建筑光环境-复习资料PPT课件.ppt

建筑光环境 河南科技大学李宁 1 第1章建筑光学基本知识 2 人眼看到的光是一种能够直接引起视感觉的电磁辐射 其波长范围为380 780nm 即可见光波长范围 其余波长人眼感觉不到 光与视觉 3 明视觉 暗视觉和中间视觉 明视觉是指在明亮环境中 大于3cd m2以上的亮度水平 主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉 明视觉能够辨认很小的细节 此时人眼具有颜色感觉 而且对外界亮度变化的适应能力强 暗视觉是指在黑暗环境中 小于0 01cd m2以上的亮度水平 主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉 暗视觉只有明暗感觉而无颜色感觉 也无法辨认物体的细节 对外部变化的适应能力低 中间视觉发生在明视觉与暗视觉之间 此时视觉系统的锥状和杆状细胞同时在起作用 二者的作用大小依实际而变化 4 视觉适应 从明亮环境到较暗环境时 人眼对环境转换的适应称为暗适应 适应时间较长 从较暗环境到明亮环境时 人眼对环境转换的适应称为明适应 适应时间较短 5 光谱光视效率 光是一种电磁辐射 以波长来识别 在明暗视觉下 人眼观看相同功率 不同波长的光辐射 感觉到的明亮程度不同 人眼的这种特性常用光谱光视效率V 的曲线表示 从光谱光视效率曲线图可以看出 明视觉时 人眼感到黄绿光部位最亮 最大值在波长555nm处 愈趋向光谱两端的光愈暗 暗视觉时 蓝绿光部位最亮 最大值在507nm 6 1光通量 单位 流明 lumen lm 基本光度单位及应用 7 2发光强度I 发光强度 表示光源光通量的空间密度定义 光源在某一方向的发光强度定义为光源在该方向上单位立体角内发出的光通量 表示发光强度与方向有关单位 坎德拉 candela cd 8 立体角 由于光是辐射在三维空间 故用立体角对光进行计量 立体角是球面积对球心形成的角 以表示 半径为r 面积为A的球面形成的立体角为 面积A上微元dA和球心连线与微元法线之间的夹角单位是球面度 以sr表示当球面积A r2时 在球心处形成的立体角为1球面度 即立体角的大小与球半径无关 9 光通量和发光强度都是光源自身的特性 对于被照面而言 常要研究其实际被照射的程度 常用 照度 来衡量 定义 落在单位面积被照面上的光通量的数值 即被照面上的光通量密度 表示被照面被照射的程度 表达式 当光通量均匀分布在被罩表面上时 其中 为光通量 lm A为被照面面积 m2 单位 勒克斯 lux lx 相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上 3照度E 10 照度E性质 性质 可叠加性 几个光源同时照射被照面时 实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和 11 光源的发光强度I与被照面的照度E的关系 12 i 入射光线与被照面法线间的夹角 13 d 14 4亮度L 相同照度条件下 人眼观看黑 白两个物体 感觉白色物体亮得多 说明人眼对物体的视觉感觉不能用物体表面照度来直接说明 亮度的定义为 发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度 人们能看到的最低亮度 称 最低亮度阈 10 5 cd m2人们能承受的亮度上限 16 104cd m2 15 亮度表达式 L 表示与表面法线成 角方向上的亮度 射束 sh 截面法线与射束方向间的夹角 发光面法线与视线方向的夹角 由于物体表面亮度在各方向不一定相同 与表面法线成 角方向上的亮度 假设角 方向上射束截面A的发光强度均相等时 16 亮度的常用单位为坎德拉每平方米 cd m2 也称尼脱 nt 即 单位坎德拉每平方米 cd m2 有时也用另一较大的单位 熙提 sb 它表示1cm2面积上发出1cd时的亮度单位 即 17 设A1为各方向亮度都相同的发光面 A2为被照面 在A1上取一微小面积dA1 它在A2上的O点处形成的照度为 光源亮度L与被照面照度E的关系 18 E 被照面照度 lx L 发光表面亮度 cd m2 A 发光表面面积 m2 r 光源至被照面距离 m 光源射线与光源法线夹角 i 光源射线与被照面法线夹角 19 20 小结 21 按照材料反光透光特性 将其分为两大类 一类属于规则的 另一类为扩散的 反光和透光材料 材料的光学性质 22 1规则反射与透射材料 入射角 反射角例子 玻璃镜 磨得很光滑的金属表面应用 利用反射光线的指向性 将表面放在合适位置 将光线反射到需要的地方 或避免光源在视线中出现材料两表面平行 则光线透射方向与入射方向平行 若两表面不平行 透射光线也不与入射光线平行 例子 平板玻璃 隔着它可以清楚地 毫无变形地看到另一侧景物 压花玻璃 使外界形像扭曲不清 不分散室内人们注意力 又避免室内活动从室外一览无余 材料反射 或透射 后的光源亮度和发光强度 因材料的吸收和反射而有所降低 23 2扩散反射与透射材料 分两类 漫射材料 混合反射与混合透射材料漫射材料 均匀扩散材料 入射光线均匀地向四面八方反射或透射 各角度亮度相同例子 石膏和大部分无光泽 粗糙的建筑材料 如粉刷涂料 砖墙等属于漫反射材料 乳白玻璃和半透明塑料属于漫透射材料 透过它看不见光源形像或外界景物 只能看见材料本色和亮度上的变化 常用于灯罩 发光顶棚 以降低光源亮度 减少刺眼程度 24 混合反射与混合透射材料 同时具有规则和扩散两种性质 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有最大亮度 其它方向也有一定亮度例子 光滑的纸 较粗糙的金属表面 油漆表面及磨砂玻璃 注意与压花玻璃不同 25 可见度 视度 定量表示人眼看物体的清楚程度 影响因素亮度物件的相对尺寸对比识别时间眩光 可见度及其影响因素 26 眩光 眩光是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜 或存在着极端的对比 以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象 眩光就是通常所说的 晃眼 它会使人感到刺眼 引起眼睛酸痛 流泪和视力降低 甚至可因明暗不能适应而丧失明视能力 失能眩光 如白天眼睛正视太阳 太阳光直射工作面 夜间眼睛正视迎面而来的汽车灯光 不舒适眩光 一个很大的高亮度光源在接近视线的范围内 虽不会降低视力 但会引起视觉上的不舒适 如看阳光下的积雪等 27 眩光产生的原因 直接眩光 由高亮度光源的光线直接进入人眼内所引起反射眩光 光源通过光泽表面 特别是抛光金属如镜面反射进入人眼引起产生眩光的原因 周围环境较暗时 眼的适应亮度很低 即使是亮度较暗的灯光 也会有明显的眩光 不合理的光亮度不恰当的自然采光口 灯具的位置或者视距不当 使光源的亮光直接或间接经过镜面物反射进入人眼 都会产生显著的眩光 发生在视觉作业本身的弱镜面反射而形成的一种特殊眩光 光幕 28 避免眩光的措施 减轻或消除直接眩光的措施1 限制光源亮度 当光源亮度超过16sb时 应考虑采取措施将光源挡住 灯泡 灯罩 2 增加眩光光源的背景亮度 减少两者之间的亮度对比 深色桌面与白纸亮度对比大 不舒适 桌面浅色 3 减小形成眩光的光源视看面积 即减小眩光光源对观测者眼睛形成的立体角 灯具做成橄榄形 4 尽可能增大眩光光源的仰角 提高灯的悬挂高度 29 减轻反射眩光的措施 1 尽量使视觉作业的表面为无光泽表面 以减轻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的比例减少 从而减少反射眩光的影响 30 颜色的基本特性 颜色 31 色温越高 舒适照度越高 光源的色温和显色性 常见光源的色温蜡烛 2000K白炽灯 3000K荧光灯 5000K 32 光源的显色性 物体色在不同照明条件下的颜色感觉可能变化 这种变化可用光源的显色性来评价 显色性用显色指数度量 值越高 显色性越优良 因此需根据使用场所恰当选择 33 第2章天然采光 34 光气候 光气侯 由太阳直射光 天空漫射光和地面反射光形成的天然光平均状况 35 建筑物朝向对采光影响很大 朝阳房间亮度和室内照度都比背阳房间高 朝阳房间在太阳照射处具有很高照度 其他地方照度低得多 产生很大明暗对比 这种明暗面的位置和比值又不断改变 使室内采光状况很不稳定 晴天 室外照度在一天中也不断变化 只是变化幅度没有晴天那样剧烈 因此室内采光状况相对稳定 阴天 36 光气候分区 标准根据室外天然光年平均总照度值大小将全国划分为 类光气候区 再根据光气候特点 按年平均总照度值确定分区系数 即光气候系数K 37 P177 38 优点 侧窗构造简单 不受建筑物层数的限制 布置方便 造价低廉 光线具有明确的方向性 能与外界取得视觉联系 缺点 沿房间进深方向照度下降很快 分布很不均匀 窗台高度主要影响近窗照度 窗上沿高度主要影响远窗照度 窗位置高低主要影响房间进深的采光均匀性 窗间墙主要影响横向采光均匀性 天气状况和窗口朝向对采光影响较大 侧窗采光特点 39 1 提高窗 上沿 位置高度 但是 受层高限制 只能保证有限进深的采光要求 一般不超过窗高的2倍 更深的地方宜采用人工照明补充 2 采用乳白玻璃 玻璃砖等扩散透光材料 或采用将光线折射至顶棚的折射玻璃 这些材料在一定程度上能提高房间深处的照度 有利于加大房屋进深 降低造价 3 采用内大外小喇叭口窗4 窗间墙尽量窄 以改善横向采光均匀性5 双侧开窗 改善侧窗采光缺陷的措施 玻璃砖等扩散透光材料 40 6 采用倾斜顶棚 或增设反光 导光措施等 将更多光线反射进室内 在多层建筑中 退台式可增加一些屋面 成为反射面 当屋面刷白时 对上一层室内采光量增大的效果很明显 小区布置对采光也有影响 平行布置房屋 需要留足够的间距 否则挡光严重 如果仅从挡光影响的角度看 将一些建筑转180 布置 这样可减轻挡光影响 41 上凸式天窗 矩形 梯形 M形等 天窗 42 锯齿形天窗 43 下沉式天窗 纵向下沉式横向下沉式 中井式边井式 44 平天窗 45 一定范围内 照度越高越好 但越高投资越大 故综合各方面因素 将视觉工作分为5级 提出了各级视觉工作要求的室内天然光临界照度值 注 我们把室内全部利用天然光进行采光时的室外最低照度称为室外天然光 临界照度 也就是开始需要采用电光源照明时的室外天然光照度值 室内天然光临界照度为 对应室外天然光临界照度时的室内天然光照度 采光系数标准值 采光标准 46 采光系数 采光系数 在全阴天空漫射光照射下 室内给定平面上的某一点由天空漫射光所产生的照度 与同一时间同一地点 在室外无遮挡水平面上由天空漫射光所产生的照度 的比值 即利用采光系数 可以根据室内要求照度换算出需要的室外照度 或由室外照度值求出当时的室内照度 47 不同采光类型在室内形成不同光分布 采光标准按侧面 顶部采光给出不同要求 见下表 说明 表中所列采光系数标准值适用于我国 类光气候区 即根据室外临界照度为5000lx制定的 48 49 采光质量 主要从以下三方面衡量采光均匀度 均匀度表示方法 在民用建筑距地面0 8米 工业建筑距地面1米高的假想水平面上的采光系数的最低值与平均值之比 也可以认为是室内照度最低值与室内照度平均值之比 避免窗眩光光反射比 为了使室内各表面的亮度比较均匀 必须使他们具有适当的光反射比 50 1 适宜的照度展品表面照度保证观众正确识别展品颜色和辨别其细部 同时应考虑光敏物质 如水彩 彩色印刷品 对展品照度的限制 2 合理的照度分布在一幅画上不出现明显的明暗差别 一般认为全幅画上的照度最大值和最小值之比应保持在3 1之内 还要保证悬挂美术作品的墙面上有足够的照度 比值应保持在10 1之内 P197 201 美术馆采光设计 51 4 避免一 二次反射眩光 一次反射 由于画面本身或它的保护装置具有镜面反射特性 光源 灯或明亮的窗口 经过它们反射进入观众眼中 这时 在较暗的展品上出现一个明亮的窗口 或灯 反射形象 解决办法 将窗口提高或将画面稍加倾斜 3 避免在观看展品时明亮的窗口处于视觉范围内 避免直射眩光 52 二次反射 当观众本身或室内其它物件的亮度高于展品表面亮度 而它们的反射形象又刚好进入观众视线内 这时观众会在画面上看到本人或物件的反射形象 干扰看清展品 解决办法 调整人或物件与画面的相互位置 控制反射形象进入视线 提高展品的亮度 使其高于室内的一般亮度 53 5 环境亮度和色彩陈列室内的墙壁是展品的背景 如果它的彩度和亮度都高 不仅会喧宾夺主 而且它的反射光还会歪曲展品的本身色彩 因此 墙的色调宜选用中性 其亮度应略低于展品本身的亮度 光反射比一般取0 3左右为宜 6 避免阳光直射展品 导致展品变质 7 采光口不占或少占供展出用的墙面 54 习题 判断分析题 就我国所处地理纬度来说 南向房间天然采光照度值高 室内采光状态稳定 答 前半句正确 后半句错误 朝阳房间 朝南 面对太阳所处的半边天空亮度较高 室内照度高 但在太阳照射处具有很高的照度 而其他地方的照度是由天空扩散光形成的 其照度就低得多 这在室内产生很大的明暗对比 而这种明暗面的位置和比值又不断改变 使室内采光状况很不稳定 55 第3章建筑照明 56 1 热辐射光源 白炽灯 Incandescentlamp 玻璃反射灯 PAR灯 卤钨灯 Halogenlamp 电光源类型与特点 白炽灯是一种利用电流通过细钨丝所产生的高温而发光的热辐射光源 为了避免热量的散失和减少钨丝蒸发 将灯丝密闭在一玻璃壳内 为了提高灯丝的温度 以便发出更多的可见光 提高其发光效率 一般将灯泡内抽成真空 适用于小功率灯泡 或充以惰性气体 并将灯丝做成双螺旋形 适用于大功率灯泡 57 光效低色偏暖灯丝高温 高亮度 有眩光寿命短无频闪现象调光性好耐频繁开关费用低 装饰性强 缺点 优点 特点 58 卤钨灯 卤钨灯是填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯 卤族元素 如碘 溴等 的作用是高温条件下 将钨丝挥发出来的钨元素带回到钨丝附近的空间 甚至送返钨丝上 以便延缓灯丝的挥发 59 气体放电光源是由气体 金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的光源 荧光灯紧凑型荧光灯 节能灯 荧光高压汞灯金属卤化物灯高 低压钠灯氙灯冷阴极荧光灯高频无极感应灯 2 气体放电光源 60 卤钨灯和金卤灯无论从工作原理和发光效果都较相似 都可用于室内重点照明 卤钨灯是固体热辐射光源 显色性好 但光源亮度低 金卤灯是气体放电光源 显色性没固体热辐射光源好 但能效高 光源亮度值高 二者都可用于室内重点照明 61 发光二极管LED LED可以直接把电能转化为光能 与传统照明光源相比 具有如下显著特点 光色纯 彩度大寿命长体积小 响应快 无污染 控制灵活主要应用于 各种室内外显示屏 交通讯号显示光源 汽车 电子手表 手机 儿童穿的闪光鞋等 3 固体发光光源 固体材料与电场相互作用而发光的光源 62 63 64 热辐射光源和气体放电光源相比 热辐射光源的显色指数更高 对于餐厅 超市等熟食区的食品照明 适宜选用热辐射光源 显色性好 且光色偏橙色 能更好反映食物特性 引起食欲 另外 也可选用三基色荧光灯 显色性也较好 但光色不是很好 65 1 灯具配光曲线P215任何光源和灯具在工作状态下 就会向四周空间投射光通量 灯具各方向的发光强度在三维空间用矢量表示 所有的矢量终端连接构成一封闭的光强体 被通过Z轴线的平面截割而获得的封闭交线即为灯具的配光曲线 不同的灯 灯具组合对应不同的配光曲线 灯具 灯具 能透光 分配和改变光源光分布的器具 可以认为灯具是光源所需的灯罩及其附件的总称 66 配光曲线上的每一点 表示灯具在该方向上的发光强度 只要知道灯具对计算点的投光角 就能查到相应的发光强度I 利用公式 就可求出点光源在计算点上形成的照度 67 例题 有两个扁圆吸顶灯 距工作面4 0m 两灯相距5 0m 工作台布置在灯下 P1 和两灯之间 P2 如光源为100w白炽灯 白炽灯的发光效率为12 5lm W 求P1和P2点的照度 不计反射光的影响 68 解 P1点照度灯 在P1点形成的照度按点光源形成的照度计算式 0 时 从图查出I0 130cd 灯至工作面距离为4 0m则E1 cos0 130 42 8 125 lx 灯 在P1点形成的照度cos2 16 41 51 I51 90cd灯 在P1点的距离平方为41mE1 90 cos51 41 1 3 lx P1点照度为两灯形成的照度和 并考虑灯泡光通量修正1250 1000 则E1 8 125 1 3 1 25 12 lx P2点照度灯 与P2的相对位置相同 故两灯在P2点形成的照度相同cos2 16 22 25 32 I32 110cd 灯至P2的距离平方为22 25 E2 110 22 25 cos32 4 19 lx P2点的照度为2 4 19 1250 1000 10 lx 69 遮光角光源最边缘一点和灯具出光口的连线与水平线之间夹角 用 表示 当人眼平视时 如果灯具与眼睛的连线和水平线的夹角小于遮光角 则看不见高亮度的光源 70 2 灯具的分类国际照明委员会按光通量在上 下半球的分布将灯具划分为五类 直接型 半直接型 漫射型 半间接型 间接型 7