《建筑光学基本知识》课件

建筑光学基本知识建筑光学是研究光线在建筑环境中的传播规律和应用的学科。它涉及光线在建筑内部和外部的照射、反射、折射、散射等现象，以及这些现象对人们视觉感受和建筑设计的影响。课程目标培养学生掌握建筑光学的基本理论知识理解光学原理在建筑设计中的应用，提高建筑设计水平。使学生具备建筑光环境设计的能力掌握光环境评价方法，能够对建筑光环境进行评估和优化。引导学生关注建筑光学在可持续发展中的作用了解建筑光环境对节能、环保和人体健康的影响。课程大纲光的性质概述光的波粒二象性、可见光谱等。建筑光学相关概念光照度、亮度、眩光、色温等。自然采光系统日光采集系统、日光引导系统等。建筑照明系统照明设计原则、色温、显色性等。光的性质概述光是一种电磁辐射，以波的形式传播。光具有波粒二象性，既表现出波的性质，也表现出粒子的性质。光速是宇宙中最快的速度，约为每秒30万公里。可见光谱可见光谱是指人眼所能感知的电磁辐射范围，波长范围约为380纳米至780纳米。可见光谱从短波长的紫色光到长波长的红色光，包含了彩虹中的所有颜色，是电磁波谱中一小部分。光的折射1光线角度当光线从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生改变，称为折射。光线的折射与入射角和两种介质的折射率有关。2折射率折射率是衡量光线在介质中传播速度的指标，不同的介质具有不同的折射率。折射率越大，光线传播速度越慢。3常见现象折射现象在生活中随处可见，例如水中的筷子看起来弯折，池水看起来比实际浅。光的反射1反射定律入射角等于反射角2反射类型镜面反射、漫反射3反射光线入射光线、反射光线、法线光的反射现象是光遇到物体表面时改变传播方向，并返回到原来介质中的现象。反射定律是光的反射基本规律，描述了入射光线、反射光线和法线之间的关系。根据反射面的光滑程度，反射可以分为镜面反射和漫反射两种类型。镜面反射是指反射光线方向一致，而漫反射是指反射光线方向各不相同，呈现出漫射状态。光学反射在建筑设计中至关重要，例如镜子、窗户、天花板等建筑元素都会对光的反射产生影响，设计师需要根据光的反射原理来设计建筑，以营造最佳的光环境。光的折射定律11.入射角与折射角入射角是指光线与法线的夹角，折射角是指折射光线与法线的夹角。22.折射率折射率是衡量光线在不同介质中传播速度变化的物理量。33.斯涅尔定律斯涅尔定律描述了入射角、折射角和折射率之间的关系。44.折射现象折射现象是光线从一种介质进入另一种介质时发生的偏折现象。光的散射光的散射是指光线在传播过程中遇到障碍物或微粒而改变传播方向的现象。当光线遇到比波长小的微粒时，会发生瑞利散射，蓝天和夕阳的红色都是瑞利散射的结果。当光线遇到比波长大的微粒时，会发生米氏散射，云层和雾霭的白色就是米氏散射的结果。光的衍射光波在传播过程中遇到障碍物或孔径时，会偏离直线传播路径的现象称为光的衍射。衍射现象表明光具有波动性。当光波通过狭缝时，会发生衍射，形成明暗相间的衍射条纹。衍射条纹的宽度和间距与狭缝的宽度和光的波长有关。光的干涉薄膜干涉当光线照射到薄膜时，会发生反射和透射，产生干涉现象。双缝干涉当光线通过两个狭缝时，会产生干涉条纹，证明光具有波动性。建筑光学的相关概念光环境光环境是指建筑空间中光线分布、颜色、亮度等因素的综合影响，影响人们的视觉感受和心理状态。光环境设计旨在创造舒适、高效、安全的光环境，满足建筑功能需求和审美要求。光污染光污染是指由于光照过度或不合理使用光而造成的环境污染，例如眩光、光入侵、夜间照明过亮等。光污染会对人体健康、生物节律、生态环境造成负面影响，需要合理控制和防治。建筑遮阳系统建筑遮阳系统是一种重要的建筑节能技术。它通过控制太阳辐射进入建筑物的方式，降低室内温度，减少空调负荷，从而节约能源。建筑遮阳系统可以有效地减少太阳辐射的热量进入建筑物，降低室内温度，从而减少空调的负荷，节约能源。建筑遮阳系统的分类固定式遮阳固定式遮阳系统通常设计为建筑物的一部分，以提供永久性的遮阳效果。可调式遮阳可调式遮阳系统允许用户根据太阳的位置和强度调整遮阳的角度和位置。自动控制遮阳自动控制遮阳系统使用传感器和控制系统来自动调节遮阳，以优化遮阳效果。智能遮阳系统智能遮阳系统结合了传感器、控制系统和人工智能技术，能够根据实时环境条件进行智能遮阳调节。建筑遮阳系统的设计原则最大限度利用自然光通过设计合理的遮阳系统，在满足采光需求的同时，减少阳光直射带来的眩光和热量。保护室内环境遮阳系统有效减少阳光直射，防止室内家具、地毯等物品褪色，延长其使用寿命。降低能源消耗遮阳系统减少了阳光直射带来的热量，降低了空调负荷，从而节约能源。美观性遮阳系统作为建筑外立面的组成部分，应与建筑风格相协调，提升建筑的美观性。建筑玻璃的分类11.按生产工艺分类浮法玻璃、平板玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃等。22.按颜色分类透明玻璃、彩色玻璃、磨砂玻璃、镀膜玻璃等。33.按性能分类隔热玻璃、节能玻璃、防紫外线玻璃等。44.按用途分类建筑玻璃、汽车玻璃、家具玻璃等。建筑玻璃的光学性能建筑玻璃的光学性能直接影响建筑的采光、热舒适度和视觉效果。0.9透光率玻璃透过的光线比例。0.1反射率玻璃反射的光线比例。0.8遮光系数玻璃对太阳辐射的阻挡能力。0.4可见光透射率玻璃对可见光的透射率。建筑玻璃的热性能热传导系数衡量热量通过玻璃传递速率的指标热阻玻璃阻挡热量传递的能力太阳能热增益系数表示太阳能通过玻璃传递到室内空间的比例遮阳系数衡量玻璃阻挡太阳辐射的能力建筑玻璃的选择节能性考虑玻璃的U值、遮阳系数、可见光透射率等参数，选择节能性能高的玻璃。光学性能根据建筑功能和设计理念选择合适的光线透射率、反射率、遮光系数等参数的玻璃。安全性能选择安全性能高的玻璃，如钢化玻璃、夹胶玻璃等，以保障建筑的安全和使用。成本综合考虑玻璃的性能、价格和施工成本，选择性价比高的玻璃。建筑照明系统建筑照明系统是建筑设计的重要组成部分，它影响着室内空间的光环境和视觉效果。照明系统不仅要满足照明的基本需求，还要考虑节能环保、美观舒适、安全可靠等因素。建筑照明系统的设计要点照明功能满足使用需求，提供足够的光照，保证安全和舒适。根据功能需要选择合适的灯具类型、光源类型和光照强度。光环境营造舒适宜人的光环境，提高空间的整体效果。控制光线方向、颜色、亮度和阴影，创造视觉上的和谐。节能环保选用节能高效的光源和灯具，降低能耗。采用智能控制系统，优化照明效率，减少光污染。安全可靠确保照明系统安全可靠，防止安全隐患。采用高质量的材料和工艺，确保照明系统的耐久性和稳定性。色温和显色性色温色温是指光源的光色，用开尔文（K）表示。暖白光色温较低，冷白光色温较高。显色性显色性是指光源照射物体时物体呈现颜色的程度。高显色性光源能使物体呈现更真实的颜色。室内照明标准室内照明标准是根据不同功能区域和视觉要求，对照明强度、色温和显色性等参数进行规范的标准。照明标准旨在为室内空间提供舒适、安全的照明环境，并满足特定工作和生活需求。自然采光系统自然采光系统利用自然光照亮建筑内部，减少对人工照明的依赖。自然光不仅可以提供良好的照明效果，还能够改善室内环境，提高舒适度。自然采光系统的设计需要考虑光线的方向、强度、颜色等因素，并结合建筑的结构和功能进行合理的规划。日光采集系统光导管通过光导管将自然光引进室内，提高室内自然采光率。屋顶采光窗通过屋顶设置采光窗，最大限度地利用自然光。阳光房阳光房的设计能够最大限度地利用自然光，为室内提供充足的阳光。日光引导系统日光引导系统是指通过合理设计，利用反射镜、光导管等光学装置，将自然光引入建筑内部，提高室内采光水平。日光引导系统可以有效解决传统窗户采光不足、光线分布不均匀的问题，并减少人工照明需求，节约能源。日光引导系统主要分为反射式、折射式和光导管式三种类型。自然采光系统的设计光线模拟利用计算机软件模拟自然光线在建筑空间中的分布，帮助设计人员更好地理解自然光的照射效果。采光面积最大限度地利用窗户或天窗等采光开口，提高采光效率，并确保足够的光线照射到室内。光线控制通过遮阳装置、玻璃类型等手段，控制自然光线的强度和方向，避免眩光和过热现象。光线导向利用光线反射、折射等原理，将自然光线引导到建筑空间的各个角落，确保室内空间的均匀光照。光环境评价指标亮度描述光源或物体表面的发光强度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。照度表示光源照射到物体表面的光通量密度，单位为勒克斯（lx）。色温描述光源颜色，单位为开尔文（K）。显色性指光源照射物体时，能够还原物体真实色彩的程度，用显色指数Ra表示。光环境评价方法光照度测量利用照度计测量不同位置的光照度，评估光照水平是否满足标准。眩光评估通过眩光指数或眩光评级系统，评价空间内眩光水平对视觉舒适度的影响。视觉舒适度评价使用问卷调查或生理指标监测，评估光环境对视觉舒适度和工作效率的影响。光环境模拟使用计算机软件模拟光环境，预测不同光源和布局的效果，优化设计方案。案例分析现代办公楼自然光设计自然光设计最大限度地利用自然光，营造明亮