建筑光环境测量

《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、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,2,光的基本性质：波粒二象性；可见光(=380 780 nm)的性质；光环境 (Luminous Enviorn- ment, LE ) 光的物理量度参数: V ()， ，E，I，L 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 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),3,7.1 光的性质,光由光源(自身可以发光的物体，如太阳、恒星、灯、燃烧的 物质等，有天然和人造之分)发出，可分为自然光和人工光； (

2、建筑) 光环境， Luminous ( Lighting) Enviornment ，LE : 自然光和人工光在建筑环境中的综合作用效果； 建筑光学：研究自然光和人工光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。与建筑声 学一样，属于建筑物理学的基本组成部分； 舒适的光环境标准： 1. 合适的光照度及其分布；2. 合适的光亮度及其分布； 3. 光色宜人，无眩光干扰； 4. 自然光的合理利用(节能)。 光的波粒二象性：光在介质(媒质)中以直线形式 (称为光线)传播，光是粒子又称 为光子，其速度为 30106 m/s ; 光也以电磁波形式，= 0 + nm，向空间传播

3、(或辐射) 光能量。所以，光既具有质量 也具有能量，Elight = m C2。,4,* 光子的波动运动 电磁波的一部分,可见光：= 380 780 nm，人眼对波长不同的可见光，产生不 同的颜色感觉。如 = 7 00 nm，光呈现红色； 单色光：包含单一波长的光线，呈现该波长对应的一种颜色。 复合光：包含多个波长的光线，呈现复合颜色，如阳光。 光源：可以发射光线的物体。可分为: 1. 自然光源(如太阳、恒星)和人工光源(如各种灯具)； 2. 单色光光源和复合光(或多色光)光源。如只发射波长为583nm的 黄色光的钠灯；可发射多个波长的复合光的白炽灯，依照= 380 780 nm ，可将复合光

4、分解为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红的七钟 单色光。,5,7.2 光的物理量度参数,辐射度量：它是纯客观的物理量，不考虑人的 视觉效果； 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。 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。,6,1. 光谱光效率，V(),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，发生在人们具有最大 视觉效果的波长处，* 。偏离该波长*时， 即， * 或者 * ，V() 1。 ( V()-接近正态分布) 由于每个人的视觉效果会因人

5、而异，即感知相同的光，各人 的光谱光效率V()值会不同，导致了光度量方面的困难。所以， 必须建立一个统一的标准。 国际照明委员会 CIE，根据各国对光的研究和测试结果，提 出了CIE光度标准观察者的光谱光效率，也称为标准眼睛的光谱 光效率。此外，由于人的视觉效果还与环境背景的明亮程度有关。 因此，CIE 给出了两种光谱光效率： V() bright 和 V () dark - 。,7,第1种是在明亮条件下获得的，称为明视觉光谱光 效率，它表明在555nm波长处(黄绿色)视觉效果最高， 即最明亮。并且，明亮程度分别向波长短的紫光和波 长长的红光方向递减。 第2种是在昏暗条件下获得的，称为暗视觉光

6、谱光 效率，它表明最高视觉效果发生在507nm波长处(蓝绿光)。 Note: 光谱光效率 V() - 也可以由表格形式给出，见表7-1。 在照明工程中主要应用明视觉光谱光效率，通常在未明确说明 的情况下，均指明视觉条件。,8,2. 光通量，Luminous Flux ，,光通量：在单位时间内，光源以电磁辐射的形式，向外所 辐射的光能量多少，也称光辐射功率或光辐射 通量，单位: 流明( lumen，lm) ，Not W。 一般而言，光源的辐射通量中可被 人眼感觉为光的能量(波长380 780nm)称为光通量。 Note：1lm=1cd 1sr，即：对于发光强度为1cd的均匀点 光源而言，其在1s

7、r立体角内所发出的光通量多少。,9,3. 照度，Luminance，E,定义：光源照射在受照面单位面积上的光通量数值，即 受照面上所接受的光通量的面密度。表示受照面被光 照射程度的强弱。 单位：勒克斯( Lux, lx)，相当于1 lm的光通量均匀分布 在1m2的受照面上。 性质：可叠加性。 即，几个光源同时照射在 同一个受照面时，该受照面的实际照度为单个光源分别存在时， 形成照度的代数和。 勒克斯是一个较小的照度单位。照度的英制单位是 英尺烛光，Foot-Candle, fc ，即：lm的光通量均匀照射在 1 ft2 的受照面上，1 fc= 1 lm / ft2=10.76 lx。,10,不

8、同情况下的照度,11,4. 发光强度，Luminous Intensity，I,对于点光源而言，其在某一方向的发光强度 I 定义 为该光源在此方向上的单位立体角内，所发出的光通量 的大小。 单位：坎德拉(candela, cd)，1cd= 1 lm /sr 特点：I 与距离 r 无关，反映了光源在特定方向上 的光通量的空间密度大小。 Example: 1只40W 的白炽灯泡可以发射出350 lm的 光通量，则其平均发光强度 思考：对于点光源而言，当它照射某个受照面， 所产生的照度 E 与其在该受照面所在方向上的发光 强度 I 是什么关系？,12,* 光源的发光强度与受照面的照度关系,已知点光源

9、的发光强度 I，以及其与 受照面的垂直距离 r，即可求得垂直于 二者连线的受照面的照度： EI / r2 ( = 900 ) 若点光源与受照面距离为 r ，夹角 为，则实际受照面的照度： En=E sin = I sin / r2 ( 00 900 ),13,光源所发射的光通量相同，其对应的发光强度却不同,14,5. 亮度，Lightness, L,L ：表征发光物体表面明亮程度的物理量，其与发光体 在某个方向上的发光强度和投影面积相关。 单位：尼特, nt 1 nt = 1 cd/m2; 熙提(stilb, sb)， 1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt * 物理亮度：发光体沿视

10、线方向上的单位面积上所发出的发 光强度 I； *主观亮度：基于物理亮度，还考虑环境背景亮度的作用因素。 人的视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！,15,* 亮度和照度的关系，照了不一定亮！,照度相同,吸光材料，亮度低,反光材料，亮度高,16,7.3 光环境质量的评价标准,适当的照度水平 CIE 照度标准 我国的照度标准 照度均匀度 空间照度 舒适的亮度比 宜人的光色，良好的显色性 无眩光干扰,同学课后自学,17,1. 适当的照度水平,通过研究、分析，当照度值存在一个合理区间，人们 感到满意。 当 E 超越该区间后，就会超过眼睛的适应范围，人眼 会感觉很不适。,18,我国10岁四年级小学生视疲

11、劳与照度的关系,我国成年人视疲劳和 劳动生产率与照度的关系,19,国外资料记录; 白炽灯下视疲劳和劳动生产率与照度的关系,国外资料记录： 荧光灯下视疲劳和劳动生产率与照度的关系,20,(1) 国际照明委员会CIE对不同作业和活动推荐的照度,作业或活动类型 照度范围( lx ) 室外入口区域 20 30 50 短暂停留交通区 50 75 100 衣帽间、门厅 100 150 200 讲堂、粗加工 200 300 500 办公室、控制室 300 500 750 缝纫、绘图、检验室 500 750 1000 辨色、精密加工和装配 750 1000 1500 手工雕刻、精细检验 1000 1500 2

12、000 手术室、微电子装配 2000,通过分析，随着工作的复杂性和重要性的提升，所需要的照度值也同步增加。,21,(2) 我国的照度标准,22,(3) 照度均匀度,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。 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。 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。,23,(4) 空间照度,对于大多数公共建筑、休息区以及生活

13、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。 在这些场所，适当的垂直照明比水平面的照度更为重要。 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。,24,2. 舒适的亮度比,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； 房间主要表面的平均亮度 Lav

14、erage。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。,25,3. 宜人的光色，良好的显色性,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；

15、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) 。 从建筑的功能，或从真实显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。,26,4. 避免眩光干扰,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。 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。 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。,27,* 眩光产生的原因,不恰当的自然采光口，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; 可能产生眩光的地方 玻璃办公桌面 局部照明的展板 不恰当的工作面照明 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。,28,29,7.4 光环境测量常用的仪器,照度计 线性度 光谱的灵敏度 余弦修正 亮度计 室内光环境的现场测量,30,1