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清大光德：如何有效利用自然光？

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2024-09-24 05:03

1. 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。

2. 自然光的特点

（1）光谱（光的成分）

下图为自然光光谱，其中虚线是眼睛对于光线的响应特性。虽然自然光的光谱非常宽，波长跨度为350-1100nm，但人眼能看得见的光线（可见光）仅仅占自然光的很小一部分，波长为400-700nm左右。在可见光部分，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。

图1. 自然光光谱

（2）显色指数

太阳光的显色指数是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。

（3）色温

色温代表黑体在高温时所发出的光的颜色。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，而且是大幅度变化的，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。自然光色温的变化对人的心理状态会产生影响，但与眼睛的健康无多大关系。

表1. 自然光的色温参考值

（4）照度

自然光的照度也极不稳定，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

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，不适于近距离用眼的情况。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，偶尔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。

自然光的优点：光谱连续且平缓，显色指数高，光线在空间分布的均匀度很好。

自然光的缺点：照度和色温极不稳定，且变化幅度极大。

3. 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、显色指数高、均匀度很好，但照度和色温极不稳定。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，可接受的光线亮度范围非常大（大于75-100Lx即可，且几乎没有上限），可接受的光线色温非常大（2000-10000K影响都不大），对于光线稳定性的要求也不高。所以，自然光是日常生活最理想的光源。

（2）近距离用眼（看书、写字、精细工作）

看书/写字是近距离用眼，眼睛的聚焦非常近，因而对光线的要求非常高，合适的光线亮度只是在一个很小的范围，而且要求光线稳定、柔和。很显然，一般的自然光如此不稳定、且变化幅度如此极大，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：太弱的自然光易引起眼睛的过度调节，导致眼疲劳。而太强的自然光会直接损伤视网膜！！

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

自然光极不稳定，一定要做好日常监测。只要根据监测到的情况作合理应对，那么就可以趋利避害、有效利用自然光了。当然仅靠目测/主观感觉来判断自然光是否合适，既不靠谱，也很费心。有条件的，不妨用护眼光度笔、照度计等光线监测工具来检验室内各处的自然光是否适合于看书或写字。

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