第9章 光污染與防治

1、第第9 9章章 光污染與防治光污染與防治9.1 概述一、光環(huán)境（一）光環(huán)境包括室內(nèi)光環(huán)境室內(nèi)光環(huán)境和室外光環(huán)境室外光環(huán)境。 室內(nèi)光環(huán)境主要是指由光(照度水平和分布、照明的形式和顏色)與顏色(色調(diào)、色飽和度、室內(nèi)顏色分布、顏色顯現(xiàn))在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。其功能是要滿足物理、生理(視覺)、心理、人體功效學(xué)及美學(xué)等方面的要求。 室外光環(huán)境室外光環(huán)境是在室外空間由光照射而形成的環(huán)境。倉的功能除了要滿足與室內(nèi)光環(huán)境相同的要求外，還要滿足諸如節(jié)能和綠色照明等社會方面的要求。對建筑物來說，光環(huán)境是由光照射于其內(nèi)外空間所形成的環(huán)境。光環(huán)境中的光源包括天然光和人工光。（二）光環(huán)境有以下的基

2、本影響因素：u (1)照度和亮度：照度和亮度是明視的基本條件。u (2)光色：光色指光源的顏色。按照國際照明委員會(CIE)標(biāo)準(zhǔn)表色體系，將二種單色光(例如紅光、綠光、藍(lán)光)混合，各自進(jìn)行加減，就能匹配出感覺到與任意光的顏色相同的光。人工光源還有顯色性，表現(xiàn)出照射到物體時的可見度。還能激發(fā)人們的心理反應(yīng)，如溫暖、清爽、明快等。u (3)周圍亮度：人們觀看物體時，眼睛注視的范圍與物體的周圍亮度有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，容易看到注視點(diǎn)的最佳環(huán)境是周圍亮度大約等于注視點(diǎn)亮度。u (4)視野外的亮度分布：視野以外的亮度分布指室內(nèi)頂棚、墻面、地面、家具等表面的亮度分布。u (5)眩光：在視野中由于亮度的分布或范圍

3、不當(dāng)，或在時空方面存在著亮度的懸殊對比，以致引起不舒適感覺或降低觀看細(xì)部或目標(biāo)的能力，這種現(xiàn)象稱為眩光。u (6)陰影：在光環(huán)境中無論光源是天然光或人工光，當(dāng)光存在時，就會存在著陰影。在空間中由于陰影的存在，才能突出物體的外形和深度，因而有利于光環(huán)境中光的變化，豐富了物體的視覺效果。v (三)光環(huán)境中光的效果 在光環(huán)境中以光為主體產(chǎn)生出下列的效果：u (1)光的方向性效果：光的方向一般有順光、側(cè)光、逆光、頂光、底光。在光環(huán)境中光的方向性效果主要表現(xiàn)在增強(qiáng)室內(nèi)空間的可見度，增強(qiáng)或減弱光和陰影的對比，增強(qiáng)或減弱物體的立體感。方向性效果對建筑功能、室內(nèi)表面、人物形象及人們的心理反應(yīng)都起著重要作用。u

4、 (2)光的造型立體感效果：物體表面上由于光的明暗變化就會產(chǎn)生光的造型立體感效果，簡稱立體感。在光環(huán)境中室內(nèi)外表面的細(xì)部、浮雕、雕塑等都會體現(xiàn)光的這種效果。u(3)光的表面效果：在室內(nèi)空間中光在各表面上的亮度分布或有無光澤，構(gòu)成光的表面效果。 表面亮度：室內(nèi)空間中光在各表面上的反射程度取決于表面與背景之間的亮度比。這種亮度比能為眼睛提供信息，有利于眼睛適應(yīng)，使視覺功效與工作行為相互協(xié)調(diào)，并能降低室內(nèi)眩光。 表面光澤：在室內(nèi)空間中光照射到表面時，在它的定向反射方向出射強(qiáng)烈的反射光，同時在其他方向因散射而出現(xiàn)少量光，由于反射光在空間分布而呈現(xiàn)出表面的外觀性質(zhì)，稱為表面光澤。u(4)光的色彩效果：

5、光和色彩：光和色彩屬于不可分開的領(lǐng)域，對室內(nèi)光環(huán)境來說，光和色彩起著相輔相成的作用。光的反射比與色彩的明度直接相關(guān)?？梢姽獾姆瓷浔仍酱?，色彩的明度也越大。 色彩效果：在室內(nèi)光環(huán)境中通過光的照射，各種材料的表面會呈現(xiàn)出色彩效果。為了獲得明亮的光環(huán)境，一般高明度色彩用于室內(nèi)上部以取得明亮效果，低明度色彩用于室內(nèi)下部以取得穩(wěn)定效果，因此在光環(huán)境中光除了獲得知覺效果以外，還可獲得諸如感情、聯(lián)想等心理效果。9.2 9.2 光度量光度量v一、光的基本特性 光是以電磁波形式傳播的輻射能，400780nm稱之為可見光，波長大于780nm的為紅外線，波長小于400nm的為紫外線、X射線，它們都不能引起人眼的視覺

6、反應(yīng)。不同波長的可見光在人眼中又產(chǎn)生不同的顏色感覺。單一波長的光表現(xiàn)為一種顏色，稱為單色光。全部波長可見光波混合在一起形成日光(白色光)。 人眼對于不同波長的光感受性是不同的，不僅表現(xiàn)在顏色感覺不同，而且表現(xiàn)亮度感覺的不同上。即不同波長的可見光盡管輻射的能量一樣，但看起來明暗程度有所不同，說明人眼對不同波長的可見光有不同的主觀感覺。在白天，人眼對波長555nm的黃綠色光最敏感。波長偏離555nm愈遠(yuǎn)，人眼對其感光的靈敏度愈低。 用來衡量電磁波所引起的視覺能力的量，稱為光譜光效能。任一波長的可見光的光譜光效能與555nm可見光光譜效能之比，稱為該波長的相對光譜效率，用y(入)表示。 相對光譜光效

7、率用以衡量各種單色光的主觀感覺量，故又稱為單色光的相對視度。v二、光通量 為了描述由不同波長組成的輻射能通量被人眼接收后所引起的總的視覺效應(yīng)，引入一個新的物理量光通量，用表示，單位是流明（lm)。( )( ) ( )mPVK ( )( )( )500683mmlmPVKnmKlm 波長為 的光通亮波長為 的輻射能通量（輻射源在單位時間內(nèi)發(fā)射的能量），W波長為 的光譜視覺效率最大光譜光視效能，在 時，v多色光的光通亮為各單色光之和n12mPV （ ）（ ）+（ ）+ K （ ）（ ）v三、發(fā)光強(qiáng)度 光源在空間某一方向上光通量的空間密度，稱為光源在這一方向上的發(fā)光強(qiáng)度，以I表示，單位為坎德拉（cd

8、)。 大多數(shù)光源的發(fā)光強(qiáng)度因方向而異。40W的白熾燈泡在未加燈罩前，正下方的光強(qiáng)約為30cd，加上一個不透光的搪瓷燈罩后，原來向上發(fā)出的光通量大都被燈罩朝下反射，使下方的光通量密度增大，光強(qiáng)由30cd增至73cd左右。v四、光照度 照度（E)表示被照面上的光通量密度，即被照面單位面積S上接受的光通量數(shù)值，表示被照面的照射程度。ES照度的常用單位是勒克斯，簡稱勒（lx)1 勒克斯表示1流明的光通量均勻的分布在1平方米的被照面上。v照度（E)和光強(qiáng)(I)的關(guān)系 當(dāng)光源直徑與它至被照面距離足夠小時，可把光源視為點(diǎn)光源。 設(shè)光源在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度為I，被照面與點(diǎn)光源之間的距離為r，則照度與光強(qiáng)成正

9、比，與距離的平方成反比，稱為距離平方方比定律。2rIE 2cosrIE光線垂直入射到被照面，入射角為零時光線與表面法線成角時，即入射角不為零時 對同一光源，光源光照面越遠(yuǎn)，光照面上的照度越小，光源距離光照面越近，光照面上的照度越大。v五、光亮度 亮度是發(fā)光體在視線方向單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度，是唯一能直接引起眼睛視感覺的量。 發(fā)光體在視網(wǎng)膜上成像所形成的視感覺與視網(wǎng)膜上物像的照度成正比，物像的照度越大，就會感覺越亮。而該物像的照度是與發(fā)光體在視線方向的投影面積成反比，與發(fā)光體在視線方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比。亮度表示為ddcosILv一、光源v（一）天然光源 太陽光由兩部分組成，一部分是一束直射平行光。

10、光的方向隨著季節(jié)與時間做有規(guī)律的變化，稱為直射陽光；另一部分，是整個天空的散射光。直射光和散射光的比例，隨太陽亮度與天氣而變化，天氣愈晴，太陽的高度角愈高，直射陽光所占的比例愈高。9.3 光源、光環(huán)境評價與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)v 直射陽光由于強(qiáng)度高、變化快，容易引起眩光或室內(nèi)過熱，故一些工作場所車間、計(jì)算機(jī)房、體育館都需要遮蔽陽光。v 天空散射光比較穩(wěn)定柔和，常常作為建筑物采光的主要光源，天空的平均亮度與天氣有關(guān)，非常晴朗天約8000cdm2，略陰天約為4700cdm2，濃云天為800cdm2。v（二）人工光源電光源v（1）白熾燈v（2）弧燈（碳弧燈、鈉弧燈）v（3）激光器v（4）熒光燈v二、 光環(huán)境的測

11、量儀器v1.照度計(jì) 光環(huán)境測量常用的物理測光儀器是光電照度計(jì)。最簡單的照度計(jì)由硒光電池和微電流計(jì)構(gòu)成。硒光電池是把光能轉(zhuǎn)換成電能的光電元件。光生電動勢的大小與光電池受光表面光照度有一定的比例關(guān)系。如果接上外電路，就會有電流通過。以微安表指示出來，光電流的大小決定于入射光的強(qiáng)弱和回路中的電阻。硒光電池照度計(jì)v2. 亮度計(jì) 測量光環(huán)境亮度或光源亮度用的亮度計(jì)有兩類，一類是遮筒式亮度計(jì)，測量面積較大，亮度較高的目標(biāo)。筒的內(nèi)壁是無光澤的黑色飾面，筒內(nèi)設(shè)有若干光闌遮蔽雜散反射光。在筒的一端有圓形窗口，面積為A，另一度端設(shè)光電池C，通過窗口，光電池可接受亮度L的光源照射，若窗口的亮度為L，則窗口的光強(qiáng)為L

12、A，在光電池上產(chǎn)生的照度為E22LAElELlA亮度計(jì)v三、天然光環(huán)境評價 天然光強(qiáng)度高，變化快，不易控制，因而天然光環(huán)境的質(zhì)量評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)有許多不同于人工照明的地方。 采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是評價天然光環(huán)境質(zhì)量的準(zhǔn)則，也是進(jìn)行采光設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家大都通過照明學(xué)術(shù)組織編制本國的采光設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或指南，國際照明委員會(CIE)1970年曾發(fā)表有關(guān)采光設(shè)計(jì)計(jì)算的技術(shù)文件，其后又組織各國天然采光專家合作編寫了CIE天然采光指南，我國2001年發(fā)布了建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GBT50033-2001)。v（一)采光系數(shù)v 在利用天然光照明的房間里，室內(nèi)照度隨室外照度即時變化。因此，在確定室內(nèi)天然光

13、照度水平時，須同室外照度聯(lián)系起來考慮。通常以兩者的比值，作為天然采光的數(shù)量指標(biāo)，稱為采光系數(shù)，符號為C，以百分?jǐn)?shù)表示。采光系數(shù)定義為室內(nèi)某一點(diǎn)直接或間接接受天空漫射光所形成的照度與同一時間不受遮擋的該天空半球在室外水平面上產(chǎn)生的天空漫射光照度之比，即100%nwECEEn室內(nèi)某點(diǎn)的天然光照度，lxEw與En同一時間，室內(nèi)無遮擋的天空在水平面上產(chǎn)生的照度某點(diǎn)的光照度，lxv（二） 采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 作為采光設(shè)計(jì)目標(biāo)的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，是根據(jù)視覺工作的難度和室外的有效照度確定的。室外有效照度也稱臨界照度，是人為設(shè)定的一個照度值。當(dāng)室外照度高于臨界照度時，才考慮室內(nèi)完全用天然光照明，以此規(guī)定最低限度的采光

14、系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。視覺作業(yè)場所工作面上的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值視覺作業(yè)場所工作面上的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值v二、人工光環(huán)境的評價 為了建立人對光環(huán)境的主觀評價與客觀的物理指標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，世界各國的科學(xué)工作者進(jìn)行了大量的研究工作，通過大量視覺功效的心理物理實(shí)驗(yàn)，找出了評價光環(huán)境質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)，為制訂光環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。 (一)適當(dāng)?shù)恼斩人?對辦公室和車間等工作場所在各種照度條件下感到滿意的人數(shù)百分比調(diào)查結(jié)果表明，隨著照度的增加，滿意人數(shù)百分比也增加，最大百分比約1 5003 000 lx，照度超過此數(shù)值范圍，滿意人數(shù)反而減少。不同工作性質(zhì)的場所對照度值的要求不同，適宜的照度應(yīng)當(dāng)是在某具體工作條件下，大多數(shù)人

15、都感覺比較滿意且保證工作效率和精度均較高的照度值。v1照度標(biāo)準(zhǔn) 確定照度標(biāo)準(zhǔn)要綜合考慮視覺功效、舒適感與經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等因素。照度并非越高越好，提高照度水平對視覺功效只能改善到一定程度。無論從視覺功效還是從舒適感考慮選擇的理想照度，最終都要受經(jīng)濟(jì)水平，特別是能源供應(yīng)的限制。所以，實(shí)際應(yīng)用的照度標(biāo)準(zhǔn)大都是折衷的標(biāo)準(zhǔn)。照度標(biāo)準(zhǔn)的三個不同數(shù)值國際照明委員會對不同作業(yè)和活動推薦的照度v2照度均勻度 對一般照明的評價還應(yīng)當(dāng)提出照度均勻度的要求。照度均勻度是表示給定平面上照度分布的量。照度均勻度可用工作面最小照度與平均照度之比表示。規(guī)定照度的平面(參考面)往往就是工作面，通常假定工作面是由室內(nèi)墻面限定的距地面

16、高0.700.80m高的水平面。一般照明是為照亮整個假定工作面而設(shè)的均勻照明，不考慮特殊局部的需要。照度均勻度不得低于0.7，CIE建議值為0.80v3空間照度 在交通區(qū)、休息區(qū)、大多數(shù)的公共建筑，以及居室等生活用房，照明效果往往用人的容貌是否清晰和自然來評價。在這些場所，適當(dāng)?shù)拇怪闭彰鞅人矫娴恼斩雀鼮橹匾?。近年來已?jīng)提出兩個表示空間照明水平的物理指標(biāo)：平均球面照度與平均柱面照度，后者有更大的實(shí)用性。v空間一點(diǎn)的平均柱面照度定義：在該點(diǎn)的一個假想小圓柱體側(cè)面上的平均照度，圓柱體的軸線與水平面相垂直，并且不計(jì)圓柱體兩端面上接受的光量。實(shí)際上，它代表空間一點(diǎn)的垂直面平均照度。v(二)舒適的亮度比

17、和亮度分布 舒適的亮度比和亮度分布是對工作面照度的重要補(bǔ)充。人眼的視野很寬，在工作房間里，除了視看對象外，工作面、頂棚、墻、窗戶和燈具等都會進(jìn)入視野，這些物體的亮度水平和亮度對比構(gòu)成人眼周圍視野的適應(yīng)亮度，若亮度相差過大，則會加重眼睛瞬時適應(yīng)的負(fù)擔(dān)，或產(chǎn)生眩光，降低視覺功效；此外，房間主要表面的平均亮度，形成房間明亮程度的總印象，其亮度分布使人產(chǎn)生不同的心理感受。因此，舒適并且有利于提高工作效率的光環(huán)境還應(yīng)具有合理的亮度分布。v(三)避免眩光干擾 眩光俗稱“晃眼”，CIE對眩光定義為：眩光是一種視覺條件。這種條件的形成是由于亮度分布不適當(dāng)，或亮度變化的幅度太大，或空間、時間上存在著極端的對比以

18、致引起不舒適或降低觀察重要物體的能力，或同時產(chǎn)生這兩種現(xiàn)象。 眩光按產(chǎn)生方式不同分為直接眩光和反射眩光。前者是光線直接進(jìn)入眼內(nèi)而產(chǎn)生，后者是光線被物體表面反射后進(jìn)人眼內(nèi)而形成。v 反射眩光又分光幕反射、伸展反射、彌漫反射和混合反射。v 根據(jù)眩光對視覺的影響程度，可分為失能眩光和不舒適眩光。失能眩光的出現(xiàn)會導(dǎo)致視力下降，甚至喪失視力。不舒適眩光的存在使人感到不舒服，影響注意力的集中，時間長會增加視覺疲勞，但不會影響視力。9.4 光污染(一)光污染的產(chǎn)生 光污染是現(xiàn)代社會中伴隨著新技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的環(huán)境問題。當(dāng)光輻射過量時，就會對人們的生活、工作環(huán)境以及人體健康產(chǎn)生不利影響，稱之為光污染。v 狹義

19、的光污染指干擾光的有害影響，其定義是“已形成的良好的照明環(huán)境，由于逸散光而產(chǎn)生被損害的狀況，又由于這種損害的狀況而產(chǎn)生的有害影響，逸散光指從照明器具發(fā)出的，使本不應(yīng)是照射目的的物體被照射到的光。v 干擾光是指在逸散光中，由于光量和光方向，使人的活動、生物等受到有害影響，即產(chǎn)生有害影響的逸散光。v 廣義光污染指由人工光源導(dǎo)致的違背人的生理與心理需求或有損于生理與心理健康的現(xiàn)象，包括眩光污染、射線污染、光泛濫、視單調(diào)、視屏蔽、頻閃等。廣義光污染包括了狹義光污染的內(nèi)容。 光污染其特點(diǎn)是光污染是局部的，隨距離的增加而迅速減弱；在環(huán)境中不存在殘余物，光源消失，污染即消失。v (二)光污染的來源 光污染主

20、要來自兩個方面：n 一是指城市建筑物采用大面積鏡面式鋁合金裝飾的外墻、玻璃幕墻所形成的光污染；n 二是指城市夜景照明所形成的光污染。n 此外，由于家庭裝潢引起的室內(nèi)光污染也開始引起人們的重視。v(三)光污染的分類 目前，國際上一般將光污染分成三類，即：白亮污染、人工白晝和彩光污染。F 1白亮污染 陽光照射強(qiáng)烈時，建筑物的玻璃幕墻、釉面磚墻、磨光大理石和各種涂料等裝飾反射光線，明晃白亮，炫眼奪目。F 2人工白晝 夜間，廣告燈、霓虹燈閃爍奪目，強(qiáng)光束甚至直沖云霄，夜間照明過度，使得夜晚如同白天一樣，即所謂人工白晝。F 3彩光污染 舞廳、夜總會安裝的黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈以及閃爍的彩色光源構(gòu)成了彩光

21、污染。v(四)光污染的危害 光污染的危害主要體現(xiàn)在對人的活動的影響和對動植物的影響兩個方面。v 1對人的影響F (1)對附近居民的影響F (2)對行人的影響F (3)對交通系統(tǒng)的影響 F (4)對天文觀測的影響v2對動植物的影響F (1)對動物的影響F (2)對植物的影響9.5 光污染防治技術(shù) 光污染按照光波波長分為可見光污染、紅外線污染和紫外線污染三類，分別采用不同的防治技術(shù)。v一、可見光污染防治 可見光污染中危害最大的是眩光污染。眩光污染是城市中光污染的最主要形式，是影響照明質(zhì)量最重要的因素之一。 眩光程度主要與燈具發(fā)光面大小、發(fā)光面亮度、背景亮度、房間尺寸、視看方向和位置等因素有關(guān)，還與眼睛的適應(yīng)能力有關(guān)。所以眩光的限制應(yīng)分別從光源、燈具、照明方式等方面進(jìn)行。光源位置對眩光的影響v(一)直接眩光的限制 限制直接眩光主要是控制光源在角為4590范圍內(nèi)的亮度。 一般有兩種方法，一種是用透光材料減弱眩光；一種是用燈具的保護(hù)角加以控制。此兩種方法可單獨(dú)采用，也可同時使用。需要限制亮度的照明器發(fā)光區(qū)域 控制直接眩光，除了可以通過限制燈具的亮度和表面面積，通過使燈具具有合適的安裝位置和懸掛高度，保證必要的保護(hù)角外，還有增加眩光源的背景亮度或作業(yè)照度的方法。增加背景亮度，眩光作用減小，但眩光亮度很大時，增加背靜亮度就不起作用，會成為新的眩光源。v(二)反射眩光和光幕反