V第一讲--光环境、视觉与光度量单位解析.ppt

1 第二篇 建筑光环境 Zhang xiuxin 2 全篇共分五讲 第一讲 光环境 视觉与光度量单位第二讲 颜色的基本概念与光环境质量评价第三讲 天然光环境 一 昼光光源与采光设计第四讲 人工光环境 一 人工光源与采光第五讲 人工光环境 二 室内环境照明设计 3 第一讲 光环境 视觉与光度量单位 光是一种电磁辐射能人类的生活离不开光 4 主讲内容 1 1 光环境概述1 2 眼睛与视觉1 3 视觉特性1 4 基本光度量单位及其应用1 5 材料的光学性质 5 光环境的三种设计理念 理念之一 设计空间就是设计光亮理念之二 对主动光源和被动光源的理解理念之三 光环境中光与影的应用 6 金贝尔美术馆 路易斯 康美术馆是一个将天然采光设计和空间造型相结合的经典范例 7 设计理念之二 对主动光源和被动光源的理解 人们习惯上有这样一个认识 只有太阳 灯管 灯泡这些自身发光的才叫光源 而实际上被照亮的界面也是一种光源 这是两种不同的光源 前者可称之为主动式光源 后者为被动式光源 好的光学设计 应该让光的表现有非常强的目的性 每一种光都对应着一种实体 光照在物面上 把点光源变成了面光源 形成了室内亮度和景色的互动 8 1 2眼睛与视觉 光是一种能够在人的视觉系统上引起光感觉的电磁辐射 光的波长范围为380nm 780nm 波长大于780nm的红外线 无线电波等 以及小于380nm的紫外线 X射线等 人眼均感觉不到 9 1 3视觉特性 视觉都是一个极其复杂的系统 视觉系统有很大的自调能力 能对传递的信息自行调节到最佳清晰度 它具有以下特性 1 3 1亮度阈限暗视觉 指在黑暗环境里 0 001cd m2以下的亮度水平 杆体感光细胞起作用 暗视觉只有黑灰白三色 相当于晚上暗处 明视觉 指在明亮环境中 大于3cd m2的亮度水平 视网膜锥体细胞起作用 分辨颜色和细部 中间视觉 在3 0 001cd m2之间 相当于道路照明和居住区照明的明暗 人眼对光的适应范围远比人能够感受的温度变化大的多 其阈限为 10 6cd m2 106cd m2 视野 双眼不动视野范围在垂直方向的角度约为130 水平方向约为180 视野周围1 2 内的物体能在视网膜中心窝成像 清晰度最高 这部分叫中心视野 向外30 是视野清楚区域 10 1 3 4光谱光视效率 不同波长的光在视觉上形成不同的颜色 如700nm的光呈红光 580nm呈黄光 单一波长的光呈现一种颜色 称为单色光 在光亮环境中 辐射功率相等的单色光看起来555nm的黄绿光最明亮 在较暗的环境里 510nm的蓝绿光最为敏感 11 光谱光视效率 国际照明委员会 CIE 根据大量的实验结果 人眼观看同样功率的辐射 不同波长的光 感到的明亮程度不一样 人眼的这种特性常用光谱光视效率 V 曲线来表示 在人获得相同的视觉感受时 波长 m 视感觉最大值处 555和510nm 和波长 的单色光辐射通量 辐射源在单位时间内发出的能量 单位为瓦 W 的比 V e m e 12 1 4基本光度量单位及其应用 常用的光度量有 光通量 照度 发光强度和亮度 1 4 1光通量 描述光源的量 光通量 Km e V 单位 流明 Im 光通量 建筑光学中 常用光通量表示一光源发出的光能多少 是描述光源的量 如100w白炽灯发出1250Im的光通量 40w日光灯月发出2200Im的光通量 13 1 4 2发光强度 描述光源的量 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量 不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的 光通量的空间密度即发光强度 发光强度 点光源在给定方向的发光强度 是光源在这一方向上立体角元内发射的光通量与该立体角元之比 I d d 单位 坎德拉 cd 如在有限立体角 内传播的光通量 是均匀分布的 则有 I 发光强度 I 立体角 A r2 A 锥体顶点为球心 任一长度r为半径作一球面 被锥体截取的一部分球面面积 14 1 4 3照度 描述被照面的量 照度 被照面上接受的光通量的面密度 符号为E 若照射到表面一点面元上的光通量为d 该面元的面积为dA 则E d dA单位为 勒克斯 Ix 或阿熙提 asb 照度可以直接相加 15 1 4 4亮度 指光源表面的光强密度 视觉上的明暗知觉取决于照度 亮度 单位投影面积上的发光强度 以符号L表示 确定物体的明暗要考虑两个因素 1 物体 光源或受照物体 在指定方向上的投影面积 决定物象的大小 2 物体在该方向上的发光强度 决定物象上的光通量密度 亮度常常是各方向不同 是发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度 常在亮度符号的右下角注明角度 16 2 照度和亮度的关系 指的是光源亮度 发光体或反光体 和它所形成的照度间的关系 光源在各个方向亮度相同 则 立体角投影定律 它表示 某一亮度为的发光表面在被照面上形成的照度值的大小 等于这一发光表面的亮度与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影的乘积 立体角投影定律适用于光源尺寸相对于它和被照点距离较大时 17 18 1 5材料的光学性质 在光的传播过程中 遇到介质时 会产生反射 吸收 透射现象 其光通量 反射系数 吸收系数 透射系数 1 1 5 1 材料的反射 吸收 透射系数 19 1 5 2反射 1 规则反射也叫镜反射 符合反射规律 光滑密实的表面 如玻璃面和磨光的金属表面形成规则反射 在照明工程中 常利用规则反射进行精确的控光 几乎所有的节能灯具都使用曲面的镜面反射罩 来获取需要的光强分布 2 定向扩散反射 了解 定向扩散反射保留了规则反射的一些特征 即在产生规则反射的方向上 反射光最强 但反射光束被 扩散 到较宽的范围 20 3 扩散反射 漫反射 漫反射的特点是反射光的分布与入射光的方向无关 反射光不规则的分布在所有方向上 无光泽的毛面材料或微细的晶粒 颜料颗粒构成的表面产生漫反射 均匀漫反射反射光的最大发光强度在垂直于表面的法线方向 其余方向的光强与最大光强的关系 Ii Io cos 此式称为朗伯余弦定律 符合该定律的材料叫朗伯体 12 21 朗伯体这种材料无论入射光的方向如何 其表面各方向上的亮度都是相等的 氧化美 硫酸钡 石膏等具有这种特性 建筑工程常用的大部分无光泽的饰面材料 如粉刷涂料 乳胶漆 无光塑料墙纸 陶板面砖等可近似看作均匀漫反射材料 两个重要的光学公式 光环境设计中常用的平均亮度计算公式 L E 均匀漫反射材料表面亮度 L E 均匀漫透射材料表面亮度E 材料表面的照度 22 23 4 混合反射多数的材料表面兼有规则反射和漫反射 称为混合反射 1 5 3透射 玻璃 晶体 某些塑料 纺织品 水都是透光材料 能透过大部分入射光 材料的透光性能不仅取决于分子结构 还同它的厚度有关 非常厚的玻璃或水将是不透明的 而一张极薄的金属膜或许是透光的 至少是半透光的 材料透光的分布型式也可分为四种 1 规则透射 如透明材料 在入射光的背侧