建筑物理实验

建筑物理实验实验指导书马 欣张宏然李海英北方工业大学建筑工程学院建筑系、建筑物理实验室2008年 6月- 1 -第一部分 光学实验部分实验一 教室天然光环境评价一、 实验目的1、掌握室内光环境的基本评测方法。2、了解采光设计要点。3、检验实际采光效果是否达到预期的设计目标。二、 实验设备照度计，亮度计，对讲机，米尺，直尺，线，胶带纸等。三、 预习要求建筑物理第七章第二节，第八章第一节、第二节和第三节。四、 实验原理与方法1、概述在建筑现场进行光度测量是评价光环境的重要手段。其目的是：检验实际照明效果是否达到预期的设计目标；了解不同光环境的实况，分析比较设计经验；确定是否需要对照明进行改装或维修。室内光环境测量的主要内容是：工作面上各点的照度和采光系数；室内各表面，包括灯具和家具设备的亮度；室内主要表面的反射比，窗玻璃的透射比；灯光和室内表面的颜色。为得到正确的测量数据，在着手测量前，必须检查仪器是否经过校准，确定它的误差范围。选择标准的测量条件也很重要。天然采光的采光系数测量，应当尽可能在全阴天进行。2、照度测量在进行工作的房间内，应该在每个工作地点（例如书桌、工作台）测量照度，然后加以平均。对于没有确定工作地点的空房间或非工作房间，通常选 0.8m 高的水平面测量照度。测量时可将测量区域划分成大小相等的方格（或接近方形） ，测量每格中心的照度。测量数据可用表格记录，同时将测点位置正确标注在平面图上，最好是在平面图的测点位置直- 2 -接记下数据。在测点数目足够度的情况下，根据测得数据画出一张等照度曲线分布图更为理想。图1 是一个示例。3、亮度测量光环境的亮度测量应在实际工作条件下进行。先选定一个工作地点作为测量位置，从这个位置图 1：照度测量数据在平面图上的表示方法图 2：光环境亮度测量数据的表示方法- 3 -测量各表面的亮度，将得到的数据直接标注在从同一位置同一角度拍摄的室内照片上，或以测量位置为视点的透视图上。图 2 是一个示例。亮度计的放置高度，以观察者的眼睛高度为准，通常站立时 1.5m，坐下时 1.2m。4、采光系数测量采光系数是同一时刻室内照度与室外照度的比值。所以，测量采光系数需要两个照度计，一个测室内照度，一个测室外照度，二者同时读数。采光系数的测量最好在全阴天进行，并且最好在一天之中室外照度相对稳定的时间上午十时至下午二时之间。采光测量的测点选取与照度测量相同。五、 实验步骤指导1、 室内天然光照度评价1） 实测教室，根据需要绘出相关准备图纸。2） 确定测点方格网，网格间距 1.0m 左右，典型特征点必须设置测试点。3） 对测试点进行照度实测，注意室内外照度必须同时读数。4） 整理测试数据，计算采光系数并绘制相关图表。2、 教室亮度测试1）选择测点。2）用亮度计对准主要界面的代表性点读出亮度并记录。3）整理数据，进行分析。- 4 -六、 附录附录 A 学校建筑的采光系数标准值侧面采光采光等级 房间名称 采光系数最低值Cmin(%)室内天然光临界照度(lx)III教室、阶梯教室、实验室、报告厅2 100V 走道、楼梯间、卫生间 0.5 25附录 B 中国光气候分区图- 5 -附录 C 光气候系数 K光气候区 I II III IV VK 值 0.85 0.90 1.00 1.10 1.20天然光临界照度值 EI(lx) 6000 5500 5000 4500 4000- 6 -实验二 教室内表面颜色测定一、 实验目的1、了解不同表色系统对颜色的规定方式。2、掌握色彩的定量标定方法。3、感受环境光对物体表面色的影响。二、 实验设备孟赛尔色卡等。三、 预习要求建筑物理第七章第五节。四、 实验原理1、 颜色的分类颜色包含有彩色和无彩色两大类。任何一种有彩色的表观颜色，都可以按照三个独立的主观属性分类描述，这就是色调（也叫色相） 、明度和彩度（也叫饱和度） 。色调是各色彩彼此区分的特性；明度是指颜色相对明暗的特性；彩度指的是彩色的纯洁性。2、 光色与物体色颜色光的混合是一种加色混合。人眼能够感知的每一种颜色的光都能用红、绿、蓝三种光色匹配出来，因此在色度学中将红（700nm ） 、绿（546.1nm ） 、蓝（ 435.8nm）称为加法色的三原色。物体色的混合是一种减色混合。减色混合的三原色分别是加法三原色红、绿、蓝的补色：青、品红和黄。3、 颜色定量目前国际上普遍使用的定量表色系统，有孟赛尔表色系统和 CIE1931 标准色度系统。孟赛尔表色系统按颜色的三个基本属性：色调（H ） 、明度（V）和彩度（C）对颜色进行分类与标定，是目前国际通用的物体色表色系统。可以用一个颜色立体图来说明（图 3） ，孟赛尔色立体模型里，中央轴代表无彩色（中性色）的明度等级，理想白为 10，理想黑为 0。颜色样品离开中央轴的水平距离表示彩度变化：中央轴上中性色的彩度为 0，离开中央轴越远，彩度越大，各颜色的最大彩度不同，个别饱和色的彩度可达- 7 -20。孟赛尔表色系统对一种颜色的表示方法示先写出色调 H，然后是明度 V，斜线后写彩度 C：HV/C色调 明度/彩度例如，标号为 10Y8/12 的颜色，其色调是 10Y8（黄与绿黄的中间色） ，明度值 8，彩度 12。无彩色用 N 表示，只写明度值，斜线后不写彩度，例如 N7/就表示明度值为 7 的中性色。CIE1931 标准色度系统的特点是用严格的数学方法来计算和规定颜色。使用这一系统，任何一种颜色都能用两个色坐标在色度图上表示出来。国际照明委员会（CIE）根据 2视场观察条件下光谱匹配的实验结果，规定了标准色度观测者的三条相对光谱灵敏度曲线（图 4） ，也叫“CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值” 。它们分别代表匹配各波长纯光谱色所需的红、绿、蓝三原色的量。图 3：孟塞尔颜色立体图- 8 -根据 CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值，我们可以进一步求出匹配任何一种光源色的颜色三刺激值，以 X，Y，Z 表示。 （有详细列表与公式） 。在 CIE1931标准色度系统中，颜色的色坐标本别是每一刺激值在三刺激值总和中所占的比例，以 x，y，z 表示。xyz=1，因此通常只要给出 x，y两个坐标值就够了。物体色也可以按上述程序和公式求出色坐标，但是计算时必须选择一种光源或标准照明体。如果说，每种颜色都能用两个坐标表示，那么，所有颜色都可以体现在一张平面图上。CIE1931 色度图（色品图）就是这样一张直角坐标图。4、 表面色测量第一种测量方法是目视比对法。由色觉正常的观测者用孟赛尔标准色卡与被测表面逐一比对，选出与被测色最接近的色卡，从色卡标注的数据资料确定被测色的色调、明度和彩度，还可得知它的色坐标和和反射比。第二种测量方法是用反射型色度计测量。反射型色度计装有一个标准光源，将被侧头置于被测表面，打开标准灯，即能测出在标准灯照射下表面色的色坐标。第三种用于现场测色的仪器是彩色亮度计。这种测光与测色合为一体的精密仪器设有红、绿、图 4：CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值图 5：CIE1931 色度图- 9 -蓝三种滤光器，它们分别与光电接收器匹配后的光谱响应，符合 CIE1931 标准色度观察者光谱三刺激值。通过内装的微机控制、运算、处理，能直接指示出亮度、色坐标和色温等参数。五、 实验步骤1、主观观察教室内表面材料颜色。2、进行目视比对。3、对教室内表面材料原则颜色进行分析。- 10 -第二部分 声学实验部分实验三 噪声测量一、 实验目的1、掌握噪声的基本评测方法。2、了解噪声及其频谱的概念。3、主观检验噪声对室内工作的影响，以及初步了解解决方法。二、 实验设备噪声频谱分析仪，声级计，计时器等。三、 预习要求建筑物理第十四章。四、 实验原理与方法1、概述建筑环境以及建筑室内的噪声测量是为了了解因噪声源的存在而对测点产生的噪声情况：声级、频谱和时间特性。因为噪声源的种类很多，差别很大，所以对不同的噪声源和在不同的环境中的测量方法是不一样的。我们在测量时，主要考虑噪声的特性、环境的特性和对人的影响来确定测量地点、时间和频带范围。从噪声的分布特性来看，噪声分为稳态噪声、脉冲噪声和随机分布噪声。稳态噪声是指相当长一段时间内，噪声是稳定的，其强度和频谱没有太大的变化。脉冲噪声的持续时间很短。随机分布噪声是随机的，包括声源发声的随机性，发声体的出现是随机的，例如交通噪声。2、噪声测量对于稳态噪声通常采用 A 计权声级测量。如果要做频谱分析，需要采用滤波器来测量各个频带的声压级。测点位置一般选在声源附近（以了解声源情况）和接收者的代表性位置（了解噪声对人的干扰） 。对于脉冲噪声需要脉冲声级计来测量，它设有脉冲保持档，脉冲声过后可以将脉冲的声级保持- 11 -住，便于读取，如果需要进一步分析，需要示波器等其他设备。随机噪声的产生具有不确定性。如果起伏不大，可以测量一个短时间内的值，可用声计级采用慢档测出一个平均值。如果起伏大而且要求了解较长时间的特性，需要测量统计噪声级（累计分布声级） 。Ln是累计噪声级，它表示在测量时间内，有 n%的噪声的声压级超过了 Ln。一般测量L10，L 50，L 90。 L10反映了随机噪声的峰值，L 50反映了平均值，L 90反映了背景噪声。如果把时间 T 内的噪声按照能量求和平均，得到等效连续噪声级 Leq，可以用计算公式计算，也可以在加有积分功能的声级计上直接读出。等效连续噪声级相当于拿一个稳定的连续噪声来替代随机噪声。五、 实验步骤指导1、 检查仪器以及校准仪器2、 选择测点3、 测量开窗和关窗时室内声压级（测量不同的参数）4、 测量室外声压级5、 分析比对数据- 12 -实验四 混响时间测量一、 实验目的1、掌握混响时间的基本测量方法。2、了解室内声场的衰减过程。3、巩固混响时间的概念以及在厅堂音质设计中的应用。二、 实验设备声学分析系统，功率放大器，球型声源等。三、 预习要求建筑物理第十一章。四、 实验原理与方法1、概述混响时间测量是建筑声学中最经常的测量。一方面混响时间是目前评价厅堂音质的最重要的和有明确概念的客观参量；另一方面吸声材料和结构的扩散入射吸声吸数的测量、围护结构的隔声测量等都需要用到混响时间的测量，声源的性能测量。因此，混响时间的测量是建筑声学实验中最为基本的实验项目。在封闭的声场中，声源开始辐射声能，声波即在同一时间开始传播，声源停止发声，室内接收点的声音并不会马上停止，而要有一个过程，这一过程就是声音的衰减过程。通过研究，定义“室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减 60dB 所用的时间”为混响时间（T 60） 。并且得出了著名的“赛宾公式”和“伊林公式” 。2、混响时间测量混响时间的测量就是由信号发声器通过发大器驱动扬声器发出声音，并纪录，在室内声场达到稳态时，切断发声，记录声音的衰减过程，可以得出衰减曲线和混响时间的测量结果。信号发声可以有两种方法：一种是噪声法，发出调频的正弦信号或无规则噪声，目的是避免单纯正弦信号会出现驻波现象；一种是脉冲法，声源型号采用脉冲声，包括发令枪、爆竹、气球炸裂等。在厅堂内进行混响时间测试时，声源的位置一般在自然声源位置。传声器布置在代表性的位置。- 13 -测试时需要纪录不同频率的混响时间，评价不同频率声波在声场中的衰减性能。五、 实验步骤指导1、 检查仪器以及校准仪器2、 采用声学分析系统测量混响室的混响时间- 14 -第三部分 热学实验部分实验五 棒影图实验一、 实验目的1、了解三参数日照仪的使用原理和使用方法2、绘制棒影图的方法3、棒影图的用途二、 实验设备三参数日照仪、三角板、量角器、计算机三、 预习要求建筑物理第 六 章。四、 实验原理与方法1、三参数日照仪的原理在自然阳光的照射中，由于地球太阳转动和地球的自转，太阳的高度角和方位角也在随着持续变化，其变化值取决于测量时间、测量地点的纬度和赤纬度这三个重要的参数。三参数日照仪就是依据以上的原理设计而成的。2 三参数日照仪的使用方法 模拟平行光源（建议500W 的探照灯） 将日照仪放于平稳的桌面上，使纬度盘刻度为 0，时间表为 12 时，赤纬度位于 3 月份（春分和秋分的日照位置） 。挪动日照仪或灯源位置，使棒影图位于无影的状态。 调节纬度盘、赤纬盘，调到要测的地理位置和要测的日期，转动支架，可测出不同时间的日照状况。或直接在地平面上铺纸绘制棒影图。3 棒影图的制作方法一：三参数日照仪法 调节日照仪上的纬度盘、赤纬角刻度盘使之与设计所在地的纬度、赤纬度一致；- 15 - 在地面上铺纸、立棒、转动时角刻度盘，画当地、当日棒影轨迹； 把预先制作好的建筑模型放在地面，使其朝向与设计朝向一致。转动时间刻度盘，即可观察。方法二：计算绘制法依据给定的地点、日期和时间计算太阳高度角及方位角，按照比例画出棒影图。4 棒影图的使用 建筑物朝向和间距五、 实验步骤指导1、 检查仪器以及校准仪器2、 绘制棒影图3、 确定朝向和间距六 目前获得建筑物阴影的方法计算机模拟法- 16 -实验六 室外建筑热气侯观测一、实验目的了解测量气候各参数（温度、湿度、风速、辐射及热舒适）的仪器原理、构造、使用并动手实际操作和测量。二、实验设备温湿度计 风速仪 便携式气候仪等三、预习要求建筑物理第二章 关于干湿球温度的测量原理和方法四、实验原理与方法了解