建筑光环境课件

建筑光环境§1光的性质与度量§2视觉与光环境§3天然采光§4人工照明§5天然采光的数学模型§6光环境控制技术的应用自学§1光的性质与度量一、基本光度单位及相关关系光通量照度发光强度光亮度（亮度）基本光度单位之间的关系§1光的性质与度量辐射功率(辐射通量)辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量其中可被人眼感觉的可见光能量光通量表明光源的发光能力作用表示人眼观看同样功率的辐射在不同波长时感觉明亮程度不一样的特性。§1光的性质与度量式中—光通量，lm；

V(λ)—光谱光视效率；—波长为λ的单色辐射能通量，W；Km—最大光谱光视效能，明视觉时=683lm/W。§1光的性质与度量2.照度E当光通量均匀分布在被照面A上时，被照面的照度：E=Φ/A（lx）E=dΦ/dAlx几个光源同时照射被照面时：其上的照度为单个光源分别存在时的照度的代数和。受照平面上接受的光通量的面密度1lx=1lm/1㎡晴天中午室外地平面上的E=80000～120000lx阴天中午室外地平面上的E=8000～20000lx40W白炽灯下1m处的桌面上的E=200～300lx月光下的E=几个lx§1光的性质与度量3.发光强度光源在给定方向上单位立体角元内发射的光通量表征光源或者发光表面在某一个特定方向上的发光能力rSΩcd1cd=1lm/1Sr§1光的性质与度量定量表示某一正在发射光线的表面的明亮程度。是光度单位中唯一能引起眼睛视感觉的量。亮度物理亮度视亮度4.光亮度（亮度）物体在视线方向单位面积上发出的发光强度物理亮度的国际通用单位：尼脱(nt)，1nt=1cd/1㎡，表示1㎡表面上,沿法线方向发出1坎德拉的发光强度；熙提sb，1sb=104nt，表示1c㎡表面上发出1cd时的亮度单位。发光面法线与视线方向夹角主观上感觉到的物体明亮程度与所处环境的明暗程度有关§1光的性质与度量（1）发光强度和照度的关系点光源产生照度的基本公式距离平方反比定律5.基本光度单位之间的关系§1光的性质与度量照度的反余弦定律（朗伯余弦定律）适用于点光源当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时，该光源被视为点光源§1光的性质与度量（2）亮度和照度的关系立体角投影定律某一发光表面在被照面上形成的照度仅和发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关§1光的性质与度量二、光的反射与透射光线入射角等于反射角

入射光线、反射光线及反射表面的法线处于同一平面1.定向反射和透射1)定向反射(发生在表面光滑的不透明材料上）2)定向透射（发生在透明材料上）两个表面平行：透过的光线方向与入射光方向保持一致；两个表面不平，各处薄厚不匀：透过材料的光线互不平行，隔着它看到的物体形象就发生变形。光源的亮度和发光强度因材料的吸收和反射而会有所降低呢。§1光的性质与度量§1光的性质与度量均匀扩散反射材料：氧化镁、石膏、大部分无光泽、粗糙的建筑材料如粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、陶板面砖等；均匀扩散透射材料：乳白玻璃、半透明塑料等。2.扩散反射和扩散透射表面粗糙的不透明材料半透明材料（1）均匀扩散材料将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，被照表面或透射表面亮度完全相同，看不见光源形象。透过它看不见光源形象，只能看见材料的本色和亮度上的变化Think，他们都可以用在哪些地方呢？§1光的性质与度量均匀扩散反射材料的亮度：均匀扩散透射材料的亮度：最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度:(朗伯余余弦定律)§1光的性质与度量同时具有定向和扩散两种性质在定向反射(或透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。具有这种性质的反光材料：光滑的纸、油漆表面、粗糙金属表面等透光材料：磨砂玻璃等（2）定向扩散材料§2视觉与光环境视觉眼睛的构造与亮度阈限视野与视场对比感受性（对比敏感度）视觉敏锐度视觉速度视觉适应一、眼睛与视觉特征眼睛最初以一种光学的方法对待光，和照相机的方法一样生成一张物理图象，然后这张图象被人的大脑以心理和生理的方法解释§2视觉与光环境§2视觉与光环境锥状细胞主要集中在视网膜的中央部位称作“黄斑”的黄色区域对光不敏感，在亮度＞3cd/m2环境中才发挥作用，称明视觉具有辨认细节和颜色的能力，随亮度增加而增强，反应迅速杆状细胞在离中央窝20°附近密度最大对光非常敏感，但不能分辨颜色，在亮度＜0.01cd/m2的暗环境中主要是杆状细胞起作用，称暗视觉在暗环境下人眼没有颜色感觉，也无法分辨物体细节，对外部亮度变化的适应能力低，反应缓慢视网膜：眼睛光程的末端，视神经的开始，上有两种类型的感光细胞（锥状、杆状）§2视觉与光环境§2视觉与光环境视野：观察者正视前方时，头和眼睛都保持不动时，所察觉到的空间范围，受眼眉、脸颊的影响，视看范围有局限。中心视野：在视轴1~2°范围内，具有最高的视觉灵敏度，能分辨最细小的细部，黑暗环境下该范围不产生视觉近背景视野：从视野中心往外30°范围，视觉清晰度最好，是观看物体总体时最有利的位置相当于站在离展品高度的2～1.5倍的距离观赏展品视场：观察者头部不动但眼睛可以转动时，所看到的空间范围，包括单眼视场和双眼视场§2视觉与光环境§2视觉与光环境对比感受性(对比敏感度)亮度对比系数C：视野中目标与背景的亮度差△L和背景亮度Lb之比对比感受性Sc：阈限对比（人眼刚能知觉的最小亮度对比）的倒数该值可随照明条件变化，同观察目标的大小和呈现时间也有关系§2视觉与光环境视角α：物体的尺寸大小对眼睛形成的张角。视觉敏锐度（视力）视觉敏锐度：人凭借视觉器官感知物体的细节和形状的敏锐程度，表示视觉系统分辨细小物体的能力。该值可随背景亮度、对比、细节呈现时间、眼睛的适应状况等因素变化§2视觉与光环境视觉速度（1/t）指物体从出现到形成视知觉所需时间的倒数视觉适应视觉适应暗适应明适应色适应§2视觉与光环境当出现环境亮度变化过大的情况：应考虑在其间设置必要的过渡空间，使人眼有足够时间适应；在需要人眼变动注视方向的工作场所：视线所及各处的亮度差别不宜过大，以免视疲劳。注意：人在流动过程中可能出现视觉适应问题。§2视觉与光环境二、颜色对视觉的影响1.颜色的形成颜色表观色物体色直接看到的光源的颜色光被物体有选择性地反射或透射后对人眼所产生的颜色感觉2.颜色的度量颜色无彩色有彩色白浅灰中灰深灰黑从白到黑的一系列中性灰色无彩色以外的各种颜色§2视觉与光环境色调(色相)明度彩度(饱和度)有彩色的属性各颜色彼此区分的特性颜色相对明暗的视感觉特性彩色的纯洁性无彩色的属性明度§2视觉与光环境表色系统CIE1931国际照明委员会标准色度系统孟塞尔表色系统用以光的等色实验结果为依据的，由进入人眼能引起有彩色和无彩色感觉的光辐射表示的体系，即以色刺激表示的体系建立在对表面颜色直接评价基础上，用构成等感觉指标的颜色图册表示的体系可相互转化被建筑师用来区分建筑表面颜色颜色定量表色系统（或称色度系统）使用规定的符号按一系列规定和定义表示颜色的系统§2视觉与光环境光谱轨迹上光谱色彩度最高，颜色的坐标点距光谱轨迹愈近，其彩度愈高，颜色愈纯，距白点愈近，彩度愈低，颜色愈淡根据某颜色的坐标点与白点的连线与光谱轨迹的且与坐标点同侧的交点判断色调通过白点的任一直线与光谱轨迹的两交点即互补色的波长§2视觉与光环境孟赛尔表色系统是目前国际通用的物体色表色系统。按颜色的三个基本属性：色调H、明度V、彩度C对颜色分类和标定。任一种颜色的表示：HV/C=色调明度/彩度无彩色的表示：NV/=中性色明度/§2视觉与光环境色感的共通性：色性相近的颜色对个体视觉的影响及产生的心理效应的相互联系、密切相通的性质，是颜色对人体产生的心理感受的一般特性。3.

颜色产生的心理效果颜色对人体产生的心理效果直接影响到光环境的质量。明度对轻重感的影响比色相大表现不安的、温柔的和向往的情绪颜色积极色（或主动色）→消极色（或被动色）→能够产生积极的、有生命力的和努力进取的态度§2视觉与光环境三、视觉功效§2视觉与光环境四、舒适光环境的要素与评价标准适当的照度水平舒适的亮度比适宜的色温与显色性避免眩光干扰适当的照度水平照度均匀度=照度最低值照度平均值§2视觉与光环境§2视觉与光环境舒适的亮度比室内表面推荐值观察对象与工作面之间3：1观察对象与周围环境之间10：1光源与背景之间20：1视野内最大亮度差40：1§2视觉与光环境§2视觉与光环境适宜的色温与显色性光源的颜色质量的表征色表显色性光源本身的表观颜色光源对其照射的物体颜色的影响作用两者都取决于光源的光谱组成不同光谱组成的光源可能具有相同的色表,而其显色性大不相同色表完全不同的光源可能具有相等的显色性所以两者缺一不可§2视觉与光环境光源的色表的定量表示：色温色温：当一个光源的光谱与黑体在某一温度时发出的光谱相同或相近时的黑体的热力学温度相关色温：当一个光源的光谱与黑体在某一温度时发出的光谱最接近时的黑体的热力学温度适用于具有连续光谱的光源适用于具有不连续光谱的光源色表类别色表相关色温(K)用途1暖＜3300客房、卧室、病房、酒吧2中间3300～5300办公室、教室、商场、诊室、车间3冷＞5300高照度空间、热加工车间§2视觉与光环境§2视觉与光环境显色性：物体在待测光源下的颜色同它在参照光源(日光)下的颜色相比的符合程度显色类别一般显色指数范围适用场所举例ⅠA≥90颜色匹配、临床检验、美术馆B80～90家庭、旅馆、餐馆、商店、办公室、学校、医院、印刷、油漆和纺织工业、需要的工业操作Ⅱ60～80工业建筑、办公室、学校Ⅲ40～60显色要求低的工业建筑Ⅳ20～40§2视觉与光环境避免眩光干扰直接眩光反射眩光失能眩光

不舒适眩光

按形成分当视野内出现高亮度或过大的亮度对比时，引起视觉上的不舒适、烦恼或视觉疲劳的高亮度或亮度对比，是评价光环境舒适性的重要指标。根据对视觉的影响程度分由视野中的光源直接产生从视野内的光滑表面反射到眼睛的眩光导致降低视力令人不舒适,视力不降§2视觉与光环境减轻直接眩光的措施：限制光源亮度增加背景亮度，减少亮度对比增大光源仰角减少光源视看面积减轻反射眩光的措施：采用无光泽表面远离镜面反射区域用亮度低、发光表面积大光源减少引起眩光的光源照度§3天然采光一、天然光源的特点太阳直射光：照度大，具有一定的方向性，会在被照射物体背后形成明显的阴影；天空扩散光：照度小，没有一定的方向，不能形成阴影晴天时天然光直射光扩散光全云天时天然光扩散光直射光和扩散光的比例会随天空中的云量和云是否将太阳遮住及大气透明度的变化而变化1.天然光源§3天然采光§3天然采光§3天然采光天空亮度分布相对稳定；室内照度较低朝向影响小室内照度分布稳定§3天然采光二、天然采光设计原理1.天然光环境的评价方法建筑采光设计标准GB/T50033标准评价指标采光系数采光系数标准值根据视觉工作的难度和室外有效照度确定顶部采光：采用采光系数平均值侧面采光：采用采光系数最低值室内某一点的天然光照度同一时间室外全云天时无遮挡水平面上的天空扩散光照度§3天然采光§3天然采光3.不同采光口形式的特征及其对室内光环境的影响用于厂房、仓库和展览馆建筑中构造简单、布置方便、造价低廉；光线有明确的方向性，利于形成阴影，适宜看立体物体可直接看外界景物，扩大视野，满足建筑通透感的要求窗位置过低则人眼易看到明亮的天空，易造成眩光。侧窗天窗窗台的高度1m左右窗台的高度提高到2m以上高侧窗§3天然采光侧窗的形式采光量：面积和窗台标高相等时正方形最高，竖长方形次之，横长方形最少照度均匀性：与上相同条件时竖长方形进深方向好，横长方形宽度方向好,正方形居中影响进深方向的采光均匀性的主要因素是窗位置的高低影响横向采光均匀性的主要因素是窗间墙§3天然采光§3天然采光随着窗台提高，室内深处照度变化不大，近窗处照度明显下降，拐点往内移随着窗上沿的下降，室内深处照度下降明显，近窗处照度变小（但变化不大），未出现拐点§3天然采光晴天阴天晴天窗口朝阳晴天窗口背阳阴天阴天窗口背阳§3天然采光随着内墙面与窗口距离的增加，内墙面的照度降低，照度最高点往下移，照度变化趋于平缓。§3天然采光§3天然采光天窗矩形天窗锯齿形天窗平天窗采光特性类似高侧窗，采光效率在各种天窗中最低不易形成眩光，照度均匀便于组织通风，通风效果在各种天窗形式中最好§3天然采光单面顶部采光，均匀性好，因倾斜顶棚反光,光效高于矩形天窗,适用于精密车间;朝北布置可以避免直射光，防止眩光，减小室内空气的温湿度波动，适用于恒温恒湿车间。晴天窗口朝阳阴天晴天窗口背阳§3天然采光晴天阴天§3天然采光不需天窗架，层高低，造价低，施工方便；水平面的照度和采光效率均高于其他所有天窗；位置布置灵活，照度均匀，但是无法选择朝向；不宜兼作通风口，需要通风的车间应另设通风屋脊或通风孔，通风孔与采光口应保持一定距离；外表面易污染，难于清洗，影响透光性能，仅多雨地区积尘少，污染系数可提高一级；寒冷地区冬季，室内湿度较大的车间，平天窗内表面易结露；大量阳光直射室内，易造成室内过热，易产生眩光。§4人工照明一、人工光源人工光源热辐射光源气体放电光源白炽灯卤钨灯汞灯钠灯半导体光源金属卤化物灯低压汞灯高压汞灯低压钠灯高压钠灯§4人工照明白炽灯§4人工照明无频闪现象，适用于不允许有频闪现象的场合；开关频繁程度对寿命影响小，适用于频繁开关的场所高度的集光性，便于光的再分配；良好的调光性，有利于光的调节；受环境温度影响小；体积小，构造简单，价格低；发光效率低；光色偏红，不适用于需要仔细分辨颜色的场所；亮度高，易形成眩光；玻壳表面温度高，需防溅上水及烤燃内饰材料；寿命短，耐振性差，受电压波动影响大，维护量大。§4人工照明适用场合：不允许有频闪现象的场合；开关频繁的场所；要求迅速点燃、可靠性要求高的重要场合；豪华花灯及潮湿多尘环境中的防水防尘灯中；宜用于肉店，不宜用于布店等需仔细辨色的场所在如下场合尽量取消白炽灯照明：宾馆、饭店、商场、招待所、写字楼、工矿企业的车间、体育场馆、车站码头、广场和道路照明等公共场所。§4人工照明构造及原理：将卤族元素如碘、溴等充入灯泡内，卤素循环减轻钨蒸发对泡壳的污染，提高了光的透过率。特点：光效和光色比白炽灯好，光效约为20lm/W以上；寿命比白炽灯长，约1500h。适用场合：同白炽灯卤钨灯§4人工照明荧光灯优点：光效高，一般达45lm/W，比白炽灯高3倍左右；亮度低，不用灯罩也可避免强烈眩光出现；光色好，可产生不同的光色；寿命长，2000～8000h；灯管表面温度低；耐振性较好。§4人工照明缺点：初始投资高；有频闪现象；对温湿度较敏感；尺寸大，不利于对光的控制受电压波动影响较大。指其光通量随交流电压的变化而产生周期性的强弱变化，使人眼观察旋转物体时产生不转动或倒转或慢速旋转的错觉适用场合：教室、办公室、医院病房、商店等不适用于：视看对象为高速旋转体的场合紧凑型荧光灯（节能灯）显色指数好，光效高；结构紧凑，使用方便。荧光高压汞灯原理：同荧光灯构造：与荧光灯不同，两层灯泡壳(透明泡壳、涂荧光粉层)，汞蒸汽压高特点：光效高，达50lm/W；寿命长，为5000h；显色性差，蓝、绿光适用场合：常用于街道、施工现场和不需要认真分辨颜色的大面积照明场所。§4人工照明§4人工照明原理与构造：与高压汞灯相似，区别在于此类灯的内管充有金属卤化物（碘化铟、碘化钪、溴化钠等）、汞蒸气、惰性气体等，外壳与内管之间充氮或惰性气体，外壳不涂荧光物质。由电子激发金属原子，直接发出与天然光相近的可见光。特点：光效高，一般达80lm/W以上；光色好，单