建筑光学第一章

建筑光学篇主要内容学习目的了解建筑光学的基本知识；掌握采光和人工照明基本设计方法；通过所学知识，在设计中合理解决一些与人体视觉密切相关的问题，为人们创造良好的光环境。核心内容：建筑光学的基本知识材料的光学特性采光口的主要形式及优缺点主要人工光源、照明的主要方式2/5/20231建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识本章主要内容人眼的光学结构和视觉特征基本光度单位及相互关系材料的光学性质视度及其影响因素一些基本概念视场、光谱光视效率、照度、亮度、定向反射（透射）、扩散反射（透射）、视度、眩光三个定律平方反比定律、立体角投影定律、朗伯余弦定律2/5/20232建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.1眼睛与视觉光的范围能引起人视觉感觉的电磁波，一般波长范围在380~780nm。人眼的构造与视觉过程人眼的基本构造瞳孔：光圈，可以根据环境的明暗程度自动调节孔径，以控制进入眼睛的光的数量；水晶体：透镜，可自动调焦；视网膜：胶片，上面布满感光细胞。感光细胞产生电信号，经视神经传至大脑，形成视觉感觉感光细胞：锥状细胞和杆状细胞2/5/20233建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.1眼睛与视觉锥状细胞和杆状细胞锥状细胞：主要分布在视网膜的中央部位，称为“黄斑”的区域。“中央窝”锥状细胞的密度达到最大。在明环境中起作用，对色觉和视觉敏锐度起决定作用，人眼据此判别物体的颜色和细部特征对环境的明暗变化反应迅速；在暗环境下不起作用杆状细胞：分布区域与锥状细胞相反；在暗环境中起决定作用；只有明暗感觉，没有色感觉和细部感觉；对环境的明暗变化反应缓慢。2/5/20234建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.1眼睛与视觉人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率某单色光与人眼最敏感的光产生相同视觉感觉时，两者的辐射通量之比。视野范围（视场）水平180°，垂直130°（上60°，下70°）；中心视场（2°）；清晰区域（30°）明、暗视觉2/5/20235建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系基本光度单位光通量(LuminousFlux,)发光强度(LuminousIntensity,I)描述光通量在空间的分布；立体角（单位：sr）单位：流明（Lumen,lm）单位：坎德拉（“坎”，Candela,cd）相同光通量的光源在空间的分布可能相差很大2/5/20236建筑物理(热工、光学部分）[例7-1]已知钠光灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射通量为10.3瓦，试计算其发出的光通量。解：从图7-4的相对光谱光效率明视觉（实线）曲线中可查得，对应于波长589nm的V（λ）=0.78则该单色光源发出的光通量为：F589=0.78×10.3=8.03光瓦或F589=0.78×10.3×683=5484lm第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系2/5/20237建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系[例7-1]已知水银灯的单色辐射通量值，试计算其光通量。解：水银灯发出的各种波长的光列于下表中第一栏。其单色辐射通量列于表中第二栏。最后将其总和得光通量为22.86光瓦（15613lm）。2/5/20238建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系基本光度单位照度(illuminance,E)单位被照面积上接受到的光通量的大小单位：勒克斯(Lux,lx)、英尺烛光(fc)1fc=10.76lx=10.76lm/m2被照表面照度（lx）被照表面照度（lx）朔日星夜地面0.002晴天采光良好的室内100~500望日星夜地面0.2晴天室外散射光下地面1000~10000读书所需最低照度30夏日中午太阳直射地面100000100W白炽灯1m1002/5/20239建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系基本光度单位点光源的发光强度I与照度E的关系(平方反比定律)：

垂直入射时：斜入射时：α为表面法线与光线所成的夹角2/5/202310建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系基本光度单位亮度(luminance,L)描述光源或反光物体明亮程度的量单位：尼脱(nt,cd/m2)、英尺朗伯(fL)1fL=3.426nt=3.426cd/m2其它单位：熙提(sb)、阿熙提(asb)1sb=104cd/m2;1asb=1/cd/m2发光物体表面亮度(sb)白炽灯灯丝300~500荧光灯灯管表面0.8~0.9太阳20万无云蓝天0.2~2.0sb照度与亮度的关系：立体角投影定律物理亮度与表观亮度2/5/202311建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系练习假定有一100W的白炽灯（光通量为1250lm）悬挂在离桌面2m的地方。求：桌面1、2两点的照度？若灯泡的直径为80mm,求灯泡表面的亮度？2/5/202312建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系练习假定有一100W的白炽灯（光通量为1250lm）悬挂在离桌面2m的地方。求：桌面1、2两点的照度？若灯泡的直径为80mm,求灯泡表面的亮度？答案

桌面1、2两点的照度分别为：

E1=24.9lx;E2=12.7lx

灯泡表面的亮度为：

L=I/A=1250/(4x0.04)2=4952cd/m22/5/202313建筑物理(热工、光学部分）[例6-4]在侧墙和屋顶上各有一个1米见方的窗洞，它与室内一桌子的相对位置见图，设通过窗洞看见的天空亮度均为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度（桌面与侧窗台等高）。第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系2/5/202314建筑物理(热工、光学部分）[解]L=1sb=104nt。

按公式：

对于侧窗：第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系2/5/202315建筑物理(热工、光学部分）对于天窗：第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系2/5/202316建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.2基本光度单位及相互关系基本光度单位之间的关系名称符号表征单位相互关系光通量光源能量lm发光强度I光能在空间的分布cdlm/sr光通量在空间的分布照度E被照面上的光能lx单位面积上的光通量；平方反比定律亮度L光源或反光体的明暗程度cd/m2,sb,asb与发光强度成正比；与发光体在视线方向的投影面积成反比。立体角投影定律2/5/202317建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.3材料的光学性质光的反射、吸收和透射比能量守恒定律：定向反射和透射应注意避免光线射入人的视野范围经两边不平行的镜子透射，光线会发生弯曲，物体的形象会变形。光经材料反射或透射后，光通量在空间的分布没有发生改变如镜子、透明玻璃等2/5/202318建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.3材料的光学性质扩散反射和透射透射材料：

朗伯余弦定律均匀扩散反射材料：2/5/202319建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.3材料的光学性质扩散反射和透射大多数建筑材料属于该类介于定向反射（透射）和均匀反射（透射）之间；不同光学材料的优缺点定向反射(透射)有清晰的影像；高亮度或亮度对比其它方向上过暗；易产生不舒适眩光均匀扩散亮度均匀；不会透漏隐私单调定向扩散介于两者之间2/5/202320建筑物理(热工、光学部分）作业：如图，两只白炽灯各发出2009.6(lm)的光通量，S1=1m2；

1．设它们向各方向均匀发射，求I1、I2；

2．设r1和r2分别为1m和2m，求两灯对A点的照度E1和E2及总照度EA；

3．假设A为乳白玻璃是均匀扩散材料，ρ=0.314，τ=0.628，求其两面的亮度（nt）；

4.求A周围1m2的的面积对B、C点的照度。第一章建筑光学的基本知识2/5/202321建筑物理(热工、光学部分）第一章建筑光学的基本知识1.4视度及其影响因素视度看物体清楚的程度称为视度视度的影响因素：亮度（或照度）最低亮度(亮度阈)：10-5

asb；刺眼亮度：16sb;舒适照度：1000~