建筑环境学-08光环境

第八章建筑光环境,2,主要内容,光的性质与度量视觉与光环境天然采光人工照明光环境控制技术的应用,3,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,4,90年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例,5,北京大型公共建筑能耗比例,第一节光的性质与度量,7,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。,较短的波长为主,较长波长为主,8,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380780nm)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。,9,不同波长的相对光谱光效率,光视效能K()描述光能和辐射能之间关系的量，单位lm/W明视觉：V()max对应波长555nm(黄绿光)，光视效能是683lm/W。暗视觉：V()max510nm(蓝绿光)单色光的光谱光视效率波长为555nm的辐射通量与视亮度感觉相等的波长为的辐射通量的比值，V(),单色光谱光视效率,10,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),r,11,光通量相同,发光强度I却不同,12,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1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上,照度E,13,照度E,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。,14,照度,15,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)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16sb以下的亮度！,16,亮度表达式,17,亮度和照度有何区别？照了不一定亮！,18,光源的发光强度I与被照面的照度E的关系,点光源的发光强度I与被照面照度E的关系：线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。,19,光源的亮度L与被照面的照度E关系,20,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。,c,=+c,21,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,22,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,23,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。,第二节视觉与光环境,25,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,26,眼睛的生理特点,视网膜的两种感光细胞下限：亮度阈限10-6nt；上限：16sb16万nt亮度高于3nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发挥作用明视觉在亮度低于0.03nt时主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色暗视觉0.033nt中间视觉，一般道路照明,27,视野和视场,28,对比感受性,亮度对比对比敏感度,亮度对比对人眼看物体的清晰程度的影响,阈限对比，随条件变化,29,视觉敏锐度,视角视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数,弧度,30,视觉适应,眼睛的适应过程,31,颜色,形成：光的波长不同，与光源以及被照物表面特性有关度量：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。,32,孟赛尔表色系(镜像),33,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34,34,颜色产生的错觉,333037,大小轻重感觉：高明度者大而轻，低明度小而重。,35,视觉功效,定义：人借助于视觉器官完成视觉作业的效能。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：识别几率实验研究识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率,36,视觉功效曲线条件：识别几率95,37,舒适光环境评价,适当的照度水平照度标准与照度分布舒适的亮度分布适合的亮度对比很重要适宜的显色性与色温影响对物体颜色的判别和人的心理感觉无眩光干扰,38,适当的照度水平,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。,人们感到满意的照度值,39,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。,40,有突出亮的面,41,有突出暗的面,42,亮度分布适宜,43,光源的色表与色温,光源的色表类别与用途,常见光源的色温蜡烛：2000K白炽灯：3000K荧光灯：5000K色温越高，舒适照度越高,44,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。,45,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。,46,47,光污染室外眩光,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。朝东的房间下午出现“西晒”？,第三节天然采光,49,天然采光特点,光效高：104lm/W视觉效果好，不易导致视觉疲劳健康，连续的单峰值光谱满足人的心理和生理需要难度大，受光气候条件和建筑设计制约采光与遮阳有矛盾,50,有无采光窗的心理影响,51,人工照明与天然采光的效果比较,52,天然采光能量分布,天然光直射光散射光。全云天只有扩散光直射光随太阳高度角增加而增加扩散光：散射光在太阳高度角较小时变化快，到太阳高度角较大时变化小。最不利天气：全阴天（云量为810）,晴天室外照度变化,53,天然光环境的评价方法,采光系数C（DaylightFactor）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。在采光标准中，室外照度是指全阴天时的天空扩散光。,54,天然采光标准,下面的采光系数乘以各光气候分区的光气候系数K，即可得各分区的采光系数。,55,中国光气候分区与光气候系数,III,K=0.85,K=1.0,室外总照度年平均值31.46lxK=0.9,室外总照度年平均值21.18lxK=1.2,K=1.1,V,V,I,II,III,III,III,IV,IV,56,侧窗采光,57,侧窗采光用于有外墙的房间,58,窗台高度变高时,室内深处的照度变化不大，近窗处的照度变化很大，而且出现拐点。,59,窗台高度不变,窗的上沿高度降低时的室内照度的变化，近窗处照度变小，离窗远处照度的下降明显。,60,不同类型玻璃的采光效果,通过采用乳白色玻璃，玻璃砖等扩散透光材料，可以在一定程度上提高房间深处的照度,61,不同侧窗位置对室内照度的影响,平面图,剖面图,62,天窗采光用于内区、中庭、顶层,63,采光系数计算法,侧窗采光线算图,其他K修正系数可查表,第四节人工照明,65,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,66,人工光源类型与特点,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,67,不同光源的光效,表面温度,小空间适用,68,白炽灯,光效低，1220lm/W色偏红灯丝高温(2300K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,69,白炽灯的光谱特性,70,卤钨灯,将卤族元素，如碘、溴等充入灯泡内，它能和游离态的钨化合成气态的卤化钨，延缓了灯丝的蒸发光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高光效达到20lm/W以上光谱特性同白炽灯,71,荧光灯,光效较高，寿命长，显色性好，表面温度低，60lm/W以上所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，可达70lm/W,72,光效高，50lm/W寿命长显色性差,荧光高压汞灯,73,金属卤化物灯,光效可达80lm/W以上显色性也有很大改进寿命较短单灯功率大,74,低压钠灯与高压钠灯,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。,高压钠灯的光谱分布特性,75,LED灯半导体发光二极管,理论光效125lm/W理论寿命10万小时，实际寿命25万小时目前的问题单灯功率低显色性不够好光效不够高价格高,76,照明方式,一般照明,分区一般照明,局部照明,混合照明,77,一般照明,78,局部照明与混合照明,79,分区一般照明,80,人工照明设计中的灯具利用系数Cu,影响因素灯具类型灯具间隔各内壁面反射率房间的长宽灯具到工作面的距离实用形式：查手册中的表格,第五节光环境控制技术的应用,82,天然采光控制：节能舒适,仅靠门窗天然采光的局限天然采光受建筑设计制约过强的光照导致不舒适控制天然采光的方法百页控制光电玻璃控制反射镜控制光导管与光导纤维天然采光与人工照明联合控制,83,5.1百页控制,84,被动反电极,主动电光层,电解质层,锂离子,5.2光电玻璃根据室内照度改变玻璃透光率,85,反射镜采光香港汇丰银行,86,利用反射镜照射内区,87,利用反射镜照射内区,88,利用反光镜和吊顶反射,英国议会大厦,89,光导管,光导管系统采光部分导光部分，一般由三段导光管组合而成，内壁为高反射材料，反射率95%，可旋转弯曲重叠来改变导光角度和长度；散光部分，系统底部装有散光部件，可避免眩光现象的发生。,90,凸透镜光纤集光系统,凸透镜课追踪太阳光线，利用紫外线、可见光与近红外线的聚焦点