第七章_光污染及其控制

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1、第七章 光污染及其控制主要内容第一节 概述第二节 光学基础第三节 光环境评价与质量标准第四节 光污染防治技术第一节 概述一、光环境 二、光源及其类型 三、光污染 （一）光环境的定义（二）光环境的影响因素 （三）光环境中光的效果 一、光环境 光环境（一）光环境的定义l定义：由光照射于内外空间所形成的环境。l光源：光环境中的光源包括l天然光l人工光光环境（一）光环境的定义室内光环境l定义：由光与颜色在室 内建立的、同房间形状有 关的生理和心理环境。 l功能：满足物理、生理( 视觉)、心理、人体功效 学及美学等方面的要求。室外光环境 l定义：在室外空间由光 照射而形成的环境。 l功能：除满足与室内光

2、 环境相同的要求外，还要 满足节能和绿色照明等社 会方面的要求。 （二）光环境的影响因素 影响 因素光色照度和亮度 视野外的亮度分布 阴影 周围亮度 眩光 （1） （6） （5） （4） （3） （2） l是保证光环境的 光量和光质量的 基本条件。 l光源的颜色。l按标准表色体系，将单色 光混合，可匹配出感觉到 与任意光的颜色相同的光 l容易看到注视点的最佳 环境是周围亮度大约等于 注视点亮度。l室内顶棚、墙面、 地面、家具等表面的 亮度分布。 l在视野中由于亮度的分布或范 围不当，或在时空方面存在着亮度 的悬殊对比，以致引起不舒适感觉 或降低观看细部或目标的能力l眩光在光环境中是有害因素，应

3、 设法控制或避免。l阴影能突出物体的 外形和深度，丰富物 体的视觉效果。 （三）光环境中光的效果 （2）光的造型立体感效果 （3）光的表面效果 （4）光的色彩效果 （1）光的方向性效果 l光的方向：顺光、侧光、逆光、顶光、底光。顺光 侧光 逆光 （1）光的方向性效果 l光的方向性效果：l 增强室内空间的可见度，l 增强或减弱光和阴影的对比l 增强或减弱物体的立体感l在室内光环境中只要调整光源的位置和方向，就能获得所要求的方向性效果。 l光的方向性效果对建筑功能、室内表面、人物形象 及人们的心理反应都起重要作用。 （1）光的方向性效果 l光的造型立体感效果 ：物体表面上由于光的明暗变化所产生的立

4、体感效果，简称立体感。l在光环境中室内外表面的细部、浮雕、雕塑等都会出现光的立体感效果，使人们获得美好的感受。（2）光的造型立体感效果 l光的表面效果：室内空间中光在各表面上的亮度分布或有无光泽。l表面亮度：室内空间中光在各表面上的反射程度取决于表面与背景之间的亮度比。适宜的亮度比有利于视觉功效与工作行为相协调，并能降低室内眩光。l表面光泽：在室内空间中光照射到表面时，由于反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质。 （3）光的表面效果 l光的色彩效果：在室内光环境中，光的照射使材料表面呈现出的色彩效果。 l光和色彩：对室内光环境二者不可分开，可见光的反射比越大，色彩的明度也越大（表7-1）。l色

5、彩效果：在光环境中，光照射到各种材料表面会呈现出不同色彩效果。通过光的色彩效果可获得知觉效果，还可获得感情、联想等心理效果。明度/度01234反射比0.001.213.136.5612.00明度/度56789反射比19.7730.0543.0659.1078.66表7-1 色彩的明度与光的反射比的关系 （4）光的色彩效果 光源 自然光源人工光源 日光月光 热辐射光源气体放电光源其他光源激光光源 场致发光光源 半导体光源 化学光源二、光源及其类型 (一)热辐射光源l热辐射光源：依靠电流通过灯丝发热到白炽灯程度而发光的电光源。l类型：l 1. 白炽灯l 2. 卤钨灯1. 白炽灯v优点：v显色性好、

6、光谱连续、v结构简单、易于制造、v价格低廉、使用方便。v缺点v能量转换效率低，大部分能量转化为红外辐射损失，v可见光不多，发光效率低，v使用寿命短1. 白炽灯发光效率高 长寿命涂白白炽灯氪(Kr)气白炽灯红外反射膜白炽灯 v白炽灯的改进：涂白白炽灯2.卤钨灯v卤钨灯：灯泡内含一定比例卤化物的改进型白炽灯。v卤钨灯内形成卤钨再循环过程，防止钨沉积在玻璃内壳上，降低灯丝的老化速度。v卤钨灯与普通白炽灯相比v发光效率提高约30；v高质量的卤钨灯寿命可提高3倍左右。（二）气体放电光源l气体放电光源：电极在电场作用下，电流 通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电 光源l优点：气体放电光源比热辐射光源的发

7、光 效率高得多，应用广泛。l类型：气体发电光源按充气压力大小可分 为低压气体放电灯和高压气体放电灯。（二）气体放电光源气体 放电 光源低压气体放电灯高压气体放电灯高压汞灯高压钠灯 荧光高压汞灯金属卤化物灯荧光灯低压钠灯 直管型 环管型 紧凑型1.荧光灯（日光灯）l荧光灯：利用低压汞（Hg）蒸气放电产生的紫 外线，激发涂在灯管内壁上的荧光粉而转化为可见 光的电光源。 l优点：与普通白炽灯比，发光效率是3倍以上， 使用寿命约4倍，灯壁温度低，发光均匀柔和，应 用广泛。l缺点：使用电感镇流器时的功率因数低，有频 闪效应。 粗管灯 （直径38mm）细管灯 （直径26mm）直管型荧光灯 直管荧光灯灯管内

8、壁涂料 卤磷酸盐荧光粉 三基色荧光粉 能把紫外线转换成 更多的可见光，发 光效率高 环管型荧光灯 紧凑型荧光灯 l镇流器和灯管一体化的新型电光源。镇流器 电感镇流器 电子镇流器 电子节能灯 兼具白炽灯和荧光灯的优点， 发光效率高、节电、显色性好， 改善频闪效应，提高启动性能。双曲形 双D形 单U型 双U形 三U形 2.高压汞灯l高压汞灯：内部充汞和氩气，利用汞放电 时产生的高气压获得可见光的电光源。 l优点：发光效率与普通荧光灯相当，使用 寿命却比较长。 l缺点：显色性差些，发出蓝绿色的光，缺 少红色成份，除照到绿色物体上外，其他多 呈灰暗色，而且不能瞬时启动。 2.高压汞灯内壳涂荧光粉的高压

9、汞灯完全透明的高压汞灯 3.金属卤化物灯l金属卤化物灯：通电使金属Hg蒸气和Na、Tl、 In、Sc、Dy、Cs、Li等金属卤化物分解物的混合体 辐射发光的电光源 。 l优点：发光效率高，显色性较好，使用寿命较 长 。可以用在要求显色性较好的场所。 l注意！为避免影响光电特性，使用中有位置朝 向要求。 3.金属卤化物灯v金属卤化物灯结构与高压汞灯相似。 4.高压钠灯v利用高压钠蒸气放电发光的电光源。5.低压钠灯v利用低压钠蒸气放电发光的电光源。三、光污染 （一）（一）光污染的产生 （二）（二）光污染的来源 （三）（三）光污染的分类 （四）（四）光污染的危害 n 定义：过量光辐射对人们的生活、工

10、作环境以及人体健康产生不利影响的现象称为光污染。n 主要指由人工光源导致的违背人的生理与心理需求或有损于生理与心理健康的现象。（一）（一）光污染的产生 n 类型：n 眩光污染n 射线污染n 光泛滥n 视单调n 视屏蔽n 频闪n 特点：n 局部性污染；n 随距离增加而迅速减弱；n 在环境中无残余物，光源消失，污染即消失。 （二）（二）光污染的来源 l城市建筑物采用大面积镜面式铝合金装饰的外墙、玻璃幕墙所形成的光污染。 光污染源1l城市夜景照明亮度过高，特别是大功率高强度气体放电光源所形成的光污染。光污染源21.玻璃幕墙形成光污染v条件v（1）使用大面积高反射率镀膜玻璃。v（2）在特定方向和特定时

11、间下产生。v（3）光污染的程度与玻璃幕墙的方向、位置及高度密切相关。玻璃幕墙相对太阳 照射的方向，或与 人所成的特定角度 。 太阳对地球的相对位 置总是在不断变化， 因此，产生特定角度 也是有特定时限的。 l人的视角在2m高左右150 夹角之内影响最大； l光反射的强度与反射物到人 眼的距离的平方成反比； l直射日光的反射光的产生方 向取决于玻璃面对太阳的几何 位置关系。 2.夜景照明形成的光污染 夜景照明光污染颜色 污染 眩光 污染 侵扰 光污染 大气 光污染 地面发出的人工光在尘埃、 空气或其它大气悬浮粒子 的散射作用下，扩散入大 气层中，形成城市上空很 亮的大气光污染。 夜景照明中的部分

12、散逸光和 建筑（或墙面）的反射光， 透过门窗射向住宅、医院、 旅馆等人们休息的场所，侵 扰睡眠与健康。 视野中的道路照明、广告照 明、体育照明、标志照明等 产生的直接眩光和雨后地面、 玻璃墙面等光泽表面的反射眩光。视场中颜色的对比引起视觉 的不适应，导致视觉对物体 颜色的感觉出现差异或不敏 感。 3.室内光污染的成因1室内装修采用 镜面、釉面砖 、磨光大理石 以及各种涂料 等装饰反射光 线，明晃白亮 ，眩眼夺目。2室内灯光配置 不合理，致使 室内光线过亮 或过暗，造成 不同程度的眩 光污染 。3夜间室外照明 ，特别是建筑 物的泛光照明 产生干扰光， 影响人们的正 常生活。l室内产生严重的眩光污

13、染的原因白亮污染 人工白昼 彩光污染 （三）（三）光污染的分类 阳光照射强烈时，城市建筑的玻璃 幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各 种涂料等装饰反射光线，明晃白亮 ，眩眼夺目。 白亮污染 夜间照明过度，如同白昼。 舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转 灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构 成了彩光污染。彩光污染 人工白昼 l对附近居民的影响 l对行人的影响l对交通系统的影响 l对天文观测的影响对人的影响l影响植物的正常生长，降低产量。l影响动物的生活习性和新陈代谢。对动植物的影响（四）（四）光污染的危害 一、光的基本物理量第二节 光学基础二、电光源的基本技术参数（一）光通量（二）发光强度（六）明度（三）照度一

14、、光的基本物理量物理量（四）亮度（五）曝光量(7-1)（一）光通量 （简称光通）v定义：以人眼的光感觉量为标准评价光的辐射通量。v单位： lm (流明)v计算式：v式中： 波长为的光通量，lm；波长为的辐射通量，w；波长为的光谱光效率，由图7-1给出；最大光谱光效率，对明视觉，在=555nm 处，其值为683lm/w。 2-明视觉 1-暗视觉图7-1 相对光谱效率曲线V() （一）光通量 （简称光通）v多色光的光通量为各单色光之和(7-2)v光通量的意义：表明某一光源向四周发射出的光能总量。不同光源发出的光通量在空间分布是不同的。 【例7-1】已知钠光发出的波长为589 nm单色光, 其辐射通

15、量为10.3w，试计算所发出的光通量。 解：从图7-1的光谱光效率曲线中查得，对应 于波长589 nm处的V = 0.78 则该单色光源发出的光通量为 v定义：光通量的空间密度 。v单位：cd (坎德拉) v计算：光源在某一方向的发光强度为（二）发光强度 I 式中： 光通量，lm；立体角，sr；I发光强度，cd (坎德拉)。 (7-3)(7-4)v发光强度平均值 （二）发光强度 I v发光强度的意义：光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量，表示光源在1 sr立体角内发射出1 lm的光通量，即 v立体角()的含义：球的表面积S 对球心所形成的角，即以表面积 S与球的半径平方之比来度量，即v当

16、时，对球心所成的立体角=1sr（球面度）（二）发光强度 I v发光强度的标注：为了区别不同的部位，在发光强度符号I的右下角标注角度数字。v如40 W的白炽灯在光轴线处，即正下方的发光 强度表示为 30cd;v =0cd，则表示沿光轴往上转180度即正上方 处的发光强度。v标注数字表明光源向四周空间发射的光通量分布情况。v定义：被照面上的光通量密度，即被照面单位面积S上所接受的光通量数值，用以表示被照面的照射程度。v定义式：v单位：lx（勒克斯，简称勒），1勒克斯等于1流明的光通量均匀分布在1平方米的被照面上。 （三）照度E (7-6)v 1. 照度形式（三）照度E l平面照度只说明光 通量在某一平面