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如何有效利用自然光
 

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自然光的利弊、及其有效利用

 

一、自然光的形成

自然光是太阳光经大气层过滤后到达地球表面、并在地面产生漫反射,这种直射的阳光和经过漫反射的光线混合后,就形成了自然光。与自然光相对应的是“人工光源”,主要是指我们平时用的各种电灯。

 

、自然光的特点

(1)光谱(光的成分)

下图为各种光源在人眼可见部分的光谱(波长为400-700nm),其中自然光的光谱是连续的,且非常平缓,没有尖锐的高峰和低谷。卤素灯/白炽灯的光谱也是连续的,但其红外成分比例偏大。荧光灯和LED的光谱不连续,其中三基色的荧光灯有三个小峰,LED灯则在蓝光处有个明显尖峰(这导致了的众所周知的蓝光安全性问题)。

显然,自然光的光谱要远好于人工光源的光谱。

图1. 各种光源的光谱

(2)均匀度

自然光的发光面极大,光线在空间分布的均匀度很好,不会产生对比度很强的阴影,这是非常好的特性,能避免因环境内光线亮度差太大所导致的眼疲劳。

(3)显色指数

自然光的显色指数是100,是所有人工光源不可比的。人工光源中,白炽灯和卤素灯的显色指数最高,也就是97左右,三基色荧光节能灯要低一些,LED灯的显色指数就更低了。显色指数高,说明人眼在自然光下看到的物体的颜色最真实。

(4)色温

色温反映的是光线颜色。色温低于3300K的白光偏黄色(暖白)。色温高于6000K的白光偏蓝色(冷白)。
自然光的色温是不断变化的,在每天的早晚时分特别明显(如下表1)。一般来说,早晚的色温偏低,而中午的色温偏高。另外,晴天的色温要比阴雨天的色温明显高。不过,色温的变化只对人的心理状态会产生影响,与眼睛的健康无多大关系。

表1. 自然光的色温参考值

不同情况的自然光(中东部地区)

照度参考值(Lx)

室外:夏日晴天中午直射阳光

100000-120000

室外:春秋晴天中午直射阳光

50000-80000

室外:阴天自然光(9:00-15:00

2000-18000

室内窗口:朝南窗口入射阳光(晴天,7:00-11:00

20000-50000

室内窗口:朝南窗口自然光(多云,9:00-15:00

500-50000

室内窗口:朝北窗口自然光(晴天,9:00-15:00

7000-10000

室内窗口:阴天自然光(9:00-15:00

200-1800

室内窗口:雨天自然光(9:00-15:00

150-400

室内窗口:傍晚自然光(晴天,16:00-19:00

70-500

室内窗口:傍晚自然光(阴雨天,16:00-19:00

20-200

(5)照度

自然光的照度极不稳定,会随时间、天气和光照的角度快速变化,且变化幅度极大(几十-几万勒克斯),如下表2。

表2. 自然光的照度参考值

不同情况的自然光

色温参考值(K)

日出.日落时太阳光

1900

日出后日落前30分钟太阳光

2300

日出后日落前1小时太阳光

4000

日出后日落前2小时太阳光

4500

中午晴空平均日光(标准色温)

5400

早上10点到下午3点的太阳光

6000

正午晴空的太阳光

6500

阴天的光线

6800-7000

灰蒙天空的光线

7500-8400

晴空蓝天的光线

10000-20000

从人们普遍最关心的近距离用眼(看书、写字)的角度来分析,自然光照度的变化有如下几个特点:

  • 晴天/多云天:自然光的照度变化幅度极大,而且在大部分时间里,自然光太过强烈,不适于近距离用眼(看书/写字)。在看书/写字时,应该采取适当防护措施。

  • 阴天:自然光的照度变化幅度相对较小,而且在大部分时间里,自然光照度是适合于近距离用眼的,但也会出现光线偏暗的情况。

  • 雨天:自然光的照度变化幅度更小,不用担心光线太亮,但要注意光线照度偏暗、甚至太暗的情况(对于近距离用眼而言)。

  • 每天早/晚时分无论天气如何,自然光都会快速变化。如果在窗口看书/写字,那要特别注意光线的剧烈变化。在早上,光线迅速由弱变强,应及时采取防护措施;在傍晚,光线迅速由强变弱,要及时用台灯补光。

(5)均匀度

自然光的发光面极大,光线在空间分布的均匀度很好,不会产生对比度很强的阴影,这是非常好的特性,能避免因环境内光线亮度差太大所导致的眼疲劳。

【小结】

  * 自然光的优点:光谱连续且平缓、均匀度非常好、显色指数高。

  * 自然光的缺点:照度不稳定,变化幅度极大。

三、自然光的利用

人眼是在自然光下进化而成的感觉器官,毫无疑问,对人眼来说,自然光是最佳光源,所以我们要充分利用自然光!然而,情况不是那么简单!

正如本文第2节所介绍,自然光光谱连续且平缓、均匀度很好、显色指数高,但照度极不稳定。我们要结合实际情况,才能有效利用自然光。

(1)日常生活

日常生活对光线要求很低,可接受的光线照度范围非常大(大于75-100Lx即可,且几乎没有上限),对于光线稳定性的要求也不高。也就是说自然光的缺点对于日常生活没有影响,而自然光独特的优点使得它成为日常生活最理想的光源。

(2)近距离用眼(看书、写字)

看书/写字是近距离用眼,眼睛的聚焦非常近,眼部神经/肌肉处于紧绷状态,因而对光线的要求非常高,以避免眼睛的过度调节。合适的光线照度只是在一个很小的范围 [1],而且要求光线稳定、柔和。很显然,一般的自然光如此不稳定、且变化幅度极大,是不能直接满足看书/写字要求的。在近距离用眼时,太强/太弱的自然光对眼睛都是有害的,不仅会引起眼睛的过度调节,导致眼疲劳,太强的自然光还会直接损伤视网膜!!

但自然光的某些特性又是如此之好(光谱连续且平缓,光线分布均匀、显色性好),怎样才能合理利用呢?

自然光极不稳定,但只要做好日常监测,并根据监测到的情况及时应对,就可有效利用自然光了。当然仅靠目测/主观感觉来判断光线是否合适,既不靠谱[2],也很费心。有条件的,不妨用护眼光度笔等光线测量工具来检验/监测室内各处的光线是否适合于看书或写字。

 - 当光度笔指示为“合适”时,光线适合于看书、写字。

 - 当光度笔报警时,说明光线明显偏离看书/写字的要求,应尽快采取措施:

    * 如自然光太强(晴天/多云天),可以拉上窗纱、窗帘、带挡光膜的玻璃窗。

    * 如自然光太弱(阴/雨天、早晚时分),可以用台灯为书桌进行局部补光。

关于学习环境的光线配置,请阅读文献《如何为“阅读/书写”设置光线?

 

四、参考文献

[1] 中华人民共和国建筑照明设计标准GB50034-2013

[2] 光对眼睛的影响、常见问题、应对办法

[3] 如何为“阅读/书写”设置光线?

[4] PL-D02护眼光度笔-简介

 

 

 

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