《建筑環(huán)境學(xué)》第六章-課件-

第六章§6-1光的性質(zhì)與度量§6-2視覺與光環(huán)境§6-3天然采光§6-4人工照明主要內(nèi)容§6-1一、基本光度單位及相互關(guān)系二、光的反射與透射第六章建筑光環(huán)境光的性質(zhì)：光是以電磁波形式傳播，并能被人眼所感到的那一部分輻射能，波長范圍為380～780nm，不同波長的光在視覺上形成不同的顏色;紅色:0.78～0.63μm;橙色:0.63～0.59μm;黃色:0.59～0.56μm;綠色:0.56～0.49μm;藍(lán)色:0.49～0.45μm;紫色:0.45～0.38μm光的三層含義:可見光必須要有良好的視覺器官;三是二者相互作用引起的視覺效果第一節(jié)光的性質(zhì)與度量6.1.1基本光度單位及相互關(guān)系一、光通量：1、輻射通量(輻射功率):單位時間內(nèi)輻射體輻射的能量稱輻射通量。2、光通量：光源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的以人眼感覺為基準(zhǔn)的能量，換句話說，就是在可見光范圍內(nèi)輻射出的并被人眼感覺到的輻射通量。3、光通量物理意義及表示方法：光通量表明了光源的發(fā)光能力。光通量用表示，單位為流明（lm)。二、發(fā)光強(qiáng)度1、定義：光通量的空間密度，稱發(fā)光強(qiáng)度。2、發(fā)光強(qiáng)度物理意義及表示方法：發(fā)光強(qiáng)度表征光源發(fā)出的光通量在空間的分布狀況。發(fā)光強(qiáng)度用I表示單位為坎德拉（cd)。有一個空心球體，半徑為r；

球心O處有一點(diǎn)光源；球表面ABCD的面積為S；

此點(diǎn)光源向S面上發(fā)出

lm的光通量；S面在球心O形成的角稱為立體角；立體角用Ω表示，Ω=S/r2（球面度Sr）設(shè)點(diǎn)光源在某方向上的無限小立體角dΩ內(nèi)發(fā)出的光通量為d，則該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為I=d/dΩ；

在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度平均值為I=/Ω(坎德拉cd)；即1cd=1lm/1Sr,表示:在1球面度立體角內(nèi)均勻發(fā)射出1lm的光通量例:一只裸露的40W的白熾燈,光通量=350lm,求其平均發(fā)光強(qiáng)度.解:I=/Ω=350/4π=28cd三、照度1、定義：對于被照面而言，用落在其單位面積上的光通量多少的數(shù)值來表示它被照射的程度，稱照度。2、照度的物理意義及表示方法：照度表征被照面上的光通量密度。

照度用E表示。提示：照度可直接相加，幾個光源同時照射被照面時，其上的照度為單個光源分別存在四、發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系如圖所示：光線垂直入射到被照表面時；表面S1、S2、S3距點(diǎn)光源分別為r、2r、3r，在光源處形成的立體角相同，則表面積S1、S2、S3的面積比為它們距光源的距離平方比，即1：4：9。照度E=/S發(fā)光強(qiáng)度I=/Ω立體角

Ω=S/r2E=I/r2結(jié)論：某表面的照度E與點(diǎn)光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度I成正比，與距點(diǎn)光源的距離r的平方成反比。此為計算點(diǎn)光源產(chǎn)生照度的基本公式，稱距離平方反比定律當(dāng)光線不是垂直入射到被照表面，即入射角不為零時；如圖所示：S2與S1兩平面，成α角；S1的法線與光線重合，S2的法線與光源射線成α角；E2=E1cosα=E1S1=E2S2S2=S1/cosα又E1=I/r2E2=cosαI

r2結(jié)論：表面法線與光線成α角處的照度，是隨它至點(diǎn)光源的距離平方成反比，與光源在α方向的發(fā)光強(qiáng)度和入射角α的余弦成正比。提示：距離平方反比定律適用于點(diǎn)光源。當(dāng)光源尺寸小于至被照面距離的1/5時，該光源可被視為點(diǎn)光源例：如圖所示：在桌上2m處掛一40W白熾燈，光通量=350lm,求燈下桌面點(diǎn)1處照度

E1，及點(diǎn)2處照度E2

解:I=/Ω=350/4π=28cdE1=cosαI

r12

1=cos0°28

22=7.5lxE2=5.37lxE2=cosαI

r22

2=cosα228

22+12cosα2=2/√12＋22=0.9Lθ

=dIθ

dScosθ

五、亮度1、物理亮度：（1）定義：物體在視線方向單位面積上發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度。具體的說，就是物體在視線方向上的發(fā)光強(qiáng)度越大，該物體表面在視線方向的亮度越大。（2）表達(dá)式：其中:θ—發(fā)光面法線與視線方向夾角即該物體亮度與該物體在視線方向上的發(fā)光強(qiáng)度成正比,與該物體在視線方向上的投影面積成反比。物理亮度的常用單位為:坎德拉每平米(cd/㎡);又稱尼脫(nt)它表示1㎡表面上,沿法線方向發(fā)出1坎德拉的發(fā)光強(qiáng)度2、主觀亮度：結(jié)論:相同的物體表面亮度,在不同的環(huán)境亮度時,產(chǎn)生不同的亮度感覺.定義：人們主觀感受到的物體明亮程度。與物體的物理亮度有關(guān)；與我們所處的環(huán)境的明暗程度有關(guān)；6.1.2光的反射與透射光在傳播過程中,遇到介質(zhì)時(如玻璃、空氣、墻······）,會發(fā)生反射、透射與吸收現(xiàn)象。若入射光通量為；設(shè)被反射部分為ρ；被吸收部分為α；被透射部分為τ；

=ρ+α+τρ+α+τ=1光通量經(jīng)過介質(zhì)反射和透射后，光的分布變化取決于：材料表面的光滑程度；材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)（一）定向反射和透射材料1、定向反射：光線照射到表面很光滑的不透明材料上，會出現(xiàn)定向反射現(xiàn)象。（如：玻璃鏡等）有如下特點(diǎn)：光線入射角等于反射角；入射光線、反射光線及反射表面的法線處于同一平面；A鏡面光源2、定向透射：光線射到透明材料上，會產(chǎn)生定向透射。如果材料的兩個表面彼此平行，則透過材料的光線方向與入射方向保持一致。（如：平面透明玻璃）（二）均勻擴(kuò)散反射、透射材料半透明材料使入射光線發(fā)生擴(kuò)散透射；表面粗糙的不透明材料使入射光線發(fā)生擴(kuò)散反射，使光線分散在更大的立體角范圍內(nèi)。1、均勻擴(kuò)散材料：定義：將入射光線均勻地向四面八方反射或透射，并且，從各個角度看，其亮度完全相同，看不見光源形象，這類材料被稱為～。均勻擴(kuò)散材料包括：均勻擴(kuò)散反射材料：如：氧化鎂、石膏、及大部分無光澤、粗糙的建筑材料。均勻擴(kuò)散透射材料：如：乳白玻璃、半透明塑料等。常將它們用于：燈罩、發(fā)光天棚處，以降低光源亮度，減少刺眼程度。三、定向擴(kuò)散反射、透射材料同時具有定向和擴(kuò)散兩種性質(zhì)這種材料在定向反射(或透射)方向,具有最大的亮度,而在其他方向也有一定亮度.具有這種性質(zhì)的反光材料包括：光滑的紙、油漆表面等透光材料包括：磨砂玻璃等均勻擴(kuò)散材料表面的亮度：對于反射材料：L=E×ρ/π(cd/㎡)對于透射材料：L=E×τ/π(cd/㎡)一、眼睛與視覺特征二、顏色對視覺的影響主要內(nèi)容§6-26.2.1眼睛與視覺特征(一)眼睛的構(gòu)造與亮度閾限第二節(jié)視覺與光環(huán)境2、亮度閾限

在視覺研究中，將背景亮度Lb=0時，眼睛所能識別的臨界亮度稱作視覺的絕對光閾。里科定律：亮度×面積=常數(shù)邦森-羅斯科定律：亮度中心視野：在視軸1°范圍內(nèi)，具有最高的視覺靈敏度，能分辨最細(xì)小的細(xì)部，稱～。從視野中心往外30°范圍,視覺清晰度最好,稱“近背景視野”,這是觀看物體總體時最有利的位置.（二）視野和視場1、視野：觀察者正視前方時，頭和眼睛都保持不動時，這樣所察覺到的空間范圍稱～。視野分：

單眼視野：水平方向180°;垂直方向：向上60°,向下70°雙眼視野：水平方向120°;垂直方向：向上60°,向下70°2、視場：觀察者頭部不動但眼睛可以轉(zhuǎn)動，這樣所看到的空間范圍稱～。(三)臨界亮度對比度與對比敏感度對比即為，觀看對象與和其背景之間的亮度差異。差異越大，視度越高。用亮度對比度表示為：

C=△L/Lb

式中：△L—物件和背景的亮度差

Lb—背景的亮度

α=tg－1dldl=3340分dl=～弧度視覺敏銳度（醫(yī)學(xué)上稱視力）：人憑借視覺器官感知物體的細(xì)節(jié)和形狀的敏銳程度。（五）視覺速度：1、識別時間：從發(fā)現(xiàn)物體到辨別物體細(xì)節(jié)需要一定的時間，稱～。2、視覺速度：識別時間的倒數(shù)，稱～。（六）視覺適應(yīng)（四）視覺敏銳度視角:物體的大小對眼睛形成的張角，稱為視角6.2.3視覺功效與舒適光環(huán)境要素一、視覺功效人借助于視覺器官完成視覺作業(yè)的效能,稱～。它主要取決于作業(yè)的大小、形狀、位置和所處的光環(huán)境，主要與視角、照度、亮度對比系數(shù)和識別時間有關(guān)。識別幾率在95%時，照度、視角、亮度對比系數(shù)三者之間的關(guān)系。結(jié)論：(1)同一曲線（視角）表明對比與亮度的關(guān)系。對比下降需要增加照度才能保持相同視度。(2)不同曲線表示不同視角，物件越小，需要的照度越高。(3)天然光比人工光更有利于視度的提高。

(二)合理的照度分布規(guī)定照度的平面稱參考面，即工作面，通常為0.7～0.8m高的水平面。在熒光燈、或白熾燈的照明下，桌面照度為750～1700lx時，滿意程度最高；（三）舒適的亮度分布：可以減少亮度對比使環(huán)境柔和、統(tǒng)一。（四）宜人的光色：

二、舒適光環(huán)境要素與評價標(biāo)準(zhǔn)（一）合適的照度或亮度物體亮度為3.18×10-6

cd/㎡,人眼能夠感知,稱最低亮度閾;物體亮度為3.18×103

cd/㎡,人眼具有最大靈敏度;物體亮度為6.32×104

cd/㎡,視覺失效,稱最高亮度閾;對于光源的色溫，色溫越高，色表越冷；反之，亦然。結(jié)論:隨著色溫的升高,所要求的舒適照度也相應(yīng)提高.（五）避免眩光干擾眩光是當(dāng)視野內(nèi)出現(xiàn)高亮度或過大的亮度對比時，引起視覺上的不舒適或視覺疲勞，這種高亮度或亮度對比稱眩光。按其形成方式，眩光可分為：直接眩光；反射眩光；光幕眩光；亮度對比形成的眩光；明適應(yīng)不足形成的眩光等。（六）光的方向性一、自然光源與人工光源二、自然采光原理與設(shè)計主要內(nèi)容§6-3§6-3天然采光（一）天然光與人工光的視覺效果在相同的照度條件下，人眼在天然光下比在人工光下有更高的靈敏度。（二）天然光和人工光的光譜能量分布特征6.3.1自然光源與人工光源晴天室外天然光：太陽直射光太陽散射光1)晴天:指天空無云或很少云,即云量占整個天空面積的30%以下的天氣。a、太陽高度角；b、大氣透明度:影響室外地面照度的氣象因素:全云天太陽散射光6.3.2自然采光原理與設(shè)計（一）我國的光氣候特點(diǎn)與光氣候分區(qū)光氣候：光氣候指影響室外天然光變化的各種自然因素的總稱。1、天然光的組成和影響因素§6-3天然采光2）、全云天天空全部被云層所遮蓋的天氣稱全云天或全陰天。此時，室外天然光全部為擴(kuò)散光，物體后無陰影。全陰天地面照度取決于：太陽高度角。云狀。不同的云組成成分不同，對光線的影響不同。云狀可分低云；高云。地面反射能力。如：地面積雪時，擴(kuò)散光照度可比無雪時提高達(dá)一倍以上。大氣透明度。(二)不同采光口形式的特征及其對室內(nèi)光環(huán)境的影響1、側(cè)窗它是在房間的一側(cè)或兩側(cè)墻上開的采光口，是最常見的一種采光形式。適用場合：用于進(jìn)深不大的房間采光。如：教室、住宅、辦公室等特點(diǎn)：構(gòu)造簡單、布置方便、造價低廉；光線具有明確的方向性，利于形成陰影；可通過它看到外界景物，擴(kuò)大視野；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、天窗利用房屋屋頂設(shè)置的采光口稱天窗，這種采光方式稱天窗采光或頂部采光。適用場合：大型工業(yè)廠房和大廳房間。特點(diǎn)：采光效率高，約為側(cè)窗的8倍；照度均勻性較好；很少受到室外的遮擋；組成:由裝在屋架上的天窗架和天窗架上的窗扇組成。窗扇可作成垂直或傾斜，窗扇可開啟，起到通風(fēng)的作用。特點(diǎn)：采光特性和高側(cè)窗相似，眩光小，便于組織通風(fēng)。在跨中的照度最大,而柱子處的照度最小。適用場合：適用于中等精密工作，以及室內(nèi)產(chǎn)熱量大或有害氣體時，較為適宜。（2）鋸齒形天窗特點(diǎn)：

鋸齒形天窗為單面頂部采光，由于傾斜天棚的反光，采光效率比矩形天窗要高；在采光系數(shù)相同情況下，鋸齒形天窗面積可少15～20%

光線的均勻性好，方向性強(qiáng)。

因為是單向采光，則將采光口朝北可以避免直射光，可以防止眩光，不致影響車間的溫濕度調(diào)節(jié)。

建筑造價較高

§6-3天然采光（3）平天窗平天窗—在屋頂上直接開洞，這樣的采光口稱～；一般，透光材料選用（鋼化玻璃、塑料板等）。特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，施工方便，造價低；采光效率高，為矩形天窗的2～2.5倍；采光口的位置布置靈活，形式可以多樣；大量陽光直射室內(nèi)，易產(chǎn)生眩光；平天窗表面冬季易結(jié)露；外表面易污染，難于清洗，影響透光性?！?-3天然采光§6-3天然采光（三）不同用途建筑對采光口形式的要求與采光口選擇1)、對于不允許陽光直射的房間：如：紡織車間；常用鋸齒形天窗為采光口，使射入室內(nèi)陽光最少。2、對于有通風(fēng)要求的房間：如：展覽館建筑：主要以采光為主，通風(fēng)次之，可選用高側(cè)窗或平天窗；如：有大量余熱或有害氣體產(chǎn)生的車間，矩形天窗通風(fēng)效果最好。3、有保溫隔熱的房間4、有爆炸危險的房間§6-3天然采光采光設(shè)計基本步驟：根據(jù)生產(chǎn)或工藝要求，選擇一種或幾種采光口形式；確定采光口位置，及可能開設(shè)窗口的面積（盡可能采用側(cè)窗，側(cè)窗面積不足時用天窗補(bǔ)充）；根據(jù)《工業(yè)企業(yè)采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50033-91）規(guī)定的窗地比，估算采光口尺寸；布置采光口人工光源照明方式照明計算主要內(nèi)容§6-4

分為兩大種類:熱輻射光源:靠通電加熱鎢絲,使其處于熾熱狀態(tài)而發(fā)光；氣體放電光源:靠放電產(chǎn)生的氣體離子發(fā)光；（一）熱輻射光源1、普通白熾燈：原理：是用一種利用電流通過鎢絲所產(chǎn)生的高溫而發(fā)光的熱輻射光源。特點(diǎn)：發(fā)光效率低，僅12～20lm/W左右，只有3%左右的電能轉(zhuǎn)化為光能與天然光相比，光色偏紅；6.4.1人工光源壽命短（1000h）；

玻殼溫度高，（可達(dá)250℃以上）；

無頻閃現(xiàn)象；

開關(guān)頻繁程度對壽命影響?。?/p>

體積??；構(gòu)造簡單；價格低；使用方便等；

適用場合：

不允許有頻閃現(xiàn)象的場合；

開關(guān)頻繁的場所

2、鹵鎢燈構(gòu)造及原理：特點(diǎn)：發(fā)光效率和光色比白熾燈好,發(fā)光效率約為20lm/W以上壽命比白熾燈長,約1500h;適用場合:同白熾燈(二)氣體放電光源熒光燈：原理與構(gòu)造：特點(diǎn)：發(fā)光效率高，一般達(dá)45lm/W，比白熾燈高3倍左右；由于熒光燈發(fā)光面積大，故表面亮度低，光線柔和，即使不用燈罩，也可避免強(qiáng)烈眩光出現(xiàn)；光色好?？筛鶕?jù)不同的熒光物質(zhì)成分，產(chǎn)生不同的光色；壽命長，為2000～8000h；有頻閃現(xiàn)象適用場合：廣泛用與教室、辦公室、醫(yī)院病房、商店等2、熒光高壓汞燈原理：與熒光燈相同。

構(gòu)造：

管內(nèi)工作壓力為1～5個大氣壓，比熒光燈高得多，故稱熒光高壓汞燈。

特點(diǎn)：

光效高，一般達(dá)50lm/W左右；

壽命長，為5000h；

顯色性差，主要發(fā)藍(lán)、綠光

適用場合：

常用于街道、施工現(xiàn)場和不需要認(rèn)真分辨顏色的大面積照明場所

3、金屬鹵化物燈：原理與構(gòu)造：

與高壓汞燈相似,區(qū)別在于此類燈的內(nèi)管充有鹵化物、汞蒸氣、惰性氣體等，外殼與內(nèi)管之間充氮或惰性氣體，外殼不涂熒光物質(zhì)。由電子激發(fā)金屬原子,直接發(fā)出與天然光相近的可見光.

特點(diǎn)：

光效高，一般達(dá)80lm/W以上；

光色好，單燈功率大

壽命短，一般不超過1000h；

適用場合：

常用于高