光学总复习-河科大.ppt

建 筑 光 环 境,河南科技大学 李宁,本篇知识构架,第1章 建筑光学基本知识 ——光环境的相关概念 第2章 天然采光 ——各种采光窗的采光特性和采光设计及计算方法 第3章 建筑照明 ——人工光源和灯具的光学特性及其基本的照明设计和计算方法,,第1章 建筑光学基本知识,人眼看到的光是一种能够直接引起视感觉的电磁辐射，其波长范围为380~780nm电磁波谱,,明视觉、暗视觉和中间视觉,明视觉是指在明亮环境中（大于 3cd/m2以上的亮度水平），主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉明视觉能够辨认很小的细节，此时人眼具有颜色感觉，而且对外界亮度变化的适应能力强，反应迅速 暗视觉是指在黑暗环境中（小于0.01cd/m2以上的亮度水平），主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉暗视觉只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法辨认物体的细节，对外部明暗变化的适应能力低，反应缓慢 中间视觉发生在明视觉与暗视觉之间，此时视觉系统的锥状和杆状细胞同时在起作用，二者的作用大小依实际而变化视觉适应,从明亮环境到较暗环境时，人眼对环境转换的适应称为暗适应，适应时间较长 从较暗环境到明亮环境时，人眼对环境转换的适应称为明适应，适应时间较短。

光谱光视效率,在明暗视觉下，人眼观看相同功率、不同波长的光辐射，感觉到的明亮程度不同人眼的这种特性常用光谱光视效率V(λ)的曲线表示 明视觉时，人眼感到黄绿光部位最亮，最大值 在波长555nm处；暗视 觉时，蓝绿光部位最亮， 最大值在507nm ——在不同光亮条件下 人眼感受性不同的现象称 为普尔金耶效应 （Purkinje effect）,光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量 不同光源发出的光通量在空间的分布是可以调节的例如，使用灯罩就会使得同一光源向下反射的光通量增加，故，了解光通量的空间分布状况也很必要,——发光强度正是其表征,1. 光通量 ,2. 发光强度 I,发光强度：表示光源光通量的空间密度 光源在某一方向的发光强度定义为光源在该方向上单位立体角内发出的光通量 表示发光强度与方向有关 单位：坎德拉(candela, cd),光通量和发光强度都是光源自身的特性，对于被照面而言，常要研究其实际被照射的程度，常用“照度”来衡量 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值，即被照面上的光通量密度 表达式（当光通量均匀分布在被罩表面上时）： 其中，Φ为光通量（lm），A为被照面面积（m2） 单位：勒克斯(lux, lx)，相当于1 lm的光通量均匀分布在1 m2的被照面上,3. 照度 E,4. 光源的发光强度 I 与被照面的照度E之间的关系,,i——入射光线与被照面法线间的夹角。

——射束截面法线与射束方向间的夹角发光面法线与视线方向的夹角）,5. 亮度 L,5.1定义 相同照度条件下，人眼观看黑、白两个物体，感觉白色物体亮得多，说明人眼对物体的视觉感觉不能用物体表面照度来直接说明 亮度的定义为：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度人们能看到的最低亮度（称“最低亮度阈”） ——10-5πcd/m2 亮度上限——16×104cd/m2，超过上限，感到刺眼，无法坚持工作；,5.2 亮度表达式,L——表示与表面法线成角方向上的亮度 ——射束截面法线与射束方向间的夹角发光面法线与视线方向的夹角）,由于物体表面亮度在各方向不一定相同，与表面法线成角方向上的亮度（假设角方向上射束截面A的发光强度 均相等时）：,亮度和照度有何区别？ 照了不一定亮！,E——被照面照度，lx； L——发光表面亮度，cd/m2； A——发光表面面积，m2； r ——光源至被照面距离，m； ——光源射线与光源法线夹角； i——光源射线与被照面法线夹角6. 光源亮度L与被照面照度E的关系,小结,按照材料反光透光特性，将其分为两大类：一类属于规则的，另一类为扩散的反光和透光材料,规则反射与透射材料,入射角＝反射角 例子：玻璃镜、磨得很光滑的金属表面 应用：利用反射光线的指向性，将表面放在合适位置，将光线反射到需要的地方，或避免光源在视线中出现,光线射到透明材料上则产生规则透射。

规则透射是在无漫射的情况下，按照几何光学的定律进行的透射：材料两表面平行，则光线透射方向与入射方向平行；若两表面不平行，透射光线也不与入射光线平行 例子：平板玻璃，隔着它可以清楚地、毫无变形地看到另一侧景物；压花玻璃，使外界形像扭曲不清，不分散室内人们注意力，又避免室内活动从室外一览无余扩散反射与透射材料,分两类：漫射材料、混合反射与透射材料 漫射材料（均匀扩散材料） 入射光线均匀地向四面八方反射或透射，各角度亮度相同 例子：石膏和大部分无光泽、粗糙的建筑材料，如粉刷涂料、砖墙等属于漫反射材料；乳白玻璃和半透明塑料属于漫透射材料，透过它看不见光源形像或外界景物，只能看见材料本色和亮度上的变化，常用于灯罩、发光顶棚，以降低光源亮度，减少刺眼程度混合反射与透射材料——同时具有规则和扩散两种性质 与入射角相同的反射角方向上、与入射方向一致的透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度 例子：光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面及磨砂玻璃（注意与压花玻璃不同） 应用：办公桌表面材质,分类 失能眩光：如白天眼睛正视太阳、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范围内，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 直接眩光：由高亮度光源的光线直接进入人眼内所引起 反射眩光：光源通过光泽表面，特别是抛光金属如镜面反射进入人眼引起,眩光,避免眩光的措施,减轻或消除直接眩光的措施 1.限制光源亮度当光源亮度超过16sb时，应考虑采取措施将光源挡住——灯泡+灯罩） 2.增加眩光光源的背景亮度，减少两者之间的亮度对比 （深色桌面与白纸亮度对比大，不舒适——桌面浅色） 3.减小形成眩光的光源视看面积，即减小眩光光源对观测者眼睛形成的立体角灯具做成橄榄形） 4.尽可能增大眩光光源的仰角提高灯的悬挂高度）,减轻反射眩光的措施： 1.尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减轻镜面反射而形成的反射眩光 2.应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的镜面反射区域 3.使用发光面积大、亮度低的光源 4.使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占的比例减少，从而减少反射眩光的影响光源的显色性,物体色在不同照明条件下的颜色感觉可能变化，这种变化可用光源的显色性来评价 显色性用显色指数度量，值越高，显色性越优良，因此需根据使用场所恰当选择第2章 天然采光,光气侯：由太阳直射光、天空漫射光和地面反射光形成的天然光平均状况 天然光的组成： 太阳直射光（直接光）：太阳光穿过大气层时，一部分透过大气层达到地面，称为直接光。

它形成的照度高，并具有一定的方向，在物体背后出现明显的阴影 天空漫射光（扩散光） ：太阳光中一部分碰到大气层中空气分子、灰尘、水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散光它使天空具有一定亮度，这部分光形成的照度较低，没有一定方向，不能形成阴影光气候和采光系数,光气候分区及采光系数,《建筑采光设计标准》GB50033 – 2013 根据室外天然光总照度分布状况将全国划分为Ⅰ~Ⅴ类光气候区,采光系数,采光标准的数量评价指标以采光系数表示因为室外天然光在一天中变化很大，从而影响室内光线的变化，故，目前国际上一般均采用采光系数这一相对值来评价采光效果采光系数：在室内参考平面上的一点，由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而产生的照度与同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的天空漫射光照度之比 室内某一点的采光系数 ，可按下式计算：,各光气候区的室外天然光设计照度值Es应按下表采用所在地区的采光系数标准值应乘以相应地区的光气候系数K 注：室外天然光设计照度值——室内全部利用天然光时的室外天然光最低照度窗洞口,按窗洞口位置，可分为侧窗和天窗可以通过采光口调整采光系数,1. 侧窗,侧窗：在房间的一侧或两侧墙上开的窗。

是最常见的一种采光形式 特点：构造简单，布置方便，造价低廉，光线具有强烈的方向性，有利于形成阴影，因此对观看立体物件特别适宜；并可直接看到外界景物，扩大视野，被普遍使用一般设置在1m左右高度 高侧窗：有时为了争取更多的可用墙面，或提高房间深处的照度，以及其它原因，将窗台提高到2m以上，称为高侧窗应用：进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧窗采光 1.1.1 优缺点 主要优点：光线自一侧投射，有显著的方向性，易形成良好的光影造型当工作台与有窗的外墙垂直布置时，能有效避免不舒适的眩光 缺点：侧窗采光房间的昼光照度随离开窗子的距离而迅速降低，照度分布很不均匀1.1 单侧窗,对于采光量而言，当采光口面积相等、窗台标高一致时，正方形窗口采光量最多，竖长方形次之，横长方形最少 从照度均匀性来看，竖长方形在房间进深方向均匀性好，横长方形在房间宽度方向较均匀，方形居中所以，窗口形状应该结合房间形状来选择，如窄而深房间宜用竖长方形窗，宽而浅房间宜用横长方形窗1.1.2 侧窗形式对采光的影响,对于沿房间进深方向的采光均匀性而言，最主要的是窗位置的高低 影响房间横向采光均匀性的主要是窗间距，窗间距愈宽，横向均匀性愈差，特别是靠近外墙区域。

比较(a)(b),低窗时近窗处照度很高，往里侧迅速下降；窗提高后，虽近窗下降，但远窗提高很多c）可看出靠窗区域照度很不均匀窗面积减少，必将减少室内采光量： 上沿高度不变，改变窗台高度——随窗台提高，明显减少近窗处照度，而室内深处照度变化不大； 窗台高度不变，改变上沿高度——随上沿下降，近窗、远窗照度均有一定下降； 窗高不变，改变窗宽——随窗宽减小，墙角处暗角面积增大窗宽在窗高4倍以内时，照度变化加剧；4倍以上时，可近似看做无限长窗1.1.3 侧窗尺寸、位置对采光的影响,阴天，窗口朝向对室内采光状况无影响；晴天，窗口朝向影响较大 如图，从室内照度，尤其是近窗照度的大小排序：朝阳＞阴天＞背阳,1.1.4 不同天气状况对采光的影响,在相对两面侧墙开窗能将采光进深加倍，同时缓和实墙与窗洞间的亮度对比； 相邻两面墙上都开侧窗，在缓和墙与窗的对比上效果更显著，但采光进深增加有限1.2 双侧窗,阴天时，双侧窗可视为两个单侧窗，照度变化按房间中心对称分布；晴天时，朝阳侧照度高得多沿房间进深方向照度下降很快，分布很不均匀； 窗台高度主要影响近窗照度；窗上沿高度主要影响远窗照度； 窗位置高低主要影响房间进深的采光均匀性；窗间墙主要影响横向采光均匀性； 天气状况和窗口朝向对采光影响较大。

侧窗采光特点小结,1）提高窗位置高度但是，受层高限制，只能保证有限进深的采光要求，一般不超过窗高的2倍，更深的地方宜采用人工照明补充； 2）采用乳白玻璃、玻璃砖等扩散透光材料，或采用将光线折射至顶棚的折射玻璃这些材料在一定程度上能提高房间深处的照度，有利于加大房屋进深，降低造价； 3）增设反光、导光措施： 如在室 内外配合设置水 平反光板，将更多光线 反射进室内；,1.3 改善侧窗采光缺陷的措施,,4）增加进入室内的光线： 在多层建筑中，退台式可增加一些屋面，成为反射面，当屋面刷白时，对上一层室内采光量增大的效果很明显；北向房间利用对面建筑立面的反射也是同样道理 小区布置对采光也有影响，平行布置房屋，需要留足够的间距，否则挡光严重如果仅从挡光影响的角度看，将一些建筑转180°布置，这样可减轻挡光影响天窗是在屋顶上开窗一般可分为矩形天窗、锯齿形天窗和平天窗其中，矩形天窗分为纵向矩形天窗（矩形天窗）、横向天窗和井式天窗矩形天窗装在屋架以上 特点：采光效率最低，但眩光小，便于组织自然通风2.1 矩形天窗,2. 天窗,井式天窗设在屋架上。