建筑光學基本知識

建筑光學基本知識建筑光學第八章建筑光學基本知識建筑光學基本知識第一節(jié)光環(huán)境與視覺

第二節(jié)基本光度單位和應(yīng)用

第三節(jié)材料的光學性質(zhì)第四節(jié)視度及其影響因素光環(huán)境與視覺光環(huán)境概述

光環(huán)境設(shè)計

眼睛的構(gòu)造與視覺過程

眼睛的視覺特點

光環(huán)境概述光環(huán)境（Luminousenvironment）由光與顏色在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。人們依靠不同的感覺器官從外界獲得各種信息，其中約有80%來自光和視覺。建筑師的任務(wù)之一，就是要為人們創(chuàng)造優(yōu)良的光環(huán)境。光環(huán)境設(shè)計光環(huán)境設(shè)計要運用很多學科的基礎(chǔ)理論，如建筑學、物理學、美學、生理學、心理學、人工工效等等，它既是科學，又是藝術(shù)，同時又受經(jīng)濟和能源的制約。光環(huán)境設(shè)計主要包括：（1）天然光環(huán)境設(shè)計充分利用晝光照明和渲染氣氛，不僅可以獲得較高的視覺功效，節(jié)約能源和費用，也是人們在生理和心理上感到舒服滿意的關(guān)鍵因素。（2）人工光環(huán)境設(shè)計建筑物內(nèi)不僅在夜間采用人工照明，有些場所，白天也要用人工照明，為了使建筑物在白天和夜晚都能同樣的使用和美觀，掌握一些人工光環(huán)境的設(shè)計方法和實踐經(jīng)驗尤為重要。優(yōu)良人工光環(huán)境的設(shè)計要靠建筑師、室內(nèi)設(shè)計師、電氣工程師和設(shè)備工程師密切合作，但建筑設(shè)計師應(yīng)發(fā)揮主導作用。眼睛的構(gòu)造與視覺過程人的視覺感覺只能通過眼睛來完成。眼睛的構(gòu)造和照相機相似瞳孔——照相機的光圈水晶體——照相機的透鏡視網(wǎng)膜——照相機的膠卷感光細胞眼睛的視覺特點視野范圍(視場)明視覺、暗視覺顏色感覺光譜光視效率基本光度單位和應(yīng)用光通量

發(fā)光強度

照度

發(fā)光強度和照度的關(guān)系

亮度

光通量光通量是人眼對光能量中的有感覺的量。光通量符號：φ

單位：lm40W白熾燈，Ф=350lm40W熒光燈，Ф=2200lm計算公式或式中

φ——光通量，lm;

——波長為的光譜輻射通量，W;

——光譜光視頻率：——最大光譜光視效能，明視覺時為。

例題已知鈉光燈發(fā)出波長為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3W，計算其發(fā)出的光通量？解：查表：實線明視覺V(589)=0.78

φ589=683×0.78×10.3=5484lm發(fā)光強度立體角的概念

=S/r2sr

發(fā)光圓球=4∏發(fā)光圓盤=∏單位立體角內(nèi)的光通量叫發(fā)光強度。發(fā)光強度的符號，α表示發(fā)光強度與方向有關(guān)發(fā)光強度單位：坎德拉（cd），發(fā)光強度或照度對于被照面而言，單位面積上的光通量叫照度，用來衡量它被照射的程度。符號：E，單位：勒克斯（lx），陰天中午室外照度為8000～200001x；晴天中午在陽光下的室外照度可高達80000～120000lx?；虬l(fā)光強度和照度的關(guān)系具有相同的立體角光通量相同A1：A2：A3=1：4：9以一個點光源為例，尋找發(fā)光強度和照度的關(guān)系推廣到一般情況：與聯(lián)立——距離平方反比定律

例題如圖所示，在距離桌面2米處掛一只40w白熾燈，設(shè)在白熾燈的發(fā)光強度I0~25°=30cd，I25~45°=25cd，求燈下桌面上1、2兩點處的照度。【解】：由式可得1、2兩點處的照度分別

亮度

發(fā)光(或反光)物體表面沿視線方向單位投影面上的發(fā)光強度。為亮度的符號，α表明亮度與視線方向有關(guān)；亮度的單位：亮度反映了物體表面的物理特性；而人們主觀所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關(guān)外，還與所處環(huán)境的明暗程度有關(guān)。于是，將亮度分為兩種，前者稱為“物理亮度(或稱亮度)”，后者稱為“表觀亮度(或稱明亮度)”。照度和亮度的關(guān)系

照度和亮度的關(guān)系，指的是光源亮度和它所形成的照度間的關(guān)系而得所以有整個發(fā)光面在0點形成的照度是均勻亮度是有立體角投影定律

例題在房間側(cè)墻和屋頂上各開一個1㎡的窗洞，它們與室內(nèi)桌子的相對位置如圖，設(shè)通過窗洞看見的天空亮度為1sb，試分別求出各個窗洞在桌面上形成的照度(桌面與側(cè)窗窗臺等高)。解：窗洞可看作發(fā)光平面，其亮度等于窗外藍天的亮度。

側(cè)窗：Ew=10000×0.228×0.243=555lx天窗：Em=10000×0.25×i=2500lx材料的光學性質(zhì)材料的反射、吸收、透射系數(shù)在光的傳播過程中，遇到介質(zhì)時，會產(chǎn)生反射、吸收、透射現(xiàn)象光通量分別叫反射通量、吸收通量、透射通量。定向反射和透射定向反射光線射到表面很光滑的不透明材料上，就出現(xiàn)定向反射現(xiàn)象。定向反射現(xiàn)象符合反射定理，即：①

光線入射角等于反射角；②入射光線、反射光線以及反射表面的法線處于同一平面，定向透射光線射到透明材料上產(chǎn)生定向透射，定向透射經(jīng)材料的兩個表面時符合折射定理。

①入射線、折射線與分界面的法線同處于一個平面，且分居于法線的兩側(cè)；②入射角正弦和折射角正弦的比值是一個常數(shù)。即擴散反射和透射

均勻擴散材料均勻擴散反射材料有氧化鎂、石膏等。但大部分無光澤、粗糙的建筑材料，如粉刷、磚墻等都可以近似地看成這一類材料。均勻擴散透射材料有乳白玻璃和半透明塑料等，透過它看不見光源形象或外界景物，只能看見材料的本色和亮度上的變化，常將它用于燈罩、發(fā)光頂棚，以降低光源的亮度。用矢量表示的亮度和發(fā)光強度分布見圖；實線為亮度分布，虛線為發(fā)光強度分布。均勻擴散材料表面的亮度公式計算：朗伯余弦定理反射材料透射材料定向擴散材料某些材料同時具有定向和擴散兩種性質(zhì)。它在定向反射(透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。這種材料的亮度和發(fā)光強度分布見圖。圖中實線表示亮度分布，虛線表示發(fā)光強度分布。這種材料如：有光滑的紙、較粗糙的金屬表面、油漆表面等。視度及其影響因素人們看物體的清楚程度叫著視度。視度受以下因素的影響亮度當物體發(fā)光或反光時，人們才能看見它。實驗表明：人們能看見的最低亮度叫最低亮度閾，最低亮度閾僅。若亮度過大，超出眼睛的適應(yīng)范圍，眼睛的靈敏度反而會下降，當物體亮度超過時，人們就感到刺眼。以感到“滿意”的人所占的百分數(shù)為統(tǒng)計結(jié)果，符合正態(tài)分布。最大百分比在1500～30001x之間。物件尺寸物體尺寸以及眼睛至物件的距離均影響人們觀看物件的視度。物件尺寸d、眼睛至物件的距離l、形成視角，其關(guān)系如下（單位：分或′）亮度對比亮度對比是視野中目標和背景的亮度差與背景亮度之比。符號為C。亮度差越大，視度也高式中：——目標亮度；——背景亮度。視功能曲線視功能曲線視功能實驗表明：物體亮度、視角大小、亮度對比三個因素對視度的影響是相互有關(guān)的。圖所示辨別幾率為95%時，三個因素之間的關(guān)系。曲線表明：①從同一根曲線來看，觀看對象在眼睛處形成的視角不變時，若亮度對比下降，則需要增加照度才能保持相同視度。②不同的曲線(表示在不同視角時)，目標愈小(視角愈小)，需要的照度愈高。③天然光(實線)比人工光(虛線)更有利于視度的提高。但在觀看大的目標時，這種差別不明顯。光基本量的定義、符號、單位、公式名稱定義符號單位公式光通量發(fā)光強度照度亮度反射比透射比吸收比光基本量的定義、符號、單位、公式名稱定義符號單位公式光通量光源發(fā)出光的總量φ流明（lm）φλ=680V(λ)Pλ發(fā)光強度光源光通量在空間的分布密度Iα坎德拉（cd）Iα=dφ/dω照度被照面接收的光通量E勒克斯（lx）E=dφ/dA亮度光源或被照面的明亮程度Lα坎德拉每平方米(cd/m2)Lα=Iα/(A·cosa)反射比被照面反射光通量和入射光通量之比ρ無量綱ρ=φρ/φ透射比被照面（物）透射光通量和入射光通量之比τ無量綱τ=φτ/φ吸收比被照面（物）吸收光通量和入射光通量之比α無量綱α=φα/φ某房間墻壁用乳膠漆飾面，其反射比ρ=0.7，已知墻面平均照度為E=50lx，求墻面平均亮度?！窘狻浚河晒揭驗長=35ast【例1】

【例2】

直徑為250mm的乳白玻璃球型燈具，內(nèi)裝一只100W的白熾燈，已知這種白熾燈的光通量為1250lm，若燈罩的總透光比為0.60，求燈罩的表面亮度?！窘狻浚河晒健纠?】如圖，有兩個扁圓吸頂燈，距工作面4.0m，兩燈相距5.0m。工作臺布置在燈下和兩燈之間。如光源為100W白熾燈，求P、F兩點的照度。(不計反射光影響)。

問題討論1.在光亮環(huán)境中，輻射功率相等的單色光看起來（）光最明亮。A、700nm紅光

B、510nm藍綠光

C、580nm黃光

D、555nm黃綠光2.下面關(guān)于光的闡述中，（）是不正確的A、光是以電磁波形式傳播

B、可見光的波長范圍為380~780nm;

C、紅外線是人眼所能感覺到的

D、紫外線不是人眼所能感覺到的