建筑环境学(清华)课件6.建筑光环境.doc

第六章 建筑光环境清华大学建筑学院建筑技术科学系光环境控制的意义减少视觉疲劳，保证视觉健康和身心健康提高劳动生产率降低能耗人工照明能耗空调能耗90 年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例光的性质和度量光的特征电磁波的一部分，光子的波动运动可见光和良好视觉的共同作用在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。光通量物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W) 。光源的辐射通量中被人眼感觉为光的能量(波长380 780nm) 称为光通量。单位: 流明(lumen ，lm) 。人眼在观看同样功率的辐射时, 在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光效率V( )来表示。不同波长的相对光谱光效率明视觉：V( )max 对应波长555nm ( 黄绿光)，光效是680lm/W 。暗视觉：V( ) max 507nm ( 蓝绿光) 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这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。单位：坎德拉(candela, cd) 光通量相同，发光强度却不同照度E 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。表达式：单位：勒克斯(lux, lx) ，相当于1 lm 的光通量均匀分布在1m2 的被照面上性质：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。光源的发光强度与被照面的照度关系已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度：En I / r2 再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：E=Ensin = (I / r2) sin 线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。原理相同。照度国际照明委员会CIE 对不同作业和活动推荐的照度作业或活动类型照度范围(lx) 室外入口区域20 30 50 短暂停留交通区50 75 100 衣帽间、门厅100 150 200 讲堂、粗加工200 300 500 办公室、控制室300 500 750 缝纫、绘图、检验室500 750 1000 辨色、精密加工和装配750 1000 1500 手工雕刻、精细检验1000 1500 2000 手术室、微电子装配 2000 亮度L 定义：正在发光( 或反光) 表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit, nt) 、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2 ，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16 sb以下的亮度！亮度和照度有何区别？照了不一定亮！亮度表达式光源的亮度与被照面的照度关系E L sin Acos / r2 光的传播特性光遇到介质会发生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看见。反光和透光材料定向反射与透射材料：入射角反射角，透射方向与入射方向一致镜面玻璃平板玻璃均匀扩散反射、透射材料粉刷涂料乳白玻璃反光和透光材料定向扩散反射与透射材料：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有最大亮度，其它方向也有一定亮度光滑的纸油漆表面磨砂玻璃光问题与热问题的比较共同点热问题：相同条件下，投入能量越多，温度就越高光问题：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高不同点热量守恒：热源停止供热，已有的热量也不会消失；热被材料吸收了仍然存在。亮度不守恒：光源停止发光，光就没了；光被材料吸收了就不存在了，变成了热。视觉与光环境良好的光环境是保证视觉功能舒适有效的基础什么是良好光环境？人们可以不必通过意识的作用强行将注意力集中到所要看的地方，就能不费力气而清楚地看到所有搜索的信息获得的信息与实际情况相符合背景中也没有视觉“噪声”干扰注意力眼睛的生理特点视网膜的两种感光细胞亮度高于3 nt(cd/m2) 时主要由锥状细胞发挥作用在亮度低于0.01 nt 时主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色绝对光阈：背景亮度为0 时可识别的临界亮度目标越小要求越高呈现时间越短要求越高视野和视场视觉特征描述亮度对比度视觉特征描述视角视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数视觉特征描述视觉适应颜色度量：孟赛尔表色系相邻色调间逐步过渡相同黄色Y 也有偏红黄YR 和偏绿黄GY 之分每种色调分为10 个等级，主色调和中间色调的等级均为5 。10Y 表示黄与黄绿的中间色，即淡黄绿色。孟赛尔表色系(镜像) 颜色产生的心理效果情绪感觉积极色：暖色调高亮度消极色：冷色调低照度温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果可达34大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重颜色产生的错觉视觉功效人借助于视觉器官完成视觉作业的效能称视觉功效。一般用完成作业的速度和精度来定量评价视觉功效。主要与视角、照度、亮度对比系数和识别时间有关。研究方法：实验研究识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率视觉功效曲线条件：识别几率95 舒适光环境评价适当的照度或亮度水平合理的照度分布舒适的亮度分布：适合的亮度对比很重要宜人的光色：影响对物体颜色的判别和人的心理感觉无眩光干扰光的方向性：使被视物体有立体感适当的照度或亮度水平亮度到一定程度后，反而会超过眼睛的适应范围。当物体亮度超过一定值时人眼会感到刺眼，不能工作。对于人眼视力而言，存在着最佳亮度。合理的照度分布照度分布应该满足一定的均匀性。视场中各点照度相差悬殊时，瞳孔就经常改变大小以适应环境，引起视觉疲劳。一般认为空间内的照度最大值、最小值与平均值的相差不超过1/6是可以接受的。照度均匀度工作面最低照度/工作面最高照度人工照明，照度均匀度需大于1/3 ；自然采光，照度均匀度需大于1/10 。有突出亮的面有突出暗的面亮度分布适宜眩光当视野内出现高亮度的光时, 使眼睛不能完全发挥机能，这种现象成为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，也就降低了眼睛的视觉敏感度。视力降低眩光：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高度上，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。眩光产生的原因不恰当的自然采光口，不合理的光亮度，不恰当的强光方向，都会在室内造成眩光现象。可能产生眩光的地方玻璃办公桌面局部照明的展板不恰当的工作面照明黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。光污染玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附件建筑的室内光环境。人工照明特点不受光气候影响不受建筑设计影响控制方便需要消耗大量电能增加夏天空调负荷人工光源种类热辐射光源：白炽灯、卤钨灯气体放电光源：荧光灯、节能灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高/低压钠灯光谱特点非连续多峰值白炽灯光效低色偏红灯丝高温(2300 K 以上) ，高亮度，有眩光寿命短无频闪现象调光性好耐频繁开关白炽灯的光谱特性卤钨灯光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高荧光灯光效较高，寿命长，显色性好，表面温度低所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，3358 lm/W 荧光高压汞灯光效高寿命长显色性差气体放电光源光谱低压钠灯的主要波长为589nm 的黄光，最接近555nm ，故发光效率最高。不同光源的光效照明方式局部照明(