建筑环境测量第2版 陈刚第7章

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1、1,第7章 建筑光环境测量,2,光的性质 光的物理量度 光环境质量的评价标准 光环境测量常用的仪器,主要内容,3,.1 光的性质,电磁波的一部分，光子的波动运动 可见光和良好视觉的共同作用 在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。,较短的波长为主,较长波长为主,电磁波波谱图,4,在建筑光学中用光通量、发光强度、照度和亮度等参数表示光源和受照面的光特性； 用光影深浅、立体感强弱来表示建筑物表面和被观察物体的亮度差别； 用光的吸收、反射、散射、折射、偏振等来表示光线从一种介质进入另一种介质时的变化规律； 用发射或反射光谱、亮度和色度坐标来表示光源色和物体色的

2、基本特性。 建筑采光和照明技术就是根据建筑物的功能和艺术要求，利用上述光、影、色的基本特性，创造良好的建筑光环境。,5,7.2光的物理量度,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，是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。 常用的光度量有光谱光效率、光通量，照度，发光强度和亮度。,6,一、光谱光效率,描述人们对不同波长的光具有不同的视觉效果是波长的函数，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,光谱光效率将小于1。 因人而异,即各人的光谱光效率不一定都一致,给光的度量带来很大困难,所以必

3、须有一个统一的标准。国际照明委员会CIE根据各国测试和研究的结果,提出了CIE光度标准观察者光谱光效率,俗称标准眼睛的光谱光效率。,7,人的视觉效果还与环境的明亮程度有关，因此CIE给出了两种光谱光效率。 第一种是在明亮条件下获得的，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； 第二种是在昏暗条件下获得的，称为暗视觉光谱光效率，它表明最高视觉效果发生在507nm波长处（蓝绿光）。 光谱光效率也可以由表格形式给出，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,CIE光度标

4、准观察者光谱光效率 实线明视觉；虚线暗视觉,9,二、光通量,物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。 定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中被人眼感觉为光的能量(波长380780nm)称为光通量。 单位: 流明(lumen，lm)。 人眼在观看同样功率的辐射时, 在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光效率V()来表示。,10,三、照度,定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。 表达式： 单位：勒克斯(lux, lx)，相当于1 lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上 性质：可叠加性。

5、几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。,11,照度,12,四、发光强度,发光强度：表示光源光通量的空间密度 定义：光源在某一方向的发光强度定义为光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。 单位：坎德拉(candela, cd),13,光通量相同，发光强度却不同,14,光源的发光强度与被照面的照度关系,已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度： EnI / r2 再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：E=Ensin = (I / r2) sin 线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。原理相同。,15,

6、五、亮度 L,定义：正在发光 (或反光) 表面的明亮程度。 亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。 物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用 视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！,16,亮度和照度有何区别？照了不一定亮！,照度相同,吸光材料，亮度低,反光材料，亮度高,17,亮度表达式,当量面积 dScos,dI,18,光源的亮度与被照面的照度关系,EL sin Acos / r2,19,7.3

7、 光环境质量的评价标准,适当的照度水平 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 避免眩光干扰,20,适当的照度水平,亮度到一定程度后，反而会超过眼睛的适应范围。当物体亮度超过一定值时人眼会感到刺眼，不能工作。对于人眼视力而言，存在着最佳亮度。,21,我国10岁四年级小学生视疲劳与照度的关系,我国成年人视疲劳和劳动生产率与照度的关系,22,白炽灯下视疲劳和劳动生产率与照度的关系,荧光灯下视疲劳和劳动生产率与照度的关系,23,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

8、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 2000 手术室、微电子装配 2000,24,我国的照度标准,25,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最大值、最小值与平均值的相差不超过1/6是可以接受的。 照度均匀度工作面最低照度/工作面最高照度 人工照明，照度均匀度需大

9、于1/3；自然采光，照度均匀度需大于1/10。,26,空间照度,在交通区、休息区、大多数公共建筑，以及居室等生活用房，照明效果往往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：平均球面照度与平均柱面照度。实践证明平均柱面照度有更大的实用性。,27,舒适的亮度比,构成周围视野的适应亮度。如果它与中心视野亮度相差过大，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。其分布均匀与否直接影响人对室内空间的形象感受。 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分布都是完全必

10、要的，它是对工作面照度的重要补充。 在工作房间，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亮度的1/10。灯和白天的窗户亮度，则应控制在作业亮度的40倍以内。要实现这个目标，最好统筹考虑照度和反射比这两个因素，因为亮度与二者的乘积成正比。,28,宜人的光色，良好的显色性,光源色的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）接近日暮黄昏的情调，能在室内创造亲切轻松的气氛；而希望紧张、活跃、精神振奋地进行工作的房间，宜于采用“冷”色灯光（高色温），提供较高照度。 从建筑

11、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。,29,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。,30,眩光产生的原因,不恰当的自然采光口，不合

12、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。,31,32,7.4 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,33,一、照度计,最简单的照度计是由硒光电池和微电流计组成的，如图示。硒光电池是把光能直接转换为电能的光电元件。 当光线照射到光电池上面时，入射光透过金属薄膜到达硒半导体层和金属薄膜的分界面上，在界面上产生光电效应，光电位差的大小与光电池受光表面的照度有一定的比例关系。这时

13、如果接上外接电路，就会有电流通过，并且可以从微安表上指示出来。光电流的大小决定于入射光的强弱和回路中的电阻。 照度计的分类按光电转换器件来区分，主要有硒（硅）光电池和光电管照度计。其照度值有数字显示或指示针指示两种。无论何种照度计，均由光度探头，测量或转换线路以及示数仪表等组成。,34,硒光电池和微电流计组成的照度计原理图 1-金属底板；2-硒层；3-分界面；4-金属薄膜；5-集电环,35,为了使照度测量更趋精确，对照度计和光电电池有以下要求： 线性度 照度计的响应度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，此比值与光通量输入水平的高低无关，即输出与输入线性相关。在测量范围内

14、，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。 硒光电池的线性度的好坏，除了光电池本身的品质外，主要取决于示数仪表外电路的电阻和受光量；外电路电阻越小，照度越低，线性度越好。 光谱的灵敏度 光的计量是以“平均人眼”共有的光谱光视觉效率V()特性为基础的。因此，用于物理测光的光探测器也必须具有与一致的光谱灵敏度。但是常用光电池的相对光谱灵敏度与V()曲线都有相当大的偏差，这就造成了在测量光谱能量分布不同的光源，特别是测量非连续光谱的气体放电灯产生的照度时，会出现较大的误差。 所以，精密照度计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；它的光谱灵敏度与)曲线的相符程度越

15、好，照度测量的精度越高。,36,光电池的相对光谱灵敏度与V()曲线的比较,37,余弦修正 当光源由倾斜方向照射到光电池表面时，光电流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。 但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。 现代照度计常用的光探测器有两种：一种是硒光电池，另一种是硅光电池。硅光电池也叫太阳能电池，它的光电转换效率高，对红外波段的长波辐射很敏感；但是其光谱灵敏度的峰值仍在

16、可见光范围的)峰值附近，因此也适于测光。 专门测光用的硅光电池灵敏度很高，在温度变化和长时间曝光条件下的稳定性和线性均显著高于硒光电池，而且特别适合在电子放大线路中使用，近年来内装放大器，并有数字显示的硅光电池照度计发展很快 。,38,二、亮度计,遮筒式亮度计 适合测量面积较大，亮度较高的目标， 构造原理：筒的内壁是无光泽的黑色饰面；筒内还设有若干光阑遮蔽杂散反射光。在筒的一端有一个圆形的窗口，面积是A；另一端设光电池C。通过窗口，光电池可以接受到光亮为L的光源照射。若窗口的亮度为L，则窗口的光强为L.A，在光电池上产生的照度则为： 如果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,39,遮筒式亮度计构造原理,40,透镜式亮度计 当被测目标较小或