光環(huán)境統(tǒng)一眩光值檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

統(tǒng)一眩光值（Unified Glare Rating, UGR）是照明委員會(huì)（CIE）推薦的用于度量室內(nèi)照明環(huán)境不舒適眩光程度的心理物理量。其檢測(cè)原理基于視覺(jué)舒適度的心理物理學(xué)模型，該模型將眩光感知量化為由眩光源亮度、背景亮度、眩光源立體角以及位置指數(shù)等多個(gè)參數(shù)共同作用的函數(shù)。

其核心計(jì)算公式為：
UGR = 8 log [ 0.25 / L_b * Σ (L^2 * ω / P^2) ]
其中：

• L_b 為背景亮度（cd/m²），通常指觀察者視線方向除眩光源外環(huán)境的平均亮度。

• L 為每個(gè)眩光源在觀察者眼睛方向的亮度（cd/m²）。

• ω 為每個(gè)眩光源對(duì)觀察者眼睛所張的立體角（球面度）。

• P 為位置指數(shù)，是描述眩光源相對(duì)于視線位置影響的修正因子，由眩光源與視線的夾角決定。

科學(xué)依據(jù)：UGR模型建立在大量主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，反映了人眼對(duì)亮度對(duì)比和視覺(jué)干擾的生理與心理反應(yīng)。當(dāng)視野中存在過(guò)高的亮度或強(qiáng)烈的亮度對(duì)比時(shí)，會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)功能下降（失能眩光）和主觀不舒適感（不舒適眩光）。UGR主要針對(duì)后者進(jìn)行量化。檢測(cè)過(guò)程即是通過(guò)精密儀器測(cè)量上述公式中的各項(xiàng)物理參數(shù)，并代入計(jì)算，終獲得客觀的UGR值。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

光環(huán)境眩光檢測(cè)項(xiàng)目可系統(tǒng)分類如下：

1. 統(tǒng)一眩光值（UGR）檢測(cè)：核心檢測(cè)項(xiàng)目，適用于大多數(shù)室內(nèi)工作與公共空間，如辦公室、教室、圖書館等，評(píng)估燈具布置產(chǎn)生的整體眩光水平。

2. 眩光值（GR）檢測(cè)：主要用于室外體育場(chǎng)館等大面積泛光照明場(chǎng)所，其計(jì)算公式與UGR類似，但背景亮度的定義和計(jì)算方式有所不同，以適應(yīng)室外環(huán)境特點(diǎn)。

3. 光源亮度分布檢測(cè)：測(cè)量單個(gè)燈具在不同出光角度的亮度值，是計(jì)算UGR的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，也可用于評(píng)估燈具自身的防眩光設(shè)計(jì)水平。

4. 背景亮度檢測(cè)：測(cè)量觀察者視野內(nèi)除眩光源外其余部分的平均亮度，此參數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)UGR計(jì)算結(jié)果影響顯著。

5. 照明均勻度檢測(cè)：雖不直接表征眩光，但與視覺(jué)舒適度密切相關(guān)。過(guò)大的照度/亮度差異也是導(dǎo)致視覺(jué)不適的重要原因。

6. 反射眩光評(píng)估：通過(guò)測(cè)量關(guān)鍵表面（如桌面、屏幕）的照度和反射特性，分析由高光表面反射明亮光源像造成的眩光。

三、檢測(cè)范圍

光環(huán)境眩光檢測(cè)覆蓋廣泛的行業(yè)與應(yīng)用領(lǐng)域，各領(lǐng)域有其特定的要求：

1. 辦公建筑：要求嚴(yán)格的UGR控制（通常UGR≤19），特別是使用VDT（視覺(jué)顯示終端）的區(qū)域，需避免屏幕反射眩光。

2. 教育建筑：教室、閱覽室需確保UGR≤19，黑板照明需特別防止直接眩光和反射眩光。

3. 工業(yè)建筑：精細(xì)作業(yè)車間（如電子裝配）要求UGR≤19，一般作業(yè)區(qū)域可放寬至UGR≤25，需考慮高大空間燈具的位置影響。

4. 商業(yè)建筑：商場(chǎng)、超市的銷售區(qū)需平衡商品展示的吸引力和顧客的視覺(jué)舒適度（UGR通常≤22）；博物館則需嚴(yán)格控制展柜和畫作的反射眩光。

5. 醫(yī)療建筑：手術(shù)室要求極高的無(wú)眩光照明（UGR≤19），病房需提供柔和的、無(wú)眩光的環(huán)境。

6. 體育場(chǎng)館：室內(nèi)外場(chǎng)館需進(jìn)行GR值檢測(cè)，確保運(yùn)動(dòng)員和觀眾視野內(nèi)的眩光得到有效控制。

7. 交通樞紐：機(jī)場(chǎng)、車站等大空間場(chǎng)所，需保障引導(dǎo)性照明的同時(shí)，避免高亮度燈具對(duì)旅客和工作人員的眩光干擾。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)UGR檢測(cè)的要求既有共通之處，也存在細(xì)節(jié)差異。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • CIE 117-1995：《室內(nèi)照明不舒適眩光》（Discomfort Glare in Interior Lighting），奠定了UGR計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)。

  • ISO 8995-1:2002(E) / CIE S 008/E-2001：《室內(nèi)工作場(chǎng)所照明》給出了不同視覺(jué)作業(yè)等級(jí)的UGR限值要求。

  • EN 12464-1:2021：《光和照明 - 工作場(chǎng)所照明 - 第1部分：室內(nèi)工作場(chǎng)所》是歐洲廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了各類場(chǎng)所的UGR限值、測(cè)量條件和方法。

• 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB 50034-2013：《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是中國(guó)核心的照明標(biāo)準(zhǔn)。它采納了UGR體系，并針對(duì)中國(guó)國(guó)情規(guī)定了各類建筑的UGR大允許值，其限值要求與EN 12464-1基本接軌。

  • GB/T 5699-2017：《采光測(cè)量方法》涉及天然光眩光的評(píng)估。

  • JGJ/T 119-2008：《建筑照明術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》統(tǒng)一了相關(guān)技術(shù)用語(yǔ)。

• 對(duì)比分析：

  • 一致性：中、歐標(biāo)準(zhǔn)在UGR的計(jì)算原理和大多數(shù)場(chǎng)所的限值要求上高度一致，體現(xiàn)了接軌的趨勢(shì)。

  • 差異性：GB 50034在部分特定場(chǎng)所（如某些工業(yè)房間）的UGR限值可能略有不同。EN 12464-1的更新更為頻繁，對(duì)測(cè)量網(wǎng)格的布置、維護(hù)系數(shù)的考慮等細(xì)節(jié)規(guī)定可能更為詳盡。檢測(cè)時(shí)需依據(jù)項(xiàng)目所在地的強(qiáng)制要求選擇執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

五、檢測(cè)方法

主要檢測(cè)方法及操作要點(diǎn)：

1. 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法：

   • 設(shè)備：使用成像亮度計(jì)或帶亮度測(cè)量功能的照度計(jì)。

   • 布點(diǎn)：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如EN 12464-1）在規(guī)定的測(cè)量網(wǎng)格上布置測(cè)點(diǎn)，通常網(wǎng)格點(diǎn)間距為0.2m至1.0m（視房間大小而定），測(cè)量高度為距地面0.75m（坐姿辦公）或1.2m（站姿活動(dòng)）。

   • 測(cè)量：

     • 背景亮度（L_b）：將儀器對(duì)準(zhǔn)觀察者視線方向（通常是垂直于正前方墻面），測(cè)量該方向的環(huán)境平均亮度。

     • 光源亮度（L）與立體角（ω）：使用成像亮度計(jì)拍攝整個(gè)頂棚（或包含所有燈具的視野）的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）圖像，通過(guò)軟件識(shí)別每個(gè)燈具，并自動(dòng)計(jì)算其亮度和立體角。

     • 位置指數(shù)（P）：根據(jù)觀察者位置、視線方向和每個(gè)燈具的幾何位置，由計(jì)算軟件自動(dòng)確定。

   • 計(jì)算：將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入軟件，自動(dòng)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的UGR值，并取整個(gè)房間的平均值或不利值作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

   • 要點(diǎn)：確保儀器經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)；測(cè)量時(shí)需關(guān)閉無(wú)關(guān)光源；HDR圖像的拍攝需覆蓋所有亮度級(jí)；明確觀察者的假定位置和視線方向。

2. 計(jì)算法（設(shè)計(jì)階段）：

   • 在照明設(shè)計(jì)階段，無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，通常利用燈具制造商提供的亮度分布數(shù)據(jù)（如IES、LDT文件），導(dǎo)入的照明設(shè)計(jì)軟件（如DIALux、Relux），在虛擬模型中設(shè)置觀察者和網(wǎng)格點(diǎn)，由軟件模擬計(jì)算整個(gè)空間的UGR值。

   • 要點(diǎn)：所使用的燈具光度數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確可靠；模型建立需符合實(shí)際；軟件算法的準(zhǔn)確性需經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。

六、檢測(cè)儀器

1. 成像亮度計(jì)：核心檢測(cè)設(shè)備。通過(guò)一次拍攝即可獲得整個(gè)場(chǎng)景的二維亮度分布，極大提高了測(cè)量效率。技術(shù)特點(diǎn)包括：高分辨率CCD或CMOS傳感器，具備HDR功能以捕捉從暗部到亮部的寬廣動(dòng)態(tài)范圍，精確的色度和亮度校準(zhǔn)，配套分析軟件可自動(dòng)識(shí)別光源、計(jì)算亮度和立體角。

2. 點(diǎn)式亮度計(jì)：傳統(tǒng)設(shè)備，測(cè)量單一微小視場(chǎng)角的亮度。需逐一對(duì)準(zhǔn)每個(gè)燈具進(jìn)行測(cè)量，效率較低，適用于光源數(shù)量少或校驗(yàn)特定點(diǎn)亮度的情況。

3. 照度計(jì)：用于測(cè)量水平面照度和垂直面照度，可用于估算背景亮度（L_b ≈ E_v * ρ / π，其中E_v為垂直面照度，ρ為環(huán)境平均反射比）和評(píng)估照明均勻度。是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的輔助工具。

4. 光譜輻射計(jì)：可測(cè)量光源的光譜功率分布，用于分析光源的顯色性、色溫等，與眩光檢測(cè)協(xié)同進(jìn)行光環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。

七、結(jié)果分析與評(píng)判

1. 分析方法：

   • UGR值直接比對(duì)：將計(jì)算或測(cè)量得到的UGR值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值進(jìn)行直接比對(duì)。

   • 空間分布分析：通過(guò)成像亮度計(jì)生成的偽彩色亮度圖，直觀分析室內(nèi)亮度的分布情況，識(shí)別過(guò)亮的區(qū)域或燈具。

   • 統(tǒng)計(jì)評(píng)估：對(duì)測(cè)量網(wǎng)格內(nèi)所有點(diǎn)的UGR值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算平均值、大值、小值及達(dá)標(biāo)率。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • UGR標(biāo)尺：UGR值是一個(gè)無(wú)量綱的標(biāo)尺，其值與主觀不舒適感的對(duì)應(yīng)關(guān)系大致如下：

     • UGR < 13：不可察覺(jué)眩光

     • 13 ≤ UGR < 16：可感知眩光

     • 16 ≤ UGR < 19：可接受眩光（多數(shù)室內(nèi)工作場(chǎng)所要求低于此值）

     • 19 ≤ UGR < 22：剛剛不舒適眩光

     • 22 ≤ UGR < 25：不舒適眩光

     • UGR ≥ 25：不可忍受眩光

   • 標(biāo)準(zhǔn)符合性判定：終判定以項(xiàng)目所依據(jù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（如GB 50034）中對(duì)該特定場(chǎng)所規(guī)定的UGR限值為準(zhǔn)。例如，辦公室、教室的UGR不應(yīng)高于19，設(shè)計(jì)值通常需低于限值1-2個(gè)單位以預(yù)留余量。若檢測(cè)值超過(guò)限值，則判定為光環(huán)境眩光指標(biāo)不合格，需通過(guò)調(diào)整燈具配光、布置、增設(shè)遮光罩或降低光源功率等方式進(jìn)行整改。