建筑夜景照明设计光污染问题与防治.docx

建筑夜景照明设计光污染问题与防治摘要：从设计方案审查角度入手，通过典型案例总结夜景照明设计常见的光污染问题。并从设计范围、灯具选型、布灯设计、效果与控制等角度分析光污染问题产生原因，讨论有效的控制措施。关键词：建筑夜景照明；光污染；干扰光；溢散光；内透光；灯具选型；照明功率密度；光束角随着城市的发展、城乡一体化工作的推进，城市夜间环境美化的需求逐步提高，夜景照明的规模日益增大，随之而来的光污染问题也逐步显现。城市夜景照明工程一般与主体同时设计、同时施工、同时交付完工。在设计审查阶段，根据国家及行业相关技术标准对光污染问题进行严格把控，有助于实现将光污染控制在合理区间，为居民提供健康良好的夜间景观环境。1光污染的种类光污染lightpollution指干扰光或过量的光辐射含可见光、紫外光和红外光辐射对人、生态环境和天文观测等造成的负面影响的总称1。夜景照明的光污染主要包括干扰光和溢散光两种形式。其中，干扰光obtrusivelight是由于光的数量、方向或光谱特性，在特定场合中引起人的不舒适、分散注意力或视觉能力下降的溢散光。溢散光spilllight是照明装置发出的光线中照射到被照目的范围外的部分光线。2光污染问题的分析与防治目前，夜景照明设计常见撇开视角可见范围，对区域内建筑普遍加装亮化装置现象。这不仅导致了能源浪费，不分主次大范围亮化也造成了光污染。同时存在部分设计为凸显本身建筑与周围的比照度，照明装置滥用和堆砌、过度追求高亮度的现象，其眼花缭乱的设计效果不仅毁坏环境整体美感，也造成功率密度、亮度超标等问题。此外，灯具选型及安装不恰当同样会造成溢散光污染、眩光污染等问题。2.1典型案例光污染问题分析与防治2.1.1案例一某项目为一商业住宅小区二期工程，西临城市高架快速路，南北侧为连接城市主要干道的支路。对项目周边环境及主要道路分析确定该项目以城市高架快速路为主要视角，项目周边城市支路为次要视角。此次所申报二期工程10栋蓝色建筑均做夜景亮化。各栋建筑均采用18W洗墙灯勾画顶部轮廓，采用12W线条灯装饰南北立面，同时北立面顶三层均采用光束角30°的HIT70W3000K金卤投光灯安装于柱体外侧渲染效果，建筑层高为3m，柱体宽度为0.5m。方案提供工程量清单：12WLED线条灯4826m，18WLED洗墙灯1480套，70WHIT光束角30°投光灯80套。结合方案配电负荷分配得出灯具详细分配情况为：每栋建筑安装18W洗墙灯148套，70W投光灯8套。1#、2#、3#、5#、9#、13#均装12W线条灯501.2m其中北立面197.8m，南立面303.4m；6#、14#均装12W线条灯462.8m其中北立面178.6m，南立面284.2m；10#、15#均装12W线条灯446.4m其中北立面170.4m，南立面276m。通过上述项目基本情况、各建筑位置、设计效果图、灯具选型及布设等，可得出方案设计存在两大光污染问题。2.1.1.1亮化设计范围超标根据主次视角及建筑位置，结合一期工程可知：6#、10#建筑处于整个住宅建筑群的内部，无论主次视角亮化效果均受遮挡，应取消全部亮化设计。2#、3#建筑北立面及14#、15#建筑南立面亮化因背街、外部不显见，且其亮化设施正对住宅居室，容易造成居室亮度超标光污染，故亦应取消亮化设计，此4栋建筑仅保留沿街立面亮化效果及顶部轮廓即可。2.1.1.2灯具选型不合理灯具选型不合理包含两层含义：灯具光源类型可进一步优化调整；灯具光束角偏大，太多的溢散光对住宅居室会造成光污染。首先，金卤投光灯建议替换为LED节能灯型。一般70W金卤灯光通量为5600lm，在保证同等光照亮度及照明效果的前提下，可采用LED节能光源替换。依目前市面上LED灯具主流产品效能，45WLED投光灯即能知足替换需求。45WLED灯与77W金卤灯加上镇流器消耗7W相比，节省功率32W约省42%。其次，投光灯光束角偏大。在忽略投光灯光束与立面之间夹角情况下，单台光束角30°投光灯在建筑顶部照射宽度约为1.712m，4台投光灯在90°270°。投光灯在建筑主体顶三层区域的照射面积约为27.4m2，建筑柱体外墙面非居民窗户为允许被照区域，面积约为18m2，那么投光灯照射范围超出允许被照面积的比率为：27.4-18m2/18m252%依JGJ/T163-2008（城市夜景照明设计规范）第7.0.3条第3款规定：照明光线应严格控制在被照区域内，限制灯具产生的干扰光，超出被照区域内的溢散光不应超过15%。故本方案设计应选用窄光束光源，使灯光投射在合理区间。投光选型应根据允许被照区域的宽度、高度确定光束角，在宽度如柱体、外墙面一定的情况下，投光灯光束角与被照高度成反比。即：所需被照高度越高，所选投光灯光束角应越小。在一定被照区域设计效果较难实现时，建议选用新型配光光源。根据上述分析对设计方案进行调整：将光束角30°的HIT70W3000K金卤投光灯替换成45WLED3000K新型配光的窄光束投光灯；取消6#、10#全部亮化设计，取消2#、3#建筑北立面及14#、15#建筑南立面亮化设计，仅保留此4栋建筑沿街立面亮化及顶部轮廓亮化。经重新调整设计后，该项目减少能耗如下：6#楼：P6减少=148×18W+462.8×12W+8×70W=8777.6W。10#楼：P10减少=148×18W+446.4×12W+8×70W=8580.8W。2#、3#楼取消北立面照明设计：P2+3减少=2×197.8×12W+8×70W=5867.2W。14#、15#楼取消南立面亮化：P14+15减少=284.2+276×12W=6722.4W。LED投光灯减少能耗P投减=77W-45W×48=1536W。P减少=P6减少+P10减少+P2+3减少+P14+15减少+P投减31kW。原亮化用电总功率：P总=4826×12W+1480×18W+70×80W90kW。那么，P减少/P总=31kW/90kW34%。通过调整亮化设计范围、灯具合理选型使整个二期亮化工程节约电能1/3，且有效地控制了泛光照明光照投射面积，将光污染对寓居区的影响控制在合理区间。2.1.2案例二某寓居项目，建筑高度74m，宽度50m，整栋建筑LED点光源、LED数码管、洗墙灯、射灯、投光灯随意堆砌。共安装LED点光源750盏，LED数码管400盏，洗墙灯400盏，射灯140盏，投光灯60盏。从效果图能够看出，除少部分点光源安装于建筑侧立面，其余光源都布置在建筑南立面，通过计算能够得出南立面的照明功率密度为4.22W/m2。该项目位于城市副中心，在城市规划中属于E3控制区，参照查询JGJ/T163-2008，该设计的照明功率密度远远超过大型城市淡色外墙E3区的标准值3.3W/m2。因而对该项目提出降低照明装置安装密度，同时降低部分灯具功率的审核意见。经设计整改，将原来5W的点光源改成安装3W点光源，亮化灯具隔层装设，取消建筑横向敷设的两圈5W4500K点光源，顶部轮廓线改用18W2700KLED线条灯进行勾画。经调整设计后，建筑南立面功率密度值降为3.21W/m2，符合JGJ/T163-2008E3区标准。同时灯具的调整也使整栋建筑的色彩效果更为协调统一。2.2内透光照明光污染的防治夜景亮化设计常采用的照明方式有泛光照明、轮廓照明及内透光照明，3种照明方式各有特点、互为补充，合理使用有助于光色过渡自然、层次分明地展现整体设计效果。3种照明方式中，目前存在问题较多的就是内透光照明。内透光照明的特点是显露出光线多集中在水平线下面的半个空间中，能有效地提高用光效率。然而运用不当，很容易造成光线透过玻璃肆意散射到天空，构成光污染。分析其原因主要有下面两方面：灯具布置配光不合理；“透光体为反射率很低的玻璃材质。解决内透光污染问题：首先，灯具配光宜选择“直接-间接形式2，保证下射光通有较多侧向配光，照明效果从窗口向室内延伸；第二，选择毛玻璃等反射率大的材质或对玻璃进行必要的处理，以更好地实现设计效果。2.3RGB照明的光污染防治随着照明灯具技术的不断发展进步，RGB因其图案光色可控及流光溢彩的动感效果被广泛地应用于商业文娱项目。然而RGB临街大面积使用，高亮度动态灯光色彩很容易产生干扰光及眩光污染，影响机动车和行人的正常交通辨识。根据相关技术标准可知：光像在视网膜构成至消失后，人眼视觉系统对光像的感觉仍会保持0.050.1s。为避免人眼感官的视觉混乱，保证人眼对灯光变化速率的适应，RGB动态效果宜以不低于0.1s的速率慢速渐变。3其他光污染防护措施当依靠灯具选型、安装与控制等无法知足光污染限制要求时，可通过在灯具上加装格栅、挡板、遮光罩等措施来控制外溢光。详细措施如下：a.对于那些可能对行人造成光干扰的灯具，应通过增大灯具遮光角、减小灯具功率、降低灯具出光口外表亮度、选择适宜的灯具安装位置和安装高度等措施来减小光干扰程度；b.安装于广场的地埋灯应通过控制配光角度、采取合理遮光措施来避免对行人造成眩光影响；c.安装于窗口上檐的灯具，可在光源内侧即房间一侧设置挡板，因光源直接露出窗外，要控制光源的亮度不能过高，避免构成耀眼的眩光；可以在灯具的内外两侧均设有遮挡板，避免从外侧和室内直接看到灯具和光源3，构成不舒适的眩光；d.避免灯具照射方向指向人群活动的区域，必要时可通过树木、围墙等措施来加以遮挡，同时也要避免太多的反射光射向人群活动区域。综上所述，夜景照明设计首先应明确项目所处环境区域、人行车行及城市视角以确定亮化效果施行的范围；其次，详细的灯具选型应遵守国家相关技术标准，严格控制照明功率密度、亮度、色温等参数；第三，根据建构筑物本身构造特点及饰面材料合理选择照明方式及安装方式，必要时采取遮光板、格栅等防眩光措施，将被照区域内的溢散光控制在15%以内。此外，限制光污染还能够通过合理设置夜景照明形式节日/平日/重大节假日及运行时段，关闭部分或全部夜景照明、广告照明和非重要景观区高层建筑的内透光照明4，以实现对光污染的有效控制，为居民创造节能环保、优美祥和的生活工作环境。