教室不舒适眩光测量方法

黄艳珊

深圳华萤光电技术有限公司

摘要：教室不舒适眩光对学生的学习和视力健康都有影响。事实上，无论教室采用的是荧光灯管，还是LED灯具，都有不舒适眩光。教室的不舒适眩光用统一眩光值UGR评估。本文从UGR的定义式出发，探讨了它的测量方法。

关键字：教室，眩光，UGR，亮度测量，位置指数，立体角

Key Words：Classroom，Glare，UGR，Position，Solid Angle

一、引言

图1 眩光产生的机理

不舒适眩光产生的机理如上图：没有眩光源时，视场中的目标物体图像聚焦在视网膜上，观察者可以清楚地看到目标物体；当眩光源存在时，眩光光线发生散射形成光幕，叠加在视网膜上，引起人眼的不舒适感。

不舒适眩光不会影响视觉效果，却会导致学生注意力不集中和视觉疲劳，长期处在有眩光的环境更是会引起学生视力减退和神经性失眠等。

室内的不舒适眩光评价指标是统一眩光值UGR。本文从UGR的定义式出发，分析了UGR测量的现有方法的缺陷，推荐了合适的UGR测量方法；用该方法采集多个教室的UGR，并从中找出控制UGR的规律。

二、UGR定义

统一眩光值UGR是评估不舒适眩光程度的重要参数，它的定义式如下：

其中：

La：灯具发光区域亮度平均值，cd/m²

Lb：背景亮度，又称人眼适应亮度，是除灯具外、其他区域亮度平均值，cd/m²

ω：灯具发光区域对人眼所张的立体角大小，sr

P：每个灯具单独的Guth位置指数，是灯具相对人眼的角度和位置参数

由公式可知，UGR值取决于环境、测量位置和角度。UGR值对应的眩光程度如下表：

在国标《GB 50034-2013 建筑照明设计标准》中，教室的UGR限值为19，有些地方标准的UGR限值是16。采用没有格栅的荧光灯管的教室UGR值为19左右，没有格栅的LED灯具照明教室UGR值一般都大于21。

三、UGR测量方法

虽然国际上有《CIE 117-1995室内照明不舒适眩光》、国标有《GB 50034-2013 建筑照明设计标准》等标准规范了UGR的计算公式，对UGR的测量却没有确切规定。

传统的方法是采用瞄点式亮度计测量灯具和背景亮度，立体角和位置指数则根据灯具面积和方位计算，从而计算UGR。

表面上看，这种方法是合理的。实际上，瞄点式亮度计测量亮度时，测量的只是灯具的某一部分，测量的亮度值不能代表灯具的整体亮度，重复性很低，也很难测量灯具的亮度分布，只有具有丰富的实施经验，并多次测量，才能保证结果准确。

图2 两种测量方法视野对比

瞄点式亮度计只能测量灯具部分亮度，测量不了灯具平均亮度和亮度分布；而成像亮度计可以测量灯具在人眼中的平均亮度和亮度分布

我们推荐采用超大视角的成像亮度计测UGR。成像亮度计的面型探测器与人眼视网膜相似，可以一次性获取视野内的亮度分布，包括灯具平均亮度、亮度分布，环境平均亮度和亮度分布，“所见即所得”。且成像亮度计的中心就是人眼的视线中心，可以方便地调节视线水平。

四、GM-1000眩光评估系统

GM-1000眩光评估系统的主机是经过亮度校准的数码单反成像亮度计，配合鱼眼镜头、UGR分析专用软件。它是现场测量UGR的最佳选择：

1、 满足国家一级亮度计的要求，即标准A光源亮度测量准确度±5%；

2、 UGR测量要求视野角大于143°×124.5°，GM-1000可以达到180°的视野，满足UGR测量的角度要求；

3、 软件根据场景亮度分布智能确定测量参数，准确度和重复性更高，效率也大大提高；

4、 软件HDR合成，动态范围可达10⁶:1；

5、 自动筛选灯具，自动计算灯具亮度、立体角、位置指数和背景亮度，并直接给出UGR结果；

6、 无需另外携带电源配件，携带方便。

五、数据采集

我们采用GM 1000眩光测量系统测量了多个采用LED灯的教室UGR值，每个教室测量了黑板中心(1.5m高)、教室后墙中心(1.2m高)两个点。

下面是其中一个教室的详细数据：

        经过整理，所有教室的UGR的结果如下：

        可以看到，只有最后两个教室站姿、坐姿的UGR值小于19，其他教室的UGR都大于19。这两个教室都采用了格栅LED灯，其他教室则是裸的LED灯管。不考虑其他因素，同样的灯具和安装方式，加格栅可以很好地降低不舒适眩光，控制UGR值。