在当代建筑照明设计中,“视觉舒适度”已成为评价光环境品质的重要指标。随着LED光源的高亮度与小发光面特性普及,眩光问题愈发突出。所谓“眩光角”(Cut-off Angle),是用于衡量灯具防眩性能的关键几何参数。它不仅决定人眼是否能直接看到光源,还影响光场分布、亮度对比以及空间氛围。如何测量与控制眩光角,已成为业主、灯光设计师、灯具制造商与建筑师共同关注的专业课题。
一、眩光的基本概念
眩光(Glare)是指由于视野中亮度分布不均或亮度对比过大,引起的不舒适或视觉能力下降现象。根据视觉影响程度,可分为两类:
1. 不舒适眩光(Discomfort Glare):造成视觉疲劳、压迫或刺激感,但不一定影响视认。
2. 失能眩光(Disability Glare):使目标细节辨识能力下降,严重影响视觉功能。
而“眩光角”正是用于预防眩光的灯具设计指标。它限定了观察者视线与灯具出光口之间的几何遮蔽关系。
二、眩光角的定义
眩光角,又称遮光角(Cut-off Angle),指从灯具出光中心至灯具遮蔽边缘的角度。换言之,当观察者视线与灯具出光轴形成此角度时,恰好看不到灯具发光面。若以灯具中心轴为基准,光源被遮蔽的最小角度记为θ。此角度越大,说明灯具遮光性能越好,眩光越小。反之,若θ较小,则人眼容易看到光源或高亮部位,眩光显著。因此,眩光角越大,防眩性能越强,但同时会减小出光范围,影响照度分布。设计的任务,就是在“防眩”和“照度均匀”之间取得平衡。
三、眩光角的测量方法
眩光角可通过几何测量与光学测定两种方式获得。
(一)几何测量法
此方法适用于灯具设计阶段或现场初步判断。基本思路如下:
1. 以灯具出光中心为坐标原点,建立光轴垂直向下的参考线。
2. 从灯具可见光源边缘处作切线,与光轴形成的夹角即为眩光角。
3. 采用量角器、激光测距或CAD剖面分析均可完成测量。
对于深防眩筒灯或格栅灯,这一角度通常在30°至45°之间。若角度小于25°,光源将直接进入观察者视线,眩光风险明显。
(二)光学测定法
在专业照明实验室中,眩光角通常通过配光曲线测定与亮度分布测量获得。使用分布光度计或积分球系统,在灯具出光面不同角度记录亮度值。当亮度迅速下降至环境亮度的10倍以下时,对应角度即视为眩光临界角。此外,国际照明委员会(CIE)提出的统一眩光值 UGR(Unified Glare Rating)中,也间接考虑了眩光角的作用。灯具防眩结构越深、遮光角越大,其UGR值越低,视觉舒适度越高。
四、眩光角与防眩深度的关系
眩光角的几何形成,主要由灯具的防眩深度(即光源隐蔽深度)决定。若将灯具出光口边缘与光源中心的垂直距离记为h,出光口半径为r,则眩光角可通过简单三角关系近似计算:
tanθ = r / h
当h增大时,θ减小,遮蔽效果增强;但光束角也随之缩小。因此在实际设计中,灯具的防眩深度常与光束角共同决定最终照明效果。
例如:
若出光口半径为40mm,光源下沉深度为60mm,则
tanθ = 40/60 = 0.67
θ ≈ 34°
即眩光角为34°,属于良好防眩区间。
五、眩光角的设计控制原则
控制眩光角,实际上是在控制人眼可见亮度的分布范围。可从灯具设计与空间布局两方面入手。
(一)灯具层面
1. 加深防眩结构
通过增大灯腔深度或设置遮光罩,使光源隐藏于出光面以内,从而提高眩光角。
2. 采用蜂窝格栅或反射杯
格栅可有效屏蔽高亮区域,反射杯则重新分配光线方向,使光束集中而柔和。
3. 选择合适的配光曲线
窄光束角灯具的眩光角通常较大,因为光线集中,不易越过遮蔽边缘。
4. 使用磨砂或防眩透镜
透镜散射可均化光线,降低光源亮度对比。
(二)空间层面
1. 控制灯具视角可见性
将灯具安装在视线以外区域,如走道上方、柜体下方或反射面内。
2. 调整安装高度
吊顶越高,人眼与灯具形成的视角越大,可适当降低眩光风险。
3. 合理布局光轴方向
避免光轴直接指向人眼区域,尤其是工作台、沙发及会议桌位置。
4. 结合墙面反射形成间接照明
通过反射面实现视觉亮度平衡,减少直接光对比。
六、测量与模拟技术
在现代照明设计中,眩光角不再仅凭经验判断,而可通过三维光学模拟软件精确计算。常用工具包括DIALux、Relux、AGi32等,它们可在虚拟场景中显示灯具配光曲线,并以视点视角计算眩光风险。测量步骤一般包括:
1. 导入灯具IES文件,建立真实安装位置。
2. 设置观察视角与视点高度。
3. 模拟亮度分布与可见光源范围。
4. 读取灯具遮蔽角或UGR值。
若模拟结果显示观察视角内仍有高亮区域,可通过调整灯具位置或选用深防眩型号改善。这种方法使眩光角控制从“经验判断”进入“数据验证”阶段,是当代照明设计的重要进步。
七、结论
通过系统分析可以得出以下结论:
1. 眩光角是灯具防眩性能的几何指标,表示观察者视线与光源遮蔽边缘的夹角。
2. 眩光角越大,光源越不易直视,眩光风险越低;但同时出光效率下降。
3. 其测量可通过几何法与光学法实现,在设计阶段应结合灯具配光曲线与防眩深度计算。
4. 在空间应用中,可通过调整安装高度、光轴方向与遮光结构实现眩光控制。
5. 眩光角与UGR呈负相关,是评价视觉舒适度的重要参数。
眩光角的科学控制,不仅提升空间舒适度,更体现照明设计的专业度。真正优秀的灯光,不是亮在眼前,而是静静烘托出空间的秩序与温度。