[工学]北方工业大学 建筑光环境.ppt

第四章第四章 建筑光环境建筑光环境 建筑光环境是建筑环境中的一个非常重要 的组成部分。 在生产、工作、学习场所，良好的光环境 可以振奋人的精神，提高工作效率和产品 质量，保障人身安全和视力健康。 在娱乐休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在于 创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气氛，对 人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。 好的建筑光环境应尽可能利用天然光源，仔细考虑窗的 面积及方位，并可设置反射阳光板或光导管等天然光导 入设备； 建筑内装修可采用浅色调，增加二次反射光线，通过这 些手段保证获得足够的室内光线，并达到一定的均匀度 ，由此减少白天的人工照明。 室内照度不可太小但也不能太大，在保证良好的建筑光 环境同时，降低室内照明能耗。 4.1 室内光环境基本知识 4.2 建筑光环境控制要求 4.3 天然采光 4.4 人工照明 l光是以电磁波形式传播，并能被人眼所感到的那一部 分辐射能，波长范围为380760nm ，不同波长的光在 视觉上形成不同的颜色; 红色:0.780.63m; 橙色: 0.630.59m; 黄色:0.590.56m; 绿色: 0.560.49m; 蓝色:0.490.45m; 紫色: 0.450.38m 天空为什么是蓝色的？ 4.1 室内光环境基本知识 一、基本光度单位及其应用一、基本光度单位及其应用 光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需 要借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。 常用的光度量有：光通量、发光强度、照度和亮度光通量、发光强度、照度和亮度 1 1 光通量光通量 / / 流明流明(lm)(lm)。 辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量 称为辐射功率或辐射通量（称为辐射功率或辐射通量（WW），其中被人眼感觉为），其中被人眼感觉为 光的那部分成为光通量。光的那部分成为光通量。 100W100W普通白炽灯发出普通白炽灯发出12501m12501m的光通量的光通量 40W40W日光色荧光灯约发出日光色荧光灯约发出24001m24001m的光通量的光通量 2 2 发光强度发光强度 I / I / 单位单位cdcd 发光体在给定方向上的发光强度是该发光体在该方向发光体在给定方向上的发光强度是该发光体在该方向 上的立体角元内传输的光通量除以该立体角元所得之上的立体角元内传输的光通量除以该立体角元所得之 商，即单位立体角的光通量，商，即单位立体角的光通量， 其公式为：其公式为： 或或 （均匀照射）（均匀照射） 3 3 照度照度 / / 勒克斯勒克斯 lx lx 表面上一点的照度是入射在包含该点的面元上的光表面上一点的照度是入射在包含该点的面元上的光 通量除以该面元面积所得之商，即通量除以该面元面积所得之商，即 （均匀照射） 11 几几 种种 情情 况况 下下 的的 照照 度度 发光强度与照度的关系 如果点光源发光强度为I，光源与被照面的距离为r，被 照面法线与光线的夹角为 则被照面的照度 表明：某表面的照度与光源在这方向的发 光强度 成正比，与入射角的 余弦成正比， 与距光源的距离 的平方成反比。 垂直入射时， I I E E 某一点光源发光强度为1800cd，距地面3m，离天花板 1m，天花板的反射系数为0.5，计算地面被光源直射和反 射的照度 已知：I=1800cd d=3m E=? 光源直射到达地面的照度 = 200 lx r=1+1+3=5m 经天花板反射后到达地面的照度 1m 3m 反射系数 0.5 4 4 亮度亮度 亮度对比度：视野中目标和背景的亮度差与 背景亮度之比。 16 亮度和照度有何区亮度和照度有何区别别别别？ 照了不一定亮！照了不一定亮！ 照度相同照度相同 吸光材料，亮度低吸光材料，亮度低 反光材料，亮度高反光材料，亮度高 l坎德拉是我国法定单位制与国际SI制的基本单位 之一，其它光度量单位都是由坎德拉导出的， 1979年第10届国际计量大会通过坎德拉定义如下 ：“一个光源发出频率为540X1012Hz的单色辐射 ，若在一定方向上的辐射强度为1/683 W/sr，则光 源在该方向上的发光强度为1cd” l在国际单位制和我国规定的计量单位中，光通量 是一个导出单位。1lm是发光强度为1cd的均匀点 光源在1球面度立体角内发生的光通量。 二、二、 材料的光学特性材料的光学特性 在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象 光通量： 分别叫反射通量、吸收通量、投射通量。 由能量守恒： 分别叫反光系数、吸收系数、透光系数 可见 材料可分为两类： 一类属于定向的定向的，即光线经过反射和透射后分布的立体角没有改变 ，如镜子和透明玻璃； 另一类为扩散的扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体 角范围内。 20 BB 定向定向反射与透射材料：入射角反射角，透反射与透射材料：入射角反射角，透 射方向与入射方向一致射方向与入射方向一致 JJ 镜镜镜镜面玻璃面玻璃 JJ 平板玻璃平板玻璃 BB 均匀均匀扩扩扩扩散散反射、透射材料反射、透射材料 JJ 粉刷涂料粉刷涂料 JJ 乳白玻璃乳白玻璃 反光和透光材料反光和透光材料 21 BB 定向定向扩扩扩扩散散反射与透射材料：与入射角相同的反射与透射材料：与入射角相同的 反射角方向上、与入射方向一致透射方向上反射角方向上、与入射方向一致透射方向上 有最大亮度，其它方向也有一定亮度有最大亮度，其它方向也有一定亮度 JJ 光滑的光滑的纸纸纸纸 JJ 油漆表面油漆表面 JJ 磨砂玻璃磨砂玻璃 反光和透光材料反光和透光材料 4.2 建筑光环境控制要求 1 适当的照度水平，照度分布应该满足一定的均匀性 适当的照度水平是当在某具体工作条件下，大多数人都 能感觉比较满意而且保证工作效率和精度均较高的照度 值。不同工作性质的场所对参考平面的照度标准值要求 不同，如学校建筑照明标准值应符合下表 房间间或场场所参考平面及其高度照度标标准 值值（lx） UGRRa 教室课课桌面3001980 实验实验 室实验实验 桌面3001980 美术术教室桌面5001990 多媒体教室0.75m水平面3001980 教室黑板黑板面500-80 其他功能建筑的照度标准值可看参看建筑照明设计标 准。 照度分布应该满足一定的均匀性。 照度均匀度指规定表面上的最小照度与平均照度之比 。 我国建筑照明设计标准规定： 公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域的一般照明 照度均匀度，不应小于0.7， 而作业面邻近周围的照明均匀度不应小于0.5。 房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的 照度值不宜低于区域一般照明照度值的1/3。 国国际际际际照明委照明委员员员员会会CIECIE对对对对不同作不同作业业业业和活和活动动动动推荐的照推荐的照 度度 作作业业业业或活或活动类动类动类动类 型型 照度范照度范围围围围(lx) (lx) 室外入口区域室外入口区域 20 30 50 20 30 50 短短暂暂暂暂停留交通区停留交通区 50 75 100 50 75 100 衣帽衣帽间间间间、门厅门厅门厅门厅 100 150 200 100 150 200 讲讲讲讲堂、粗加工堂、粗加工 200 300 500 200 300 500 办办办办公室、控制室公室、控制室 300 500 750 300 500 750 缝纫缝纫缝纫缝纫 、绘图绘图绘图绘图 、检验检验检验检验 室室 500 750 1000 500 750 1000 辨色、精密加工和装配辨色、精密加工和装配 750 1000 1500 750 1000 1500 手工雕刻、精手工雕刻、精细检验细检验细检验细检验1000 1500 2000 1000 1500 2000 手手术术术术室、微室、微电电电电子装配子装配 20002000 2 舒适的亮度比 人的视野很广，在工作房间里，除工作对象外，作业面 、顶棚、墙、窗和灯具等都回进入视野，它们的亮度水 平构成了周围视野的适应亮度。如果它们与中心视野亮 度相差过大，就会加重眼睛瞬时适应的负担，或产生眩 光，降低视觉功效。此外，房间主要表面的平均亮度， 形成房间明亮程度的总印象；亮度分布使人产生对室内 空间的形象感受。所以，室内主要表面还必须有合理的 亮度分布。 在工作房间，作业邻近环境的亮度应当尽可能低于作业 本身亮度，但最好不低于作业亮度的1/3。而周围视野 （包括顶棚、墙、窗户等）的平均亮度，应尽可能不低 于作业亮度的1/10。灯和白天窗户的亮度，则应控制在 作业亮度的40倍以内。墙壁的照度达到作业照度的1/2 为宜。为了减弱灯具同周围顶棚之间的对比，特别是采 用嵌入式暗装灯具时，顶棚表面的反射比至少要在0.6 以上，以增加反射光。顶棚照度不宜低于作业照度的 1/10，以免顶棚显得太暗。 3 适宜的色温与显色性 光源的颜色质量常用光源的色表和显色性来表征。 色表是灯光本身的表观颜色 显色性是指灯光对其照射的物体的影响作用。 光源的色表常用色温定量表示： 当某一种光源（热辐射光源）的色品与某一温度下的完 全辐射体（黑体）的色品完全相同时，完全辐射体（黑 体）的温度就称为该光源的色温色温。符号Tc，单位为开（ K）。 当某一种光源（气体放电光源）的色品与某一温度下的 完全辐射体（黑体）的色品最接近时，完全辐射体（黑 体）的温度称为该光源的相关色温相关色温。符号为Tcp，单位 为开（K）。 色表分 组 色表特 征 相关色温（K ） 适用场所举例 暖5300热加工车间 、高照度场所 室内照明光源色表可按其相关色温分为三组室内照明光源色表可按其相关色温分为三组 物体在待测光源下的颜色同它在参照光源下的颜色相 比的符合程度，定义为待测光源的显色性，通常以日 光作为评定人工照明光源显色性的参照光源。 CIE及我国制定的光源显色性评 价方法，都规定相关色温低于 5000K的待测光源以相当于早晨 或傍晚时日光的完全辐射体作为 参照光源；色温高于5000K的待 测光源以相当于中午日光的组合 昼光作为参照光源。 从室内环境功能角度出发，光源的显色性具有重要作用 。印染车间、彩色制版印刷、美术品陈列等要求精确辩 色的场所要求良好的显色性；顾客在商店选择商品、医 生察看病人的气色，也都需要真实地显色。 此外，研究表明，在办公室内用显色性好的灯，达到与 显色性差的灯同样满意的照明效果，照度可以减低25% ，节能效果显著。 CIE取一般显色指数作为指标来评价灯的显色性。 显色指数是指在具有合理允差的色适应状态下，被测光 源照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心 理物理色符合程度，符号为R。八个一组试样的 CIE1974特殊显色指数的平均值，称为显色指数，符号 Ra。 显色指数的最大值为100，一般认为在10080范围内， 显色性优良；Ra=7950显色性一般；Ra50显色性较 差。 4 眩光限制 避免将灯具安装在干扰区内 采用低光泽度的表面装饰材料 限制灯具亮度 照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑。 建筑光环境控制除以上要素外，还应考虑： 选用的照明光源、照明灯具应符合国家现行相关标准的 有关规定， 充分利用自然光，保证必要的自然光，房间的采光系数 或采光窗地面积比应符合建筑采光设计标准GB/T 50033的规定。有条件时，宜随室外天然光的变化自动 调节人工照明照度，利用各种导光和反光装置将天然光 引入室内进行照明，有条件时，宜利用太阳能作为照明 能源 研究表明建筑内没有窗户，对人产生的心理影响是不同 的，良好的光环境需要必要的自然光。 各类建筑的照明功率密度值不宜大于规范规定。 如学校建筑照明功率密度值不应大于下表 房间间或场场所照明功率密度（W/m2）对应对应 照度 值值现现行值值目标值标值 教室、阅览阅览 室119300 实验实验 室119300 美术术教室1815500 多媒体教室119300 4.3 天然采光 一、天然光源的特点 二、 天然光环境的评价方法 采光系数 三、我国的光气候特点与光气候分区 四、 不同采光口形式 一、天然光源的特点一、天然光源的特点 二、 天然光环境的评价方法 天然光强度高，变化快，不好控制，这些特点使天然 光环境的质量评价方法和评价标准有许多不同于人工 照明的地方。最常用的评价指标就是采光系数采光系数 定义：室内某一点的天然照度En与同一时间的室外照度 EW的比值 面积相同的侧窗不同布置对室内照度分布的影响 三、我国的光气候特点与光气候分区 40 K=0.85K=0.85 K=1.0K=1.0 室外室外总总总总照度年照度年 平均平均值值值值31.46 lx 31.46 lx K=0.9K=0.9 室外室外总总总总照度年照度年 平均平均值值值值21.18 lx 21.18 lx K=1.2K=1.2 K=1.1K=1.1 V V V V I I IIII IIIIII IIIIII IIIIII IVIV IVIV 四、 不同采光口形式 天然光的控制与调节天然光的控制与调节 53 4.4 人工照明 BB 特点特点 JJ 不受光气候影响不受光气候影响 JJ 不受建筑不受建筑设计设计设计设计 影影 响响 JJ控制方便控制方便 JJ 需要消耗大量需要消耗大量电电电电 能能 JJ 增加夏天空增加夏天空调负调负调负调负 荷荷 一、人工光源 1 电光源性能指标 57 白白炽炽炽炽灯灯: :利用利用电电电电流通流通过细钨丝过细钨丝过细钨丝过细钨丝 所所产产产产生的高温生的高温 而而发发发发光的光的热辐热辐热辐热辐 射光源射光源 BB 光效低光效低 BB 色偏色偏红红红红 BB 灯灯丝丝丝丝高温高温(2300 (2300 KK以上以上) ) ，高亮，高亮 度，有眩光度，有眩光 BB 寿命短寿命短 BB 无无频闪现频闪现频闪现频闪现 象象 BB 调调调调光性好光性好 BB 耐耐频频频频繁开关繁开关 58 卤钨卤钨卤钨卤钨 灯：灯：普通白炽炽灯丝丝在高温下会造成钨钨的气化，气化后的钨钨 粒子附着在灯的玻璃壳内表