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節(jié)律照明計算


節(jié)律照明-黑視素通量、M/P比率、黑視素等效日光效率計算

(Mel、M/P、MDER)

 

  人因照明中的節(jié)律照明細(xì)分領(lǐng)域逐漸被人們所知悉掌握,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺。2018年國際照明委員會發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)CIE S 026/E:2018標(biāo)準(zhǔn)《光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受光響應(yīng)的光輻射計量系統(tǒng)》。次年美國DLC(Design Lights Consort)標(biāo)準(zhǔn)提出,計劃對光質(zhì)量和光譜質(zhì)量部分的照明要求,需支持警醒、睡眠和健康的生理調(diào)節(jié)功能,并在燈具報告中報告節(jié)律照明關(guān)注的黑視素通量(Melanopic Flux)、M/P比率(M/P Ratio)、黑視素等效日光效率(MDER),以及380-780nm范圍內(nèi)以1nm為間隔的光譜能量分布。美國Well標(biāo)準(zhǔn)(V2版)的建筑標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)將部分節(jié)律照明參數(shù)納入其中。

  國際照明委員會(CIE)2020年4月2日推出了一款工具箱,用于支持國際標(biāo)準(zhǔn)《CIE S 026:2018 System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受光響應(yīng)的光輻射計量系統(tǒng)》的實施。2019年在關(guān)于這個計量系統(tǒng)的研討會上,與參會者分享了工具箱的測試版。經(jīng)進一步測試后,現(xiàn)在推出該工具箱來支持標(biāo)準(zhǔn)的實施。

  CIE S 026工具箱及其用戶指南,您可通過鏈接https://bit.ly/33YM9Rh和https://bit.ly/3auN66d自行下載。希望這些材料對您使用CIE S 026:2018有所幫助。請注意,工具箱不是CIE S 026:2018的替代品,而是應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)一起使用。

  節(jié)律照明的三個參數(shù),可以用1nm間隔的光譜能量分布Φe(λ)計算得出。將光譜數(shù)據(jù)帶入文章下方Excle計算工具,即可得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

  黑視素通量(Melanopic Flux,簡稱:Mel,單位W)。通過光譜功率分布加權(quán)黑視素敏感曲線S_mel(λ)(ipRGC響應(yīng)曲線即為黑視素敏感曲線)積分得出。計算公式如(1)所示:

宇極

  一般來說,黑視素通量越高,燈具越能實現(xiàn)更高的黑視素照度,直接作用于ipRGC細(xì)胞,進而影響褪黑素的合成。

  2、M/P比率(M/P Ratio),表征光譜中含有黑視素敏感成分的多少,是黑視素通量與光通量的比。計算公式如(2)所示:

宇極

  明視覺光譜V(λ)效能最大值系數(shù):683lm/W

  黑視素函數(shù)前置系數(shù):832lm/W

  ∅e(λ):待測光源光譜曲線

  V(λ):明視覺光譜曲線

  Smel(λ):黑視素敏感曲線(ipRGC響應(yīng)曲線)

  M/P Ratio比例越高,同樣的光通量越能有效抑制褪黑素的合成,更適合用于警醒的場合,例如:學(xué)習(xí)、工作場合。

  在S026標(biāo)準(zhǔn),有類似的定義表征量,成為α視覺流明輻射效率(ELR),對于黑視素敏感曲線來說,記為Kmel,v,單位:mW/lm,計算公式如(3)所示:

宇極

  故Kmel,v與M/P Ratio的關(guān)系為:

宇極

  3、黑視素等效日光效率(Melanopic Daylight(D65)Efficacy Ratio,簡稱MDER)。記為宇極,為了有一個標(biāo)準(zhǔn)的參照光譜用于比較抑制褪黑素的能力,CIE選擇標(biāo)準(zhǔn)日光D65作為參照光譜,按照公式(3)分別計算D65和被評價光源的黑視素視覺流明輻射效率宇極宇極:然后再計算宇極,計算公式如(5)所示:

宇極

 

  MDER與M/P之間的關(guān)系呈線性關(guān)系,如計算公式(6):

宇極

 

  如果MDER比值大于1,說明與標(biāo)準(zhǔn)照明體D65相比,待測光源一直褪黑素的能力更強,反之較弱。

  MDER可以直接與建筑照明的照度進行換算,此時對于節(jié)律照明來說常用的參數(shù)為黑視素等效日光照度(Melanopic Equivalent Daylight(D65)Illuminance,簡稱:MEDI,記為宇極。在建筑照明對于有特定節(jié)律要求,抑制或不抑制褪黑素要求的情況下,可以規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)照明體D65對照下所需要的照度。燈光設(shè)計師根據(jù)光源的抑制褪黑素與D65抑制褪黑素的能力相比較,,利用MDER可以直接計算出為滿足照明標(biāo)準(zhǔn)要求,需選用多少照度的燈具,如計算公式(7):

宇極

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  參考文獻:

  [1] 康玉柱.節(jié)律照明表征參數(shù)的概念與計算[J].中國照明電器,2021,1(1)

  [2] CIE S 026/E:2018標(biāo)準(zhǔn)《光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受光響應(yīng)的光輻射計量系統(tǒng)》

  [3] CIE S 026 alpha-opic Toolbox

  [4] CIE S 026 alpha-opic Toolbox User Guide

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