《建筑光學(xué)基本知識(shí)》課件

建筑光學(xué)基本知識(shí)建筑光學(xué)是研究光線在建筑環(huán)境中的傳播規(guī)律和應(yīng)用的學(xué)科。它涉及光線在建筑內(nèi)部和外部的照射、反射、折射、散射等現(xiàn)象，以及這些現(xiàn)象對(duì)人們視覺感受和建筑設(shè)計(jì)的影響。課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生掌握建筑光學(xué)的基本理論知識(shí)理解光學(xué)原理在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高建筑設(shè)計(jì)水平。使學(xué)生具備建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)的能力掌握光環(huán)境評(píng)價(jià)方法，能夠?qū)ㄖ猸h(huán)境進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注建筑光學(xué)在可持續(xù)發(fā)展中的作用了解建筑光環(huán)境對(duì)節(jié)能、環(huán)保和人體健康的影響。課程大綱光的性質(zhì)概述光的波粒二象性、可見光譜等。建筑光學(xué)相關(guān)概念光照度、亮度、眩光、色溫等。自然采光系統(tǒng)日光采集系統(tǒng)、日光引導(dǎo)系統(tǒng)等。建筑照明系統(tǒng)照明設(shè)計(jì)原則、色溫、顯色性等。光的性質(zhì)概述光是一種電磁輻射，以波的形式傳播。光具有波粒二象性，既表現(xiàn)出波的性質(zhì)，也表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。光速是宇宙中最快的速度，約為每秒30萬公里?？梢姽庾V可見光譜是指人眼所能感知的電磁輻射范圍，波長(zhǎng)范圍約為380納米至780納米?？梢姽庾V從短波長(zhǎng)的紫色光到長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅色光，包含了彩虹中的所有顏色，是電磁波譜中一小部分。光的折射1光線角度當(dāng)光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播方向會(huì)發(fā)生改變，稱為折射。光線的折射與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。2折射率折射率是衡量光線在介質(zhì)中傳播速度的指標(biāo)，不同的介質(zhì)具有不同的折射率。折射率越大，光線傳播速度越慢。3常見現(xiàn)象折射現(xiàn)象在生活中隨處可見，例如水中的筷子看起來彎折，池水看起來比實(shí)際淺。光的反射1反射定律入射角等于反射角2反射類型鏡面反射、漫反射3反射光線入射光線、反射光線、法線光的反射現(xiàn)象是光遇到物體表面時(shí)改變傳播方向，并返回到原來介質(zhì)中的現(xiàn)象。反射定律是光的反射基本規(guī)律，描述了入射光線、反射光線和法線之間的關(guān)系。根據(jù)反射面的光滑程度，反射可以分為鏡面反射和漫反射兩種類型。鏡面反射是指反射光線方向一致，而漫反射是指反射光線方向各不相同，呈現(xiàn)出漫射狀態(tài)。光學(xué)反射在建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，例如鏡子、窗戶、天花板等建筑元素都會(huì)對(duì)光的反射產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)光的反射原理來設(shè)計(jì)建筑，以營(yíng)造最佳的光環(huán)境。光的折射定律11.入射角與折射角入射角是指光線與法線的夾角，折射角是指折射光線與法線的夾角。22.折射率折射率是衡量光線在不同介質(zhì)中傳播速度變化的物理量。33.斯涅爾定律斯涅爾定律描述了入射角、折射角和折射率之間的關(guān)系。44.折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象是光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)發(fā)生的偏折現(xiàn)象。光的散射光的散射是指光線在傳播過程中遇到障礙物或微粒而改變傳播方向的現(xiàn)象。當(dāng)光線遇到比波長(zhǎng)小的微粒時(shí)，會(huì)發(fā)生瑞利散射，藍(lán)天和夕陽(yáng)的紅色都是瑞利散射的結(jié)果。當(dāng)光線遇到比波長(zhǎng)大的微粒時(shí)，會(huì)發(fā)生米氏散射，云層和霧靄的白色就是米氏散射的結(jié)果。光的衍射光波在傳播過程中遇到障礙物或孔徑時(shí)，會(huì)偏離直線傳播路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。衍射現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性。當(dāng)光波通過狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射，形成明暗相間的衍射條紋。衍射條紋的寬度和間距與狹縫的寬度和光的波長(zhǎng)有關(guān)。光的干涉薄膜干涉當(dāng)光線照射到薄膜時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和透射，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。雙縫干涉當(dāng)光線通過兩個(gè)狹縫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，證明光具有波動(dòng)性。建筑光學(xué)的相關(guān)概念光環(huán)境光環(huán)境是指建筑空間中光線分布、顏色、亮度等因素的綜合影響，影響人們的視覺感受和心理狀態(tài)。光環(huán)境設(shè)計(jì)旨在創(chuàng)造舒適、高效、安全的光環(huán)境，滿足建筑功能需求和審美要求。光污染光污染是指由于光照過度或不合理使用光而造成的環(huán)境污染，例如眩光、光入侵、夜間照明過亮等。光污染會(huì)對(duì)人體健康、生物節(jié)律、生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，需要合理控制和防治。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)是一種重要的建筑節(jié)能技術(shù)。它通過控制太陽(yáng)輻射進(jìn)入建筑物的方式，降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)負(fù)荷，從而節(jié)約能源。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)可以有效地減少太陽(yáng)輻射的熱量進(jìn)入建筑物，降低室內(nèi)溫度，從而減少空調(diào)的負(fù)荷，節(jié)約能源。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)的分類固定式遮陽(yáng)固定式遮陽(yáng)系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為建筑物的一部分，以提供永久性的遮陽(yáng)效果?？烧{(diào)式遮陽(yáng)可調(diào)式遮陽(yáng)系統(tǒng)允許用戶根據(jù)太陽(yáng)的位置和強(qiáng)度調(diào)整遮陽(yáng)的角度和位置。自動(dòng)控制遮陽(yáng)自動(dòng)控制遮陽(yáng)系統(tǒng)使用傳感器和控制系統(tǒng)來自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)，以優(yōu)化遮陽(yáng)效果。智能遮陽(yáng)系統(tǒng)智能遮陽(yáng)系統(tǒng)結(jié)合了傳感器、控制系統(tǒng)和人工智能技術(shù)，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境條件進(jìn)行智能遮陽(yáng)調(diào)節(jié)。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則最大限度利用自然光通過設(shè)計(jì)合理的遮陽(yáng)系統(tǒng)，在滿足采光需求的同時(shí)，減少陽(yáng)光直射帶來的眩光和熱量。保護(hù)室內(nèi)環(huán)境遮陽(yáng)系統(tǒng)有效減少陽(yáng)光直射，防止室內(nèi)家具、地毯等物品褪色，延長(zhǎng)其使用壽命。降低能源消耗遮陽(yáng)系統(tǒng)減少了陽(yáng)光直射帶來的熱量，降低了空調(diào)負(fù)荷，從而節(jié)約能源。美觀性遮陽(yáng)系統(tǒng)作為建筑外立面的組成部分，應(yīng)與建筑風(fēng)格相協(xié)調(diào)，提升建筑的美觀性。建筑玻璃的分類11.按生產(chǎn)工藝分類浮法玻璃、平板玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃等。22.按顏色分類透明玻璃、彩色玻璃、磨砂玻璃、鍍膜玻璃等。33.按性能分類隔熱玻璃、節(jié)能玻璃、防紫外線玻璃等。44.按用途分類建筑玻璃、汽車玻璃、家具玻璃等。建筑玻璃的光學(xué)性能建筑玻璃的光學(xué)性能直接影響建筑的采光、熱舒適度和視覺效果。0.9透光率玻璃透過的光線比例。0.1反射率玻璃反射的光線比例。0.8遮光系數(shù)玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋能力。0.4可見光透射率玻璃對(duì)可見光的透射率。建筑玻璃的熱性能熱傳導(dǎo)系數(shù)衡量熱量通過玻璃傳遞速率的指標(biāo)熱阻玻璃阻擋熱量傳遞的能力太陽(yáng)能熱增益系數(shù)表示太陽(yáng)能通過玻璃傳遞到室內(nèi)空間的比例遮陽(yáng)系數(shù)衡量玻璃阻擋太陽(yáng)輻射的能力建筑玻璃的選擇節(jié)能性考慮玻璃的U值、遮陽(yáng)系數(shù)、可見光透射率等參數(shù)，選擇節(jié)能性能高的玻璃。光學(xué)性能根據(jù)建筑功能和設(shè)計(jì)理念選擇合適的光線透射率、反射率、遮光系數(shù)等參數(shù)的玻璃。安全性能選擇安全性能高的玻璃，如鋼化玻璃、夾膠玻璃等，以保障建筑的安全和使用。成本綜合考慮玻璃的性能、價(jià)格和施工成本，選擇性價(jià)比高的玻璃。建筑照明系統(tǒng)建筑照明系統(tǒng)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它影響著室內(nèi)空間的光環(huán)境和視覺效果。照明系統(tǒng)不僅要滿足照明的基本需求，還要考慮節(jié)能環(huán)保、美觀舒適、安全可靠等因素。建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)照明功能滿足使用需求，提供足夠的光照，保證安全和舒適。根據(jù)功能需要選擇合適的燈具類型、光源類型和光照強(qiáng)度。光環(huán)境營(yíng)造舒適宜人的光環(huán)境，提高空間的整體效果?？刂乒饩€方向、顏色、亮度和陰影，創(chuàng)造視覺上的和諧。節(jié)能環(huán)保選用節(jié)能高效的光源和燈具，降低能耗。采用智能控制系統(tǒng)，優(yōu)化照明效率，減少光污染。安全可靠確保照明系統(tǒng)安全可靠，防止安全隱患。采用高質(zhì)量的材料和工藝，確保照明系統(tǒng)的耐久性和穩(wěn)定性。色溫和顯色性色溫色溫是指光源的光色，用開爾文（K）表示。暖白光色溫較低，冷白光色溫較高。顯色性顯色性是指光源照射物體時(shí)物體呈現(xiàn)顏色的程度。高顯色性光源能使物體呈現(xiàn)更真實(shí)的顏色。室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)不同功能區(qū)域和視覺要求，對(duì)照明強(qiáng)度、色溫和顯色性等參數(shù)進(jìn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。照明標(biāo)準(zhǔn)旨在為室內(nèi)空間提供舒適、安全的照明環(huán)境，并滿足特定工作和生活需求。自然采光系統(tǒng)自然采光系統(tǒng)利用自然光照亮建筑內(nèi)部，減少對(duì)人工照明的依賴。自然光不僅可以提供良好的照明效果，還能夠改善室內(nèi)環(huán)境，提高舒適度。自然采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮光線的方向、強(qiáng)度、顏色等因素，并結(jié)合建筑的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行合理的規(guī)劃。日光采集系統(tǒng)光導(dǎo)管通過光導(dǎo)管將自然光引進(jìn)室內(nèi)，提高室內(nèi)自然采光率。屋頂采光窗通過屋頂設(shè)置采光窗，最大限度地利用自然光。陽(yáng)光房陽(yáng)光房的設(shè)計(jì)能夠最大限度地利用自然光，為室內(nèi)提供充足的陽(yáng)光。日光引導(dǎo)系統(tǒng)日光引導(dǎo)系統(tǒng)是指通過合理設(shè)計(jì)，利用反射鏡、光導(dǎo)管等光學(xué)裝置，將自然光引入建筑內(nèi)部，提高室內(nèi)采光水平。日光引導(dǎo)系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)窗戶采光不足、光線分布不均勻的問題，并減少人工照明需求，節(jié)約能源。日光引導(dǎo)系統(tǒng)主要分為反射式、折射式和光導(dǎo)管式三種類型。自然采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光線模擬利用計(jì)算機(jī)軟件模擬自然光線在建筑空間中的分布，幫助設(shè)計(jì)人員更好地理解自然光的照射效果。采光面積最大限度地利用窗戶或天窗等采光開口，提高采光效率，并確保足夠的光線照射到室內(nèi)。光線控制通過遮陽(yáng)裝置、玻璃類型等手段，控制自然光線的強(qiáng)度和方向，避免眩光和過熱現(xiàn)象。光線導(dǎo)向利用光線反射、折射等原理，將自然光線引導(dǎo)到建筑空間的各個(gè)角落，確保室內(nèi)空間的均勻光照。光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)亮度描述光源或物體表面的發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。照度表示光源照射到物體表面的光通量密度，單位為勒克斯（lx）。色溫描述光源顏色，單位為開爾文（K）。顯色性指光源照射物體時(shí)，能夠還原物體真實(shí)色彩的程度，用顯色指數(shù)Ra表示。光環(huán)境評(píng)價(jià)方法光照度測(cè)量利用照度計(jì)測(cè)量不同位置的光照度，評(píng)估光照水平是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。眩光評(píng)估通過眩光指數(shù)或眩光評(píng)級(jí)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)空間內(nèi)眩光水平對(duì)視覺舒適度的影響。視覺舒適度評(píng)價(jià)使用問卷調(diào)查或生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)，評(píng)估光環(huán)境對(duì)視覺舒適度和工作效率的影響。光環(huán)境模擬使用計(jì)算機(jī)軟件模擬光環(huán)境，預(yù)測(cè)不同光源和布局的效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。案例分析現(xiàn)代辦公樓自然光設(shè)計(jì)自然光設(shè)計(jì)最大限度地利用自然光，營(yíng)造明亮