第六章建筑光环境课件

1、第6章 建筑光环境光环境基本度量及各参数使用对象和相互联系知识要点：人与视觉环境的关联室内一般天然采光概念人工光源和灯具的光学特性基础人工光环境质量与评价人工照明节能措施概略第6章 建筑光环境光环境控制的意义 减少视觉疲劳，保证视觉健康和身心健康人工照明能耗 提高劳动生产率 降低能耗 空调能耗光污染 玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附近建筑的室内光环境。第6章 建筑光环境第6章 建筑光环境 知识框架材料的光学特性颜色的基本概念人眼的视觉特征光气候与采光标准采光及天然光环境人工光源及其灯具 照明方式和照明种类人工光环境质量与评价建筑光环境视觉环境天然光环境光学基本知识视觉功效照

2、明对视觉的影响天然光环境设计人工光照明光与颜色基本知识人工照明节能室内工作照明设计基础6.1 光与颜色的基本知识6.1.1 光学基本知识光是以电磁波形式传播的辐射能。较短的波长为主较长波长为主1。光的基本特性什么是光在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。单一波长的光呈现一种颜色。不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。 日光和灯光都是由不同波长的光混合而成的复合光，复合光中，不同波长光参数的量值关系形成了“光谱”。6.1.1 光学基本知识红橙黄绿蓝绿蓝蓝紫紫黄绿波长/m光谱光视效率V( )视感觉/lm/W暗视觉明视觉3cd/m2波长/nmCIE光谱光视效率

3、V( )曲线507nm555nm人眼在观看同样功率的辐射时, 在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光视效率V()来表示。光谱光视效率1。光的基本特性明视觉：V()max对应波长555nm (黄绿光)暗视觉：V()max为 507nm (蓝绿光)国际照明委员会：Commission Internationale De LE-clairage定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中被人眼感觉到的光的能量(波长380780nm)称光通量。CIE光谱光视效率:V()曲线查得最大光谱光视效能，Km=683 lm/W辐射转换成光

4、的参量白炽灯日光灯100W40W1250 lm2500 lm12.5 lm/W62.5 lm/W波长为的单色辐射能通量/W，由光源的辐射光谱得到物理意义：衡量光源向四周发射光的能力的大小 光通量/流明(lm) 6.1.1 光学基本知识2。光的量度光电转换差距大光强度I(又称光强、发光强度)/坎德拉(1cd=1lm/sr)立体角：rA点光源/均匀扩散：40W物理意义：反映光源在空间上的能量分布。衡量灯具受灯罩影响在不同方向上的发光能力定义：光源在照射方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。40W6.1.1 光学基本知识2。光的量度全反射光通量相同，发光强度却不同，其值与灯具性质有关。光通量

5、与光强度6.1.1 光学基本知识2。光的量度均匀照射时定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。物理意义：衡量受照面上的光强度，相当于1 lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上，常用于了解工作面或工作室所具有的光强度（光环境）。光照度E/勒克斯(1lx=1lm/m2)6.1.1 光学基本知识2。光的量度性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。已知点光源发光强度I以及与被照面的距离r，则垂直于二者连线的被照面的照度为：晴天中午的室外阴天中午的室外月光下40W白炽灯以下1m40W白炽灯(有搪瓷罩)以下1m40W白炽灯的台灯下8

6、0000120000800020000103073200300光强度与光照度6.1.1 光学基本知识2。光的量度E=Encos = (I / r2) cos IErEn例6-2dAdAcos定义：发光体在视线方向单位投影面积上的发光强度。一定面积内：6.1.1 光学基本知识2。光的量度光亮度L/尼特、熙提(1nt=1cd/m2,1sb=104nt,1asb=1/nt)物理意义：是引起视感的物理量。取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度/物象照度.物理亮度：发光体在视线方向上单位面积的发光强度主观亮度：视感所感受到的亮度(受背景亮度影响)视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！6.1.1 光学

7、基本知识2。光的量度光亮度L/尼特、熙提(1nt=1cd/m2,1sb=104nt,1asb=1/nt)白炽灯灯丝荧光灯管太阳表面无云蓝天电视屏幕3005000.80.9201040.2 2.00.017 0.035cd/m2光源的亮度与被照面的照度关系受照面上的照度与亮度：反光材料，亮度高吸光材料，亮度低受照面照度相同，亮度相同吗，取决于什么？Lr光源面积AE6.1.1 光学基本知识2。光的量度光亮度(nt)与光照度(lx)光通量发光强度I照度E亮度L光源光源受照面光源、受照面描述对象量纲：lm1cd=lm/sr1lx=lm/m21nt = lm/(srm2) =cd/m2与视感密切的相关参

8、数评价光环境的主要参数评估光源发光能力参数反映灯具空间发光能力使用场合1sb = 104nt1asb =1/ cd/m2定义：6.1.1 光学基本知识2。光的量度小结亮度(cd/m2)光遇到介质会发生反射、透射和吸收，并遵守能量守恒定律：6.1 光的性质与度量6.1.2 材料的光学特性视感视感视感的形成来自于物体表面的反射光和透射光。光问题与热问题的共同点：热问题：相同条件下，投入能量越多，温度就越高。光问题与热问题的不同点：光问题：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高热量守恒：热源停止供热，已有的热量也不会消失；热被材料吸收了仍然存在。亮度不守恒：光源停止发光，光就没了；光被材料吸收

9、了就不存在了，变成了热。光照射与热辐射定向扩散反射混合反射均匀漫反射定向反射镜面玻璃抛光金属面平板玻璃粉刷涂料乳胶漆乳白玻璃粗糙金属面光滑纸磨砂玻璃油漆表面c类材料的理想情况规则反射（又称定向反射）：入射角反射角，透射方向与入射方向一致定向扩散反射：与入射角相同的反射角方向上、与入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度，透射雷同6.1 光的性质与度量6.1.2 材料的光学特性1。反射6.1 光的性质与度量6.1.2 材料的光学特性2。透射b)a)c)d)规则透射定向扩散透射漫透射均匀漫透射能清晰看清背侧光源和物象如透明材料模糊看清光源如磨砂玻璃模糊看清背侧光源，且亮度均匀如透明玻

10、璃涂白漆完全看不清背侧光源和物象，量度均匀如乳白玻璃6.1 光的性质与度量6.1.2 材料的光学特性3。折射光的折射规律：光的散色：因折射将白光中各频率不同的单色光分离形成各种颜色6.1 光的性质与度量6.1.3 颜色的基本概念1。颜色的特性颜色的形成：不同波长组成的光在视觉上反映出不同的颜色 红橙黄绿蓝绿蓝蓝紫紫黄绿白色光是由各种波长光辐射均匀分布所致 物体颜色是由于照射到物体表面后，因表面对不同波长的吸收率不同所致，物体吸收率较差的波长（即反射率较高）所对应的颜色便是物体呈现的颜色色调H(色别、色的相貌)：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。6.1 光的性质与度量6.1.3 颜

11、色的基本概念1。颜色的特性颜色的三属性： 如：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色调H：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。明度V(明暗、深浅程度)：相对明暗的视感觉的特性，它是物体反射比大小的度量，反射比大的物体明度则高。明度主要决定于物体反射率的高低。无彩色则仅此属性 1。颜色的特性颜色的三属性：黄色调的明度最高，紫色调的明度最低 色调H：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。明度V：相对明暗的视感觉的特性，它是物体反射比大小的度量，反射比大的物体明度则高。无彩色则仅此属性 彩度C(饱和度)：色彩的纯洁度（即色彩的饱和度，或鲜艳度），混合色成分越多，其彩度就越低。彩度主要决定

12、于物体反射率光谱选择性。1。颜色的特性颜色的三属性：6.1 光的性质与度量6.1.3 颜色的基本概念1。颜色的特性颜色的混合：三原色：红(700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)，它们彼此独立，不是混合而成的颜色。相加混色规律：互补色：凡两种颜色按适当比例混合能产生白色的两种颜色。如：黄和篮、红和青、绿和品红等 中间色：凡不是互补色的两种颜色混合便可产生中间色，其彩度取决于这两种颜色的波长接近程度，两种颜色的波长越接近，其彩度越高。混合色亮度：各参与混合的颜色的亮度的总和。相加混色应用：舞台照明、彩色电视显示屏等6.1 光的性质与度量6.1.3 颜色的基本概念1。颜色的特性颜色

13、的混合：减色混合定律：在三原色中减去某一色的补色，变呈现出另两种原色的混色，也就是去掉的补色。换言之减色需用该色的补色。相加混色应用：彩色打印、染色等6.1.3 颜色的基本概念2。颜色定量孟塞尔表色系YGRPBRPYRGYBGPB彩度RYGBP明度红旗：5R5/10彩度C：径向分布020分级(最大级按颜色有所不同)色调H：圆周分布10种5种主色调5中间色明度V：轴向分布011个等级(0级:完全吸收=0)颜色的书写形式：HVC=色调 明度/彩度6.1.3 颜色的基本概念3。光源的颜色光源的色温定义：标准黑体加热升温时颜色由红浅红橙黄白蓝白蓝变色时的温度作为光源的色温。黑体加热轨迹20000K10

14、000K7000K6000K5000K2000K2700K4000K3000K热辐射光源：最接近标准黑体非热辐射光源：可采用相关色温表示光源的色温与冷暖色调冷色调暖色调：5300K6.1.3 颜色的基本概念光源的显色性何谓显色性：光源显现物体颜色的特性，即物体在光源照射下的颜色逼真程度。显色性研究方法：选用参照标准（以接近日光的色温为基准，低温：接近早晨、傍晚日光，高温：接近中午日光）显色性定量：显色指数Ra，100：显色性最好； 80100：显色性优良；5079：显色性一般；50显色性较差。光源对色彩的影响：表6-73。光源的颜色心理感受左趋势积极色中性色 消极色右趋势明暗感明亮白黄橙绿、红

15、灰灰青紫黑黑暗冷热感温暖橙红黄灰绿青紫白凉爽胀缩干膨胀红橙灰绿青紫收缩距离感近黄橙绿青紫远重量感轻盈白黄橙灰绿青紫黑沉重兴奋感兴奋白红橙红黄红绿紫灰绿青绿青紫黑沉静6.1.3 颜色的基本概念4。色彩效应对主观的影响营造光环境氛围情绪感觉：积极色：暖色调高亮度； 消极色：冷色调低照度。温度感觉：主观温差效果可达34大小轻重感觉：高明度者大而轻，低明度小而重色适应是人们工作、学习、生活中对照明光色度感觉的偏爱1。眼睛6.2 视觉环境6.2.1 人眼的视觉特征瞳孔：光圈作用 感光细胞：亮度高于3 nt(cd/m2)时（明视觉）主要由锥体细胞发挥作用辨色作用；在亮度低于0.01 nt时（暗视觉）主要由

16、杆体细胞发挥作用，但不能分辨颜色感光作用锥体细胞杆体细胞色盲锥体细胞功能性损坏水晶体：透镜作用(有自动聚焦功能)视网膜：胶卷作用原像镜像视觉功能的完成2。亮度阈限6.2 视觉环境6.2.1 人眼的视觉特征里科定律：亮度面积常数 目标越小要求越高邦森一罗斯科定律：亮度时间常数 呈现时间越短要求越高视觉阈亮度：视觉可以忍受的亮度上限，一般:106cd/m2视觉阈3。韦勃定律6.2 视觉环境6.2.1 人眼的视觉特征描述：刚能察觉的刺激变化 I 与刺激水平 I 的比值是常数：推论：人的视觉能力与其所处的环境亮度（背景亮度）密切相关客观物理量主观心理量4。视野6.2.1 人眼的视觉特征 中心视野：11

17、.5 (偏离视野中心30)物体在中心凹成像(锥杆细胞集中处)，清晰度最高，可辨色辨细部单眼视野：水平： 180；60 ，下70 双眼视野：水平： 120；垂直：与单眼相同最高敏锐度 5。对比敏感度6.2.1 人眼的视觉特征亮度阈限对比：能使正常人引起视知觉的最小亮度对比为对比敏感度：C对视知觉的影响物体背景亮度对比度：均匀漫反射Lb/cd/m2 Lb5000cd/m2Sc眩光产生 Lopt6。视觉敏锐度和视觉速度6.2.1 人眼的视觉特征视力/视觉敏锐度：辨认目标或细节的敏锐程度 视角定义视觉速度：物体出现到形成视知觉所需时间的倒数1/t。1001000lx：E 1/t运动物体的识别需有足够的

18、照度邦森-罗斯科定律：亮度时间=常数识别时间和背景亮度间的关系背景亮度/asb1000lx：E1/t上升不大l=5m,d=1.46mm=1: 视力正常人借助于视觉器官完成视觉作业的效能称视觉功效。一般用完成作业的速度和精度来定量评价视觉功效。视觉功效主要与视角、照度、亮度对比系数和识别时间有关。研究方法：实验研究识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率考虑25%的偶然性同样光环境中的不同视标的对比次数6.2 视觉环境6.2.2 视觉功效基本概念视角视觉功效曲线同样视角：CE6.2 视觉环境6.2.2 视觉功效条件：识别几率95相对视觉功效相对视觉功效E/lx困难中等容易容易中等困难年轻工人:

19、中等水平作业要求老工人:中等水平作业要求同样的视觉功效：E C E 同样的视觉功效，天然光所需照度低于人工光对视觉功效影响的还有：年龄、视力、操作熟练程度等生理因素亮度对比度6.2 视觉环境6.2.2 视觉功效视觉功效特性视觉适应：人眼能辨别的物体最小亮度与背景亮度及其识别时间相关。视知觉特性：不同的照明环境，人的视知觉是不同的。6.2 视觉环境6.2.3 视觉适应及照明对视觉的影响眼睛的适应过程绝对感受性：引起视知觉的最小刺激的反应能力。为视觉的绝对阈限的倒数。绝对阈限是指能引起光感觉的最定限度的光通量。视觉器官功能：可以反映光的波长（辨色），同时还可以反应光的亮度（光强程度）。6.3 天然

20、光环境6.3.1 光气候与采光标准1。天然光的组成和影响因素全云天天空亮度分布晴天太阳位置组成及影响因素：太阳直射光、天空漫射光f (云量),全国全年总照度分布图6-22。晴天：云量低于30，直射光与高度角密切相关，漫射光除了日出、日落外变化不大，亮度分布不稳定。全云天与全阴天：前者云量覆盖率4070，后者云量覆盖率80100，亮度分布稳定。采光系数C定义：室内某一点的天然照度 Ei 与同一时间的室外照度Eo 的比值。 C=(En/Ew)100%在采光标准中，室外照度是指全云天时的天空漫射光。采光系数标准值：不同情况的视看对象要求不同的照度。一般将视觉工作分为15级，各级的天然照度最低值分别为

21、250、150、100、50 和25 lx 。6.3.1 光气候与采光标准3。采光标准2。我国光气候概况：图6-226.3.1 光气候与采光标准3。采光标准采光系数标准值53210.575321350250150100502501501005025d0.150.15d 0.30.3d 1.01.05.0采光系数标准值下面的采光系数乘以各光气候分区的光气候系数K，即可得各分区的采光系数。各类建筑按视觉分级取值见各标准我国气候分区与光气候系数IIIKI =0.85KIII =1.0室外总照度年平均值31.46 lx KII =0.9室外总照度年平均值21.18 lx KV =1.2KIV =1.1

22、VVIIIIIIIIIIIIIVIV6.3.1 光气候与采光标准3。采光标准0.60.90.30.80.10.50.20.6采光均匀度：指工作面上的采光系数的最低值与平均值之比。-级采光等级：不宜小于0.7；合适的光反射比：以视觉工作对象为基准。各表面合理的反射比、照度比是形成舒适的亮度分布的关键眩光限制：天然光环境仅对侧窗有要求，见表6-13。3。采光标准6.3 天然光环境6.3.2 采光口和天然光环境1。采光口类型侧窗使用最广，影响因素很多。光线变化大采光少且均匀窗附近均匀差自学不同窗台下沿高度的采光效果窗台高度变高时,室内深处的照度变化不大，近窗处的照度变化很大，而且出现拐点。不同窗台上

23、沿高度的采光效果窗台高度不变,窗的上沿高度降低时的室内照度的变化，近窗处照度变小，离窗远处照度的下降明显。自学1。采光口类型6.3.2 采光口和天然光环境侧窗不同玻璃的采光效果定向折光玻璃采光效果居优 通过采用乳白色玻璃，玻璃砖等扩散透光材料，可以在一定程度上提高房间深处的照度自学1。采光口类型6.3.2 采光口和天然光环境侧窗1。采光口类型6.3.2 采光口和天然光环境侧窗不同窗位置平面图剖面图自学矩形天窗：多用于有通风要求的建筑。工业厂房使用最多。Emin锯齿形天窗：多用于有均匀性要求的建筑。天窗：多用于工业厂房、车间、高大空间。自学1。采光口类型2。采光窗的作用、3。窗玻璃的选择6.3.

24、2 采光口和天然光环境分析与思考：试分析采光窗的功能，并讨论采光窗面积大小对它们的影响。如何综合考虑采光窗的面积，尝试给出量化的计算方案？窗地面积比与窗墙面积比有何区别？它们分别反映了采光窗对室内何种环境的影响？在建筑环境设计时，如何应用这两个参数？总结各种窗的透光性能。如何综合分析各种窗的经济性、舒适性？自学6.3 天然光环境6.3.3 天然光环境设计基础基本概念采光设计通过采光窗的面积和布置等的设计，通过采光系数的计算，预测由此所营造的室内光环境是否符合标准规定的各项指标。采光计算主要指采光系数的设计计算和校核计算，前者是预测，后者是验证，目的是修正采光设计或改造设计。天然光环境设计包含采

25、光设计，同时还包含室内各表面的亮度、色彩等的规划与设计，室内光的遮光、控光、以及眩光避免等的设计1。设计内容、2。设计原则天窗采光用于内区、中庭、顶层3。现代建筑天然光的利用手法侧窗采光最常用中庭建筑（ATRIUM）建筑创意经历了从自然采光人工照明自然采光的循环过程。现代的人们已经习惯于一般的办公室建筑室内的均匀但单一具有停滞感的光环境后，再进入具有自然光，而且随时间，气候的变化具有动感的中庭后，会给人以一种心旷神怡、回归自然的感觉或冲动。而这种感觉正是设计者所追求的。另外在大型中庭里，经常会有一些为景观所需的观赏植物，大量的自然光的导入对植物的生长也非常有利。上海图书馆中庭6.3.3 天然光

26、环境设计基础3。现代建筑天然光的利用手法休闲式中庭建筑宾馆中庭外观中庭天棚（预浇梁）采用透过率高达92%的有机采光天棚时，中庭内光环境效果。中庭透光屋顶 3。现代建筑天然光的利用手法天窗采光用于内区、中庭、顶层3。现代建筑天然光的利用手法日本大阪体育馆屋顶自然光的充分利用体育建筑（DOME）：3。现代建筑天然光的利用手法 仅靠门窗天然采光的局限 天然采光受建筑设计制约 过强的光照导致不舒适 控制天然采光的方法 百页控制 光电玻璃控制 反射镜控制 天然采光与人工照明联合控制6.3.3 天然光环境设计基础4。天然光的控制与调节控制目标：节能舒适 百页控制 百叶间隙控制 夏季：大间隙冬季：小间隙百叶

27、角度 夏季：小倾斜角冬季：大倾斜角为什么？4。天然光的控制与调节利用反射镜照射内区4。天然光的控制与调节反射镜利用原理利用反射镜照射内区利用反射镜实例4。天然光的控制与调节香港汇丰银行14。天然光的控制与调节利用反射镜实例4。天然光的控制与调节利用反射镜实例香港汇丰银行2利用反光镜和吊顶反射英国议会大厦利用反射镜实例4。天然光的控制与调节设计要点：应根据建筑使用目的兼顾通风、泄爆等多种用途，设计时应避免采光口引起的眩光而破坏室内光环境的和谐，同时在材料和空调设计时应考虑结露的避免。调节控制方法：利用光学特性避免眩光及增加室内照度减少窗旁日光的直接眩光，增加日光进深增加日光进深但减少对室外的视线

28、东京电力会社通风天窗和遮阳利用反射镜实例4。天然光的控制与调节Day light usageLightingOptimum brightness(750 lx)自控可调百页可调灯光照度控制东京电力会社百页照明联合控制4。天然光的控制与调节 能耗比例 时间常规照明控制优化照度管理自然、人工联合照明控制午间照度控制屋面的日射测试装置(辐射量、高度角)百页照明联合控制东京电力会社百页照明联合控制节能效果4。天然光的控制与调节6.4 人工照明6.4.1 人工光源光通量/lm 反映光源的发光能力。发光效率（光效）/lm/W 光源发出的光通量与其消耗的电功率之比反映光源的节能性。光源色表/K 反映光源所呈

29、现的色调。显色指数 反映光源照射下物体呈现颜色的逼真性。寿命/h 反映光源的使用（或更换）周期。平均亮度/sb 反映光源产生眩光的可能性。电费/元 反映光源的经济性（使用费用）。设备费/元 反映光源的经济性（投资费用）。其它特性 发热量、所需附件等等。1。电光源性能指标6.4 人工光环境6.4.1 人工光源种类热辐射光源：白炽灯、卤钨灯气体放电光源：荧光灯、节能灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高/低压钠灯光谱特点区别于自然光 非连续多峰值2。电光源的种类新建筑物理TAB2.3-10项目普通白炽灯卤钨灯荧光灯荧光高压汞灯金属卤化物灯高压钠灯光效(lm/W)6.5-1920-2125-6030-506

30、0-8080-100色温（K）280032006500(日光色)600060002100显色指数(Ra)95-9995-9955-9340-5085-9521平均寿命(小时)1000800-20002000-50004000-90001000-200006000-10000表面亮度较大大小较大较大较大(再)启动时间瞬时瞬时较短长长长受电压波动影响大大较大较大较大较大受环境温度影响小小大较小较小较小耐震性较差差较好好较好较好所需附件无无电容/镇流/启动器镇流器镇流器镇流器频闪现象无无有有有有发热量(功率)57(100W)41(500W)13(40W)17(400W)12 (400W)8(400W)初始价格最低中中高高高运行价格最高低低中中中不同电光源性能比较表面温度小空间适用2。电光源的种类不同电光源发光能力比较6.4.1 人工光源灯丝高温(2300 K以上) ，高亮度，有眩光光效低色偏红寿命短无频闪现象调光性好耐频繁开关白炽灯2。电光源的种类荧光灯 光效较高，寿命长，显色性好，表面温度低 所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，3358 lm/W6.4 人工光环境6.4.1 人工光源2。电光源的种类荧