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1、第六章 建筑光环境,本章的学习要点 1、了解光的基本度量单位及相互关系 2、掌握天然光环境的基本设计要点,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,人工照明耗 空调能耗,提高劳动生产率,降低能耗,光污染,玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附近建筑的室内光环境。,一、基本光度单位及相互关系 1、光通量 辐射通量(辐射功率):单位时间内辐射体辐射的能量称辐射通量。 光通量：相应的辐射通量中被人眼感觉的可见光能量称光通量。单位为流明（lm） 描述光源发光能力的基本量 100w普通白炽灯发出的光通量为1250lm 40w日光色荧光灯发出的光通量为2000lm,1 光的性质
2、与度量,2、发光强度 定义：光源在某一方向上单位立体角元内发射的光通量。表征光源发出的光通量在空间的分布状况。用I表示 ,单位为坎德拉（cd）。,光通量相同，发光强度却不同，其值,与灯具性质有关。,光通量与光强度,光强度与光照度 3、照度 定义:对于被照面而言，照度是受照平面上接受的光通量的面密度。 E=d/dS d：光通量 dS：面积 照度的物理意义及表示方法：照度表征被照面上的光通量密度。 照度可直接相加，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。,已知点光源发光强度I以及与被照面的距离r，则垂直于二者连线的被照面的照度为：,E=Encos = (I / r2
3、) cos ,4、亮度 定义：发光体在某一方向上单位面积的发光强度。,物理亮度：发光体在视线方向上单位面积的发光强度 主观亮度：视感所感受到的亮度(受背景亮度影响) 视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！,cd/m2,二、光的反射与透射 1、定向反射和透射 * 定向反射：光线照射到表面很光滑的不透明材料上，会出现定向反射现象。 定向反射特点： 1)光线入射角等于反射角； 2)入射光线、反射光线及反射表面的法线处于同一平面。具有这种特征的材料称为定向反射材料。,* 定向透射：光线射到透明材料上，会产生定向透射。,能清晰看清背侧光源和物象 透明材料,模糊看清光源 磨砂玻璃,模糊看清背侧光源，且亮度
4、均匀 透明玻璃涂白漆,完全看不清背侧光源和物象，量度均匀 如乳白玻璃,2、均匀扩散反射、透射材料 定义：均匀扩散材料的特点是反射光或透射光的分布与入射光方向无关，反射光或透射光均匀地分布在所有方向上。从各个角度看，被照表面或透射表面亮度完全相同，看不见光源的形象，这种材料被称为均匀扩散材料。 均匀扩散材料包括： * 均匀扩散反射材料：如：涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、瓷砖等。 * 均匀扩散透射材料：如：乳白玻璃、半透明塑料等。,3、定向扩散反射、透射材料 同时具有定向和扩散两种性质，这种材料在定向反射(或透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度，具有这种性质的材料称为定向扩散反射或透
5、射材料。 光滑的纸、粗糙的金属表面、油漆表面都是定向扩散反射材料；磨砂玻璃为典型的定向扩散透射。,三、污染对材料化学特性的影响 * 窗玻璃积累污染物则透光系数降低 * 室内装饰物表面腿色泽反光系数降低,一、眼睛与视觉特征,瞳孔：光圈作用,感光细胞：亮度高于3 nt(cd/m2)时（明视觉）主要由锥体细胞发挥作用辨色作用；在亮度低于0.01 nt时（暗视觉）主要由杆体细胞发挥作用，但不能分辨颜色感光作用,锥体细胞,杆体细胞,色盲锥体细胞功能性损坏,水晶体：透镜作用(有自动聚焦功能) 视网膜：胶卷作用,原像,镜像,视觉功能的完成,2 视觉与光环境,1、亮度阈限,里科定律： 亮度面积常数 目标越小要
6、求越高 邦森一罗斯科定律： 亮度时间常数 呈现时间越短要求越高 视觉阈亮度： 视觉可以忍受的亮度上限，一般:106cd/m2,视觉阈,一、眼睛与视觉特征 1、亮度阈限 在视觉研究中，将背景亮度Lb=0时，眼睛所能识别的临界亮度称作视觉的绝对光阈，其值遵守里科定律和邦森-罗斯科定律。 里科定律：亮度面积=常数 邦森-罗斯科定律：亮度时间=常数 即：目标越小，或呈现时间越短，引起视知觉所需要的亮度越高，但当视角大于500，呈现时间不少于0.1s时，绝对光阈值不再提高，为610cd/m2。 结论： 1）在暗视觉状态下(0.01cd/m2)，人眼无法辨别物件的细节，对外部亮度变化的适应能力低。 2）超
7、过亮度阈限时，视网膜会因辐射过强而受伤,视觉上可以忍受的亮度上限为16sb.,眼睛是光的接受器，像一个小型照相机，当接受到足够的光线刺激时，人眼便看到了外界事物。光进入眼睛后到达视网膜上，视网膜是眼睛的光程末端，也是视神经的开始，他终止于大脑调节视觉部分的视皮层。视网膜约占眼球内面的三分之二。视网膜上有两种类型的感光细胞，按其形状分为锥状细胞和杆状细胞。 锥状细胞对光不敏感，在两度高于3cd/m2的环境中，锥状细胞才发挥作用，这时称为明视觉。锥状细胞有辨认细节和颜色的能力，且随着亮度的增加该能力增强。杆状细胞对光非常敏感，但不能分辨颜色，在暗环境中（小于0.01cd/m2），主要是杆状细胞起作
8、用，成为暗视觉，在暗视觉状态下，人眼没有颜色感觉，无法分辨事物的细节，对外部亮度变化适应能力低。,2、视野,视野和视场的概念 视野：观察者正视前方时，头和眼睛都保持不动时，这样所察觉到的空间范围称视野。 * 单眼视野：单眼的综合视野在垂直方向1300，向上600，向下700，水平方向约有1800。 * 双眼视野：双眼同时能看的视野，垂直方向与单眼相同，水平方向约有1200的范围。 * 中心视野：在视轴10范围内具有最高的视觉敏锐度，能分辨最细小的细部，称中心视野。 * 近背景视野：从视野中心往外300范围，视觉清晰度较好，称近背景视野。 视场：观察者头部不动但眼睛可以转动，这样所看到的空间范围
9、称视场。,中心视野：1-1.5 (偏离视野中心30)物体在中心凹成像(锥杆细胞集中处)，清晰度最高，可辨色辨细部 单眼视野：水平： 180；上60 ，下70,双眼视野： 水平：120； 垂直：与单眼相同,最高敏锐度,3、亮度对比度 亮度对比度：视野中目标和背景的亮度差与背景或目标亮度值比。任何物体都有其背景，物体和背景之间存在着亮度和颜色上的差异，亮度对比度越大，看得越清楚。 4、视觉敏锐度 * 视角:需要分辨的细节尺寸对眼睛形成的张角，称为视角。 * 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。,5、视觉速度 从发现物体到辨别物体细节需要一定的时间，称识别时间，识别时间的倒数，
10、称视觉速度。 6、眩光 在视野内出现亮度较高的物体或过大的亮度对比时，可引起视觉上的不舒适、烦恼或视觉疲劳，这种高亮度或亮度对比称为眩光。 例如：当黑板某处出现过亮区域时，人眼会感觉刺眼，看不清楚。 7、视觉适应 眼睛由一种光刺激到另一种光刺激的适应过程。,二、颜色对视觉的影响 * 表观色：直接看到的光源的颜色。 * 物体色：光投射到物体上，物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的颜色感觉称物体色。 * 物体色由物体表面的光谱反射率或透射率和光源的光谱组成共同决定。,黄、红等暖色、明快的色调加上高亮度的照明，对人有离心作用，可增加人的激活作用、敏捷性和外向性，适合于从事手工操作和进
11、行娱乐活动的场所；灰、蓝、绿等冷色调加上低亮度的照明，对人有向心的作用，使人的精神不易涣散，适合于需要久坐的、对眼睛和脑力工作要求较高的场所，如办公室、研究室和精细的装配车间等。,光源的色温与冷暖色调,冷色调,暖色调： 3300K,中间色调,3300K,天空光,日光,白炽灯,高压纳灯,日光色荧光灯,高压汞灯,5300K,冷色调 5300K,4。色彩效应对主观的影响营造光环境氛围,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：主观温差效果可达34 大小轻重感觉：高明度者大而轻，低明度小而重,色适应是人们工作、学习、生活中对照明光色度感觉的偏爱,三、视觉功效与舒适光环境要素
12、l、视觉功效 定义：人借助于视觉器官完成视觉作业的效能,称视觉功效。 它主要取决于作业的大小、形状、位置和所处的光环境，主要与视角、照度、亮度对比系数和识别时间有关。,识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率,考虑25%的偶然性,同样光环境中的不同视标的对比次数,视角,视觉功效曲线,同样视角：CE,条件：识别几率95,同样的视觉功效： E C E 同样的视觉功效，天然光所需照度低于人工光 对视觉功效影响的还有：年龄、视力、操作熟练程度等生理因素,亮度对比度,视觉功效特性,视觉适应：人眼能辨别的物体最小亮度与背景亮度及其识别时间相关。 视知觉特性：不同的照明环境，人的视知觉是不同的。,视觉适应
13、及照明对视觉的影响,眼睛的适应过程,绝对感受性：引起视知觉的最小刺激的反应能力。为视觉的绝对阈限的倒数。绝对阈限是指能引起光感觉的最定限度的光通量。 视觉器官功能：可以反映光的波长（辨色），同时还可以反应光的亮度（光强程度）。,2、舒适光环境要素与评价标准 * 适当的照度水平 * 舒适的亮度比 * 适宜人的色温与显色性 * 避免眩光干扰,3 天然采光 一、天然光源的特点 1、天然光源 A，概念 * 天然光源：太阳昼光。 * 太阳直射光：部分日光通过大气层入射到地面，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：另一部分日光在通过大气层时遇到大气中的尘埃和水蒸气，产生多次
14、反射，形成天空扩散光，使白天的天空呈现出一定的亮度。扩散光没有一定的方向，不能形成阴影。 * 人眼在天然光下比在人工光下有更高的灵敏度，人眼对天然光比较习惯和适应，天然光的光质好，形成的照明质量高 。,B，光气候特点 地面照度来源于直射光和扩散光 * 晴天：云量低于30，天气。此时云量占整个天空面积的30%，地面照度主要来自直射日光,漫射光除了日出、日落外变化不大，亮度分布不稳定。 ； * 全阴天：云量为80100，的天气。此时室外天然光全部为天空扩散光，物体背后没有阴影，天空亮度分布比较均匀且相对稳定； * 多云天：云量为4070，的天气。多云天介于晴天和全阴天之间，太阳时隐时现，照度很不稳
15、定。,全云天,天空亮度分布,晴天,太阳位置,组成及影响因素：太阳直射光、天空漫射光f (云量),C，采光设计 在采光设计中的天然光往往是天空扩散光，它是建筑采光的主要光源。为防止眩光或避免房间过热，工作房间常需要遮蔽直射光，所以在采光计算中一般不考虑直射光的作用，而是把全阴天空看作是天然光源。,2、天然光和人工光的光谱能量分布特征 * 天然光是太阳辐射的一部分，它具有光谱连续且只有一个峰值的特点，太阳的全光谱辐射是人们在生理上和心理上感到舒适满意的关键因素。 * 人工光由于其发光肌理各不相同，光谱分布也不同，如果人工光光谱分布有两个峰值且不连续，则易引起视觉疲劳。光谱能量分布较窄的某种纯颜色的
16、光源照明质量较差，光谱能量分布较宽的光源照明质量较好。,采光系数标准值 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。,二、自然采光原理与设计 1、我国的光气候特点与光气候分区 A, 天然光的组成和影响因素 光气候指当地的室外照度状况及影响其变化的气象因素的总和。 * 晴天时，天然光由直射光和扩散光组成； * 全云天只有天空扩散光。,B,光气候特点 * 影响室外地面照度的气象因素主要有太阳高度角、云、日照率等等。 * 在采光设计标准中，将全国划分为五个光气候区，分别取相应的采光设计标准。 * 从日照率看，由北、西北往东南方向逐渐减少，四川盆地一带为最低； * 从云量看，自北向南逐渐增多，四川盆地最多； * 从云状看，南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为主。 结论：南方以天空扩散光照度占优，北方以太阳光直射为主，并且南北方室外平均照度差异较大。,我国
