人工天穹光学实验报告

1、人工天穹采光模型实验报告一、 实验目的1、 学会使用照度计检验采光设计效果2、 了解不同光环境实况，分析比较设计方法二、 实验设备、仪器等1、 人工天穹在采光实测时，由于自然天空亮度受季节、时间及测量地点的纬度（太阳的高度角和方位角）的变化，以及受室外气候如天空的云状、云量、刮风、下雨等影响，变化很大。因此，测试结果的可重复性较差。在一固定房间内，要改变房间的比例，窗口尺寸、位置，内表面的颜色和反射系数等参数也是困难的、昂贵的。所以，为了我们需要模拟自然天空，可以用其做光学基础研究，较好的为建筑设计提供理论依据，或用来测试特殊建筑物，以预测、检测采光性质。人工天穹是直径为3.5m的半球壳体。设

2、在四个柱子上，内涂漫反射涂料。灯具发车的光线经天穹内表面多次反射，使天空亮度满足国际照明学会标准全云天空亮度或者均匀亮度分布要求。坡顶屋顶1块，长孔屋面3块（分别是3孔和6孔透明玻璃采光，3孔磨砂玻璃采光）2、 照度计照度计用于测量环境的照度，由光电池（感光元件）及电子液晶表头组成，照度以勒克斯（Lx）为单位分度。三、 实验原理1、 采光系数定义为C=En/Ew * 100%其中：En室内水平面上某一点的由全阴天天空散射所产生的照度，lx；Ew室外无遮挡水平上有全阴天天空散射光所产生的照度，lx。利用人工天穹创造一个全云天环境，测量人工天穹内采光模型内外的照度，得到mini实验环境下的天然采光

3、系数，并与实际房间的测量结果进行比较。四、 实验步骤1、 准备工作：将人工天穹内的光源全部打开，人工创造一个光源，开35分钟后开始测试。（测量前把实验室的窗帘拉下）实验调试步骤见JTI人工天穹使用说明书。灯的仰角尽量指向穹顶中心；灯面保持干净。调整到穹顶的亮度是桌面亮度的3倍。2、 将照度计置于模型顶部，测出室外天空的照度Ew，测6个点取平均值。3、 将建筑模型放在人工天穹的工作台面上，模型内部布置测点，并在测点放置照度计的感应器。测点布置4、 测出工作台面模型测点的水平照度并计算各点的采光系数，并绘制采光系数分布图。5、 绘制该模型采光点位置图，天然光度分布图，并计算各点系数，并绘制采光系数

4、分布图。6、 用白色KT板将模型从中间分割成两个完全一样的小空间，重复4和5，对比不同室型对采光的影响。7、 将黑色材料贴于模型后墙面上，重复4和5，对比不同反光材料对采光的影响8、 更换天窗的形式，重复4和5，对比不同条件天窗对采光的影响。五、 注意事项1、 在建筑模型中标点时，要注意内外在用一条直线上，同时放置照度计时也要上下对齐。2、 在测量内壁为用一种颜色时，其内部各测点只能用同一个照度计进行测量。不能中途更换照度计或使用两个照度计同时进行测量，以避免因照度计而带来的误差。3、 在每个测点位置重复进行3次读书，以消除可能引起的偶然误差4、 人工天穹周围要用黑布围起来以防止外界光源的干扰

5、5、 测量人员在进行测量时，要注意避免自身对光源的反射而给实验结果带来误差六、 实验1、 实验数据整理：Ew（同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的天空漫射光照度）测试点1测试点2测试点3测试点4测试点5测试点6平均值Ew805814830806786776802.8En（由直接或间接地接收来自假定和已知亮度分布的天空漫射光而产生的照度）（1） 混合光（房间正中间设隔板）En6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点194113673777.75测试点2（1）9987783574.75测试点2（2）8378552059测试点310082613068.25测试

6、点487108803577.5测试点5（1）105104973785.75测试点5（2）9083751866.5测试点69895782975平均值94.593.7573.8830.13平均值（除点（2）97.298.276.831.3（注：除此表，其余数据表中的“测试点2”与“测试点5”均为其点（1）的位置，保证不受其他因素影响数据的准确性，并降低误差）（2） 混合光（房间不设隔板）En6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点193104682472.25测试点2117107892484.25测试点3101131772182.5测试点4110106943486测

7、试点5133941044193测试点610496783478平均值109.7106.38529.7（3） 黄光（房间正中间设隔板）En6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点16655371844测试点2644145939.75测试点34666411542测试点44566461442.75测试点57760481550测试点65754421441.75平均值59.25743.214.2（4） 黄光（房间不设隔板）En6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试5测试点27661451348.75测试点368563

8、41142.25测试点46568521550测试点57077571855.5测试点65360421542.5平均值64.26244.814（5） 无光En6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗测试点10000测试点20000测试点30000测试点40000测试点50000测试点60000C（采光系数）（1） 混合光（房间正中间设隔板）C6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点111.7%14.0%8.3%4.6%9.7%测试点2（1）12.2%10.7%9.6%4.3%9.3%测试点2（2）10.2%9.6%6.8%2.5%7.3%测试点3

9、12.0%9.9%7.3%3.6%8.5%测试点410.8%13.4%9.9%4.3%9.7%测试点5（1）13.4%13.2%12.3%4.7%10.7%测试点5（2）11.5%10.6%9.5%2.2%8.3%测试点612.6%12.2%10.1%3.7%9.3%平均值11.8%11.7%9.2%3.8%平均值（除点（2）12.1%12.2%9.6%3.9%（2） 混合光（房间不设隔板）C6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点111.6%12.9%8.42.9%9.0%测试点214.4%13.1%10.9%2.9%10.5%测试点312.2%15.8%9.

10、3%2.5%9.9%测试点413.6%13.2%11.7%4.2%10.3%测试点516.9%12.0%13.2%5.2%11.6%测试点613.4%12.4%10.1%4.4%9.7%平均值13.7%13.2%10.6%3.7%（3） 黄光（房间正中间设隔板）C6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点18.2%6.8%4.6%2.2%5.5%测试点27.7%5.0%5.5%1.1%4.9%测试点35.5%8.0%4.9%1.8%5.1%测试点45.7%8.2%5.7%1.7%5.3%测试点59.8%7.6%6.1%1.9%6.4%测试点67.3%7.0%5.4

11、%1.8%5.4%平均值7.4%7.1%5.4%1.8%（4） 黄光（房间不设隔板）C6孔平天窗3孔平天窗3孔平天窗（磨砂玻璃）3孔单行锯齿形天窗平均值测试点16.6%6.2%4.8%1.5%4.8%测试点29.3%7.5%5.5%1.6%6.0%测试点38.2%6.7%4.1%1.4%5.1%测试点47.8%8.2%6.3%1.8%6.0%测试点58.9%9.8%7.3%2.3%7.1%测试点66.9%7.7%5.4%1.9%5.5%平均值8.0%7.7%5.6%1.7%2、 数据比较（1） 分别对黄光房和混合光房的不同测试点的平均值进行采光系数数据分析：不论房间是否加设隔板，无论为何种光源

12、：6孔平天窗的采光系数最大；3孔单行锯齿形天窗采光系数明显最小。（注：6孔平天窗和3孔平天窗的采光系数相仿，差距不大）相同条件，使用磨砂玻璃比普通玻璃时的采光系数少，差距明显。（2） 以“光源”为不变量，“是否设隔板”为变量，进行采光系数分析：混合光源黄光光源混合光源及黄光光源的测试数据中，测试点2测试点6的数据均为不设隔板的采光系数大，测试点1的数据则设隔板的采光系数大。（3） 以“不设隔板”为不变量，“光源”为变量，进行“窗户形态”采光系数的数据分析：不同窗形的采光系数呈现，混合光源的测试点平均值比黄光大。（4） 以“混合光源”为不变量，对不同测试点的平均值进行采光系数的数据分析：数据显示

13、无论是否加设隔板，测试点5的采光系数最大。设隔板的采光系数最小值为测试点3，不设隔板的采光系数最小值为测试点1。（5） 实验数据（1）中的“测试点2”和“测试点5”的2组数据进行比较测试点2 测试点5以上2图呈现出相同的窗形，测试点X（1）比测试点X（2）的采光系数大3、 数据分析（1） 以上数据比较图说明光源，光源数量，面积，窗户类型，反光材料，测试点均为房间采光系数的影响因素。（2） 数据比较（1）中：以“窗户类型”为研究对象，由于测试数据存在差异，数据基本可以在实验所选用的窗户类型中“6孔平天窗”的采光系数最大，采光最好；3孔单行锯齿形天窗采光系数最小，采光不佳。以“窗户反光材料”为研究

14、对象，说明不同的反光材料会影响采光，很明显“磨砂玻璃”的采光系数明显比“普通玻璃”的小。（3） 数据比较（2）以“面积”为研究对象，房间光源除了天窗外还有3个窗户，如果于房间正中央加设隔板（将天窗光源平均分为2份），则除房顶光源，其他光源量因此而发生改变（左边房间2处，右边房间1处），实验因此而增加了变量，两组数据无法比较，数据失效。（注：理论及生活经验说明面积对照度存在影响，采光系数也因此而改变。同样的光源及数量，面积大者采光系数小。）（4） 数据比较（3）说明相同条件下，“混合光源”的采光系数比“黄光光源”的大，光感更足。（5） 数据比较（4）中相同条件情况下，测试点5的采光系数最大，为光照充沛点。由于设隔板影响光源数量，相较下不设隔板的数据更能说明情况，测试点1的采光系数小，采光稍微薄弱。（6） 数据比较（5）中2图说明相同条件下，光源数量越多，采光系数越大，光感越足。七、 实验结果（1） 实验说明光源，采光点数量，面积，窗户类型，透光材料，采光点均为房间采光系数的影响因素。（2） “光源类型”影响室内采光系数，混合光比黄光光照更好，相较下黄光更柔和。（3） 相同面积，采光点数量越多采光系数