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色温与显色性在照明设计的应用分析

发布时间:2016-03-31 发布者:凯明照明 流量次数:1310次

室内照明设计,是室内设计的重要组成部分,随着人性化照明、绿色照明理念的深入人心,营造良好的室内照明效果,应本着“以人为本”的根本原则,满足人们生理、心理各方面的需求。

因此,室内光源的色温与显色性的应用研究变得日益重要,特别是色温对光环境的影响,涉及到心理以及诸多交叉学科的研究和应用。

LED室内照明灯具与一般LED指示灯不同,要更接近自然光的效果,使被照物在光源的照射下无色失真。

色温,是指光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。色温是衡量光源光色的指标,色温偏低表示光色偏暖(红色),偏高则表示光色偏冷(蓝色)。颜色实际上是一种心理物理上的作用,所有颜色印象的产生,是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应,所以色温只是用来表示颜色的视觉印象[6]。

显色性,是指光源显现被照物体颜色的性能,也就是颜色逼真的程度。显色性由显色指数Ra 来表明。显色性好的光源对颜色的再现较好,所看到的颜色也就较接近物体自然原色;显色性差的光源对颜色的再现较差,所看到的颜色偏差较大。光源的显色性,是由光源的光谱功率分布所决定的,光谱连续的光源显色性好,物体在该光源下,所呈现的颜色就较逼真。

选择具有合适色温与显色性的光源对于室内照明设计十分重要,否则再好的装璜、摆设、艺术品等也会因选择不适当的光源而失色[4]。

本文通过不同光源色温与显色性在室内照明设计中的方法和应用分析,并结合客厅照明设计为例,说明LED色温与显色性在室内照明设计中的优势,并就LED色温与显色性提出评估标准。

1、室内照明设计对色温与显色性的需求分析

空间使用者要求

(1)人对室内照明的需求

自古以来,天光是最符合人生理需求的光,人对光的需求也从最初单纯的照明需求转变和发展到现在对光艺术的需求,现今提出对照明环境的更高要求——将动态的自然光模拟出来并应用于室内环境照明,包括动态照明和气氛照明。

室内使用者不仅关注照明亮度,更关注不同的光谱分布对人们的生理和心理状态的影响。

传统的白炽灯、气体放电灯、节能灯等光源,调色能力差,很难作为动态照明光源。而LED光源光色纯,可以有多样化的色调选择和配光,易控制实现动态照明,且节能环保,是新一代的绿色照明光源。

(2)客厅的照明功能

通常客厅功能较为综合复杂,它既是家庭人员的活动中心,又是接待客人的交际场所,客厅照明环境应该较为明朗、高雅、热烈,以体现出主人的热情、坦率。

根据使用者的不同需求,人们在客厅内的活动大致分为:生理行为、家务行为、文化行为、娱乐行为、社交行为等。

由此,可以把客厅照明分为5种方式: 日常照明、会客照明、团聚照明、看电视照明、就寝前照明。

确定所要表现的空间氛围

(1)色温与显色性对空间氛围的影响

从远古至今,人们长期生活在自然光的环境下,就决定了人对自然光源的适应和舒适感。而各种人造光源的不同色温显色性,对人有不同的生理和心理效应。光的亮度和色彩是决定空间气氛的主要因素,室内的气氛由不同的光源照明而变化。

在生理方面,色温对人的生理影响包括:对视觉器官及视神经、大脑皮层等的传递功能和生理感受;对人脉搏、心率、血压的影响。

暖色使心率、脉搏加快,血压上升,情绪激动,增加食欲、刺激神经系统和消化系统。冷色有镇静、缓解紧张情绪,抑制心血管活动的等作用。

在心理感受方面,低色温光给人以温暖的感觉(称暖色光),高色温光给人以冷的感觉(称冷色光)。

光色与人心理的关系见表1。

 

表1 光色与人心理的关系

光源显色性的影响效果,主要表现在对人所看到的物的颜色显现能力。在室内照明中,要求光源的显色指数一般在80 以上。

但对于室内照明中特定的情景照明,有时则更多的需要对某种颜色的突出显示能力,这取决于光源的光谱分布。

(2)色温与显色性的选择

以不同色温与显色性对人产生的生理及心理效应为依据,对不同功能特性的场所选用不同色温和显色指数的光源,以达到人的生理、心理需求的目的,如表2[5],表3[3]。

如在卧室或客厅采用低色温的光源,会使人具有休闲、温馨的家的感觉。在彩色印刷厂,为了良好的反映印刷品质量,就要求光源的显色指数达到90 以上。

       表2 色温的选用


       表3 显色指数的选用


(3)客厅的空间氛围营造

现代室内照明设计中,一项重要的内容是确定照明空间所要表现的氛围,即运用场合的照明需求。客厅,根据其功能的不同,其照明空间氛围主要分为5种:

①日常照明

日常活动时,室内平均照度不宜太高,以暖色调为主,季节因素也会影响色温的选择,显色指数要求一般。

②会客照明

较明亮的光环境,能够为主客间交流创造良好气氛。通常灯光的艺术表现力体现在被照物的立体感、灯光的明暗对比等方面,这就要求显色指数较高,若考虑到季节变化因素,还可适当提高明亮程度,改变光色。

③团聚照明

团聚照明不同于会客照明,保持一个较明亮、热情、温暖的光环境,有利于人们彼此交流和创造良好的活跃气氛。

④看电视照明

看电视,是夜晚家庭活动中,占用时间最多的活动,看电视时的光环境需要相对较低的照度水平,当看电视的同时伴随着其它行为活动时,应兼顾其它活动的照度需求。利用LED照明,此时照度可根据需求适当调高,色温也可根据剧情而定。

⑤就寝前照明

夜晚 22:30(可根据每个家庭的作息时间而定)后,家人将根据自己的作息时间,陆续进入就寝前的准备阶段,适当地调暗灯光,有利于降低心理的兴奋水平,暖色的灯光使人有温馨的被窝的感觉,从而保持一个高质量的睡眠休息状态。

2、色温与显色性的照明实现

光源的选用

(1)一般室内照明光源的色温与显色性

不同类型的光源,具有不同色光和显色性能,对室内的气氛和物体的色彩产生不同的效果和影响。进行室内照明设计时,主要的是选取合适的灯具光源,目前主要使用的光源色温和显色指数参见表4[1]。

    表4 目前主要使用的光源色温和显色指数


(2)LED光源的特点

应用于 LED 室内照明光源器件,主要是白光LED,由发光二极管制成白光LED 光源,有单芯片型和多芯片型(双芯片型和三芯片型)。

其中多芯片型是将不同光色的芯片装配在同一个包装内得到混色后发出白光。单芯片型制造方式有几种主要途径[2]:

1)通过LED 红、蓝、黄的三基色多芯片组合发光合成白光

优点:效率高、色温可控、显色性较好。

缺点:三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。

2)蓝光LED芯片激发黄色荧光粉

由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光,可通过改变YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度来获得色温 3500-10000K 的各色白光;为改变显色性能还可在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉。是目前白光LED的主流生产方式。

优点:效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。

缺点:一致性差、色温、角度变化。

3)近紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。

优点:显色性好、制备简单。

缺点:目前LED芯片效率较低、有紫外光泄漏问题、荧光粉温度稳定性问题有待解决。

相比较于传统的照明光源,LED光源具有以下优点:

(1)工作寿命长;

(2)耗电低;

(3)响应时间快:一般在几十毫秒(ns)内响应;

(4)体积小,重量轻、耐抗击;

(5)易于调光、调色、可控性大:可以通过流过电流的变化控制亮度,也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。

(6)无污染:无水银、铅等环境污染物。

可以利用白光LED 丰富的色域优势,通过编程控制其色温,且白光LED 工程实施便捷可调,且体积小,隐蔽性好,便于实现室内照明的可控性,为LED 在室内照明上的应用提供了雄厚的产品基础。

客厅的照明实现

在室内环境中,客厅的利用率最高,照明方式也多种多样。客厅照明的基本主色调依靠顶灯来保证,在房间中央安装一盏吊灯作为主灯,应以看清面部表情为宜,因此显色指数应大于80。

作为家庭客厅中常规照明灯源,主要有LED 射灯、LED 筒灯、LED 日光灯等。根据客厅的不同功能需要,可将客厅所需营造的氛围设计成不同的情景模式,利用电脑控制实现灵活调节。

LED灯具色温,夏天可以调到5000K,产生清凉的感觉;节日调到3000-5000K,营造出节日欢快的气氛;冬天及有朋友来时调到3000K,呈现出温暖、稳重的气氛。

3、照明检验和评估

室内环境是人们生活和工作大部分时间停留的环境,因此人们对室内照明环境的需求就越来越高。能否达到这些要求,是LED 能否取代传统光源的关键。

是否满足视觉功能的需求

满足人们的视觉需求,即让人们能看得清楚,这就要求照明光环境具有一定的照度水平、照度均匀度和显色性。

要满足一定的照度水平和照度均匀度,就要求LED 灯具既具有足够的光通量,又具有合理的配光设计。

而在显色性方面,目前的白光LED 能满足一般室内活动的需要,同时配置不同的室内装饰材料就可以产生不同的视觉效果。

是否满足生理心理的需要

光影响生理健康,主要表现为紫外光照射会对皮肤造成不良影响;光通过视觉影响健康;光通过生理节律系统影响健康。

与白光LED室内照明有紧密联系的两个效应就是视网膜的蓝光危害效应,以及光通过抑止人体内褪黑激素的分泌影响人体的生理节律系统和健康。

如图1所示是照度与色温对应的舒适区域。

为了满足人心理的需求,照明所选用光源的色温必须与照度相适应。白光LED的色温高,要求的相适应的照度也较高,才能使人感觉舒适。光源色温的冷暖感对人生理也有很大影响,随时间、场景、喜好而变化。

       图1 照度与色温对应的舒适区域


白光LED作为应用于室内照明,易于调光、调色、可控性大。

是否满足审美需要

灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。装饰灯具可以改变室内空间,增加空间层次,渲染环境气氛。LED 灯具灵活多样的外形和尺度,使其在设计和选择上具有很大的范围,可以充分满足装饰美学的要求。

是否满足绿色照明的时代趋势

绿色照明是指通过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品(电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材,以及调光控制器和控光器件),改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量,从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

LED 光源高效、安全、无污染,是新一代的绿色照明光源。要加快LED 光源与其配套的材料、电源相互间的配合,尽快推出低成本的资源可再生的真正意义上的绿色照明光源产品。

4、小结

照明的目的是为了给人类生活带来更多的便捷与舒适,随着LED 照明技术的不断发展,室内照明设计更加人性化、多元化。

LED照明在室外环境中的应用已渐趋成熟,对其在室内照明设计中色温与显色指数的探讨,有利于LED在室内照明中的推广和应用,并在未来绿色照明、低碳照明中大放异彩。



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