21世纪建筑采光与照明技术

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1、21世纪建筑采光与照明技术一、建筑采光照明发展的回眸回眸 20世纪建筑采光照明的发展，人们首先想到 1879年爱迪生发明的碳丝白炽灯，使建筑照明进入一个新的时代。随后荧光灯、汞灯、高低压钠灯、金属卤化物灯、紧凑型荧光灯，高频无极荧光灯、微波硫灯等新型电光源的出现；激光、光纤、发光二极管灯以及品种繁多的玻璃和 PC透光材料在建筑采光照明中的应用，使建筑采光照明技术得到飞速的发展。总结分析 20世纪建筑采光照明的发展，概括起来主要有三个因素：1 社会政治、经济和文化的发展是影响照明科技进步的一个因素。照明和建筑受社会与文化思潮影响之深，是其他工程科学所没有的。有人说照明界的兴旺是以富裕的经济条件为

2、前提和后盾的。经济是推动采光照明技术进步的杠杆。2 建筑业的发展，客观的需要和人对光的追求是促进采光照明科学技术发展的第二因素。3 相关自然科学和工程技术的进步是采光照明发展的第三因素。和采光照明关系最密切的有建筑学、电工学、能源科学、美学、机械工程学、材料科学、物理学等。特别是电学，如果没有电，那有电灯！所以有人把照明科学视为电气工程学的一个分支而发展起来的，并起着主导作用。因而人们在思考今后照明科技的发展时正期待电气工程的进步。二、采光照明技术的预测通过对社会、城市建筑、企业和人员结构的变化作出科学的分析按采光照明适应社会发展的原则，方能作出较科学的预测，表 1是中国建筑科学院物理所肖辉乾

3、专家在日本河本闪太郎教授所作的分析预测的基础上编写的表 1 。由表 1看出，新世纪的社会、城市建筑，企业和人员的变化决定着未来的采光照明技术的发展走向。三、天然光的利用越来越引起人们的重视20 世纪 70年代能源危机后，能源和环境问题举世瞩目，建筑物如何充分利用天然光，节能照明用电，引起国际建筑和照明界的高度重视。自 1983年以来，国际照明委员会就先后召开了四次国际建筑采光学术会议，说明国际照明委员会对建筑采光十分关注。又如英国建筑设备注册工程师协会（CIBSE）和英国照明学会（ILE）于 2000年 7月 911 日联合召开的2000 年国际照明学术会议，大会上发表的 26篇论文中，就有

4、9 篇是建筑采光的论文。目前国际建筑采光技术的主要动向有以于二个方面：（一）天然光资源（光气候）研究不断深入表 1 21世纪社会结构变化和采光照明技术的预测对象的划分 社会结构 变化的预测 社会结构 变化的背景 相关采光与 照明技术社会 社 会 循环型网络知识经济体系的建立。 节能和废弃物再利用法，节能法的修改，COP3，垃圾的处理和利用。 光源的节能技术照明和用光系统的节能技术光源、照明灯具和再利用技术天然光利用技术 城市建筑城市与建筑的现代化，管理的网络化和智能化。 城市与建筑法规和管理法规的制订与实施 城市的建筑、道路、广场、公园、绿地和公用设施的照明技术光污染防治技术企 业环境风险的增

5、大，加强环境管理越来越引起重视。ISO14000（环境管理标准）废弃物处理法，环境影响评价法，有害化学物质去向登记卡制度，环境基本法，大气污染防治法，水质污染防治法的制订与实施。 UV（紫外线）环境技术UV（紫外线）净化技术光触媒体利用技术利用光处理有害物质的技术人员 人 员 人们生活方式和观念的变化。人群结构的变化，周平均工作时减少，休闲时间增多。 出生率下降，儿童减少的社会，老人增多，高龄化社会，人员（老人、儿童、残疾人、病人等）保险法，终身雇员法的修改。 高龄人（老人）的照明技术光环境设计技术安全照明技术社会：循环型网络知识经济体系的建立。节能和废弃物再利用法，节能法的修改，COP3，垃

6、圾的处理和利用。光源的节能技术照明和用光系统的节能技术光源、照明灯具和再利用技术天然光利用技术城市建筑：城市与建筑的现代化，管理的网络化和智能化。城市与建筑法规和管理法规的制订与实施。城市的建筑、道路、广场、公园、绿地和公用设施的照明技术。光污染防治技术企业：环境风险的增大，加强环境管理越来越引起重视。ISO14000（环境管理标准）废弃物处理法，环境影响评价法，有害化学物质去向登记卡制度，环境基本法，大气污染防治法，水质污染防治法的制订与实施。UV（紫外线）环境技术、UV（紫外线）净化技术、光触媒体利用技术、利用光处理有害物质的技术人员人员：人们生活方式和观念的变化。人群结构的变化，周平均工

7、作时减少，休闲时间增多。出生率下降，儿童减少的社会，老人增多，高龄化社会，人员（老人、儿童、残疾人、病人等）保险法，终身雇员法的修改。高龄人（老人）的照明技术、光环境设计技术、安全照明技术天然光是取之不尽，用之不竭的能源。为了有效利用它，自 1991年国际照明委员会牵头组织进行了全球天然光资源的调查和观测，也就是 CIE的 IDMY计划（InternationaL DayLight Measurement Programme）全球各地约 50个光气候观测站（包括我国北京、重庆 2个观测站），经过长期的观测，积累了大量数据资料，现在正在分析整理，CIE 的三个出版物：建筑采光（DayLighti

8、ng in Architecture）、天然光在建筑中的作用（DayLight Performance of BuiLdings）和建筑物的天然光设计（DayLight Design of BuiLding）将陆续问世。这些成果为天空亮度分布模型的建立、建筑物的采光设计与计算提供了依据。（二）新型采光方法和材料不断出现建筑中如何有效地利用天然光近年来国内外建筑采光工作者提出了不少利用天然气光的采光方法和设想，归纳起来主要有两类：直接利用法和间接利用法。直接应用法主要有六种：1 使用平面反向镜的一次反射法用反光镜一次将太阳光反射到室内需要采光的地方。这种方法对提高侧窗采光的均匀度具有较明显的效果

9、。2 导光管法用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方，如中国建筑科学院已通过鉴定的无窗厂房和地下建筑天然采光研究成果，就是用此法进行天然采光。3 棱镜组多次反射法用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。如美国加州大学的贝克利试验室提出用于解决一座十层大楼的采光问题的方法；澳大利亚用这种方法把光送到房间 10 m进深的部位进行照明：在英国用于解决地下和无窗建筑的采光等，都收到了比较好的采光效果。4 光导纤维法此法是采用光率的光导纤维将光线引到需要采光的地方。如日本阳光大楼的中庭采光，就是用这种方法，通过一组光纤把阳光引入室内，照明中庭的绿色植物，照明效果也很好。5

10、 卫星反射镜法用高空卫星反射镜把太阳光反射送到需要光线的地区。如美国计划用一卫星反射镜解决整个纽约地区的夜间照明。这就是不夜城的照明计划，实现此计划有三个问题需要解决：即经费问题，环境影响问题，卫星轨道位置问题。6 高空聚光法用反光镜把太阳光聚集在高空，形成的高亮度光源供夜间照明用。间接应用法主要有三种：1 光热电光转换法用太阳光辐射产生的热发电供照明使用，也就是用太阳光集光器将吸收的光转化为热能产生的蒸汽，用蒸汽驱动汽轮机发电，作为照明电源。2 光电效应法根据光电效应把太阳光直接变成电能供照明使用，太阳能电池就属于这类换能器件。目前常用的硅太阳能电池，它的换能效率可达 1320 %。这种电池

11、在航标灯，道路照明，尤其是在无电的边远地区、高山、沙漠和偏僻农村使用，优点十分突出。3 太阳能高空发电法把太阳能电池安装在卫星上，将光变为电能，而后用微波方式送到地球接收天线上，地面接收站再把微波转换为电能，供照明和其他方面使用。四、建筑照明的发展趋势随着社会、经济和文化结构的变化；相关学科，特别是建筑科学的进步和人们的物质与精神生活水平的迅速提高，加上信息时代的前进步伐越来越快，传统的工作经济遭到网络知识经济的强有力的挑战，人们的工作和生活追求灵活、高效和舒适。这样人们对照明的要求越来越高，传统的建筑照明受到了时代的强烈冲击。在世纪之交的今天，思考建筑照明的发展趋势，迎接时代的挑战，把我国建

12、筑照明推向一个新的台阶。（一）照明节能，保护环境乃是 21世纪的主要任务国际照明委员会（CIE）照明发展委员会主席、捷克 VDvoracek先生曾预测，从 1990到 2000年人的年平均耗电量逐年上升，而照明耗电总能耗的比例将由 1990年的 12 %下降到 2000年的 10 %，同时耗电量大的低光效白炽灯用量逐年减少，发光效率高的荧光灯和高强度气体放电灯的用量将不断增多。照明节电，可减少因火力发电所产生的污染环境的物质。当今节能和保护环境已成为世界各地普遍关注的社会问题，并直接关系到社会的持续发展。从 20世纪 70年代后，人们在照明节能方面已作了很大努力，特别是 20世纪 90年代美国

13、率先实施绿色照明计划，包括中国在内的许多国家也相继实施了这一计划，所取得的成绩令世人注目。为了珍惜利用地球有限的能源资源，保护环境，造福后人，照明节能工作不能停顿。我国绿色照明工程办公室正在启动第一次绿色照明项目，进一步从照明产品、照明设计、照明管理、天然光利用等方面挖掘照明节能潜力，以节约能源，保护人们的生存环境。（二）防治照明的光污染成为 21世纪照明的主要课题随着玻璃幕墙建筑的大量出现和大功率气体放电灯在城市照明中的应用，玻璃幕墙反射刺眼的阳光和城市泛光照明、霓虹灯、广告照明等产生的溢散光和歌舞厅的彩色闪光灯所形成的光污染（也称光干扰、光害），对人、环境和天文观察造成了严重的危害，成为

14、21世纪照明界有待研究解决的重要课题。自 20世纪 80年代以来，国际照明委员会及各国政府和有关学术团体对光污染问题十分重视，先后公布了一系列技术文件、标准和法令，控制光污染，以求尽快解决这个问题。我国已公布了限制玻璃幕墙建筑的光污染标准，但在解决城市照明产生的光污染方面，只能说提出了问题，也看到了问题的严重性，但是没有专门的研究和采取相应的措施。因此，需要呼吁政府和有关科研部门从速对这一事关环境保护的重大课题开展实质性研究，提出对策，努力把这个问题解决好。（三）老龄人的照明日趋突出目前世界上不少国家对老龄人口的照明问题，如老年人视觉特性，老年人活动环境的照明标准、照明方法，照明器材和管理进行

15、了一系列的研究。在这方面，我国还是空白。我国照明工作者也应急需对老龄人的照明开展研究，为老龄人创造一个良好的采光照明环境，在实现全国老龄工作会议提出的让老龄人老有所养，老有所医，老有所教，老有所学，老有所为，老有所乐的工作目标作出应有的贡献。（四）城市夜景照明将有更大的发展随着城市建设的迅速发展，人们生活方式的变化，业余时间的增加，夜生活要求越来越高，全球性旅游观光业的兴起等，城市夜景照明发展迅速。CIE 先后出版了相关技术文件，1995 年在日本召开了有 600多家参加的规模空前的国际夜景照明大会。2000 年元旦世界许多城市投巨资进行夜景照明建设，盛况前所未有。在我国自 1998年上海率先

16、在外滩和南京路实施夜景照明工程后，北京、天津、大连、广州、深圳、重庆等许多城市相继进行城市夜景照明建设。从 2000年 3月在深圳召开，有 300多位市长参加的城市工作会议及今年 8月在北京召开，也有 300多个城市首脑参加的城市发展世纪论坛会看，市长们对城市夜景照明都很重视，并把此项工作列入议事日程。现在是从沿海到内地，从大城市到中小城市都搞夜景照明，发展势头有增无减。重视城市形象已成为社会各界的共识，用灯光塑造城市夜间形象的城市夜景照明，预计在 21世纪将有更大的发展。（五）照明设计理念正在发生变化长期以来，照明设计一直是以照明的照亮度、均匀度、立体感、眩光、显色性指数和物体的颜色参数等物理量为标准进行设计和照明效果的评价。随着经济和人们的物质与精神生活水平的提高，对照明环境不仅在数量指标方面应达到标准的要求，更希望在一个舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。大量的视觉试验成果表明，在实际环境中照明质量似乎控制着数量，并决定着感觉的评价。因此，我们的设计和研究重点也将向体现人和环境相互关