1、第6章 建筑光环境,光环境基本度量及各参数使用对象和相互联系,知识要点：,人与视觉环境的关联 室内一般天然采光概念 人工光源和灯具的光学特性基础 人工光环境质量与评价 人工照明节能措施概略,第6章 建筑光环境 知识框架,材料的光学特性,颜色的基本概念,人眼的视觉特征,光气候与采光标准,采光及天然光环境,人工光源及其灯具,照明方式和照明种类,人工光环境质量与评价,建筑光环境,视觉环境,天然光环境,光学基本知识,视觉功效,照明对视觉的影响,天然光环境设计,人工光照明,光与颜色基本知识,人工照明节能,室内工作照明设计基础,6.1 光与颜色的基本知识 6.1.1 光学基本知识,光是以电磁波形式传播的辐
2、射能。,1。光的基本特性,什么是光,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。,单一波长的光呈现一种颜色。不同波长的光在视觉上形成不同的颜色。,日光和灯光都是由不同波长的光混合而成的复合光，复合光中，不同波长光参数的量值关系形成了“光谱”。,6.1.1 光学基本知识,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视效率V()来表示。,光谱光视效率,1。光的基本特性,明视觉：V()max对应波长555nm (黄绿光),暗视觉：V()max为 507nm (蓝绿光),定义：光源在单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能
3、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到的光的能量(波长380780nm)称光通量。,物理意义：衡量光源向四周发射光的能力的大小,光通量/流明(lm),6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,光强度I(又称光强、发光强度)/坎德拉(1cd=1lm/sr),立体角：,点光源/均匀扩散：,物理意义：反映光源在空间上的能量分布。衡量灯具受灯罩影响在不同方向上的发光能力,定义：光源在照射方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,光通量相同，发光强度却不同，其值,与灯具性质有关。,光通量与光强度,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,均匀
4、照射时,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。,物理意义：衡量受照面上的光强度，相当于1 lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上，常用于了解工作面或工作室所具有的光强度（光环境）。,光照度E/勒克斯(1lx=1lm/m2),6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,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。,已知点光源发光强度I以及与被照面的距离r，则垂直于二者连线的被照面的照度为：,光强度与光照度,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,E=Encos = (I / r2) cos ,例6-2,定义：发光体在视线方向单位
5、投影面积上的发光强度。称为该发光体的表面亮度.,一定面积内：,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,光亮度L/尼特、熙提(1nt=1cd/m2,1sb=104nt,1asb=1/nt),物理意义：是引起视感的物理量。取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度/物象照度.,光亮度是将某一正在发射光线的表面的明亮程度定量表示出来的量,在光度单位中,它是唯一能引起眼睛视感觉的量.物体表面在各个方向的物理亮度不一定相同。,物理亮度：发光体在视线方向上单位面积的发光强度 主观亮度：视感所感受到的亮度(受背景亮度影响),6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,光亮度L/尼特、熙提(1nt=1cd/m2,
6、1sb=104nt,1asb=1/nt),sb,光源的亮度与被照面的照度关系,受照面上的照度与亮度：,立体角投影定律，表明发光表面在被照面上形成的照度，仅与发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体角投影有关，与发光表面的面积无关。,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,光亮度(nt)与光照度(lx),光通量,发光强度I,照度E,亮度L,光源,光源,受照面,光源、受照面,描述对象,量纲：,lm,1cd=lm/sr,1lx=lm/m2,1nt = lm/(srm2)=cd/m2,与视感密切的相关参数,评价光环境的主要参数,评估光源发光能力参数,反映灯具空间发光能力,使用场合,1sb = 104nt
7、,1asb =1/ cd/m2,定义：,6.1.1 光学基本知识,2。光的量度,小结,亮度(cd/m2),光遇到介质会发生反射、透射和吸收，并遵守能量守恒定律：,6.1 光的性质与度量 6.1.2 材料的光学特性,视感的形成来自于物体表面的反射光和透射光。 光问题与热问题的共同点：,热问题：相同条件下，投入能量越多，温度就越高。,光问题与热问题的不同点：,光问题：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高,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。,光照射与热辐射,定向扩散反射,混合反射,均
8、匀漫反射,定向反射,镜面玻璃 抛光金属面 平板玻璃,粉刷涂料 乳胶漆 乳白玻璃,粗糙金属面 光滑纸 磨砂玻璃 油漆表面,c类材料的理想情况,规则反射（又称定向反射）：入射角反射角，透射方向与入射方向一致,定向扩散反射：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，透射雷同,6.1 光的性质与度量 6.1.2 材料的光学特性,1。反射,6.1 光的性质与度量 6.1.2 材料的光学特性,2。透射,能清晰看清背侧光源和物象 如透明材料,模糊看清光源 如磨砂玻璃,模糊看清背侧光源，且亮度均匀 如透明玻璃涂白漆,完全看不清背侧光源和物象，量度均匀 如乳白玻璃,6
9、.1 光的性质与度量 6.1.2 材料的光学特性,3。折射,光的折射规律：,光的散色：,因折射将白光中各频率不同的单色光分离形成各种颜色,6.1 光的性质与度量 6.1.3 颜色的基本概念,1。颜色的特性,颜色的形成：,不同波长组成的光在视觉上反映出不同的颜色,白色光是由各种波长光辐射均匀分布所致 物体颜色是由于照射到物体表面后，因表面对不同波长的吸收率不同所致，物体吸收率较差的波长（即反射率较高）所对应的颜色便是物体呈现的颜色,色调H(色别、色的相貌)：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。,6.1 光的性质与度量 6.1.3 颜色的基本概念,1。颜色的特性,颜色的三属性：,如：红
10、、橙、黄、绿、青、蓝、紫,明度V(明暗、深浅程度)：相对明暗的视感觉的特性，它是物体反射比大小的度量，反射比大的物体明度则高。明度主要决定于物体反射率的高低。无彩色则仅此属性,黄色调的明度最高，紫色调的明度最低,色调H：各彩色彼此区分的视感觉的特性，它取决于光的波长。 明度V：相对明暗的视感觉的特性，它是物体反射比大小的度量，反射比大的物体明度则高。无彩色则仅此属性 彩度C(饱和度)：色彩的纯洁度（即色彩的饱和度，或鲜艳度），混合色成分越多，其彩度就越低。彩度主要决定于物体反射率光谱选择性。,1。颜色的特性,颜色的三属性：,6.1.3 颜色的基本概念,3。光源的颜色,光源的色温,定义：标准黑体
11、加热升温时颜色由红浅红橙黄白蓝白蓝变色时的温度作为光源的色温。,热辐射光源：最接近标准黑体 非热辐射光源：可采用相关色温表示,6.1.3 颜色的基本概念,光源的显色性,何谓显色性：光源显现物体颜色的特性，即物体色在不同照明条件下的颜色感觉发生变化的特性,即逼真程度。 显色性研究方法：选用参照标准（以接近日光的色温为基准，低温：接近早晨、傍晚日光，高温：接近中午日光） 显色性定量：显色指数Ra，100：显色性最好； 80100：显色性优良；5079：显色性一般；50显色性较差。,3。光源的颜色,No.22,6.1.3 颜色的基本概念,4。色彩效应对主观的影响营造光环境氛围,情绪感觉：积极色：暖色
12、调高亮度；消极色：冷色调低照度。 温度感觉：主观温差效果可达34 大小轻重感觉：高明度者大而轻，低明度小而重,色适应是人们工作、学习、生活中对照明光色度感觉的偏爱,1。眼睛,瞳孔：光圈作用,感光细胞：亮度高于3 nt(cd/m2)时（明视觉）主要由锥体细胞发挥作用辨色作用；在亮度低于0.01 nt时（暗视觉）主要由杆体细胞发挥作用，但不能分辨颜色感光作用,色盲锥体细胞功能性损坏,水晶体：透镜作用(有自动聚焦功能),视觉功能的完成,6.2 视觉环境 6.2.1 人眼的视觉特征,视网膜：胶卷作用,2。亮度阈限视觉阈,6.2 视觉环境 6.2.1 人眼的视觉特征,里科定律：亮度面积常数 目标越小要求
13、越高,邦森一罗斯科定律：亮度时间常数 呈现时间越短要求越高,视觉阈亮度：视觉可以忍受的亮度上限，一般:106cd/m2,6.2 视觉环境 6.2.1 人眼的视觉特征,3。韦勃定律 描述：刚能察觉的刺激变化 I 与刺激水平 I 的比值是常数：,客观物理量,主观心理量,推论：人的视觉能力与其所处的环境亮度（背景亮度）密切相关,4。视野,6.2.1 人眼的视觉特征,中心视野：偏离视野中心30物体在中心凹成像(锥杆细胞集中处)，清晰度最高，可辨色辨细部,双眼视野/同时看到： 水平： 120；垂直：与单眼相同,单眼视野/综合视野：水平： 180；上60 ，下70,5。对比敏感度,6.2.1 人眼的视觉特
14、征,亮度阈限对比：能使正常人引起视知觉的最小亮度对比为,物体,背景,亮度对比度：,均匀漫反射,对比敏感度：,6。视觉敏锐度和视觉速度,6.2.1 人眼的视觉特征,视力/视觉敏锐度：辨认目标或细节的敏锐程度,视角定义,视觉速度：物体出现到形成视知觉所需时间的倒数1/t。,1001000lx：E 1/t,运动物体的识别需有足够的照度,1000lx：E1/t上升不大,l=5m,d=1.46mm =1: 视力正常,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。 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
15、次数与识别总次数的比率,考虑25%的偶然性,同样光环境中的不同视标的对比次数,6.2 视觉环境 6.2.2 视觉功效,基本概念,视角,视觉功效曲线,同样视角：CE,6.2 视觉环境 6.2.2 视觉功效,条件：识别几率95,同样的视觉功效：E C E 同样的视觉功效，天然光所需照度低于人工光 对视觉功效影响的还有：年龄、视力、操作熟练程度等生理因素,亮度对比度,6.2 视觉环境 6.2.2 视觉功效,视觉功效特性,6.3 天然光环境 6.3.3 天然光环境设计基础,基本概念 采光设计通过采光窗的面积和布置等的设计，通过采光系数的计算，预测由此所营造的室内光环境是否符合标准规定的各项指标。 采光
16、计算主要指采光系数的设计计算和校核计算，前者是预测，后者是验证，目的是修正采光设计或改造设计。 天然光环境设计包含采光设计，同时还包含室内各表面的亮度、色彩等的规划与设计，室内光的遮光、控光、以及眩光避免等的设计,1。设计内容、2。设计原则,6.4 人工照明 6.4.1 人工光源,光通量/lm 反映光源的发光能力。,1。电光源性能指标,光源色表/K 反映光源所呈现的色调。,发光效率（光效）/lm/W 光源发出的光通量与其消耗的电功率之比反映光源的节能性。,平均亮度/sb 反映光源产生眩光的可能性。,显色指数 反映光源照射下物体呈现颜色的逼真性。,寿命/h 反映光源的使用（或更换）周期。 电费/
17、元 反映光源的经济性（使用费用）。 设备费/元 反映光源的经济性（投资费用）。 其它特性 发热量、所需附件等等。,6.4 人工光环境 6.4.1 人工光源,种类,2。电光源的种类,热辐射光源：白炽灯、卤钨灯,光谱特点区别于自然光 非连续 多峰值,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,不同电光源性能比较,热辐射,气体放电,表面温度,小空间适用,2。电光源的种类,不同电光源发光能力比较,6.4.1 人工光源,灯丝高温(2300 K以上) ， 高亮度，有眩光,光效低 色偏红 寿命短 无频闪现象 调光性好 耐频繁开关,白炽灯,2。电光源的种类,荧光灯,光效较高，寿命长，显
18、色性好，表面温度低所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，3358 lm/W,6.4 人工光环境 6.4.1 人工光源,2。电光源的种类,荧光高压汞灯,光效高寿命长显色性差,卤钨灯,光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高,2。电光源的种类,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。,高压钠灯光谱分布,金属卤化灯光谱分布/日光色镝灯,2。电光源的种类,6.4 人工光环境 6.4.1 人工光源,6.4.2 灯具/各种灯具,格栅灯具-办公室照明,高天棚照明灯具-厂房、公共设施,光纤照明-装饰照明,热辐射光源,气体放电光源,投光灯具-室外照明,筒灯灯具-商业照明,3。
19、电光源的选择,6.4 人工光环境 6.4.1 人工光源,选择原则 根据所需的光环境选用合理的电光源性能参数，以创造舒适的光环境，如色温、显色指数等。舒适 在获得同样的发光能力的同时，选择高效节能灯，即选择光效高的电光源。 节能运行 在满足舒适的光环境与光效的同时，降低一次投资成本。 初投资低,在两个扁圆吸顶灯下有工作台P1和P2，如果光源为100W白炽灯,光效为12.5，求P1和P2点的照度（不计反射光的影响）,解：灯具在P1形成的照度为： E1-1=I0cos0/r2=130cos0/42=8.125(lx),计算灯具在P1形成的照度:,6.4.2 照明灯具,1。灯具的光特性,配光曲线：发光
20、强度的空间分布,反映发光能力,6.4.2 照明灯具,1。灯具的光特性,灯具效率,反映灯具的经济性,表6-16 荧光灯、高强度气体放电灯的下限灯具效率/%,建筑照明设计标准GB50034-2004规定：,遮光角和亮度分布：,反映视觉舒适性,No.23,照明TAB5-2+新建筑物理TAB2.3-12,光强分布,6.4.2 照明灯具,2。灯具分类,3。灯具选择原则与光源类似,1。照明方式,6.4 人工光环境 6.4.3 照明方式和照明种类,确定原则： 舒适 节能运行 初投资低,1。照度水平,6.4 人工光环境 6.4.4 人工光环境质量及其评价标准,以介绍建筑照明设计标准GB50034-2004为主
21、,照明数量：室内工作面上的照度值。按视觉工作规定。04年标准比92年标准有所提高，舒适性提高。例如教室：150 lx/旧300 lx/新 照明均匀性：规定表面最小照度与平均照度之比一般照明不宜小于0.7。 照明功率密度LPD：单位建筑使用面积的照明总安装功率，W/m2。04年新标准出台。节能目标是现行的80%。,照明量,照明质,照明经济性,照度水平的合理选择,6.4 人工光环境 6.4.4 人工光环境质量及其评价标准,1。照度水平,不同场合，照度要求不同。E满意率、成本应兼顾房间使用目的、舒适性与经济性确定合理的照度。,2。适宜的亮度分布,6.4 人工光环境 6.4.4 人工光环境质量及其评价
22、标准,亮度对比越大易产生眩光；容易视觉疲劳 室内各表面亮度比、照度比应按适宜选择，见前述。 被观察物亮度应控制在相近环境的3倍；室内各表面亮度应低于被观察物亮度的1/10。 窗户、灯具亮度应控制在被观察物亮度的40倍以内。,3。光源的色温与显色性,6.4.4 人工光环境质量及其评价标准,营造光环境气氛的主要参数。,3000K色温：温暖亲切,4000K色温：严肃振奋,通过选择合理的光源和照明方式实现,眩光特点：在视野内出现高亮度的光时, 使眼睛不能完全发挥机能的现象。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。,La、La-Lb过大,眩光,不舒适、烦恼、视觉疲劳,眩光
23、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。,4。眩光及其它(见p.339),6.4.4 人工光环境质量及其评价标准,通常有直接眩光、间接眩光、失能眩光、不快眩光,天然-人工光源比较,6.4 人工光环境 6.4.4 人工光环境质量及其评价标准,天然光优于人工光可从视觉功能曲线中看到。其视觉工作能力在1005000lx时高410%。 天然光光谱连续，健康、连续的单峰值光谱满足人的心理和生理需要，视觉效果。人工光可能非
24、连续、多峰值，色差不平衡，易产生视觉疲劳。 难度大，受光气候条件和建筑设计制约 采光与遮阳有矛盾,6.4.5 室内工作照明基础,基本概念：,照明设计不仅仅包含光源、灯具、照明方式的选择与设计，还包含照明的配电灯设计工作。 眩光避免主要靠正确选择灯具类型(如漫射材料灯罩)、数量、室内合理的亮度分布设计、灯具布置等措施实现。 照明设计计算原理利用灯具实际布置方式获得工作面上的理论平均照度，将所有灯具、房间尺寸及其光特性灯结构影响因素归结称利用系数Cu，将灯具的维护使用影响因素归结为维护系数K，利用Cu、K修正理论平均照度。并将此照度与标准值对比，不断调整灯具布置与形式，直至达到标准值为止。,理论平均照度：,实际平均照度：,1。节能照明设备的选择 2。合理的照明工程设计 3。充分利用天然采光 4。照明系统与空调系统的结合 5。照明设备运行管理,6.4 人工光环境 6.4.6 人工照明的节能措施,绿色照明宗旨：,为满足对照明质量和视觉环境条件的更高要求，充分运用现代科技手段提高照明工程设计水平和方法，提高照明器材效率来实现照明节能。而不是靠降低照明标准来实现节能。,
