建筑环境与能源测试技术 第4版 课件 第7章 建筑光环境参数测量

2026/8/151第7章建筑光环境参数测量Measurementofarchitecturallightingenvironmentparameters学习目标通过本章内容的学习，充分了解光的强度对人类生活的影响程度，了解照明的基本要求，为做好照明节能打下基础，提升学生的工程服务能力。学习要求了解掌握光的基本特性及物理量度的基本知识，掌握光环境质量的评价标准，了解和掌握光环境测量的方法和常用的仪器。重点难点重点：光通量、照度、发光强度和光亮度的定义和物理含义难点：建筑环境中不同场所光环境的评价标准。本章导航7.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用的仪器7.6室内光环境的现场测量目录7.1光源天然光源人工光源人工光环境中使用的光源为照明用的电光源。电光源按其发光机理可分为：热辐射光源：依靠通电加热钨丝，使其处于炽热状态而发光。气体放电光源：依靠放电产生的气体离子发光。固态光源（LED）：依靠电子流经固体晶片时，电子复合产生的能量发光。评价电光源的指标包括：反映其能耗特性的光效反映其照明性能的显色性。太阳直射光:

方向性强，形成明显阴影。天空扩散光:

弥漫，无方向性，无阴影。在建筑采光设计中提到的天然光往往指的是天空扩散光，它是建筑采光的主要光源。工作房间常需要遮蔽直射光。天然光是太阳辐射的一部分，它具有光谱连续且只有一个峰值的特点。符合人眼生理心理习惯。天然光的光效大概在95~105lm/W左右，因此比绝大多数的室内使用的电光源的光效都高。7.1光源不同光源效能对比(lm/W)光源类别光效（lm/W）天然光（自然光）95~105LED灯（高效光源）0~100荧光灯（传统节能）50~80传统白炽灯（低效）10传统白炽灯荧光灯LED灯7.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用的仪器7.6室内光环境的现场测量目录7.2光的性质光具有一定的能量，是电磁波的一部分，光子的波动运动人的视觉是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。电磁波波谱图

可见光波长380~780nm，不同波长呈现不同颜色。380nm(紫)—780nm(红)较短的波长较长的波长7.2光的性质在建筑光学中用光通量、发光强度、照度和亮度等参数表示光源和受照面的光特性；用光影深浅、立体感强弱来表示建筑物表面和被观察物体的亮度差别；用光的吸收、反射、散射、折射、偏振等来表示光线从一种介质进入另一种介质时的变化规律；用发射或反射光谱、亮度和色度坐标来表示光源色和物体色的基本特性。建筑采光和照明技术就是根据建筑物的功能和艺术要求，利用上述光、影、色的基本特性，创造良好的建筑光环境。

7.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用的仪器7.6室内光环境的现场测量目录7.3光的物理量度辐射度量:客观物理量，不考虑人眼视觉。光度量:

考虑人眼视觉效果的生物物理量。辐射度量是光度量的基础，光度量由辐射度量导出。光度量参数:

光谱光效率、光通量、照度、发光强度和亮度。1光谱光效率V(λ)定义：描述人眼对不同波长的光具有不同视觉灵敏度的函数。表示人眼对某一波长λ的光的视觉响应程度。最大值为1，出现在具有最佳视觉效果的波长处。偏离该波长时,光谱光效率将小于1。国际照明委员会制定统一标准，提出标准眼睛的光谱光效率。标准眼睛的光谱光效率明视觉光谱光效率：在555nm波长处（黄绿色）视觉效果最高，即最明亮。暗视觉光谱光效率：最高视觉效果发生在507nm波长处（蓝绿光）。CIE光度标准观察者光谱光效率7.3光的物理量度2光通量(Φv)定义：光通量（Luminousflux）是指光源在单位时间内发出的辐射能量中，能够被人眼感知（产生视觉、波长380－780nm）的那部分能量。它体现了光源发出的“光”的强弱。单位:流明(lumen，lm)。40W的LED灯光通量=8000lm物理意义：光通量是衡量光源发光能力的基本量。它反映了光源向周围空间发射的、能被人眼感知的光能量的速率。7.3光的物理量度3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。相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上。单位:勒克斯(lux,lx)。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。

物理意义：是照明设计和评价中最常用的指标。7.3光的物理量度4发光强度(I)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)。

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。

IE7.3光的物理量度5光亮度(简称亮度，L)定义：发光体表面在某一方向上的光强密度，即单位投影面积上的发光强度。它描述了光源或反射面的明亮程度。

单位:尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt“视亮度”：眼睛直观感觉到的一个物体表面的发光强度。与背景光亮度有关，是一个心理量。当量面积dAcos

发光体亮度/(nt)发光体亮度/(nt)太阳表面2.25×109从地球表面观察月亮2500从地球表面(子午线)观察太阳1.6×109充气钨丝白炽灯表面1.4×107晴天的天空(平均亮度)800040W荧光灯表面5400微阴天空5600电视屏幕1700~3500几种发光体的亮度值照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高亮度和照度有何区别？照了不一定亮！7.3光的物理量度几个物理参数汇总物理量定义单位物理意义光通量(Φv)光源发出的总光量流明(lm)衡量光源的发光能力照度(E)被照面接收的光通量密度勒克斯(lx)衡量被照面的照明程度发光强度(I)光源在特定方向的光通量密度坎德拉(cd)衡量光源的光强分布光亮度(L)发光面在特定方向的光强密度尼特（ntcd/m²)衡量物体表面的明暗程度7.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用的仪器7.6室内光环境的现场测量目录7.4光环境质量评价标准目标:保障视觉功效，使人能轻松、准确、快速地完成视觉任务，确保“看得清”。在视觉和心理上均感到舒适，避免眩光、频闪等干扰，确保“看得爽”。有利于身心健康，例如通过合理的天然采光调节生物钟，促进生理节律。评价因素:用户意见+物理指标。核心依据:各国照明规范、标准、设计指南。综合考量:视觉功效、视疲劳、劳动效率、经济性。适当的照度水平照度标准我国的照度标准照度均匀度空间照度舒适的亮度比宜人的光色，良好的显色性避免眩光干扰评价的物理指标：适当的照度水平照度标准1制定照度标准的依据：视觉功效：确保完成任务所需的最低照度，关注使用者对环境明暗的心理满意度。

劳动效率：营造舒适、愉悦的光环境，维持长时间工作的效率。视觉疲劳：避免因照度不足或分布不均导致的视疲劳。经济性：综合平衡照明系统的初投资成本与长期运行能耗，实现绿色节能。照度的满意度调查结果照度范围/lx作业或活动的类型20~30~50室外入口区域50~75~100交通区、简单地判别方位或短暂逗留100~150~200非连续工作用的房间,例如工业生产监视、贮藏、衣帽间、门厅200~300~500有简单视觉要求的作业,如粗加工、讲堂300~500~750有中等视觉要求的作业,如普通机加工、办公室、控制室500~750~1000有较高视觉要求的作业,如缝纫、检验和试验、绘图室750~1000~1500难度很高的视觉作业,如精密加工和装配、颜色辨别1000~1500~2000有特殊视觉要求的作业,如手工雕刻、很精细的工件检验>2000极精细的视觉作业,如微电子装配、外科手术CIE对不同作业和活动推荐的照度我国照度执行标准为《建筑照明设计标准》(GB/T50034—2024)适当的照度水平照度与视疲劳、劳动生产率的关系存在最佳照度范围。我国成年人:理想照度约2000lx，最低不应低于1000lx。小学生:理想照度约1000lx，最低不应低于200lx。我国成年人相对视疲劳和劳动生产率与照度的关系我国小学生相对视疲劳与照度的关系儿童视觉系统尚未发育成熟，视网膜更为娇嫩，对光照条件的变化比成人更为敏感。不同光源，照度对相对视疲劳和生产率的影响也不一样。相对视疲劳和劳动生产率与照度的关系白炽灯荧光灯2适当的照度水平照度均匀度《建筑照明设计标准》(GB/T50034—2024)中对照度均匀度规定为：一般场所：不低于0.4；长时间工作场所：不低于0.6；高视觉要求场所：不低于0.7;区域：一般非工作区域(例如交通区)不低于工作区域的1/3;相邻房间之间的平均照度变化不应超过5:1。空间照度判别照明效果：人的容貌是否清晰、自然。垂直照明比水平面的照度更重要。两个空间照明水平的物理指标：平均球面照度与平均柱面照度。平均柱面照度更实用。34舒适的亮度比视野影响:周围视野亮度影响中心视野视觉。适应亮度:

周围视野亮度应与中心视野亮度协调。主要表面亮度:均匀分布影响空间形象感。亮度比要求:作业邻近环境亮度≤作业亮度，最好≥1/3作业亮度。周围环境平均亮度≥1/10作业亮度。灯具和窗户亮度≤40倍

作业亮度。亮度与照度/反射比:

亮度=照度

×

反射比。宜人的光色,良好的显色性颜色形成原理：可见光不同波长辐射形成光源颜色，物体色由反射比和光源决定颜色主观属性：色调、明度和彩度。颜色心理效果：合理颜色使人放松、兴奋，单调颜色易引发不安和乏味感。光源颜色选择：不同氛围选不同色温光源，如温馨场所用低色温暖光。光源显色性要求：印染车间等需精确辨色的场所要求光源显色性好。避免眩光干扰定义：视野内出现高亮度光时,眼睛不能完全发挥机能，这种现象称为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，会降低眼睛的视觉敏感度。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。危害：眩光是一种环境污染。能引起人视觉疲劳、会影响劳动生产率甚至造成严重事故,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。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。发光体角度与眩光关系正确投光方向与造型立体感强调投光方向对造型效果的影响投光方向影响造型光线方向性过强或过弱都会影响物体造型的呈现。01造型效果影响因素光的投射方向和直射光与漫射光比例决定造型效果。02建筑照明设计关键确保整个空间产生良好造型立体感，适应室内活动需求。03造型效果评价指标需建立定量指标和测量方法，指导光环境设计。047.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用的仪器7.6室内光环境的现场测量目录照度计：光的“度量衡”照度计工作原理硒光电池受光产生光电效应，光电流与照度成正比。01照度计线性度要求照度计读数与受光面光通量成正比，关系呈直线。02照度计光谱灵敏度要求光探测器光谱灵敏度需与V(λ)一致，否则测量有误差。03照度计余弦修正要求加余弦校正器修正倾斜照射时光电流误差。04照度计常用类型有硒光电池和硅光电池照度计，硅光电池稳定性好。05照度计量等级要求照度测量应采用不低于一级的光照度计。06照度计的原理、要求与类型原理图实物图照度计：光的“度量衡”核心功能:测量照度(单位:勒克斯lx)基础原理:光电效应—将光能转换为电信号典型元件:

硒光电池：传统技术、对红外敏感、稳定性、线性相对较差。

硅光电池(太阳能电池)：高光电转换效率、对红外长波辐射敏感、光谱峰值接近V(λ)峰值、稳定性、线性好。适合电子放大电路组成结构:光度探头测量/转换线路示数仪表精度与分辨率要求：

计量等级:不低于一级(允许误差

±4%)或二级(允许误差

±8%)。推荐:采用不低于一级的光照度计。分辨率:不应低于待测值的1/100。意义:保证测量结果的可靠性和可重复性。亮度计：感知“亮”的程度分类、要求与注意事项遮筒式亮度计原理通过筒内光电池接收光亮为L的光源照射，计算亮度。010203040506透镜式亮度计原理物镜成像，光辐射分路进入目视系统和光探测器。亮度计量等级要求亮度测量应采用不低于一级的亮度计。亮度计光谱响应度要求仪器光谱响应度分布与CIE明视觉光谱光效率一致。亮度计红外紫外响应控制光度计应对红外和紫外辐射无响应，避免测量误差。亮度计使用注意事项使用时要按说明书操作，定期校准，避免各种因素影响。亮度计：感知“亮”的程度遮筒式亮度计：测量大面积高亮目标原理:利用遮光筒限制视场，测量窗口接收到的光通量。结构:黑色无光泽内壁+光阑+窗口(面积A)+光电池(C)。计算公式:原理图实物图透镜式亮度计：瞄准小目标或远距离目标原理:

物镜收集光线->成像于带孔反射镜。

一路经目镜观察(用于瞄准)。

一路通过小孔、积分镜进入探测器。视角:一般0.1°~2°，可调。适用:测量小面积或远距离目标的亮度。特点:通常带有目视系统，便于瞄准。原理图实物图7.1光源7.2光的性质7.3光的物理量度7.4光环境质量的评价标准7.5光环境测量常用仪器7.6室内光环境的现场测量目录7.6室内光环境的现场测量—概述4了解测量的目的、条件与报告内容测量目的检测照明效果、总结经验、确定是否需要改装维修。测量主要内容包括工作面照度、室内表面亮度、反射比和颜色等。测量条件选择天然采光宜在全阴天测量，照明设施开灯100h后测。测量报告内容记录灯镇流器信息、房间图纸、电压、表面颜色等。测量仪器要求建议采用精度为二级以上的照度计和亮度计。132547.6室内光环境的现场测量—照度测量照度计精度分级：一级精度允许误差±4%，二级精度允许误差±8%。测量误差来源灯本身变化、电网电压波动、环境温度变化等导致误差。数字跳动处理方法设电子补偿线路补偿响应值，使响应值基本不变。照度测量法

《照明测量方法》GBT5700-2023掌握照度测量的精度、误差处理、布点与测量方法方法13247.6室内光环境的现场测量—照度测量平面照度测量法：布点：网格中心布点法注意事项：测试多个区域时，不同区域应分别设置测量网格；测量人员应远离接收器，并保证其无任何阴影；测量规定表面的照度，应将接收器放置该规定表面上；测量垂直照度或光谱辐照度，应按设计要求设置接收器高度，方向应与测试方向一致。网格中心布点示意图半柱面照度测量法：

按照设计要求设置接收器高度，可选择以下方法之一进行测量：采用半柱面照度计，其光度探头测量面法线应与所测试垂直照度方向一致；测量三个方向垂直照度,按下式计算半柱面照度,其中垂直照度Ev1方向应与所测试半柱面照度方向一致。Esc≈0.5Ev1

+0.25(Ev2

+Ev3)柱面照度测量法：

按照设计要求设置接收器高度，可选择以下方法之一进行测量：采用柱面照度计直接测量；测量4个方向的垂直照度，如图7-13所示，再按式（7-10）计算柱面照度：7.6室内光环境的现场测量—亮度测量：捕捉视觉焦点目的:

了解室内亮度分布，识别视觉重点和潜在眩光源。测量位置:

选择典型观察位置(如主要作业位置、观察点)。测量高度:通常站姿1.5m，坐姿1.2m。测量表面:视觉作业对象、背景、环境对观察者重要的垂直面灯具本身、窗户注意事项：选择典型位置在工作条件下进行。将测量得到的数据直接标注在从同一个位置、同一个角度拍摄的室内照片上或以测量位置为观测点的透视图上测量方法：

间接法：目视比较法：

通过测量照度来确定发光面的亮度：

直接法：通过测量受光面的照度,依据照度和亮度的关系式,求得被测发光面的亮度。7.6室内光环境的现场测量定义:室内某点照度与同时同地点室外照度的比值。测量: