《 建筑光环境测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《 建筑光环境测量（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第七章 建筑光环境测量 兰州理工大学 土木工程学院 建环教研室 2012年1B光的基本性质：波粒二象性；可见光(=380780 nm)的性质；光环境 (Luminous Enviorn-ment, LE )B光的物理量度参数: V ()， ，E，I，LB光环境质量的评价标准：适当的照度； 舒适的亮度比；宜人的光色；无眩光干扰B常用的光环境测量方法及其仪器 (照度计、亮度计，Light Meter)的工作机理、使用学习和掌握的内容 ( Keys)27.1 光的性质 光光由由光源光源( (自身可以发光的物体，如太阳、恒星、灯、燃烧的自身可以发光的物体，如太阳、恒星、灯、燃烧的 物质等，有天然和人
2、造之分物质等，有天然和人造之分) )发出，可分为发出，可分为自然光和人工光自然光和人工光； ( (建筑建筑) ) 光环境，光环境， Luminous ( Lighting) Luminous ( Lighting) EnviornmentEnviornment ，LE :LE : 自然光自然光和和人工光人工光在建筑环境中的综合作用效果；在建筑环境中的综合作用效果； 建筑光学：建筑光学：研究研究自然光自然光和和人工光人工光在建筑中的合理应用，满足在建筑中的合理应用，满足 人们工作、生活、审美、保护视力等需求的应用学科。与人们工作、生活、审美、保护视力等需求的应用学科。与建筑声建筑声 学学一样，属
3、于一样，属于建筑物理学建筑物理学的基本组成部分；的基本组成部分； 舒适的光环境标准：舒适的光环境标准： 1. 1. 合适的合适的光照度光照度及其分布；及其分布；2. 2. 合适的合适的光亮度光亮度及其分布；及其分布； 3. 3. 光色光色宜人，宜人，无眩光无眩光干扰；干扰； 4. 4. 自然光的合理利用自然光的合理利用( (节能节能) )。 光的波粒二象性：光的波粒二象性：光在介质光在介质( (媒质媒质) )中以直线形式中以直线形式 ( (称为称为光线光线) )传播，光是粒子又称传播，光是粒子又称 为为光子光子，其速度为，其速度为 303010106 6m/sm/s ; ; 光也以光也以电磁波
4、电磁波形式，形式， = 0 = 0 + + nm nm，向空间传播向空间传播( (或辐射或辐射) ) 光能量。所以，光既具有质量光能量。所以，光既具有质量 也具有能量，也具有能量，E Elightlight = m C= m C2 2。3* 光子的波动运动 电磁波的一部分较短的波长为主较短的波长为主较长波长为主较长波长为主电电 磁磁 波波 波波 谱谱 图图 可见光：可见光： = 380 780 nm= 380 780 nm，人眼对人眼对波长不同波长不同的可见光，产生不的可见光，产生不 同的同的颜色颜色感觉。如感觉。如 = 7 00 nm= 7 00 nm，光呈现红色，光呈现红色； 单色光单色光
5、：包含单一波长的光线，呈现该波长对应的一种颜色。：包含单一波长的光线，呈现该波长对应的一种颜色。 复合光复合光：包含多个波长的光线，呈现复合颜色，如阳光。：包含多个波长的光线，呈现复合颜色，如阳光。 光源：光源：可以发射光线的物体。可分为可以发射光线的物体。可分为: : 1. 1. 自然光源自然光源( (如太阳、恒星如太阳、恒星) )和人工光源和人工光源( (如各种灯具如各种灯具) )； 2. 2. 单色光光源和复合光单色光光源和复合光( (或多色光或多色光) )光源。如只发射波长为光源。如只发射波长为583nm583nm的的 黄色光黄色光的钠灯；可发射多个波长的复合光的白炽灯，依照的钠灯；可
6、发射多个波长的复合光的白炽灯，依照 = 380 = 380 780 nm780 nm ，可将复合光分解为，可将复合光分解为紫紫、蓝蓝、青青、绿绿、黄黄、橙橙、红红的的七七钟钟 单色光。单色光。47.2 光的物理量度参数 B辐射度量：它是纯客观的物理量，不考虑人的 视觉效果；B光度量：综合考虑人的视觉效果的生物物理量；辐射度量与光度量之间有着密切的联系，前者是 后者的基础，后者可以由前者导出。B常用的光度量参数：有光谱光效率、光通量，照度， 发光强度和亮度。 51. 光谱光效率，V() B V() 是描述人们对不同波长的光，所具有不同的视觉效果的参数。它是波长的函数，其最大值为 1，发生在人们具
7、有最大视觉效果的波长处，* 。偏离该波长*时， 即， * 或者2000通过分析，随着工作的复杂性和重要性的通过分析，随着工作的复杂性和重要性的提升提升，所需，所需 要的照度值也同步要的照度值也同步增加增加。20(2) 我国的照度标准 视觉作 业分类照度分级(lx)照明方式视觉作 业分类照度分级(lx)照明方式特殊视 觉作业 的照明2000优先采用一般 照明与局部照 明共用的混合 照明，也可采 用一般照明。0.5推荐采用 一般照明150030 100020 75015 50010 一般视 觉作业 的照明300优先采用一般 照明，然后考 虑采用一般照 明与局部照明 共用的混合照 明5 200 15
8、0 100 75 5021(3) 照度均匀度 B 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。B 一般认为空间内的照度的最大值 Emax、最小值 Emin与平均值 Eaverage 的相差不超过 1/6 是可以接受的。B 照度均匀度计算：照度均匀度工作面的最低照度 / 工作面最高照度对于人工照明，照度均匀度需大于1/3；对于自然采光，照度均匀度需大于1/10。22(4) 空间照度 B 对于大多数公共建筑、休息区以及生活居室等而言， 其照明效果往往基于目视人脸，用人的容貌是否清晰、 自然来评价。B 在这些场所，适当的垂直照明比水平面的照度更
9、为重要。B 近年来已提出两个表示空间照明水平的物理指标：平均球面照度 Esphere,ave与平均柱面照度 Ecylinder,ave 。实践证明后者有更大的实用性。232. 舒适的亮度比 B 对于人眼而言，其观测物体所获得的视像。视像的舒适程度 取决于视像的中心亮度 LC 与构成周围视野的适应亮度 LA的差值 多少，即L = LC - LA 。 L 值适当，则人眼感觉舒适； 若L 过大，就会加重眼睛瞬时适应负担，或产生眩光，降低视 觉功效；B 房间主要表面的平均亮度 Laverage。其分布均匀与否 直接影响人对室内空间的形象感受；因此，无论从可见度还是从舒适感的角度来说，室内主要 表面有合
10、理的亮度均匀分布都是完全必要的，它是对工作面 照度的重要补充；* 对于实际中的工作房间，作业近邻环境的亮度应当尽可能低于 作业本身亮度，但最好不低于作业亮度的1/3；而周围环境视野 (包括顶棚、墙、窗户等)的平均亮度，应尽可能不低于作业本 身亮度的1/10。灯和白天的窗户亮度，则应控制在作业作业本 身亮度的40倍以内。243. 宜人的光色，良好的显色性 B 光源的颜色选择取决于光环境所要形成的气氛。 例如，照度水平低的“暖”色灯光(低色温)，能在室内创造亲 切轻松的气氛；而对于希望紧张、活跃、精神振奋地进行工 作的房间，宜于采用照度水平高的“冷”色灯光(高色温) 。B 从建筑的功能，或从真实显
11、示装修色彩的艺术效果 来说，光源的良好显色性具有重要作用。如印染车间、 彩色制版印刷、美术品陈列等要求精确辨色；顾客在商 店选择商品、医生察看病人的气色，也都需要真实的显 色。 254. 避免眩光干扰 B 当视野内出现高亮度的光时，使眼睛不能完全发挥机能， 这种现象称为眩光。 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。J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。J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。26* 眩光产生的原因B 不恰当的自然采光
12、口，不合理的光亮度，不恰当的强光 方向，都会在室内造成眩光现象;B 可能产生眩光的地方 J 玻璃办公桌面 J 局部照明的展板 J 不恰当的工作面照明B 黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力 比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。27287.4 光环境测量常用的仪器 B照度计 J线性度J光谱的灵敏度J余弦修正 B亮度计 B室内光环境的现场测量 291. 照度计B 照度计的基本组成环节：硒光电池，微电流计。 其中：硒光电池是把光信号 (或者光能)直接转换为 电信号 (或者电能)的光电元件。1- 金属底板；2- 硒层；3 - 分界面； 4 - 金属薄膜；5 -集电环B 测量机理：基于光生
13、伏特(光电 )效应( Photovoltaic effect )。当入射光线照射到光电池表面时，其到达硒半导体层和 金属薄膜的分界面上，产生光电效应(光子“撞击”出电子)， 光电动势的大小与光电池受光表面的照度有一定的比例 关系，即 U E 。将光电动势 U 接入测量电路，就会有 光电流 i 通过，则光电流 i 的大小就反映了E 的大小。30B 照度计的分类：1. 按光电转换器件，主要有硒、硅光电池和光电管照度计；2. 按照度值的显示方式，指示针指示和数字显示。无论何种照度计，均由光电探头，测量电路以及 显示仪表等组成。31为了使照度测量更趋精确，使用照度计有以下要求：B 线性度 J 照度计的
14、响应是探测器光电流(或电压)的输出值与入 射光通量之比，在理想情况下，输出与输入线性相关。 在测量范围内，照度计的读数要与投射到光电池的受光面 上的光通量成正比。 B 光谱的灵敏度光电池的相对光谱灵敏度与V()曲线的比较 由前述可知，光的计量是以由前述可知，光的计量是以 “ “平均人眼平均人眼” ”共有的光谱光共有的光谱光( (视觉视觉) ) 效率效率V(V() )特性为基础的。特性为基础的。因此，用于物理测光的因此，用于物理测光的光电池光电池 也必须具有与一致的光谱灵敏度。也必须具有与一致的光谱灵敏度。但是，常用但是，常用光电池光电池的相对光的相对光 谱灵敏度与谱灵敏度与V(V() )曲线都
15、有相当大曲线都有相当大 的偏差，这就造成了在测量光谱的偏差，这就造成了在测量光谱 能量分布不同的光源的照度时，能量分布不同的光源的照度时， 会出现较大的误差。会出现较大的误差。32所以，使用照度计时，都要给光电池匹配一个合适的颜色玻 璃滤光器，构成颜色校正光电池， 使得它的光谱灵敏度与CIE V() 曲线的相符程度趋近一致，提升照 度测量的精度。B 余弦修正 J 当光源由倾斜方向照射到光电池表面时，光电流i 输出应当符合余弦法则，即: 这时的照度应等于光线垂直入射时的法线照度与入射角余弦的乘积。J 由于光电池表面的镜面反射作用，在入射角较大时，会从光 电池表面反射掉一部分光线，致使光电流 i
16、小于上面所说的正确 数值。为了修正这一误差，通常在光电池上外加一个均匀漫透射材 料的余弦校正器，这种光电池组合称为余弦校正光电池。 E EE En n332. 亮度计 遮筒式亮度计构造：圆筒的内壁是无光泽的黑色饰面(以避免发射光)； 筒内还设有若干光阑以遮蔽杂散反射光。在圆筒的左端有一 个圆形的窗口，面积是 A；右端设有光电池 C 。(D=l)测量机理：光亮度为L的光源，产生的被测光通过圆形窗口， 进入测量室，光电池受到照射。若窗口的亮度为 L，则窗口的 光强 I 为LA，从而在光电池上产生的照度E 为：适合测量发光面积较大，亮度较高的光源目标；若窗口和光源的距离不大，窗口亮度就等于光源被 测部分(角所含面积)的亮度 。34透镜式亮度计 当被测光源目标较小或距离较远时采用。通常设有光学目视系统，便于测量人员瞄准被测目标
