建筑环境学-08第8章建筑光环境

第八章

建筑光环境2主要内容

光的性质与度量视觉与光环境天然采光人工照明光环境控制技术的应用3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490年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例第一节

光的性质与度量6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，人眼的这种特性用光谱光视效率V(

)来表示1.光的特性与基本光度单位7不同波长的光谱光视效率单色光的光谱光视效率波长为555nm(黄绿光)的辐射通量与视亮度感觉相等的波长为

的辐射通量的比值，V(

)

——明视觉暗视觉：V(

)max510nm(蓝绿光)光视效能K(

)描述光能和辐射能之间关系的量，单位lm/W

最大光视效能Km=683lm/W。

单色光谱光视效率1.光的特性与基本光度单位波长λ的光通量8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)r1.光的特性与基本光度单位9光通量

相同,发光强度I却不同1.光的特性与基本光度单位I小I大10

定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面接受光通量的面密度。表达式：单位：勒克斯(lux,lx)，相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上照度E1lm1m21.光的特性与基本光度单位11照度E

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。1.光的特性与基本光度单位12照度13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！1.光的特性与基本光度单位光源或被照面14亮度表达式当量面积dAcos

dI

距离r1.光的特性与基本光度单位15亮度和照度有何区别？照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高1.光的特性与基本光度单位照了不一定亮！16光源的发光强度I与被照面的照度E的关系点光源的发光强度I与被照面照度E

的关系：对于照度E，线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。

IEr1.光的特性与基本光度单位17光源的亮度L与被照面的照度E关系

E

r面积A

亮度L1.光的特性与基本光度单位光源的法线与光线的夹角θ18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。

τ

=

+

+

τ2.光的反射与透射19反光和透光材料2.光的反射与透射

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20反光和透光材料

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2.光的反射与透射第二节

视觉与光环境22眼睛的生理特点

视网膜的两种感光细胞下限：亮度阈限

10-6nt；上限：16sb＝16万nt亮度高于3nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发挥作用——明视觉在亮度低于0.03nt时主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色——暗视觉

0.03~3nt——中间视觉，一般道路照明1.眼睛的视觉特征23视野和视场水平方向单眼视野180

双眼视野180

1.眼睛的视觉特征24对比感受性

亮度对比亮度对比对人眼看物体的清晰程度的影响1.眼睛的视觉特征L0-目标亮度Lb-背景亮度C≈1C≈0对比感受性对比敏感度Sc阈限对比-人眼刚刚能够感知的最小亮度对比25阈限对比对比敏感度C越小，亮度对比越小Sc越大，敏感度越高26视觉敏锐度

视角视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数1.眼睛的视觉特征弧度27视觉适应1.眼睛的视觉特征眼睛的适应过程28视觉功效

定义：人借助于视觉器官完成视觉作业的效能。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：识别几率实验研究识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率3.视觉功效293.视觉功效视觉功效曲线

条件：识别几率95％α-视角30舒适光环境评价

适当的照度水平照度标准与照度分布舒适的亮度分布适合的亮度对比很重要适宜的显色性与色温影响对物体颜色的判别和人的心理感觉无眩光干扰4.舒适光环境的要素与评价标准31适当的照度水平照度过大，被照物的亮度就越高。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。照度标准卧室75－150lx起居室100－300lx普通办公室300lx高档办公室500lx手术室750lx人们感到满意的照度值4.舒适光环境的要素与评价标准32合理的照度分布照度均匀度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，引起视觉疲劳办公室、阅览室照度均匀度

0.7

非作业区域/作业区1/3

4.舒适光环境的要素与评价标准33舒适的亮度比4.舒适光环境的要素与评价标准灯和白天窗户的亮度控制在作业亮度的40倍以内作业面附近，不低于1/3周围视野，不低于1/10亮度分布适宜34日光晴天空白炽灯荧光灯适宜的色温与显色性4.舒适光环境的要素与评价标准光源的色表类别与用途常见光源的色温蜡烛：2000K白炽灯：3000K荧光灯：5000K色温越高，要求的舒适照度越高色温与显色性：显色指数Ra＝20～100，高者为佳（如白炽灯）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、热加工车间不同光源的光功率谱分布35不同光源的相关色温4.舒适光环境的要素与评价标准光源色温(K)北方晴空8000-8500阴天6500-7500夏日正午阳光5500金属卤化物灯4000-4600下午日光4000冷色荧光灯4000-5000高压汞灯3450-3750暖色荧光灯2500-3000卤素灯3000钨丝灯2700高压钠灯1950-2250蜡烛光200036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。4.舒适光环境的要素与评价标准374.舒适光环境的要素与评价标准第三节

天然采光39天然采光特点

光效高：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3.1天然光源的特点40天然采光能量分布

天然光＝直射光＋扩散光。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：扩散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：全阴天（云量为8～10）晴天室外照度变化3.1天然光源的特点41天然光环境的评价方法

采光系数C（DaylightFactor）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。

在采光标准中，室外照度是指全阴天时的天空扩散光。3.2天然采光设计原理42天然采光标准采光系数取值与视觉作业种类、建筑采光形式有关采光等级视觉作业分类侧面采光顶部采光作业精确度识别对象的最小尺寸d(mm)

室内天然光临界照度(lx)采光系数最低值Cmin(%)室内天然光临界照度(lx)采光系数平均值Cmin(%)Ⅰ特别精细d

0.1525053507Ⅱ很精细0.15<d

0.315032254.5Ⅲ精细0.3<d

1.010021503Ⅳ一般1.0<d

5.0501751.5Ⅴ粗糙d>5.0250.5350.73.2天然采光设计原理室外天然光照度取5000Lux43中国光气候分区与光气候系数IIIE=5000LuxK=1.0E=5500LuxK=0.9E=4000LuxK=1.2E=4500LuxK=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV3.2天然采光设计原理E=6000LuxK=0.85侧窗采光3.2天然采光设计原理45

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。3.2天然采光设计原理46

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。3.2天然采光设计原理47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3.2天然采光设计原理48不同侧窗位置对室内照度的影响平面图剖面图3.2天然采光设计原理49采光系数计算法

（集总参数法）侧窗采光线算图（其他K修正系数可查表）3.3天然采光设计方法lb透光室内反射窗宽室外遮挡第四节

人工照明51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52人工光源类型与特点

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/低压钠灯光谱特点连续/非连续

单峰值/多峰值4.1人工光源53不同光源的光效功率小空间适用4.1人工光源54白炽灯4.1人工光源

光效低，12~20lm/W

色偏红灯丝(钨丝)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55白炽灯的光谱特性4.1人工光源56卤钨灯将卤族元素，如碘、溴等充入灯泡内，它能和游离态的钨化合成气态的卤化钨，延缓了灯丝的蒸发光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高光效达到20lm/W以上光谱特性同白炽灯4.1人工光源57荧光灯4.1人工光源

光效较高，寿命长，显色性较好（70~80Ra），表面温度低，60lm/W以上(卤素荧光粉，电磁镇流器)节能灯就是紧凑型荧光灯，可达70lm/W(稀土三基色荧光粉，电子镇流器)58

光效较高，50lm/W

寿命长显色性差，30-40Ra荧光高压汞灯4.1人工光源59金属卤化物灯4.1人工光源光效可达80lm/W以上显色性也有很大改进用于高大厂房，室外运动场寿命较短单灯功率大60低压钠灯与高压钠灯

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（140lm/W，理论300lm/W)，显色性差。 透雾性强，机场跑道、灯塔。高压钠灯的光谱分布特性（120lm/W）显色性20-25Ra

4.1人工光源路灯，高大厂房61LED灯

——半导体发光二极管

理论光效125lm/W理论寿命10万小时，实际寿命2～5万小时目前的问题单灯功率低显色性不够好光效不够高价格高4.1人工光源3W，90lm/W

相当5~8W节能灯，25W白炽灯显色指数>Ra8062照明方式一般照明分区一般照明局部照明混合照明4.2照明方式63人工照明设计

单灯光通量计算影响灯具利用系数Cu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4.2照明方式维护系数平均照度×面积第五节

光环境控制技术的应用65天然采光控制：节能舒适

仅靠门窗天然采光的局限天然采光受建筑设计制约过强的光照导致不舒适控制天然采光的方法百页控制光电玻璃控制反射镜控制光导管与光导纤维天然采光与人工照明联合控制665.1

百页控制675.2调光玻璃

——根据室内照度改变玻璃