《建筑环境学》第六章

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1、第六章,6-1光的性质与度量 6-2视觉与光环境 6-3天然采光 6-4人工照明,主要内容,6-1,一、基本光度单位及相互关系 二、光的反射与透射,第六章 建筑光环境,光的性质： 光是以电磁波形式传播，并能被人眼所感到的那一部分辐射能，波长范围为380780nm ，不同波长的光在视觉上形成不同的颜色; 红色:0.780.63m; 橙色: 0.630.59m; 黄色:0.590.56m; 绿色: 0.560.49m; 蓝色:0.490.45m; 紫色: 0.450.38m 光的三层含义: 可见光 必须要有良好的视觉器官; 三是二者相互作用引起的视觉效果,第一节 光的性质与度量,6.1.1基本光度

2、单位及相互关系,一、光通量： 1、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。 2、光通量： 光源在单位时间内发射出的以人眼感觉为基准的能量，换句话说，就是在可见光范围内辐射出的并被人眼感觉到的辐射通量。 3、光通量物理意义及表示方法： 光通量表明了光源的发光能力。 光通量用表示 ，单位为流明（lm)。,二、发光强度,1、定义： 光通量的空间密度，称发光强度。 2、发光强度物理意义及表示方法： 发光强度表征光源发出的光通量在空间的分布状况。 发光强度用I表示 单位为坎德拉（cd)。,有一个空心球体，半径为r； 球心O处有一点光源； 球表面ABCD的面积为S； 此点光源向S面上

3、发出 lm的光通量； S面在球心O形成的角称为立体角； 立体角用表示 ，=S/r2 （球面度Sr） 设点光源在某方向上的无限小立体角d内发出的光通量为d，则该方向上的发光强度为 I= d/d； 在该方向上的发光强度平均值为 I= / (坎德拉cd)； 即1cd=1lm/1Sr ,表示:在1球面度立体角内均匀发射出1lm的光通量 例:一只裸露的40W的白炽灯,光通量=350lm,求其平均发光强度. 解: I=/=350/4 =28cd,三、照度,1、定义： 对于被照面而言，用落在其单位面积上的光通量多少的数值来表示它被照射的程度，称照度。 2、照度的物理意义及表示方法： 照度表征被照面上的光通量

4、密度。 照度用E表示。 提示：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,四、发光强度和照度的关系,如图所示： 光线垂直入射到被照表面时； 表面S1、S2、S3 距点光源 分别为r、2r、3r，在光源处 形成的立体角相同，则表面积S1、S2、S3 的面积比为它们距光源的距离平方比，即1：4：9。,照度E=/S 发光强度I= / 立体角 =S/r2,E=I/ r2,结论：某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与距点光源的距离r的平方成反比。 此为计算点光源产生照度的基本公式，称距离平方反比定律,当光线不是垂直入射到被照表面，即入射角不为零时；,如图所示：

5、S2与S1 两平面，成角； S1 的法线与光线重合， S2 的法线与光源射线成角；,E2 = E1cos,又E1=I/ r2,结论：表面法线与光线成角处的照度，是随它至点光源的距离平方成反比，与光源在方向的发光强度和入射角的余弦成正比。 提示：距离平方反比定律适用于点光源。 当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时，该光源可被视为点光源,例：,如图所示：在桌上2m处挂一40W白炽灯， 光通量=350lm,求灯下桌面点1处照度 E1，及点2处照度E2 解:I=/=350/4 =28cd,E2=5.37lx,五、亮度,1、物理亮度： （1）定义： 物体在视线方向单位面积上发出的发光强度。 具体的说，就

6、是物体在视线方向上的发光强度越大，该物体表面在视线方向的亮度越大。 （2）表达式： 其中: 发光面法线与视线方向夹角 即该物体亮度与该物体在视线方向上的发光强度成正比,与该物体在视线方向上的投影面积成反比。,物理亮度的常用单位为:坎德拉每平米(cd/);又称尼脱(nt) 它表示1表面上,沿法线方向发出1坎德拉的发光强度,2、主观亮度：,结论: 相同的物体表面亮度,在不同的环境亮度时,产生不同的亮度感觉.,定义：人们主观感受到的物体明亮程度。 与物体的物理亮度有关； 与我们所处的环境的明暗程度有关；,6.1.2光的反射与透射,光在传播过程中,遇到介质时(如玻璃、空气、墙）,会发生反射、透射与吸收

7、现象。 若入射光通量为；设被反射部分为；被吸收部分为；被透射部分为； = + + + + =1 光通量经过介质反射和透射后，光的分布变化取决于： 材料表面的光滑程度； 材料内部分子结构,（一）定向反射和透射材料,1、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。（如：玻璃镜等） 有如下特点： 光线入射角等于反射角； 入射光线、反射光线及反射表面 的法线处于同一平面；,2、定向透射：,光线射到透明材料上，会产生定向透射。 如果材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向与入射方向保持一致。（如：平面透明玻璃）,（二）均匀扩散反射、透射材料,半透明材料使入射光线发生扩散透射；

8、 表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射，使光线分散在更大的立体角范围内。 1、均匀扩散材料： 定义：将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，并且，从各个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象，这类材料被称为。 均匀扩散材料包括： 均匀扩散反射材料：如：氧化镁、石膏、及大部分无光泽、粗糙的建筑材料。 均匀扩散透射材料：如：乳白玻璃、半透明塑料等。常将它们用于：灯罩、发光天棚处，以降低光源亮度，减少刺眼程度。,三、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.,具有这种性质的反光材料包括：光滑的纸、油漆表面等 透

9、光材料包括：磨砂玻璃等,均匀扩散材料表面的亮度：,对于反射材料：L=E/ (cd/) 对于透射材料：L=E/ (cd/),一、眼睛与视觉特征 二、颜色对视觉的影响,主要内容,6-2,6.2.1眼睛与视觉特征 (一)眼睛的构造与亮度阈限,第二节 视觉与光环境,2、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。 里科定律：亮度面积=常数 邦森-罗斯科定律：亮度,中心视野： 在视轴1范围内，具有最高的视觉灵敏度，能分辨最细小的细部，称。 从视野中心往外30范围,视觉清晰度最好,称“近背景视野”,这是观看物体总体时最有利的位置.,（二）视野和视场,1、视野：

10、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。 视野分： 单眼视野：水平方向180;垂直方向：向上60,向下70 双眼视野：水平方向120;垂直方向：向上60,向下70,2、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称。 (三)临界亮度对比度与对比敏感度 对比即为，观看对象与和其背景之间的亮度差异。 差异越大，视度越高。用亮度对比度表示为： C=L/Lb 式中： L物件和背景的亮度差 Lb背景的亮度,视觉敏锐度（医学上称视力）： 人凭借视觉器官感知物体的细节和形状的敏锐程度。,（五）视觉速度： 1、识别时间： 从发现物体到辨别物体细节需要一定的时间，称。 2

11、、视觉速度： 识别时间的倒数，称。 （六）视觉适应,（四）视觉敏锐度,视角: 物体的大小对眼睛形成的张角，称为视角,6.2.3视觉功效与舒适光环境要素,一、视觉功效 人借助于视觉器官完成视觉作业的效能,称。 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。 识别几率在95%时，照度、视角、亮度对比系数三者之间的关系。,结论：(1)同一曲线（视角）表明对比与亮度的关系。对比下降需要增加照度才能保持相同视度。(2)不同曲线表示不同视角，物件越小，需要的照度越高。(3)天然光比人工光更有利于视度的提高。,(二)合理的照度分布 规定照度的平面称参考面，即

12、工作面，通常为0.70.8m高的水平面。在荧光灯、或白炽灯的照明下，桌面照度为7501700lx时，满意程度最高； （三）舒适的亮度分布： 可以减少亮度对比使环境柔和、统一。 （四）宜人的光色：,二、舒适光环境要素与评价标准,（一）合适的照度或亮度 物体亮度为3.1810-6 cd/,人眼能够感知,称最低亮度阈; 物体亮度为3.18103 cd/,人眼具有最大灵敏度; 物体亮度为6.32104 cd/,视觉失效,称最高亮度阈;,对于光源的色温，色温越高，色表越冷；反之，亦然。,结论:随着色温的升高,所要求的舒适照度也相应提高.,（五）避免眩光干扰,眩光是当视野内出现高亮度或过大的亮度对比时，引

13、起视觉上的不舒适或视觉疲劳，这种高亮度或亮度对比称眩光。 按其形成方式，眩光可分为： 直接眩光；反射眩光；光幕眩光；亮度对比形成的眩光；明适应不足形成的眩光等。 （六）光的方向性,一、自然光源与人工光源 二、自然采光原理与设计,主要内容,6-3,6-3 天然采光,（一）天然光与人工光的视觉效果 在相同的照度条件下，人眼在天然光下比在人工光下有更高的灵敏度。 （二）天然光和人工光的光谱能量分布特征,6.3.1 自然光源与人工光源,晴天室外天然光：,太阳直射光,太阳散射光,1)晴天:指天空无云或很少云,即云量占整个天空面积的30%以下的天气。,a、太阳高度角；b、大气透明度:,影响室外地面照度的气

14、象因素:,全云天,太阳散射光,6.3.2自然采光原理与设计,（一）我国的光气候特点与光气候分区 光气候： 光气候指影响室外天然光变化的各种自然因素的总称。 1、天然光的组成和影响因素,6-3 天然采光,2）、全云天,天空全部被云层所遮盖的天气称全云天或全阴天。此时，室外天然光全部为扩散光，物体后无阴影。 全阴天地面照度取决于： 太阳高度角。 云状。不同的云组成成分不同，对光线的影响不同。云状可分低云；高云。 地面反射能力。 如：地面积雪时，扩散光照度可比无雪时提高达一倍以上。 大气透明度。,(二)不同采光口形式的特征及其对室内光环境的影响,1、侧窗 它是在房间的一侧或两侧墙上开的采光口，是最常

15、见的一种采光形式。 适用场合： 用于进深 不大的房间采光。 如：教室、住宅、办公室等 特点： 构造简单、布置方便、造价低廉； 光线具有明确的方向性，利于形成阴影； 可通过它看到外界景物，扩大视野； 由于窗位置低，人眼易看到明亮的天空，易造成眩光；,6-3 天然采光,6-3 天然采光,2、天窗,利用房屋屋顶设置的采光口称天窗，这种采光方式称天窗采光或顶部采光。 适用场合： 大型工业厂房和大厅房间。 特点： 采光效率高，约为侧窗的8倍； 照度均匀性较好； 很少受到室外的遮挡；,组成: 由装在屋架上的天窗架和天窗架上的窗扇组成。窗扇可作成垂直或倾斜，窗扇可开启，起到通风的作用。 特点： 采光特性和高侧窗相似，眩光小，便于组织通风。 在跨中的照度最大,而柱子处的照度最小。 适用场合： 适用于中等精密工作，以及室内产热量大或有害气体时，较为适宜。,（2）锯齿形天窗,特点： 锯齿形天窗为单面顶部采光，由于倾斜天棚的反光，采光效率比矩形天窗要高；在采光系数相同情况下，锯齿形天窗面积可少1520% 光线的均匀性好，方向性强。 因为是单向采光，则将采光口朝北可以避免直射光，可以防止眩光，不致影响车间的温湿度调节。 建筑造价较高,6-3 天然采光,（3）平天窗,平天窗在