基于节律、视觉二维参数的室内健康照明研究

By combining the circadian and visual aspects of lighting functions, we propose this research project to explore health-lighting design innovation, develop technology optimization solutions, and perform human-factor studies based on a framework of two-dimensional parameters: circadian effect versus visual lit appearance. Specifically, we plan to (i) maximize the possible combinations of circadian and visual effects through optimizing spectral components of the multi-color-mixing light source; innovate the lighting-design approach with a focus on the corneal illuminance; (ii) parameterize the visual, circadian, time, and duration aspects of typical health lighting scenarios, including night-time relaxing space and day-time working space; and (iii) establish a clear relationship between circadian / visual impacts and lighting parameters, by performing human-factor studies under strictly controlled lighting conditions. The outcome of this research project could provide valuable recommendations and guidance to the development of health lighting practices, and are expected to improve the well-being condition of building occupants.

本项目拟结合照明在节律与视觉两方面的功效，创新性地提出基于节律效应、视觉明亮度二维参数的室内健康照明设计方法和技术优化方案，并在此基础上开展人因照明实验。具体内容为（1）光谱与照明设计：通过系统性地优化多色LED光谱组成，计算通用照明节律、视觉参数组合的极限范围，覆盖实际应用需求；针对眼部照度这一健康照明核心参数，创新照明设计方法；（2）健康照明应用：以夜间休息环境、日间工作环境为切入点，提出节律、视觉、作用时段、时长等健康照明参数化建议；（3）人因照明实验：发展健康照明的主客观评价方法，基于量化的照明参数进行人因实验评估，建立节律、视觉功效评价指标与光环境参数的关联。本项目综合节律与视觉量化指标，为新兴的健康照明提供设计理念创新及技术优化方案，通过典型应用探索及人因照明实验论证，完善二维参数理论体系。成果可为健康照明的发展提供指导和建议，有望改善长期处于室内人群的健康状况。

本项目就照明的节律健康和空间视亮度两个方面，开展健康照明的前沿理论和创新应用研究。在完成项目书工作计划的基础上，进行了进一步拓展：（1）提出了节律照明的光谱优化和照明设计创新方法。利用该方法，可实现高效率的室内节律健康照明，并给出了基于LED多色混光的节律、视觉参数组合的可实现范围。进一步，针对室内自然采光，提出了节律照明应用方案和指导公式；（2）对空间视亮度的量化评价进行了研究：首先，发展了现有的空间视亮度量化评价方法，提出了基于MRSE指标的空间视亮度现场测量方法。进一步地，提出使用间接光眼部照度作为空间视亮度量化评价指标，并论证了该指标相较于现有的MRSE指标，具有与空间视亮度主观评价相关性更高、现场测试更加方便的优点。另一方面，从光谱角度，研究了光谱能量分布对空间视亮度的影响，论证了传统上认为仅具有非视觉效应的视网膜ipRGC感光信号对空间视亮度也有重要贡献；（3）发展了节律健康和空间视亮度人因实验量化评价实验方法，在多光谱参数的变量控制、空间视亮度的主观评价方面做出了相应的实验方法创新。基于量化的照明参数开展人因实验评价，建立了节律、视觉功效评价指标与关键光环境参数的关联；（4）以白天、夜间照明应用作为切入点，提出节律、视觉、作用时段等健康照明参数化建议，并将其应用于教室健康照明团体标准，并推动了相关的示范应用。以上成果为建立综合节律、视觉效应的健康照明系统理论奠定了一定的基础，并在多个方面给出了有效的健康照明应用方案。. 本项目发表论文10篇，其中包括建成环境领域权威期刊Building and Environment、Energy and Buildings论文共3篇，光学和照明领域著名期刊Optics Express、Lighting Research & Technology论文共2篇；发布教室健康照明团体标准1项；申请专利8项，其中6项已获授权。本项目共资助5名硕士、3名博士生开展健康照明研究；在国际国内会议上作学术报告18次。通过四年的工作，完成了本项目所有的预定目标。