第9章 光污染与防治

1、第第9 9章章 光污染与防治光污染与防治9.1 概述一、光环境（一）光环境包括室内光环境室内光环境和室外光环境室外光环境。 室内光环境主要是指由光(照度水平和分布、照明的形式和颜色)与颜色(色调、色饱和度、室内颜色分布、颜色显现)在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。其功能是要满足物理、生理(视觉)、心理、人体功效学及美学等方面的要求。 室外光环境室外光环境是在室外空间由光照射而形成的环境。仓的功能除了要满足与室内光环境相同的要求外，还要满足诸如节能和绿色照明等社会方面的要求。对建筑物来说，光环境是由光照射于其内外空间所形成的环境。光环境中的光源包括天然光和人工光。（二）光环境有以下的基

2、本影响因素：u (1)照度和亮度：照度和亮度是明视的基本条件。u (2)光色：光色指光源的颜色。按照国际照明委员会(CIE)标准表色体系，将二种单色光(例如红光、绿光、蓝光)混合，各自进行加减，就能匹配出感觉到与任意光的颜色相同的光。人工光源还有显色性，表现出照射到物体时的可见度。还能激发人们的心理反应，如温暖、清爽、明快等。u (3)周围亮度：人们观看物体时，眼睛注视的范围与物体的周围亮度有关。根据实验，容易看到注视点的最佳环境是周围亮度大约等于注视点亮度。u (4)视野外的亮度分布：视野以外的亮度分布指室内顶棚、墙面、地面、家具等表面的亮度分布。u (5)眩光：在视野中由于亮度的分布或范围

3、不当，或在时空方面存在着亮度的悬殊对比，以致引起不舒适感觉或降低观看细部或目标的能力，这种现象称为眩光。u (6)阴影：在光环境中无论光源是天然光或人工光，当光存在时，就会存在着阴影。在空间中由于阴影的存在，才能突出物体的外形和深度，因而有利于光环境中光的变化，丰富了物体的视觉效果。v (三)光环境中光的效果 在光环境中以光为主体产生出下列的效果：u (1)光的方向性效果：光的方向一般有顺光、侧光、逆光、顶光、底光。在光环境中光的方向性效果主要表现在增强室内空间的可见度，增强或减弱光和阴影的对比，增强或减弱物体的立体感。方向性效果对建筑功能、室内表面、人物形象及人们的心理反应都起着重要作用。u

4、 (2)光的造型立体感效果：物体表面上由于光的明暗变化就会产生光的造型立体感效果，简称立体感。在光环境中室内外表面的细部、浮雕、雕塑等都会体现光的这种效果。u(3)光的表面效果：在室内空间中光在各表面上的亮度分布或有无光泽，构成光的表面效果。 表面亮度：室内空间中光在各表面上的反射程度取决于表面与背景之间的亮度比。这种亮度比能为眼睛提供信息，有利于眼睛适应，使视觉功效与工作行为相互协调，并能降低室内眩光。 表面光泽：在室内空间中光照射到表面时，在它的定向反射方向出射强烈的反射光，同时在其他方向因散射而出现少量光，由于反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质，称为表面光泽。u(4)光的色彩效果：

5、光和色彩：光和色彩属于不可分开的领域，对室内光环境来说，光和色彩起着相辅相成的作用。光的反射比与色彩的明度直接相关。可见光的反射比越大，色彩的明度也越大。 色彩效果：在室内光环境中通过光的照射，各种材料的表面会呈现出色彩效果。为了获得明亮的光环境，一般高明度色彩用于室内上部以取得明亮效果，低明度色彩用于室内下部以取得稳定效果，因此在光环境中光除了获得知觉效果以外，还可获得诸如感情、联想等心理效果。9.2 9.2 光度量光度量v一、光的基本特性 光是以电磁波形式传播的辐射能，400780nm称之为可见光，波长大于780nm的为红外线，波长小于400nm的为紫外线、X射线，它们都不能引起人眼的视觉

6、反应。不同波长的可见光在人眼中又产生不同的颜色感觉。单一波长的光表现为一种颜色，称为单色光。全部波长可见光波混合在一起形成日光(白色光)。 人眼对于不同波长的光感受性是不同的，不仅表现在颜色感觉不同，而且表现亮度感觉的不同上。即不同波长的可见光尽管辐射的能量一样，但看起来明暗程度有所不同，说明人眼对不同波长的可见光有不同的主观感觉。在白天，人眼对波长555nm的黄绿色光最敏感。波长偏离555nm愈远，人眼对其感光的灵敏度愈低。 用来衡量电磁波所引起的视觉能力的量，称为光谱光效能。任一波长的可见光的光谱光效能与555nm可见光光谱效能之比，称为该波长的相对光谱效率，用y(入)表示。 相对光谱光效

7、率用以衡量各种单色光的主观感觉量，故又称为单色光的相对视度。v二、光通量 为了描述由不同波长组成的辐射能通量被人眼接收后所引起的总的视觉效应，引入一个新的物理量光通量，用表示，单位是流明（lm)。( )( ) ( )mPVK ( )( )( )500683mmlmPVKnmKlm 波长为 的光通亮波长为 的辐射能通量（辐射源在单位时间内发射的能量），W波长为 的光谱视觉效率最大光谱光视效能，在 时，v多色光的光通亮为各单色光之和n12mPV （ ）（ ）+（ ）+ K （ ）（ ）v三、发光强度 光源在空间某一方向上光通量的空间密度，称为光源在这一方向上的发光强度，以I表示，单位为坎德拉（cd

8、)。 大多数光源的发光强度因方向而异。40W的白炽灯泡在未加灯罩前，正下方的光强约为30cd，加上一个不透光的搪瓷灯罩后，原来向上发出的光通量大都被灯罩朝下反射，使下方的光通量密度增大，光强由30cd增至73cd左右。v四、光照度 照度（E)表示被照面上的光通量密度，即被照面单位面积S上接受的光通量数值，表示被照面的照射程度。ES照度的常用单位是勒克斯，简称勒（lx)1 勒克斯表示1流明的光通量均匀的分布在1平方米的被照面上。v照度（E)和光强(I)的关系 当光源直径与它至被照面距离足够小时，可把光源视为点光源。 设光源在某一方向上的发光强度为I，被照面与点光源之间的距离为r，则照度与光强成正

9、比，与距离的平方成反比，称为距离平方方比定律。2rIE 2cosrIE光线垂直入射到被照面，入射角为零时光线与表面法线成角时，即入射角不为零时 对同一光源，光源光照面越远，光照面上的照度越小，光源距离光照面越近，光照面上的照度越大。v五、光亮度 亮度是发光体在视线方向单位面积上的发光强度，是唯一能直接引起眼睛视感觉的量。 发光体在视网膜上成像所形成的视感觉与视网膜上物像的照度成正比，物像的照度越大，就会感觉越亮。而该物像的照度是与发光体在视线方向的投影面积成反比，与发光体在视线方向的发光强度成正比。亮度表示为ddcosILv一、光源v（一）天然光源 太阳光由两部分组成，一部分是一束直射平行光。

10、光的方向随着季节与时间做有规律的变化，称为直射阳光；另一部分，是整个天空的散射光。直射光和散射光的比例，随太阳亮度与天气而变化，天气愈晴，太阳的高度角愈高，直射阳光所占的比例愈高。9.3 光源、光环境评价与质量标准v 直射阳光由于强度高、变化快，容易引起眩光或室内过热，故一些工作场所车间、计算机房、体育馆都需要遮蔽阳光。v 天空散射光比较稳定柔和，常常作为建筑物采光的主要光源，天空的平均亮度与天气有关，非常晴朗天约8000cdm2，略阴天约为4700cdm2，浓云天为800cdm2。v（二）人工光源电光源v（1）白炽灯v（2）弧灯（碳弧灯、钠弧灯）v（3）激光器v（4）荧光灯v二、 光环境的测

11、量仪器v1.照度计 光环境测量常用的物理测光仪器是光电照度计。最简单的照度计由硒光电池和微电流计构成。硒光电池是把光能转换成电能的光电元件。光生电动势的大小与光电池受光表面光照度有一定的比例关系。如果接上外电路，就会有电流通过。以微安表指示出来，光电流的大小决定于入射光的强弱和回路中的电阻。硒光电池照度计v2. 亮度计 测量光环境亮度或光源亮度用的亮度计有两类，一类是遮筒式亮度计，测量面积较大，亮度较高的目标。筒的内壁是无光泽的黑色饰面，筒内设有若干光阑遮蔽杂散反射光。在筒的一端有圆形窗口，面积为A，另一度端设光电池C，通过窗口，光电池可接受亮度L的光源照射，若窗口的亮度为L，则窗口的光强为L

12、A，在光电池上产生的照度为E22LAElELlA亮度计v三、天然光环境评价 天然光强度高，变化快，不易控制，因而天然光环境的质量评价方法和评价标准有许多不同于人工照明的地方。 采光设计标准是评价天然光环境质量的准则，也是进行采光设计的主要依据。工业发达国家大都通过照明学术组织编制本国的采光设计规范、标准或指南，国际照明委员会(CIE)1970年曾发表有关采光设计计算的技术文件，其后又组织各国天然采光专家合作编写了CIE天然采光指南，我国2001年发布了建筑采光设计标准(GBT50033-2001)。v（一)采光系数v 在利用天然光照明的房间里，室内照度随室外照度即时变化。因此，在确定室内天然光

13、照度水平时，须同室外照度联系起来考虑。通常以两者的比值，作为天然采光的数量指标，称为采光系数，符号为C，以百分数表示。采光系数定义为室内某一点直接或间接接受天空漫射光所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的天空漫射光照度之比，即100%nwECEEn室内某点的天然光照度，lxEw与En同一时间，室内无遮挡的天空在水平面上产生的照度某点的光照度，lxv（二） 采光系数标准 作为采光设计目标的采光系数标准值，是根据视觉工作的难度和室外的有效照度确定的。室外有效照度也称临界照度，是人为设定的一个照度值。当室外照度高于临界照度时，才考虑室内完全用天然光照明，以此规定最低限度的采光

14、系数标准。视觉作业场所工作面上的采光系数标准值视觉作业场所工作面上的采光系数标准值v二、人工光环境的评价 为了建立人对光环境的主观评价与客观的物理指标之间的对应关系，世界各国的科学工作者进行了大量的研究工作，通过大量视觉功效的心理物理实验，找出了评价光环境质量的客观标准，为制订光环境设计标准提供了依据。 (一)适当的照度水平 对办公室和车间等工作场所在各种照度条件下感到满意的人数百分比调查结果表明，随着照度的增加，满意人数百分比也增加，最大百分比约1 5003 000 lx，照度超过此数值范围，满意人数反而减少。不同工作性质的场所对照度值的要求不同，适宜的照度应当是在某具体工作条件下，大多数人

15、都感觉比较满意且保证工作效率和精度均较高的照度值。v1照度标准 确定照度标准要综合考虑视觉功效、舒适感与经济、节能等因素。照度并非越高越好，提高照度水平对视觉功效只能改善到一定程度。无论从视觉功效还是从舒适感考虑选择的理想照度，最终都要受经济水平，特别是能源供应的限制。所以，实际应用的照度标准大都是折衷的标准。照度标准的三个不同数值国际照明委员会对不同作业和活动推荐的照度v2照度均匀度 对一般照明的评价还应当提出照度均匀度的要求。照度均匀度是表示给定平面上照度分布的量。照度均匀度可用工作面最小照度与平均照度之比表示。规定照度的平面(参考面)往往就是工作面，通常假定工作面是由室内墙面限定的距地面

16、高0.700.80m高的水平面。一般照明是为照亮整个假定工作面而设的均匀照明，不考虑特殊局部的需要。照度均匀度不得低于0.7，CIE建议值为0.80v3空间照度 在交通区、休息区、大多数的公共建筑，以及居室等生活用房，照明效果往往用人的容貌是否清晰和自然来评价。在这些场所，适当的垂直照明比水平面的照度更为重要。近年来已经提出两个表示空间照明水平的物理指标：平均球面照度与平均柱面照度，后者有更大的实用性。v空间一点的平均柱面照度定义：在该点的一个假想小圆柱体侧面上的平均照度，圆柱体的轴线与水平面相垂直，并且不计圆柱体两端面上接受的光量。实际上，它代表空间一点的垂直面平均照度。v(二)舒适的亮度比

17、和亮度分布 舒适的亮度比和亮度分布是对工作面照度的重要补充。人眼的视野很宽，在工作房间里，除了视看对象外，工作面、顶棚、墙、窗户和灯具等都会进入视野，这些物体的亮度水平和亮度对比构成人眼周围视野的适应亮度，若亮度相差过大，则会加重眼睛瞬时适应的负担，或产生眩光，降低视觉功效；此外，房间主要表面的平均亮度，形成房间明亮程度的总印象，其亮度分布使人产生不同的心理感受。因此，舒适并且有利于提高工作效率的光环境还应具有合理的亮度分布。v(三)避免眩光干扰 眩光俗称“晃眼”，CIE对眩光定义为：眩光是一种视觉条件。这种条件的形成是由于亮度分布不适当，或亮度变化的幅度太大，或空间、时间上存在着极端的对比以

18、致引起不舒适或降低观察重要物体的能力，或同时产生这两种现象。 眩光按产生方式不同分为直接眩光和反射眩光。前者是光线直接进入眼内而产生，后者是光线被物体表面反射后进人眼内而形成。v 反射眩光又分光幕反射、伸展反射、弥漫反射和混合反射。v 根据眩光对视觉的影响程度，可分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光的出现会导致视力下降，甚至丧失视力。不舒适眩光的存在使人感到不舒服，影响注意力的集中，时间长会增加视觉疲劳，但不会影响视力。9.4 光污染(一)光污染的产生 光污染是现代社会中伴随着新技术的发展而出现的环境问题。当光辐射过量时，就会对人们的生活、工作环境以及人体健康产生不利影响，称之为光污染。v 狭义

19、的光污染指干扰光的有害影响，其定义是“已形成的良好的照明环境，由于逸散光而产生被损害的状况，又由于这种损害的状况而产生的有害影响，逸散光指从照明器具发出的，使本不应是照射目的的物体被照射到的光。v 干扰光是指在逸散光中，由于光量和光方向，使人的活动、生物等受到有害影响，即产生有害影响的逸散光。v 广义光污染指由人工光源导致的违背人的生理与心理需求或有损于生理与心理健康的现象，包括眩光污染、射线污染、光泛滥、视单调、视屏蔽、频闪等。广义光污染包括了狭义光污染的内容。 光污染其特点是光污染是局部的，随距离的增加而迅速减弱；在环境中不存在残余物，光源消失，污染即消失。v (二)光污染的来源 光污染主

20、要来自两个方面：n 一是指城市建筑物采用大面积镜面式铝合金装饰的外墙、玻璃幕墙所形成的光污染；n 二是指城市夜景照明所形成的光污染。n 此外，由于家庭装潢引起的室内光污染也开始引起人们的重视。v(三)光污染的分类 目前，国际上一般将光污染分成三类，即：白亮污染、人工白昼和彩光污染。F 1白亮污染 阳光照射强烈时，建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃白亮，炫眼夺目。F 2人工白昼 夜间，广告灯、霓虹灯闪烁夺目，强光束甚至直冲云霄，夜间照明过度，使得夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼。F 3彩光污染 舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光

21、污染。v(四)光污染的危害 光污染的危害主要体现在对人的活动的影响和对动植物的影响两个方面。v 1对人的影响F (1)对附近居民的影响F (2)对行人的影响F (3)对交通系统的影响 F (4)对天文观测的影响v2对动植物的影响F (1)对动物的影响F (2)对植物的影响9.5 光污染防治技术 光污染按照光波波长分为可见光污染、红外线污染和紫外线污染三类，分别采用不同的防治技术。v一、可见光污染防治 可见光污染中危害最大的是眩光污染。眩光污染是城市中光污染的最主要形式，是影响照明质量最重要的因素之一。 眩光程度主要与灯具发光面大小、发光面亮度、背景亮度、房间尺寸、视看方向和位置等因素有关，还与眼睛的适应能力有关。所以眩光的限制应分别从光源、灯具、照明方式等方面进行。光源位置对眩光的影响v(一)直接眩光的限制 限制直接眩光主要是控制光源在角为4590范围内的亮度。 一般有两种方法，一种是用透光材料减弱眩光；一种是用灯具的保护角加以控制。此两种方法可单独采用，也可同时使用。需要限制亮度的照明器发光区域 控制直接眩光，除了可以通过限制灯具的亮度和表面面积，通过使灯具具有合适的安装位置和悬挂高度，保证必要的保护角外，还有增加眩光源的背景亮度或作业照度的方法。增加背景亮度，眩光作用减小，但眩光亮度很大时，增加背静亮度就不起作用，会成为新的眩光源。v(二)反射眩光和光幕反