第7讲 建筑光环境课件

第六章

建筑光环境清华大学建筑学院建筑技术科学系2001年第7讲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提高劳动生产率降低能耗人工照明能耗空调能耗2第7讲建筑光环境90年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例3第7讲建筑光环境光的性质和度量

光的特征电磁波的一部分，光子的波动运动可见光和良好视觉的共同作用

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。较短的波长为主较长波长为主4第7讲建筑光环境光通量

物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。

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为光的能量(波长380－780nm)称为光通量。单位:流明(lumen，lm)。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效率V(

)来表示。5第7讲建筑光环境不同波长的相对光谱光效率

明视觉：V(

)max对应波长555nm(黄绿光)，光效是680lm/W。暗视觉：V(

)max507nm(蓝绿光)6第7讲建筑光环境发光强度I

发光强度：表示光源光通量的空间密度定义：光源在某一方向的发光强度定义为光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。单位：坎德拉(candela,cd)ds7第7讲建筑光环境光通量相同，发光强度却不同8第7讲建筑光环境

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。表达式：单位：勒克斯(lux,lx)，相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上性质：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。照度E9第7讲建筑光环境光源的发光强度与被照面的照度关系

已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度：En＝I/r2

再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：E=Ensin

=(I/r2)

sin

线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。原理相同。

IEr10第7讲建筑光环境照度11第7讲建筑光环境国际照明委员会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 >200012第7讲建筑光环境亮度L

定义：正在发光(或反光)表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt

主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16sb以下的亮度！13第7讲建筑光环境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14第7讲建筑光环境亮度表达式当量面积dScos

dI

15第7讲建筑光环境光源的亮度与被照面的照度关系

E＝Lsin

＝Acos/r2

LE

r光源面积A

16第7讲建筑光环境光的传播特性

光遇到介质会发生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看见。

c

=

+

+

c17第7讲建筑光环境

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18第7讲建筑光环境

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19第7讲建筑光环境光问题与热问题的比较

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：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高不同点热量守恒：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；光被材料吸收了就不存在了，变成了热。20第7讲建筑光环境视觉与光环境

良好的光环境是保证视觉功能舒适有效的基础什么是良好光环境？人们可以不必通过意识的作用强行将注意力集中到所要看的地方，就能不费力气而清楚地看到所有搜索的信息获得的信息与实际情况相符合背景中也没有视觉“噪声”干扰注意力21第7讲建筑光环境眼睛的生理特点

视网膜的两种感光细胞

亮度高于3nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发挥作用在亮度低于0.01nt时主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色绝对光阈：背景亮度为0时可识别的临界亮度

目标越小要求越高呈现时间越短要求越高22第7讲建筑光环境视野和视场水平方向单眼视野180

双眼视野180

斜线区为单眼视野范围，白色区为双眼视野范围。单眼向上60

，向下70

。23第7讲建筑光环境视觉特征描述

亮度对比度亮度对比度对人眼看物体的清晰程度的影响24第7讲建筑光环境视觉特征描述

视角视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数25第7讲建筑光环境视觉特征描述

视觉适应26第7讲建筑光环境颜色彩度RYGBP明度YGRPBRPYRGYBGPB

度量：孟赛尔表色系相邻色调间逐步过渡相同黄色Y也有偏红黄YR和偏绿黄GY之分每种色调分为10个等级，主色调和中间色调的等级均为5。10Y表示黄与黄绿的中间色，即淡黄绿色。27第7讲建筑光环境孟赛尔表色系(镜像)28第7讲建筑光环境颜色产生的心理效果

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：红热蓝冷，主观温差效果可达3~4℃

大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重29第7讲建筑光环境颜色产生的错觉33303730第7讲建筑光环境视觉功效

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。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31第7讲建筑光环境视觉功效曲线

条件：识别几率95％32第7讲建筑光环境舒适光环境评价

适当的照度或亮度水平

合理的照度分布舒适的亮度分布：适合的亮度对比很重要宜人的光色：影响对物体颜色的判别和人的心理感觉无眩光干扰光的方向性：使被视物体有立体感33第7讲建筑光环境适当的照度或亮度水平亮度到一定程度后，反而会超过眼睛的适应范围。当物体亮度超过一定值时人眼会感到刺眼，不能工作。对于人眼视力而言，存在着最佳亮度。34第7讲建筑光环境合理的照度分布照度分布应该满足一定的均匀性。视场中各点照度相差悬殊时，瞳孔就经常改变大小以适应环境，引起视觉疲劳。

一般认为空间内的照度最大值、最小值与平均值的相差不超过1/6是可以接受的。照度均匀度＝工作面最低照度/工作面最高照度人工照明，照度均匀度需大于1/3；自然采光，照度均匀度需大于1/10。35第7讲建筑光环境有突出亮的面36第7讲建筑光环境有突出暗的面37第7讲建筑光环境亮度分布适宜38第7讲建筑光环境眩光当视野内出现高亮度的光时,使眼睛不能完全发挥机能，这种现象成为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，也就降低了眼睛的视觉敏感度。视力降低眩光：如白天眼睛正视太阳，太阳光直射工作面、夜间眼睛正视迎面而来的汽车灯光。不舒适眩光：一个很大的高亮度光源在接近视线的高度上，虽不会降低视力，但会引起视觉上的不舒适。如看阳光下的积雪等。39第7讲建筑光环境眩光产生的原因

不恰当的自然采光口，不合理的光亮度，不恰当的强光方向，都会在室内造成眩光现象。可能产生眩光的地方玻璃办公桌面局部照明的展板不恰当的工作面照明黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。40第7讲建筑光环境41第7讲建筑光环境光污染

玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附件建筑的室内光环境。42第7讲建筑光环境人工照明

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43第7讲建筑光环境人工光源

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/低压钠灯光谱特点非连续多峰值44第7讲建筑光环境白炽灯

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45第7讲建筑光环境白炽灯的光谱特性46第7讲建筑光环境卤钨灯

光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高47第7讲建筑光环境荧光灯

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，33~58lm/W48第7讲建筑光环境荧光高压汞灯

光效高寿命长显色性差49第7讲建筑光环境气体放电光源光谱

低压钠灯的主要波长为589nm的黄光，最接近555nm，故发光效率最高。50第7讲建筑光环境不同光源的光效表面温度小空间适用51第7讲建筑光环境照明方式一般照明分区一般照明局部照明混合照明52第7讲建筑光环境局部照明(混合照明)53第7讲建筑光环境分区照明(分区一般照明)54第7讲建筑光环境人工照明设计中的灯具利用系数Cu

影响因素灯具类型灯具间隔各内壁面反射率房间的长宽灯具到工作面的距离实用形式：查手册中的表格55第7讲建筑光环境天然采光

天然采光特点

节能：104lm/W

视觉效果好，不易导致视觉疲劳健康，连续的单峰值光谱满足人的心理和生理需要难度大，受光气候条件和建筑设计制约采光与遮阳有矛盾56第7讲建筑光环境有无采光窗的心理影响57第7讲建筑光环境人工照明效果58第7讲建筑光环境天然采光效果59第7讲建筑光环境天然采光原理

天然光＝直射光＋散射光。全云天只有扩散光。直射光随太阳高度角增加而增加扩散光：散射光在太阳高度角较小时变化快，到太阳高度角较大时变化小。最不利天气：全云天晴天室外照度变化60第7讲建筑光环境天然采光标准

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=(Ei/Eo)×100%在采光标准中，室外照度是指全云天时的天空扩散光。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1~5级，各级的天然照度最低值分别为250、150、100、50和25lx。61第7讲建筑光环境天然采光标准

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。采光系数标准值53210.575321350250150100502501501005025d0.150.15<d0.30.3<d1.01.0<d5.0d>5.062第7讲建筑光环境中国光气候分区与光气候系数IIIK=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=1.2K=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV63第7讲建筑光环境侧窗采光64第7讲建筑光环境侧窗采光用于有外墙的房间65第7讲建筑光环境

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。66第7讲建筑光环境窗台高度不变,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。67第7讲建筑光环境不同类型玻璃的采光效果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68第7讲建筑光环境不同侧窗位置对室内照度的影响平面图剖面图69第7讲建筑光环境天窗采光用于内区、中庭、顶层70第7讲建筑光环境天然采光控制：节能