能清楚地观看事物，而且要给人以舒适的感觉，所以在 整个视野内( 房间内) 各个表面有合适的亮度分布是必要的。在视力工作比较紧 张和持久的场所，更应该有一个舒适的照明环境。 人眼能觉察的最低亮度或最低亮度闽约为1 n 1 0 一c d m 1 ，随着亮度增加， 人眼看得越清楚即视度增加。韦伯定律s = k & l l 表明了亮度和感觉的关系。亮度 住宅书房人工照明环境的研究 按等比值增加时s = k l g ( l l 。) ，感觉量s 按等差值增加。但亮度增加到一定数值 反而会超过眼睛的适应范围面引起灵敏度下降，甚至疲劳、刺痛。一般认为当物 体亮度超过1 6 1 0 9c d m 2 时，就感到刺眼无法坚持工作。 显然，要创造一个良好的使人感到舒适的照明环境，就需要亮度分布合理和 室内各个面的反射率选择适当，照度的分配也应与之相配合。过大的亮度不均匀 会造成不舒适的感觉，但是，亮度过于均匀也是不必要的。适度的亮度变化能使 室内不过于单调和有愉快的气氛。良好的光环境存在着最佳亮度，并非越亮越好， 而要充分合理。为形成良好的视觉环境，要求各个表面之间有一定的亮度对比。 视野内的亮度水平和亮度分布决定着人对照明的主观印象。在居室内视线多半是 水平的或与水平线成不大的角度，这表明墙面亮度对照明效果起重要作用。在视 觉环境里的良好亮度比是：与视觉作业贴邻的区域3 ：1 ，一般环境区域5 ：1 或 1 0 ：l 。设作业亮度等于l ，典型的作业亮度范围是4 0 1 2 0 c d m 2 。 2 2 1 3 眩光限制 眩光对视觉的危害性根据其强度分为失能眩光和不舒适眩光，前者会对人眼 形成过太的刺激量，导致视度下降，甚至暂时丧失视力，后者虽不明显降低视度， 但会使人感到不舒服，影响健康，因此，眩光是应加以限制的。健康舒适的光环 境对眩光限制可通过选择表面亮度比来达到减弱眩光的目的，如设法增加室内各 表面亮度或减少光源灯具与周围环境的亮度对比，以取得合适的亮度比，通常应 选择适当的墙面、顶棚和地面材料的颜色和反光系数。作为健康环境，反光系数 分别控制在顶棚0 7 o 8 和墙面0 3 0 5 之间。 2 2 1 4 光源颜色与显色性 光源色表的选择取决于光环境所要形成的气氛。比如。照度水平低的“暖” 色灯光( 低色温) 接近日暮黄昏的情调，能在室内创造亲切轻松的气氛：而希望 紧张、活跃、精神振奋地进行工作的房间，宜于采用“冷”色灯光( 高色温) ， 提供较高照度。 光色对人有一定的物理、生理、心理效应。 ( 1 ) 光色的物理效果 物体的颜色与环境的颜色相混合，可能相互协调、排斥、混合或反射，结果 便影响了人们的视觉效果，使物体的大小、形状等在主观感觉中发生各种变化。 这种主观感觉的变化，可以用物理量来表示，如温度感、重量感和距离感等，称 为色彩的物理效果。 ( 2 ) 色的心理效果 9 东北林业大学硕士学位论文 色彩的心理效果主要表现为两个方面：一是悦目性，二是情感性。所谓悦目 性就是它可以给人以美感：所谓情感性说明它能影响人的情绪、引起联想，乃至 具有象征的作用。 不同年龄、性别、民族、职业的人，对于色彩的好恶是不同的；在不同时期 内，人们喜欢的色彩，其基本倾向亦不同。所谓流行色，表明当时色彩流行的总 趋势。 ( 3 ) 生理效果 色彩的生理效果首先在于对视觉本身的影响。也就是由于颜色的刺激而引起 视觉变化的适应性问题。色适应的原理经常运用到室内色彩设计中。一般的做法 是把器物色彩的补色作背景色，以消除视觉干扰，减少视觉疲劳，使视觉器官从 背景中得到平衡和休息。正确地运用色彩将有益于身心的健康。例如，红色能刺 激和兴奋神经系统，加速血液循环，但长时间接触红色则会使人感到疲劳，甚至 出现筋疲力尽的感觉。所以卧室、会议室等不宜过多地运用红色。绿色有助于消 化和镇静，能促进身心平衡。蓝色能使人沉静，帮助人们消除紧张情绪，形成使 人感到幽雅、宁静的气氛。所以在办公室、教室和治疗室等处经常用到蓝色。 人眼的视觉进化经历了一个漫长的过程。自远古以来，人们日出而作，日落 而息。白天时，昼光的色温高，人们紧张、高效、精神振奋地进行工作；傍晚太 阳落山，人们钻木取火，以火作为照明手段，火光的色温低，人们处于一种松弛、 休闲的状态，有一种温馨的感觉。经过长期的视觉进化过程，即使使用电光源进 行人工照明以后，人们还是习惯于选用低色温的暖色调灯光在进行娱乐休闲的场 所创造接近日暮黄昏的亲切、轻松的气氛；选用高色温的冷色调灯光在进行工作 的场所创造紧张、活泼、振奋的气氛。可见光源色温的选择取决于光环境所要营 造的气氛。 实践表明：在相同照度下，采用显色性好的光源，视高度( 主观亮度) 较高， 采用显色性差的光源，视亮度( 主观亮度) 较低。若采用显色性较差的光源时， 应相应地提高照度水平，以提高视亮度，这在我国的工业企业照明设计标准中已 有反映。选择具有合适显色性的光源对于照明设计十分重要，否则再好的装潢、 摆设、艺术品等也会因选择不适当的光源而失色。 2 2 2 人工光环境与人的关系 成功的光环境设计不仅能够起到区分空间、增加层次、突出主体和营造气氛 的作用，而且以人在设计空间中的需求为最终目的。在其设计中关注入、分析人 住宅书房人工照明环境的研究 的生理需求、心理感受，“以人为本”的设计理念贯穿设计的始终。 2 2 ，2 1 人工光环境与人的生理关系 2 2 2 1 1 照明与视觉 视觉是由进入人眼睛的光所产生的视觉印象而获得的对于外界差异的认识。 通过视觉获得信息的效率和质量与照明的条件有关。光刺激必须达到一定的数量 才能引起感觉。能引起感觉的最低限度的光通量，叫做视觉的绝对阈限。绝对阈 限的倒数表明感觉器官对最小刺激的反应能力，口q 做绝对感受性。当光的亮度不 同时，人的视觉器官的感受性也不同，因而人们在不同照明条件下可能有不同的 效果，在看得清和看得细方面是存在着差异的，这表明在不同照度条件下有不同 的视觉能力。人的视觉器官不但能反映光的强度，而且也能反映光的波长特性。 前者表现为亮度的感觉，后者表现为颜色的感觉。 人眼看物体的清晰程度称为视度。它不仅受人眼本身视觉特性的制约，还受 到下列光环境因素的影响： ( 1 ) 亮度 人眼能觉察的最低亮度或最低亮度阈约为1 n 1 0 一c d i n 2 ，随着亮度增加， 人眼看得越清楚即视度增加。理论与实践证明，当亮度按等比值增加时，人眼的 感觉量只按等差值增加。但亮度增加到一定数值反而会超过眼睛的适应范围而引 起灵敏度下降，甚至疲劳、刺痛。例如在阳光下看书会感到刺眼，无法坚持下去。 一般认为，当物体亮度超过1 6 1 0 9c d h 时，人就感到刺眼无法坚持工作。可 见，对于人眼视度而言，存在着最佳亮度，并不是越亮越好，而是要亮得合适。 ( 2 ) 物件的尺寸 对大而近的物体，视角大，看得清楚，反之则视度下降，看不清楚。 ( 3 ) 亮度对比 视野内视觉对象和背景之间的亮度差异，称为亮度对比。当亮度对比极小时， 在定的界限以下，眼睛就感觉不到这亮度差。这个亮度差的界限称视觉的识别 闽限。亮度对比越大，视度越高。所以提高亮度对比，是改善视度的有效方法。 ( 4 ) 识别时间与面积 眼睛观看物体时，只有当物体发出足够光能，形成一定的刺激时，才能产生 视知觉，即需要一定的识别时间和面积。在一定条件下，识别时间与亮度之间， 遵循邦森一罗斯科定律：亮度时间= 常数，亦即对象呈现的时间越少，越需要高 亮度才能引起视知觉；而物体越亮，则察觉它所需的时间就越短。对象的识别面 积与亮度之间，遵循里科定律：亮度时间= 常数。这表明，视觉对象越小，所需 东北林业大学硕士学位论文 的亮度就越高，反之亦然。 ( 5 ) 适应 当外界光环境的亮度发生改变时，人眼需要调节入射光量，改变视网膜的感 光度，该视网膜感光度的变化过程称适应。从明到暗的适应称为暗适应，当视网 膜的感光度重新达到最大时，需要经历1 0 3 5 s ；由暗到明的适应称为明适应， 时间较暗适应的短得多，仅需1 s 左右即可。 ( 6 ) 眩光 在视野内出现亮度极高的物体或过大的亮度对比时，可引起人眼不舒适或视 度下降，这种现象称眩光。眩光是影响光质量的重要因素，对视觉有危害性。根 据眩光对视觉的影响程度，可分为失能眩光和不舒适眩光。前者会对人眼形成过 大的刺激量，导致视度下降，甚至暂时丧失视力；后者虽不明显降低视度。但会 使人感到不舒服，影响注意力的集中，长时间会导致人眼的疲劳。因此，眩光是 应加以限制的。 2 2 2 1 2 照明与兴奋度、疲劳、生物钟 人工照明是室内光环境的重要组成部分，它利用各种人造光源的特性，通过 灯具造型设计和分布设计，造成特定的人工光环境。如果长期处在不良的采光条 件下，会使视觉器官感到紧张和疲劳，结果会引起头痛、近视等视机能衰退和其 他眼疾。居室内良好的照明条件，不仅对大脑皮层起到适当兴奋的作用，改善人 体的生理机能，而且还能提高工作效率。此外，光不但对视觉产生影响，还通过 紫外、可见、红外辐射对人产生非视觉作用，它包括光对人的皮肤、眼等部位以 及体内各种激素分泌的影响。 照明状况对生物节律具有一定的调节作用。我国幅员辽阔，尤其是高纬度地 区，进入冬季光照射减少，有些人出现“季节性情绪紊乱”( s e a s o n a la f f e c t i v e d i s o r d e r ) ，或者称“冬日抑郁症”，具体症状为：情绪明显低落、易发怒、显著 疲劳、嗜睡、糖代谢增加等，此类症状与一般的抑郁症不同，一般抑郁症表现为 无季节性倾向、失眠、食欲不振。这主要是因为日光摄取量减少引起体内荷尔蒙 分泌变化而引起生理的反应，导致生物节律紊乱。但是，我们可以通过加强人工 光源的照射来增加人体对光的摄入量和使用光谱接近自然光线的人工光源等创 造出一个安全、舒适的人工光环境来缓解或消除这种生物节律的紊乱。 再者，现代医学的研究表明照明对人体褪黑激素分泌有影响。褪黑激素是由 松果体产生，进入人的血液、尿液、脑脊液，细胞内外液中，从而控制八的睡眠 水平的一种物质。夜间褪黑激素分泌量比白天多5 1 0 倍，清晨2 ：o o 到3 ：0 0 1 2 住宅书房人工照明环境的研究 达到峰值。 日本学者( 登仓寻宝，2 0 0 0 ) 用5 0 1 x 的白炽灯灯光与1 0 0 0 1 x 的红( 6 1 0 n m ) 、 绿( 5 4 0 h m ) 、蓝( 4 3 0n m ) 三种荧光灯在人们就寝前对房间进行照明，发现白炽 灯或红色荧光灯对褪黑激素分泌的抑制能力较弱，并能达到较深的睡眠深度( 睡 眠中体温温差变化较大) 。因而，使用偏红色光谱的灯光照明有利于人们保持高 质量的睡眠；而绿色和蓝色对褪黑激素分泌的抑制能力较强，达到较浅的睡眠深 度( 睡眠中体温温差变化较小) ，因而，使用偏蓝绿色光谱的灯光照明不利于人 们保持高质量的睡眠。 2 2 2 2 人工光环境与人的心理、行为关系 环境心理学是研究环境与人的行为之间相互关系的学科，它着重从心理学和 行为的角度，探讨人与环境的最优化，即怎样的环境是最符合人们心愿的。 从哲学上讲，人的心理是客观世界在人头脑中主观能动的反映，即人的心理 活动的内容来源于我们的客观现实和周围的环境。每一个具体的人所想、所作、 所为均有两个方面，即心理和行为。两者在范围上有所区别，又有不可分割的联 系。心理和行为都是用来描述人的内外活动，但习惯上把“心理”的概念主要用 来描述人的内部活动( 但心理活动要涉及外部活动) ，而将“行为”概念主要用 来描述人的外部活动( 但人的任何行为都是发自内部的心理活动) 。所以人的行 为是心理活动的外在表现，是活动空间的状态推移。环境行为是人类的自我需要。 而我们所关注的人体舒适性是一个复杂的动态概念。总的来说，人体舒适性 包含两个方面，一是行为舒适性，二是知觉舒适性。 行为舒适性是环境行为的舒适程度。比如我们累了，要找个休息的地方，要 坐下休息，如果坐在地板上，或坐在高凳上，会感到很不舒适，那么这种环境就 达不到行为舒适性的要求。知觉舒适性是指环境刺激引起的知觉舒适程度。如上 述这个休息地方，很热、很嘈杂，灰尘很多，光线很暗，即使有椅子可坐，显然 这个环境不能满足人的感官要求，因而这个地方的知觉环境也不舒适。 人工光环境作为外部环境，一种刺激对人的心理和行为都有影响。 居住心理常常是蕴藏在功能要求之中，即功能要求之中包含有心理要求。居 住心理一般而言有如下一些内容： ( 1 ) 安全感 安全是使用者的第一需要，安全感是人的行为经验的一种表现，当人们在现 实生活中遇到与行为经验( 安全可靠性) 相违反或反常时，会产生惊异，在心理 上产生压力，在行动上会作出小心翼翼的反应。当人们精神始终处于不安全的感 东北林业大学硕士学位论文 觉下，注意力会分散。降低工作效率，增加疲劳感、精神压抑感，有损于人的健 康。 ( 2 ) 健康性 住宅环境还有心理健康要求，环境对人具有积极与消极的影响，积极影响会 对人产生促进、增强、鼓舞、向上的作用，这是心理健康。消极影响对人产生促 退、减弱、低沉、向下的作用，会使人无所事事，无所用心，不求上进，做事瞻 前顾后，这是心理障碍。 因此，在进行住宅照明设计时，着重要考虑入的居住行为，以使用者的行为 和心理需求为前提，考虑家庭组成、家庭成员的行为模式来确定照明环境的功能 要求，以人为本，为人服务。这样才能真正创造一个宜人舒适的室内照明环境。 2 2 3 人工光环境的质量 人工光环境是一种包含多种影响因素的复杂的外部环境。照明质量和灯具的 选择直接影响人工光环境，照明质量由照度水平、照度均匀度、亮度分布、光的 方向性、是否有眩光以及色温显色性等诸多因素决定，并且用视觉效能和视觉舒 适感进行评价的照明技术指标，其中人们的主观视觉评价居于主导地位。 在室内人工光环境设计中，应综合考虑人体工程学和环境心理学的要求，即 人的生理和心理需求。人眼的视力、视野、光觉、色觉是视觉的要素，人体工程 学从有利于人体健康和提高工作效率的角度出发，通过对视觉要素的计测对室内 光照设计提供了科学的依据。环境心理学则是以心理学的方法对环境进行探讨， 即在人与环境之间是“以人为本”，从人的心理特征来考虑研究问题。如卧室需 要温馨、私密的气氛，则在其照明方式的选择、照度的确定和光色的选用上都应 满足人的心理要求，以利于整体氛围的营造。 2 2 3 1 照度与亮度 高质量的光环境首先要求光照度要满足人的视觉及生理上的需求。一方面要 保证人们各种活动正常进行对所需的光量，因为无论是工作或休息，都必须具备 相应的光照条件才能展开适当的活动；另一方面要有利于人的身体健康，尤其要 注意保护眼睛。照明度过低，人们为了辨清物体的形状细节，就不得不缩短眼睛 与物体的距离，这样会造成眼睛的睫状肌过度紧张、疲劳，会使眼睛丧失调节机 能，导致眼睛中的水晶体变凸。长期在这种不良的光线下工作、学习，慢慢会造 成近视眼。根据人体工程学的测定，刚能辨别出物体形象的照度为2 0 l x ：适合娱 乐的照度为1 5 0 3 0 0 1 x ；看书学习的照度为5 0 01 0 0 0 1 x ：交通区域的照度为 1 4 住宅书房人工照明环境的研究 1 0 0 1 x 时照明效果好。对此，我国民用建筑照明设计标准都作了明确规定。 室内环境中各表面的亮度决定了整个空间光环境的质量和效果，在同样照度 的前提下，各表面的反射比不同所形成的光环境也就不同，从而对人的生理和心 理产生的影响也不同。据测定，墙、顶棚、作业区域、人脸的最佳亮度为：墙5 0 1 5 0 c d m 2 ；顶棚1 0 0 3 0 0 c d m 2 ；作业区域1 0 0 4 0 0 c d m 2 ；人脸2 5 0 c d m 2 。 照明的均匀性也是影响人工光环境质量的一个重要因素。对于工作的作业面 而言，背景的亮度不论什么位置都应低于作业面的亮度，但不应低于作业面亮度 的i 3 。光源的亮度过高或明暗对比强烈容易产生眩光。办公室、阅读室等空间 一般照明照度的均匀度，按最低照度值与平均照度值之比确定，其数值不应小于 0 7 。为了得到均匀的照度，灯具的布置间距应考虑所选灯具的允许距高比。 2 2 3 2 灯光与色彩 灯与色彩密不可分，处理得好相得益彰。环境心理学研究表明，人的心理对 色彩的感觉很敏锐，在光环境气氛的营造上，灯光色彩的合理选择显得尤为重要。