北方工业大学 建筑光环境

第四章建筑光环境建筑光环境是建筑环境中的一个非常重要的组成部分。在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和视力健康。在娱乐休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。好的建筑光环境应尽可能利用天然光源，仔细考虑窗的面积及方位，并可设置反射阳光板或光导管等天然光导入设备；建筑内装修可采用浅色调，增加二次反射光线，通过这些手段保证获得足够的室内光线，并达到一定的均匀度，由此减少白天的人工照明。室内照度不可太小但也不能太大，在保证良好的建筑光环境同时，降低室内照明能耗。4.1室内光环境基本知识4.2建筑光环境控制要求4.3天然采光4.4人工照明l光是以电磁波形式传播，并能被人眼所感到的那一部分辐射能，波长范围为380～760nm，不同波长的光在视觉上形成不同的颜色;

红色:0.78～0.63μm;橙色:0.63～0.59μm;

黄色:0.59～0.56μm;绿色:0.56～0.49μm;

蓝色:0.49～0.45μm;紫色:0.45～0.38μm

天空为什么是蓝色的？4.1室内光环境基本知识一、基本光度单位及其应用光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需要借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有：光通量、发光强度、照度和亮度1光通量

/流明(lm)。辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称为辐射功率或辐射通量（W），其中被人眼感觉为光的那部分成为光通量。100W普通白炽灯发出12501m的光通量40W日光色荧光灯约发出24001m的光通量

2发光强度I/单位cd

发光体在给定方向上的发光强度是该发光体在该方向上的立体角元内传输的光通量除以该立体角元所得之商，即单位立体角的光通量，其公式为：

或

（均匀照射）3照度/勒克斯lx表面上一点的照度是入射在包含该点的面元上的光通量除以该面元面积所得之商，即（均匀照射）11

几种情况下的照度发光强度与照度的关系如果点光源发光强度为I，光源与被照面的距离为r，被照面法线与光线的夹角为则被照面的照度表明：某表面的照度与光源在这方向的发光强度成正比，与入射角的余弦成正比，与距光源的距离的平方成反比。垂直入射时，IE某一点光源发光强度为1800cd，距地面3m，离天花板1m，天花板的反射系数为0.5，计算地面被光源直射和反射的照度已知：I=1800cdd=3mE=?光源直射到达地面的照度=200lxr=1+1+3=5m经天花板反射后到达地面的照度1m3m反射系数0.54亮度亮度对比度：视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比。16

亮度和照度有何区别？

照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高l坎德拉是我国法定单位制与国际SI制的基本单位之一，其它光度量单位都是由坎德拉导出的，1979年第10届国际计量大会通过坎德拉定义如下：“一个光源发出频率为540X1012Hz的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1/683W/sr，则光源在该方向上的发光强度为1cd”l在国际单位制和我国规定的计量单位中，光通量是一个导出单位。1lm是发光强度为1cd的均匀点光源在1球面度立体角内发生的光通量。二、材料的光学特性在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象光通量：分别叫反射通量、吸收通量、投射通量。由能量守恒：

分别叫反光系数、吸收系数、透光系数可见

材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃；另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内。20

定向反射与透射材料：入射角＝反射角，透射方向与入射方向一致

镜面玻璃

平板玻璃

均匀扩散反射、透射材料

粉刷涂料

乳白玻璃反光和透光材料21

定向扩散反射与透射材料：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

光滑的纸

油漆表面

磨砂玻璃反光和透光材料4.2建筑光环境控制要求1适当的照度水平，照度分布应该满足一定的均匀性适当的照度水平是当在某具体工作条件下，大多数人都能感觉比较满意而且保证工作效率和精度均较高的照度值。不同工作性质的场所对参考平面的照度标准值要求不同，如学校建筑照明标准值应符合下表房间或场所参考平面及其高度照度标准值（lx）UGRRa教室课桌面3001980实验室实验桌面3001980美术教室桌面5001990多媒体教室0.75m水平面3001980教室黑板黑板面500-80其他功能建筑的照度标准值可看参看建筑照明设计标准。照度分布应该满足一定的均匀性。照度均匀度指规定表面上的最小照度与平均照度之比。我国建筑照明设计标准规定：公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业面邻近周围的照明均匀度不应小于0.5。房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于区域一般照明照度值的1/3。国际照明委员会CIE对不同作业和活动推荐的照度作业或活动类型

照度范围(lx)室外入口区域

20~30~50短暂停留交通区

50~75~100衣帽间、门厅

100~150~200讲堂、粗加工

200~300~500办公室、控制室

300~500~750缝纫、绘图、检验室

500~750~1000辨色、精密加工和装配

750~1000~1500手工雕刻、精细检验

1000~1500~2000手术室、微电子装配

>2000

2舒适的亮度比人的视野很广，在工作房间里，除工作对象外，作业面、顶棚、墙、窗和灯具等都回进入视野，它们的亮度水平构成了周围视野的适应亮度。如果它们与中心视野亮度相差过大，就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；亮度分布使人产生对室内空间的形象感受。所以，室内主要表面还必须有合理的亮度分布。在工作房间，作业邻近环境的亮度应当尽可能低于作业本身亮度，但最好不低于作业亮度的1/3。而周围视野（包括顶棚、墙、窗户等）的平均亮度，应尽可能不低于作业亮度的1/10。灯和白天窗户的亮度，则应控制在作业亮度的40倍以内。墙壁的照度达到作业照度的1/2为宜。为了减弱灯具同周围顶棚之间的对比，特别是采用嵌入式暗装灯具时，顶棚表面的反射比至少要在0.6以上，以增加反射光。顶棚照度不宜低于作业照度的1/10，以免顶棚显得太暗。3适宜的色温与显色性光源的颜色质量常用光源的色表和显色性来表征。色表是灯光本身的表观颜色显色性是指灯光对其照射的物体的影响作用。光源的色表常用色温定量表示：当某一种光源（热辐射光源）的色品与某一温度下的完全辐射体（黑体）的色品完全相同时，完全辐射体（黑体）的温度就称为该光源的色温。符号Tc，单位为开（K）。当某一种光源（气体放电光源）的色品与某一温度下的完全辐射体（黑体）的色品最接近时，完全辐射体（黑体）的温度称为该光源的相关色温。符号为Tcp，单位为开（K）。色表分组色表特征相关色温（K）适用场所举例Ⅰ暖<3000客房、卧室、病房、酒吧、餐厅Ⅱ中间3300~5300办公室、教室、阅览室、诊室、检验室、机加工车间、仪表装配Ⅲ冷>5300热加工车间、高照度场所室内照明光源色表可按其相关色温分为三组物体在待测光源下的颜色同它在参照光源下的颜色相比的符合程度，定义为待测光源的显色性，通常以日光作为评定人工照明光源显色性的参照光源。CIE及我国制定的光源显色性评价方法，都规定相关色温低于5000K的待测光源以相当于早晨或傍晚时日光的完全辐射体作为参照光源；色温高于5000K的待测光源以相当于中午日光的组合昼光作为参照光源。从室内环境功能角度出发，光源的显色性具有重要作用。印染车间、彩色制版印刷、美术品陈列等要求精确辩色的场所要求良好的显色性；顾客在商店选择商品、医生察看病人的气色，也都需要真实地显色。此外，研究表明，在办公室内用显色性好的灯，达到与显色性差的灯同样满意的照明效果，照度可以减低25%，节能效果显著。CIE取一般显色指数作为指标来评价灯的显色性。显色指数是指在具有合理允差的色适应状态下，被测光源照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心理物理色符合程度，符号为R。八个一组试样的CIE1974特殊显色指数的平均值，称为显色指数，符号Ra。显色指数的最大值为100，一般认为在100~80范围内，显色性优良；Ra=79~50显色性一般；Ra<50显色性较差。4眩光限制避免将灯具安装在干扰区内采用低光泽度的表面装饰材料限制灯具亮度照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑。建筑光环境控制除以上要素外，还应考虑：选用的照明光源、照明灯具应符合国家现行相关标准的有关规定，充分利用自然光，保证必要的自然光，房间的采光系数或采光窗地面积比应符合〈建筑采光设计标准〉GB/T50033的规定。有条件时，宜随室外天然光的变化自动调节人工照明照度，利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明，有条件时，宜利用太阳能作为照明能源研究表明建筑内没有窗户，对人产生的心理影响是不同的，良好的光环境需要必要的自然光。

各类建筑的照明功率密度值不宜大于规范规定。如学校建筑照明功率密度值不应大于下表房间或场所照明功率密度（W/m2）对应照度值现行值目标值教室、阅览室119300实验室119300美术教室1815500多媒体教室1193004.3天然采光一、天然光源的特点二、天然光环境的评价方法采光系数三、我国的光气候特点与光气候分区四、不同采光口形式一、天然光源的特点二、天然光环境的评价方法天然光强度高，变化快，不好控制，这些特点使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。最常用的评价指标就是采光系数定义：室内某一点的天然照度En与同一时间的室外照度EW的比值面积相同的侧窗不同布置对室内照度分布的影响三、我国的光气候特点与光气候分区40

K=0.85K=1.0室外总照度年平均值31.46lxK=0.9

室外总照度年平均值21.18lxK=1.2

K=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV四、不同采光口形式

天然光的控制与调节53

4.4人工照明

特点

不受光气候影响

不受建筑设计影响控制方便

需要消耗大量电能

增加夏天空调负荷一、人工光源1电光源性能指标57

白炽灯:利用电流通过细钨丝所产生的高温而发光的热辐射光源

光效低

色偏红

灯丝高温(2300K以上)，高亮度，有眩光

寿命短

无频闪现象

调光性好

耐频繁开关58

卤钨灯：普通白炽灯丝在高温下会造成钨的气化，气化后的钨粒子附着在灯的玻璃壳内表面，使之透光率下降

光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高将卤族元素，如碘、溴等充入灯泡内，它能和游离的钨化和生成气态的卤化钨，这种化合物很不稳定，在靠近灯丝是会发生分解，分解出的钨重新附着在灯丝上，消除了灯泡的黑化是一种低压汞放电灯。管内充有低压汞蒸汽和少量帮助起燃的氩气，灯管内壁涂有一层荧光粉，当灯管两极加上电压后，由于气体放电产生紫外线，紫外线激发荧光粉发出可见光60

荧光高压汞灯

光效高

寿命长

显色