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从照明设计反观配光设计
作者: 来源: 日期:2018-1-16 10:19:09

  今天的主题是:道路照明怎么体现配光的设计,或者说想要得到更佳的照明效果,需要什么样配光呢?

  照明设计与配光设计从来就是相辅相成,互相指引。进入正题之前,先来了解下面各参数的含义。

  照明设计:分为功能性(数量化)设计和艺术性(质量化)设计,功能性照明设计是根据场所的功能和活动要求确定照明等级和照明标准(照度、亮度、眩光限制级别、色温和显色性)来进行数据化处理计算;在此基础上照明设计还需要质量化设计,它可以成为气氛的催化剂,能加强装潢的层次感,可以根据人眼对照明的反应函数来设计最适于人眼的光环境。

  眩光:是指在视野内有光亮度范围不适宜,在空间或时间上存在着极端的光亮度对比,以至引起不舒服或降低可见度的视觉现象。用通俗的话说,就是刺眼。眩光会使人产生不舒适感,严重的还会损害视觉,道路上如果汽车驾驶员受到眩光,则容易造成车祸。眩光是由灯或灯具过高的亮度直接进入视野造成的,眩光效应的严重程度取决于光源的亮度和大小、光源在视野内的位置、观察者的视线方向、照度水平和房间表面的反射比等诸多因素,其中光源的亮度是最主要的。

  照度:如果一个被光线照射的表面上,照射在单位面积上的光通量为该表面的照度。

  亮度:眼从一个方向观察光源,在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比,定义为该光源单位的亮度。

  也就是说,道路照明的亮度评价是基于行车动态的视点,而照度是基于静态的一个数值。

  背景:行业内缺乏评价配光性能好坏的技术指标,业内光学工程师对道路照明的应用要求也只能是满足《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》中规定的照度、亮度和眩光等方面的技术参数,而对什么样的配光更适合道路照明了解不够。而且此准则主要是道路照明设计遵循的规范,对道路灯具配光设计构成的约束有限,而且该标准主要依据传统光源制定,对方兴未艾的LED道路照明而言,其约束力很低。这也是一个令业界各企业及招标单位头痛的事。想要推动标准真正规范统一化,还需要我们LED照明界各位的共同努力呀。

  基于此背景,让我们的很多业者是照度、亮度,傻傻分不清楚,如果真心难以理解的话,就记住一点:照度是个客观量,而亮度是主观的,与人眼位置有关,这个主观量才是我们直接感知照明效果的关键因素。

  1.如何评价道路照明设计是否合格?

  我国现阶段的道路评价采用照度和亮度作为评价依据(参考《城市道路照明设计标准CJJ45-2006》第3.2条例),但实际测量时,由于照度的操作比较方便,大多采用照度计实测照度作为路灯工程的最终评价依据。在计算亮度时,也仅仅通过简单的系数(照度(E)/亮度(L)=13-20)来进行转换。

  2.可是这样做真的合理吗?

  来看看两种不同配光A、B的模拟数据:

  A配光:按CIE的视点,在同一模拟条件下,典型单灯(A配光)路面照度和亮度分布如图1,

  图1A配光单灯照度、亮度分布图

  扩大到正常路面,则照度和亮度分布图如图2所示,注:模拟条件为路宽W=24m,灯杆间距S=12m,计算高度H=12m,灯具仰角T=0°,灯具光通Flux=14000lm。

  图2A配光多灯照度、亮度分布图

  表1A配光照明计算结果

  图2的结果看起来,照度与亮度分布的趋势差不多,模拟得到的结果是:平均照度E=21lx,视点亮度=1.45cd/m2。(表1)均匀度差别也很小,此时可以用系数法来评判,既实测时我们只需要测出路面的照度数,就可以根据系数法得出其亮度(这里的系数E/L=21/1.45=14.5)

  B配光:但假如我们换一种配光(B配光),同样按CIE的视点,在同一模拟条件下,典型单灯路面照度和亮度分布如图3,

  图3A配光单灯照度、亮度分布图

  扩大到正常路面,注:为方便比较,灯具光通相同,模拟条件为同一个。则照度和亮度分布图如图4所示,

  图4B配光多灯照度、亮度分布图

  很显然,差别很大,变化趋势也不同,模拟结果为:平均照度E=26lx,视点亮度=1.10cd/m2。(表2)均匀度差别为25%,差别很大,此时不可以采用系数法来评判,否则这里的系数E/L=26/1.1=24)已超出文章一开始说的正常范围“13-20”了,此时系数法失效。

  表2B配光照明计算结果

  结论是:对于比较均衡照度和亮度的A配光,可以按系数法来评判,但对于不那么均衡照度和亮度的B配光来说,系数法则失效。

  由于目前标准的缺失或者不统一,导致国内很多标案仅仅靠不断刷新的Lm/W来取胜,这实在令人头痛又有苦难言……对于了解这一实际情况的照明工程师来说,有种明知不可为而为之的感觉,殊不知各项均衡的指标才是我们应该追求的目标,亮度(尤其是道路汽车驾驶员视点的亮度)尤为重要。

  如果用一句话概括本文,好吧,三句(实在很重要,忍不住多啰嗦两句,哈哈):

  (1)在设计LED灯具配光时,注重亮度,适当兼顾照度,这样才能让道路照明设计效果更好,更符合道路安全舒适的条件;

  (2)如果只能选一样作为道路照明评价指标,那就选亮度;

  (3)对于那些不均衡照度、亮度的配光,不能仅仅靠照度计的数据和系数法来判定其照明情况。



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