建筑物理（光）.doc

第七章建筑光学基本性质光的定义:能够在人的视觉系统上引起光感觉的电磁辐射。其波长范围为380nm780nm.第一节眼睛与视觉1、眼睛的组成（1）瞳孔，控制光能数量（2）水晶体，自动聚焦（3）视网膜，成像（4）感光细胞，椎体西欧阿宝（明），杆体细胞（暗）2、视觉活动特点（1）视看范围。双眼不动视觉范围为：水平面180；垂直面130，上方为60，下方为70。从中心视场往外直到30范围内是视觉清楚区域，是观看物件总体时最有利的位置（通常站在离展品高度21.5倍距离）（2）明、暗视觉。明视觉3cd/m2，暗视觉E=Ia/r2(垂直射入时)E=（Ia/r2）cosi（斜射入时）6、照度和亮度关系立体角投影定律dE=(dIa/r2)cosidIa=LadA1cosdA1cos/r2=d=dE=Ladcosi=E=Lacosid因为光源在各个方向亮度相同=E=Lacosi亮度为La的发光体表面在被照面上形成的立体角的投影cosi的乘积适用范围：光源尺寸相对于它和被照点距离较大时。第三节材料的光学性质=+光反射比=/，光吸收比=/，光透射比=/+=11、定向反射和投射（1）定向反射光线照射到表面很光滑的不透明材料上，会出现定向反射现象。定向反射特点：1)光线入射角等于反射角；2)入射光线、反射光线及反射表面的法线处于同一平面。具有这种特征的材料称为定向反射材料。（2）定向透射光线射到透明材料上，会产生定向透射。如果材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向与入射方向保持一致。使人眼透过这类材料仍能毫无变形地看到另一侧的景物，只是位置有所平移，这种材料称为定向透射材料。L=L或L=LI=I或I=I（L、I经过投射或反射后光源亮度和发光强度）2、扩散反射和投射扩散反射：表面粗糙的不透明材料。扩散投射：透透明材料。（1）均匀扩散反射、透射材料定义：将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，并且，从各个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象，这类材料被称为均匀扩散材料。1）均匀扩散反射材料：如：氧化镁、石膏、及大部分无光泽、粗糙的建筑材料。2）均匀扩散透射材料：如：乳白玻璃、半透明塑料等。常将它们用于：灯罩、发光天棚处，以降低光源亮度，减少刺眼程度。对于反射材料：L=E/(cd/m2)对于投射材料：L=E/(cd/m2)或L=E（asb）L=E（asb）1asb=1/cd/m2朗伯余弦定律Ii=I0cosi（i为表面法线和某一方向间的夹角）（2）定向扩散反射、透射材料定义：同时具有定向和扩散两种性质，这种材料在定向反射(或透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。光滑的纸，较粗糙的金属表面，油漆，表面。特点：在反射方向可以看到光源的大致形象，但轮廓不似定向反射那样清晰，而在其他方向又类似扩散材料具有一定亮度，不似定向反射那样没有亮度。第四节视度及其影响因素视度：看物体的清楚程度1、亮度最低亮度10-5asb，刺眼亮度16sb1）在暗视觉状态下，人眼无法辨别物件的细节，对外部亮度变化的适应能力低。2）超过亮度阈限时，视网膜会因辐射过强而受伤2、物件的相对尺寸=3440d/l（分）=d/l(弦度)d物件需要辨认的尺寸，l眼睛至物件距离，形成视角。视角：物体的大小对眼睛形成的张角，称为视角。3、视野观察者正视前方时，头和眼睛都保持不动时，这样所察觉到的空间范围称视野。视野分类：单眼视野、双眼视野、中心视野及近背景视野。视场：观察者头部不动但眼睛可以转动，这样所看到的空间范围称视场。4、对比观看对象和其背景之间的亮度差异，差异越大，视度越高。亮度对比系数C=|Lt-Lb|/Lb=|L|/Lb其中Lt目标亮度，Lb背景亮度，L目标与背景亮度差。对于均匀照明无光泽的背景和目标：C=|tb|/b其中t目标光反射比，b背景光反射比。5、识别时间亮度时间=常数。物体愈亮，察觉时间愈短。明适应。目标越小，或呈现时间越短，引起视知觉所需要的亮度越高。6、避免眩光。（1）眩光定义在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或者空间或时间上存在着极端亮度对比，以致引起不舒适和降低物体课件度的视觉条件。（2）对视觉的影响程度1）失能眩光：降低视觉功效和可见度。2）不舒适眩光：引起不舒适感觉，但并不一定降低视觉功效或可见度的眩光。（3）形成眩光的过程：1）直接眩光：由视野中的高亮度或未曾充分遮蔽的光源所产生。2）反射眩光：由视野中的光泽表面的反射所产生的。（4）减轻或消除直接眩光：1）限制光源度。采用半透明材料（如乳白玻璃灯罩）或不透明材料将光源挡住，降低其亮度。2）增加眩光源背景亮度，减少二者之间对比度。3）减小形成眩光的光源视看面积，减小眩光源对观测者眼睛形成的立体角。4）增大眩光源的仰角（大于45）。（5）减轻反射眩光：1）尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱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）使用发光表面积大。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比例减少，从而减少反射眩光的影响。第五节颜色颜色就是光作用于人眼引起除形象以外的视觉特性颜色不仅是一个物理量，还是一个心理量。直接看到的光源的颜色称为表观色，光投射到物体上，物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的颜色感觉称物体色，物体色由物体表面的光谱反射率或透射率和光源的光谱组成共同决定。例如：法国的白、红、蓝三色国旗做成30：33：37时，才会产生三色等宽的感觉。1、颜色的基本特性（1）颜色形成光源色就是由光源发射的光的颜色。光被物体反射或投射后的颜色称为物体色。（2）颜色分类和属性颜色分为无彩色和有彩色两大类。色调：各个彩色彼此互相区分的视感觉特性。明度：颜色相对明暗的视感觉特性。彩度：彩色的纯洁性。各单色光是最饱和色彩。（3）颜色混合色度：三原色红、绿、蓝。颜色的相加混合应用于不同光色的光源照明和舞台照明。2、颜色定量（1）CIE1931标准色度系统（2）孟赛尔表色系统3、色差4、光源的色温和显色性（1）光源的色温和相关色温（2）光源的显色性物体色在不同照明条件下的颜色感觉有可能发生变化，这种变化可以用光源的显色性来评价。显色性主要取决于光源的光谱功率分布。第八章光气候和采光标准第一节天然采光1、光气候光气候指影响室外天然光变化的各种自然因素的总称。（1）天然光的组成和影响因素1）天然光的组成和影响因素通常到达地表的天然光由太阳直射光和天空扩散光两部分组成。在全云天的情况下，室外天然光只有天空扩散光。2）全云天全云天时地面照度取决于：太阳高度角、云状、地面反射能力、大气透明度。全云天亮度分布相对稳定,不受太阳位置的影响。全云天时天顶亮度(Lz)最大,为地平线附近天空亮度的3倍。（2）我国光气候在采光设计标准中，将全国划分为五个光气候区，分别取相应的采光设计标准。2、采光标准（1）采光系数C=En/Ew*100%En室内天然光照度、Ew室外无遮挡水平面上的天空扩散光照度。（2）采光系数标准值采光系数标准规定临界照度值为5000lx教室采光系数标准：侧面：室内天然光照度100lx，采光系数2%。顶部：室内天然光照度150lx，采光系数3%（3）光气候分区（4）照度均匀度（5）眩光限制第二节采光口1、侧窗它是在房间的一侧或两侧墙上开的采光口，是最常见的一种采光形式。采光特点：照度沿房间进深下降很快，分布很不均匀。适用场合：用于进深不大的房间采光。例如：教室、住宅、办公室。2、天窗利用房屋屋顶设置的采光口称天窗，这种采光方式称天窗采光或顶部。采光特点：采光效率高，约为侧窗的8倍；照度均匀性较好；很少受到室外的遮挡。适用场合：大型工业厂房和大厅房间。（1）矩形天窗采光效率低，眩光小，便于组织通风。适用于工业厂房。与侧窗联合形成在风压与热压作用下的联合自然通风。（2）锯齿形天窗单面顶部采光，顶棚为倾斜面，利用顶棚的反射光，提高采光效率，阳光不直射，减小了室内温湿度的波动。适用于对温湿度要求稳定的车间。如纺织厂、卷烟厂（3）平天窗采光口位于水平面或接近水平，采光效率高，不宜兼做通风口。会有大量阳光直射入室内，引起室内过冷或过热。同时容易污染，影响透光性能。第三节采光设计1、采光设计的主要步骤收集设计要求、条件和环境方面等的基础资料，选择采光口形式，确定采光口位置及可能开设的窗口面积，估算采光口尺寸，布置采光口。2、采光计算原理这种计算方法是根据有关数据查出相应的理想条件下的采光系数值。然后按实际情况考虑各种影响因素，加以修正而得到室内最暗处的采光系数值。3、不同用途建筑对采光口形式的要求与采光口选择（1）对于不允许阳光直射的房间如：纺织车间；常用锯齿形天窗为采光口，使射入室内阳光最少。（2）对于有通风要求的房间如：展览馆建筑：主要以采光为主，通风次之，可选用高侧窗或平天窗；有大量余热或有害气体产生的车间，矩形天窗通风效果最好。对于有烟气污染的车间，由于通风带烟尘会污染玻璃而影响采光。应将通风口与采光口分开距离布置。（3）保温隔热的房间开窗面积大虽然节约了照明能耗，但却造成了几倍于照明能耗的采暖空调能耗，应注意各类建筑能耗之间的平衡。达到经济的开窗面积。（4）爆炸危险的房间可设置大面积泄爆窗，从窗的面积和构造处理上解决减压问题，但需注意眩光和过热。第四节采光计算第九章建筑照明第一节人工光源1、热辐射光源靠通电加热钨丝,使其处于炽热状态而发光（1）普通白炽灯：原理：是用一种利用电流通过钨丝所产生的高温而发光的热辐射光源。（2）卤钨灯：发光效率和光色比白炽灯好,寿命比白炽灯长,约1500h。2、气体放电光源靠放电产生的气体离子发光（1）荧光灯：发光效率高，一般达45lm/W，比白炽灯高3倍左右；由于荧光灯发光面积大，故表面亮度低，光线柔和，即使不用灯罩，也可避免强烈眩光出现；光色好。可根据不同的荧光物质成分，产生不同的光色；寿命长，为20008000h；有频闪现象。适用场合：广泛用于教室、办公室、医院病房、商店等。（2）荧光高压汞灯：管内工作压力为15个大气压，比荧光灯高得多，故称荧光高压汞灯。光效高，一般达50lm/W左右；寿命长，为5000h；显色性差，主要发蓝、绿光。适用场合：常用于街道、施工现场和不需要认真分辨颜色的大面积照明场所。（3）金属卤化物灯：与高压汞灯相似,区别在于此类灯的内管充有卤化物、汞蒸气、惰性气体等，外壳与内管之间充氮或惰性气体，外壳不涂荧光物质。由电子激发金属原子,直接发出与天然光相近的可见光。光效高，一般达80lm/W以上；光色好，单灯功率大，寿命短，一般不超过1000h；适用场合：常用于高大厂房和室外运动场照明。（4）低压钠灯：利用在低压钠蒸气中放电，钠离子被激发而产生波长主要在589nm的黄光。光效高，一般达140lm/W以上，最高达300lm/W；光谱单一，显色性差。在烟雾中，难以形成光幕，透视性好,(或透雾性很强)。适用场合：道路照明和灯塔的指示灯和航道，机场跑道照明。（5）高压钠灯：利用在高压钠蒸气中放电时，发出可见光的特性制成的。光谱单一，发出的是单色光，主要集中在黄绿光范围内；光效最高，寿命最长；透雾能力强。适用场合：街道、道路照明，高大厂房等。第二节灯具1、灯具的光特性（1）配光曲线任何光源或灯光处于工作状态，就向周围投射光通量。把灯具各方向的发光强度在三维空间用矢量表示出来，把终端连接起来，构成一封闭的光强体。当光强体被通过Z轴线的平面截割时，在平面上获得一封闭的交线。此交线以极坐标的形式绘制在平面图上，就是灯具的配光曲线。（2）遮光角（3）灯具效率2、灯具分类（1）直接型灯具（2）半直接型灯具（3）扩散型灯具（4）半间接型灯具第三节室内工作照明1、照明方式（1）一般照明定义：在工作场所内,以照亮整个工作面为目的的照明方式称一般照明。特点：灯具均匀布置在被照面上空，在工作面上形成均匀的照度。适用场合：对光的投射方向没有特殊要求的场所，在工作面没有特别需要提高视度的工作点，工作点很密或不固定的场所。（2）局部照明指在工作点附近，专门为照亮工作点而设置的照明装置。适用场合：设置在照度高或对光线方向性有特殊要求处。（3）混合照明在同一场所内，既有一般照明，又有局部照明。适用：用于要求高照度或要求有一定的投光方向，或工作面的固定点分布较稀疏的场所。2、照明标准（1）照明数量照明设计标准就是根据识别物体的大小、物件与背景的亮度对比，识别物体本身的亮度等因素确定相关的标准值。（2）照明质量考虑到有利于视功能、舒适感、安全与适宜的亮度分布等方面，包括眩光、颜色、扩散、方向性、均匀度、亮度和亮度对比等技术方面的要求。（3）光源和灯具选择4、教室天然光环境设计示例（1）了解教室采光要求教室的光环境应该保证学生看得清楚、舒适、不疲劳，要求整个教室保持足够的自然光亮度。且分布均匀。黑板上要有较高的照度。同时，合理安排教室亮度分布，清除眩光、且经济。（2）了解采光设计条件1）满足采光标准，保证所需采光系数采光系数：指室内某一点的天然光亮与同一时间内的室外无遮挡水平面上的天空扩散光照度的比值。教室课桌面的采光系数最低不低于1.5%。为此，应尽量压缩窗间墙至1.0m或更小，抬高窗的高度，尽量采用断面小的窗框材料，使玻璃窗面积与地板面积比不小于1：6。2）使照度均匀分布双侧采光提高室内照度均匀度3）对光线和阴影的要求光线最好从左上方射来，防止手写字时挡住光，产生阴影。所以采光窗主要在左边。4）避免眩光注意从两方面来考虑：朝向选择和遮阳设施的选择。窗口容易产生