UGR (Unified Glare Rating) означает единый индекс бликов – это числовой способ определить, насколько ярким светильник выглядит с определённого места. О том, почему и как он появился, мы расскажем в этой статье.
Когда начали появляться офисы с большим количеством компьютеров, существовала серьёзная проблема, связанная с отражением осветительных приборов на экранах ПК. Конечно, производителям экранов не потребовалось много времени, чтобы перейти на экраны с низким коэффициентом отражения, но блики на экранах стали причиной возникновения первых стандартов освещения.
До 2002 года для освещения европейских офисов использовался стандарт Cat 2. Одним из ключевых параметров этого стандарта было то, что угол между потолком и лучами распространяемого от светильника света (угол отсечки) должен был составлять не менее 65°. Чтобы добиться этого, лампы помещали в углублённые светильники, значительно урезая их угол рассеивания, либо же использовали растровые светильники с зеркалами внутри, свет в которых рассеивался между зеркалами и попадал в помещение уже отражённым, тем самым уменьшая количество бликов.
После 2202 года использовались стандарты Lighting Guide 3, Light Guide 7 и UGR19.
UGR на самом деле не является каким-то сводом правил по установке светильника в офисе. UGR — это обобщённый индекс комфорта, который высчитывается для определённого помещения. Поэтому не существует такого понятия, как светильник, соответствующий стандарту «UGR19». Существуют светильники, которые работают таким образом, что поддерживают схему, совместимую с UGR, но соответствие может быть доказано только после того, как светильник будет установлен и индекс будет рассчитан с учётом всех особенностей мебели и источников света. Если производитель заявляет о соответствии UGR19 прямо на коробке, то это ещё не значит, что в помещении, где этот светильник будет установлен, UGR будет иметь такое же значение.
Показатель единого индекса бликов (Unified Glare Index) рассчитывается по следующей формуле:
UGR = 8 log [0.25/Lb Ʃ(L2ω/p2)]
L представляет собой значение яркости светильника.
Lb — значение яркости фона
Ω — угол отсечки светильника, видимый зрителем.
p — индекс Гута — это фактор, основанный на вероятности ослепления, известный как вероятность визуального комфорта.
Знак сигмы (Ʃ) означает, что уравнение включает все приборы в пространстве.
Из значений, требуемых в уравнении, вы можете видеть, что расчет UGR может быть точным только при применении к физическому пространству. Его нельзя измерить в тестовой комнате.
Так почему UGR19 используется сейчас?
После Cat 2 казалось, что появилась возможность сделать внутреннее освещение более мягким и щадящим. Уровень освещенности падал, благодаря наличию компьютерных мониторов на каждом столе, и это было похоже на комфортные для работы технологии, но световые решения для офисов оказались слишком яркими.
На самом деле происходит повышение уровня освещенности. Светодиодные панели доступны с выходной мощностью 4000 Лм, и весь этот свет доставляется на рассеивающую поверхность светильника, а не глубоко в недрах системы рефлектор/жалюзи. Инсталляции со 100-процентным прямым освещением вернулись с удвоенной силой, используя гораздо более яркие светильники и создавая более темную фоновую освещенность.
На этот раз проблема заключается не в ярких панелях, создающих отражения на экране. Это проблема чрезмерно ярких светильников, доставляющих избыток света прямо в глаза, поэтому ожидайте сообщений о новых головных болях, мигрени, проблемах со зрением и прогулах персонала.
Не стоит очаровываться большими числами и яркими пространствами, иначе работники не смогут выполнять свои задачи должным образом. Прямые и отраженные блики ухудшают зрительную работоспособность и зрительный комфорт. Прямые блики могут происходить от естественного света или искусственных источников света. Зато отраженные блики возникают вследствие отражения от блестящих поверхностей. Прямые блики оцениваются обобщенным показателем дискомфорта. Минимальные значения ослабления бликов определены в стандартах. Чем меньше значение UGR, тем слабее блики.
≤ 16 Выполнение схем, чертежей ≤ 19 Чтение, письмо, классные комнаты, работа с компьютером ≤ 22 Работа в промышленности и торговле, приемные ≤ 25 Грубые работы, лестницы ≤ 28 Коридоры
Идеальным для офиса считается индекс UGR19, однако допустимым для офисных помещений может быть UGR от 18,5 до 20. Если индекс выше, то светильник предназначен скорее для промышленных помещений или торговых залов. Стоит обращать внимание на этот параметр при выборе осветительных приборов.
Обобщенный показатель дискомфорта UGR является мерой слепящего действия, которое может производить установка внутреннего освещения. В России он рассчитывается согласно методике, приведенной в ГОСТ 33392-2015 [1]. В мировой практике показатель UGR стал неотъемлемой частью стандартов внутреннего освещения рабочих мест, таких как CIE S 008 (CIE 2001), европейский стандарт EN12464-1 (CEN, 2011), китайский стандарт GB50034 (CABP 2014) и российский ГОСТ Р 55710-2013. Если учитывать ряд ограничений по расчету, то показатель можно посчитать для большинства стандартных офисных зданий. На данный момент в нормах нет рекомендаций, как его измерить, есть только научные работы на эту тему. А если нельзя измерить, то как его проверить? И здесь на помощь приходят статистика и экспериментальные данные. То есть по значению UGR делается прогноз слепящего действия по шкале дискомфорта в пределах 10–28 (табл. 1). Эти значения определены экспериментальным путем и привязаны к реальным значениям яркости источника света и адаптации, а также к размеру и положению источника относительно линии наблюдения. Все, что ниже 10, является комфортным или незаметным для наблюдателя, все, что выше 28, будет слепить большинство наблюдателей. Если значения выходят за определенные рамки, например оцениваются источники низкой яркости (менее 1000 кд/м 2 ) или слишком высокой, то получается значение UGR, выпадающее за пределы шкалы.
Таблица 1. Значения шкалы дискомфорта
Значение UGR
Шкала дискомфорта
В вышеперечисленных стандартах описан табличный метод определения UGR. Суть данного метода состоит в том, что для светильника рассчитывается таблица значений UGR для помещений различных размеров, кратных высоте H, а также для помещений с различными коэффициентами отражения потолка/стен/пола. Он позволяет оценить среднее значение UGR и удобен для сравнения «яблок с яблоками». То есть по таким таблицам можно сравнивать однотипные светильники. У данного метода есть много ограничений: его можно применять только для одинаковых светильников с симметричными КСС, размещенных в прямоугольном помещении в заданной сетке расположения, с конкретными значениями отражения поверхностей и конкретными позициями и направлениями линии наблюдения. Пример такой таблицы для светильников длиной 1,2 м и световым потоком 3300 лм с линзами LEDiL C17164_LINNEA-GC2-110, C17166_LINNEA-GC2-60 и DAISY-MINI-WW-D приведен на рис. 1. Поскольку табличный метод можно применять для ограниченного набора стандартных помещений и использовать для каждого типа светильника отдельно и выбирать, какой из типов будет слепить больше, данный метод не получил широкого распространения.
Рис. 1. Таблицы UGR для линз Linnea-CG2 и DAISY-MINI-WW-D длиной 1,2 м и световым потоком 3300 лм
В настоящее время UGR рассчитывается исходя из следующего требования: плоскость линии зрения стандартного наблюдателя располагается на высоте 1,2 м от пола, наблюдатель находится на расстоянии 1 м до рабочей плоскости [1]. Для расчета используется следующая формула:
где Li — габаритная яркости i-го источника света в направлении наблюдателя; Lb — яркость фона; ωi — телесный угол светящихся частей i-го светильника из точки наблюдения; pi — индекс позиции по Гуту, учитывающий положение светильника в поле зрения. Чем дальше от центральной линии зрения находится источник света, тем больше значение индекса позиции Гута, соответственно, если светильник расположен на оси, то он слепит больше, если на периферии, то меньше.
Как видно, в формуле (1) учтена логарифмическая зависимость чувствительности глаза к уровню яркости. В числителе имеется квадрат габаритной яркости светящей части в направлении глаз наблюдателя, а в знаменателе — яркость адаптации. Получается, что при снижении яркости адаптации в 10 раз показатель или увеличении яркости источника в 3,16 раза UGR по формуле (1) возрастает на 8 единиц.
Метод расчета UGR по формуле (1) в стандартной точке именуется как «точечный» метод. При этом шкала UGR разрабатывалась для источников с равномерным распределениям яркости, а источники с неравномерным распределением не принимались во внимание. Современные работы показывают, что при большой неравномерности яркости по светящей поверхности светильников современные формулы расчета UGR не согласуются с реальными ощущениями [3, 4]. Поэтому выход из данной ситуации состоит в ограничении и равномерном распределении яркости по поверхности, чтобы повышать комфортность осветительных установок. Поэтому оптический дизайн важен для снижения слепящего действия, и нужно максимально сглаживать переходы от ярких точек к менее ярким на световой поверхности линзы. Ведь именно резкие перепады яркости, согласно последним исследованиям, являются причиной дискомфорта.
Сегодня наиболее часто используется точечный метод расчета UGR. По формуле (1) вычисляется суммарное действие от каждого светильника. Ранее мы упоминали, что табличный метод привязан к стандартным условиям, а точечный метод позволяет обойти ограничения табличного метода: можно делать расчеты для светильников с различными КСС в помещениях произвольной формы, меняя положение наблюдателя в помещении. Расчет легко выполняется в любой современной светотехнической программе (например, DIALux, Relux). Но в точечном способе тоже есть недостатки [5], и главный состоит в том, что рассчитанное значение UGR в некоторых случаях очень чувствительно к положению наблюдателя и не всегда отражает реальную картину по возможному слепящему действию реальной установки. В [2] показано, что при расчете UGR в стандартной точке на высоте 1,2 м, расположенной по центру помещения на расстоянии 1 м от торцевой стены, значения могут в большой степени зависеть от размера и взаимного расположения светильников относительно расчетной точки, от типа светораспределения, и в некоторых случаях эта величина колеблется в очень широких пределах, порой до 10 единиц и более. При этом в рекомендациях для большинства общественных и промышленных помещений значение UGR указано в пределах 14–25, что укладывается в 12 единиц. В некоторых случаях при выборе светильника по параметру UGR на основе точечного расчета, некорректный результат может быть причиной исключения светильника из проекта из-за превышения показателя UGR всего на одну единицу. Тогда как погрешность расчета может в несколько раз превышаеть эту единицу.
Рис. 2. Распределение яркости по поверхности линзы LINNEA-GС2
В [2] предложен метод усреднения показателя на плоскости, позволяющий провести более точный расчет значения UGR для любой установки внутреннего освещения вне зависимости от стандартного размещения светильников или помещения, а также учитывая различные типы светильников. Метод позволяет рассчитывать значения UGR, по которым можно проводить анализ того, удовлетворяет установка требованиям стандартов освещения рабочего места или нет.
Суть данного метода состоит в том, что UGR рассчитывается не в точке, а в некоторой плоскости, ограниченной шагом светильников в продольной и поперечной плоскости. Расчетная сетка при этом состоит из 10×10 точек. Значение UGR по всем точкам плоскости усредняется и в итоге становится менее зависимым от положения наблюдателя и светильника. Для удобства данный метод будем называть «сеточным».
Сравним точечный и сеточный методы, чтобы наглядно продемонстрировать суть проблемы расчета UGR. Для этого возьмем эталонное помещение со встроенными в потолок светильниками на высоте 3,2 м, так что они находятся на высоте H = 2 м над высотой наблюдателя (1,2 м — высота глаз сидящего человека). Значения UGR, полученные в данных условиях, сравнимы и с данными табличного метода. Поэтому такое помещение считается эталонным. Размеры помещения составляют 4H×8H, а значения коэффициента отражения потолка, стен и пола — 70, 50 и 20% соответственно. Коэффициент эксплуатации устанавливается равным 1.
Для сравнения были выбраны три типа линейных, встроенных в потолок светильников длиной 1,2 м, с очень разными линзами от компании LEDiL:
КСС линз представлены на рис. 3.
Рис. 3. КСС линз LINNEA-GC2-110 (слева), LINNEA-GC2-60 (по центру) и DAISY-MINI-WW-D (справа)
На рис. 4 показано, как расположены светильники в помещении, и представлено распределение освещенности в фиктивных цветах для трех выбранных типов светильников. Компоновка подобрана таким образом, что средняя освещенность рабочей плоскости составляет около 600 лк.
Рис. 4. Распределение освещенности по помещению и значения UGR на высоте 1,2 м в торце помещения. Вверху приведены значения, полученные на базе точечного метода, внизу — на базе сеточного метода
Как видно на рис. 4, расхождение показателя UGR для обоих светильников с линзами LINNEA-GC2 находится в пределах одной единицы. А для светильника с линзами DAISY-MINI-WW-D, которые формируют наиболее резкий защитный угол, результат расходится в три единицы. В чем причина этого расхождения? Чтобы убедиться, что это проблема именно точечного метода расчета, выполним следующий тест: в одном случае сделаем расчет UGR по всему помещению для исходных светильников длиной 1,2 м, а во втором случае раздробим каждый светильник на четыре части длиной 0,3 м каждая. Результаты такого расчета представлены на рис. 5.
Рис. 5. Распределение UGR по помещению на высоте 1,2 м
В случае с оптикой LINNEA-GC2-110 длиной 1,2 м значения показателя UGR меньше зависят от положения наблюдателя, так как светораспределение в зоне слепящего действия (для углов выше 50° от оптической оси светильника) не ограничено так резко, как, например, у DAISY-MINI-WW-D.
В случае LINNEA-GC2-60 видно, что диапазон показателя UGR по помещению колеблется в более широких пределах. У линзы DAISY-MINI угол излучения 60° — такой же, как у LINNEA-GC2-60, но из-за более резкого перехода КСС в зоне 57–90° от оси при расчете по формуле (1) возникают казусы. И мы наблюдаем резкие колебания значения UGR. То есть, судя по расчету, для человека, стоящего в одной точке, дискомфорт будет «незаметным» (UGR = 10). Если сделать шаг в пределах 0,3 м, он возрастет до ощутимого UGR = 16, а еще через шаг уровень дискомфорта станет UGR = 18. Заметим, что распределение значений UGR заметно меняется от способа представления светильника, чего, по идее, быть не должно. Проблема именно в методе расчета.
Почему же UGR так сильно меняется при изменении положения наблюдателя? Когда светильники находятся прямо над или позади наблюдателя, они выпадают из поля зрения и больше не вносят свой вклад в значение UGR. Если светильники достаточно удалены от наблюдателя и силы света в этом направлении ограничены, то они не вносят вклад в UGR. Поэтому если светильники имеют резко ограниченную КСС, они обеспечивают более низкое значение UGR, но при этом наблюдается больший разброс при расчете UGR по формуле (1) в зависимости от взаимного расположения наблюдателя и светильников.
Большой разброс UGR при смещении наблюдателя всего на 0,3 м не может быть физически обоснованным, так как смещение значительно меньше размера светильника. Эта ошибка вызвана тем, что в Dialux (так же как и в других современных программах) вклад светильника в UGR оценивается только относительно центральной точки светильника (рис. 6). В нашем примере линейные светильники образуют непрерывную линию на потолке, распределение яркости (и, следовательно, значение UGR) для наблюдателя, смотрящего вдоль этой непрерывной линии, не может сильно изменяться в зависимости от положения наблюдателя. Если светильник длинный и угол излучения в зоне защитного угла у него резко ограничен, то из определенных точек вклад по формуле (1) будет нулевым.
Рис. 6. Расчетная точка определения угла в формуле UGR: слева в случае светильника длиной 1,2 м; справа линии, разбитые на несколько частей
Построим график изменения UGR на линии, проходящей на высоте 1,2 м вдоль центра помещения. На рис. 7 видно, что для линзы LINNEA-GC2-60 в случае светильника 1,2 м колебания UGR находятся в пределах 10–19 (разница в пределах 9 единиц), а при дискретизации светильника на более мелкие части — 13–19 (в пределах 6 единиц). Для DAISY-MINI-WW 1,2 м — 12–23 (9 единиц), для 0,15 м — 11–19 (8 единиц). Это показывает, что вариации, наблюдаемые при расчете точки UGR, частично вызваны самим методом расчета и не связаны с изменением реального слепящего действия в установке. При этом если значения усреднить, то значение по сеточному методу получается очень близким к значению в точке стандартного наблюдателя. Если позицию светильника изменить относительно стандартного наблюдателя, то значение может колебаться в широких пределах. В случае усреднения по плоскости получается значение UGR, более приближенное к реальному и менее зависимое от взаимного расположения наблюдателя и светильника. Ведь в проектной практике бывает так, что для достижения более низких показателей светильники сдвигают. Что в корне неверно. Применение усредняющей поверхности позволяет избегать возможности манипулирования значениями UGR.
Рис. 7. Значения UGR вдоль центральной линии помещения в зависимости от длины светильника
И напоследок оценим значения, полученные табличным, точечным и сеточным методами (табл. 2).
Зрительный комфорт — одно из базовых условий организации освещения различных пространств. Для качественной и количественной оценки степени дискомфорта для человеческих глаз, который создаётся источником света, специалисты ввели понятие — обобщённый показатель дискомфорта UGR (Unified Glare Rating).
Последствия для здоровья
В последних годы большое распространение получили светодиодные световые приборы. Одной из их особенностью является яркий направленный свет с большой светоотдачей — существенно более высокой, чем у других используемых источников света.
Помимо этого, нас постоянно окружают мобильные телефоны, другие гаджеты, компьютеры. Все они излучают свет, иногда сопровождаемый бликами. Как следствие этого светового воздействия могут появляться и развиваться следующие негативные последствия для здоровья:
Единицы измерения и методы расчёта
Для расчёта UGR используются специальные формулы. Исходными данными являются следующие параметры:
Чтобы измерять уровень UGR, учёные ввели цифровую шкалу с градацией от 10 до 30 единиц. Шаги деления соответствуют значениям 13, 16, 19, 25, 28. Чем число меньше, тем комфортнее освещение. Обобщённый показатель дискомфорта не должен превышать 19, если светильник нужен для чтения, письма, выполнения домашних заданий, работы за компьютером. Чем жёстче требования к качеству искусственного освещения, тем меньше должен быть уровень UGR.
Чтобы измерить этот показатель, применяются специальные приборы. Нужные данные рассчитываются программно. При этом во внимание принимаются различные точки освещения в разных начальных условиях. Иногда UGR измеряется табличным способом. Но это делается нечасто, поскольку его достоверность небольшая. Это связано с использованием «стандартных» исходных данных, как правило, не совпадающих с реальными значениями в той или иной ситуации.
UGR, собственно, не является характеристикой светильника. Комфортность восприятия света зависит не только от свойств осветительного прибора, но и от других факторов — освещённости помещения в целом, коэффициентов светоотражения поверхностей, угла падения светового потока, взаимного расположения источников света в окружающем пространстве.
Методы снижения UGR
Снизить UGR и уменьшить слепящий эффект можно несколькими способами:
Проблема слепящего эффекта еще никогда не стояла так остро, как сейчас. Дело в том, что светодиодные светильники, которые стали использоваться почти повсеместно, создают более интенсивный направленный свет и обладают самой высокой светоотдачей по сравнению со всеми известными ранее источниками света.
Кроме того, и дома и на работе мы постоянно пользуемся смартфонами, компьютерами, телевизорами и другой техникой с мониторами, блики на которых раздражают глаза. Несмотря на то, что с каждым годом экраны компьютеров делают все менее восприимчивыми к яркому свету, эта проблема все еще актуальна.
Негативными последствиями высокой слепимости светильников являются:
UGR рассчитывается с использованием формулы, которая учитывает ряд факторов, такие как угол рассеивания светильника, световой поток, фоновая яркость, вероятность появления бликов. Показатель UGR измеряется по шкале от 10 до 30 единиц с шагом, соответствующим 13, 16, 19, 22, 25, 28. Чем ниже показатель, тем меньше слепимость. Для чтения, письма, работы за компьютером, тренировок, отдыха, учебы, рекомендуется показатель UGR
Замер UGR происходит в специальном оборудовании, после чего программа выдает данные по UGR, полученные из различных точек и при разных заданных условиях. UGR может замеряться табличным методом, но будет актуален на 100% только в «стандартных» вводных условиях, которые в реальной жизни встречаются крайне редко.
Истинный UGR достаточно трудно измерим, поскольку является не характеристикой самого светильника, а отражает общую степень комфорта в помещении. На это влияет совокупность ряда факторов, таких как общая освещенность, коэффициенты отражаемости всех поверхностей помещения, угол под которым просматривается источник света, положение светильников и еще ряд факторов. Таким образом, UGR одного и того же светильника даже в одном и том же помещении не статичен. Он меняется при различных сценариях освещения и степени освещенности естественным солнечным светом.
Зрительный комфорт — одно из базовых условий организации освещения различных пространств. Для качественной и количественной оценки степени дискомфорта для человеческих глаз, который создаётся источником света, специалисты ввели понятие — обобщённый показатель дискомфорта UGR (Unified Glare Rating).
Последствия для здоровья
В последних годы большое распространение получили светодиодные световые приборы. Одной из их особенностью является яркий направленный свет с большой светоотдачей — существенно более высокой, чем у других используемых источников света.
Помимо этого, нас постоянно окружают мобильные телефоны, другие гаджеты, компьютеры. Все они излучают свет, иногда сопровождаемый бликами. Как следствие этого светового воздействия могут появляться и развиваться следующие негативные последствия для здоровья:
Единицы измерения и методы расчёта
Для расчёта UGR используются специальные формулы. Исходными данными являются следующие параметры:
Чтобы измерять уровень UGR, учёные ввели цифровую шкалу с градацией от 10 до 30 единиц. Шаги деления соответствуют значениям 13, 16, 19, 25, 28. Чем число меньше, тем комфортнее освещение. Обобщённый показатель дискомфорта не должен превышать 19, если светильник нужен для чтения, письма, выполнения домашних заданий, работы за компьютером. Чем жёстче требования к качеству искусственного освещения, тем меньше должен быть уровень UGR.
Чтобы измерить этот показатель, применяются специальные приборы. Нужные данные рассчитываются программно. При этом во внимание принимаются различные точки освещения в разных начальных условиях. Иногда UGR измеряется табличным способом. Но это делается нечасто, поскольку его достоверность небольшая. Это связано с использованием «стандартных» исходных данных, как правило, не совпадающих с реальными значениями в той или иной ситуации.
UGR, собственно, не является характеристикой светильника. Комфортность восприятия света зависит не только от свойств осветительного прибора, но и от других факторов — освещённости помещения в целом, коэффициентов светоотражения поверхностей, угла падения светового потока, взаимного расположения источников света в окружающем пространстве.
Методы снижения UGR
Снизить UGR и уменьшить слепящий эффект можно несколькими способами:
