2021年一級建筑師物理與設(shè)備知識輔導(dǎo)：人工照明對光和色控制

1、2021年一級建筑師物理與設(shè)備知識輔導(dǎo)：人工照明對光和色控制 建筑室內(nèi)外環(huán)境不僅夜間需要人工照明，而且某些場合如無窗室內(nèi)及地下空間，白天也需依靠人工照明。另外，在室內(nèi)某些采光缺乏的區(qū)域，也需要輔助以人工照明來獲得合理的照度，改善照度均勻度。照明設(shè)計不僅要滿足生活、工作等視覺功能的要求，而且應(yīng)充分發(fā)揮照明設(shè)施的裝飾作用和光的藝術(shù)表現(xiàn)力。這種裝飾作用不僅表現(xiàn)在燈具本身的點綴和美化作用上，而且通過照明器與室內(nèi)外裝修構(gòu)造與色彩的有機結(jié)合，通過不同的照明構(gòu)圖和光的空間分布，可形成不同的光環(huán)境藝術(shù)效果。一、常用照明光源的種類、特性與使用場所一人工光源的種類二人工光源主要技術(shù)性能指標和使用場所1光通量：表示

2、光源的發(fā)光能力，單位是流明1m。據(jù)光通量大小可以將光源分為高、中、低三類。高的大于100001m，中等的為3000100001m，低的小于30001m.2發(fā)光效率：簡稱光效，指光源的光通量與其所消耗的電功率之比，單位是流明/瓦1m/W。3壽命：電光源的使用時間，單位為小時h。4平均亮度：光源亮度的平均值，單位為亮度單位坎德拉cd。5光源色：人們感覺到的光源的顏色，以色溫或相關(guān)色溫表示，單位是開爾文K。光源色分類及適用場所見表27。6顯色指數(shù)：長期工作或停留的房間或場所，照明光源的顯色指數(shù)不宜小于80，在燈具安裝高度大于6m的工業(yè)建筑場所，Ra可低于80，但必須能夠區(qū)分平安色。二、燈具的光特性與

3、分類燈具是光源、燈罩及其附件的總稱，又稱照明器。燈具能改變光源光通量的空間分布或光譜分布。燈具可以以其美觀的造型成為裝飾物。它還可起到防止眩光、保護視覺的作用。燈具還有防塵、防潮、隔離保護的作用。一燈具的光特性燈具效率指燈具發(fā)出的光通量與光源發(fā)出的總光通量之比。燈具效率與燈具的材料、形狀及清潔程度等有關(guān)。燈具的效率越高，節(jié)能效果越好，通常燈具效率不應(yīng)低于55%。假設(shè)把燈具各方向的發(fā)光強度以極坐標形式繪制在平面上，既是燈具的配光曲線。它表示燈具發(fā)光強度的空間分布狀態(tài)。通常配光曲線均按照光源發(fā)出1000lm光通量來繪制。當實際的光通量φ不是10001m時，應(yīng)乘以修正系數(shù)&p

4、hi;/1000。燈具的空間等照度曲線也是按燈具發(fā)出的光通量為10001m繪制的，按照燈到計算點的懸掛高度和燈到計算點的水平距離從圖上查出相應(yīng)的照度值，再乘以聲φ/1000就得出計算點的照度值。3.遮光角保護角光源下端和燈具下端的連線與水平線的夾角，稱為遮光角，如圖217所示。具有一定遮光角的燈具可以有效地控制眩光。假設(shè)燈具與眼睛的連線與水平面的夾角小于遮光角時，那么眼睛看不到光源。一般燈具的遮光角要求在15o30o之間。二燈具的分類燈具可以分為裝飾性燈具和功能性燈具兩大類。國際照明學(xué)會按光通量在空間上、下半球的分布將燈具分為以下幾類：其上半球的光通量占0%一10%，下半球占9

5、0%一100%。這種燈具效率很高，一般可達80%以上，且室內(nèi)外表的反射比對照度的影響較小，設(shè)備投資與維護使用費也小。缺點是頂棚暗，易形成眩光，陰影濃重。當工作面受幾個光源同時照射時，易造成重疊陰影。這類燈具具有60%90%的光通量向下方射出，燈具效率較高。由于有10%40%的光通量向上方射出，因此頂棚較亮，改善了室內(nèi)亮度分布，所造成的陰影也稍淡。這類燈具向上下空間射出的光通量大致相等，各占總光通量的40%一60%，使室內(nèi)具有良好的亮度分布，并防止眩光的產(chǎn)生。這類燈具在上半局部輻射的光通量約占60%90%，將頂棚作為主要照射面，增加了室內(nèi)反射光的比例，使房間光線柔和、均勻，不易形成眩光。這類燈具

6、有90%100%的光通量射向上方，向下方輻射的只有不到10%，光線擴散性很好，柔和而均勻，室內(nèi)根本無陰影，完全防止了眩光的影響。但光通量利用率很低，室內(nèi)外表光反射比對照度影響較大，設(shè)備投資及維護費用較高。三、照明方式燈具在空間的分布依據(jù)照明方式可分為以下幾大類：這是一種不考慮局部的特殊要求而使室內(nèi)具有均勻照度的照明方式。燈具是均勻地分布在被照場所的上空。這種照明方式適合于對光的投射方向無特殊要求如候車室，工作面上不存在需要特別提高視度的工作點如教室以及工作點很密或不固定的場所如超級市場營業(yè)廳，倉庫等。當室內(nèi)某些區(qū)域要求高于一般照明的照度時，可將燈具相對集中布置在這些區(qū)域，在不同的分區(qū)內(nèi)仍有各自

7、均勻的一般照明。此種照明方式稱為分區(qū)一般照明。例如，開敞式辦公室的辦公區(qū)與休息區(qū)；車間的工作區(qū)、過道、半成品區(qū)等，各自要求不同的照度，就可采用此種照明方式。在工作點附近，專為照亮工作面而設(shè)置燈具的照明方式，稱為局部照明。它常設(shè)置在要求高照度以滿足精細的視覺工作之場所，或?qū)饩€的方向性有特殊要求的部位。但通常不允許單獨使用局部照明，以免造成工作點與周圍環(huán)境亮度差異過大。在同一室內(nèi)既有一般照明，又有滿足某一局部特殊要求的重點照明。這種將一般照明與局部照明相結(jié)合的照明方式，稱為混合照明。在要求高照度時，這種照明方式比擬經(jīng)濟，是目前工業(yè)建筑與照度要求較高的民用建筑如圖書館中大量采用的照明方式。四、照明

8、設(shè)計注冊建筑師考試大綱要求考生了解建筑內(nèi)部視覺對光和色的控制，就是要求根據(jù)設(shè)計標準合理選用光源、燈具和照明方式，創(chuàng)造出照度與亮度分布合理，具有滿意的色彩的室內(nèi)光環(huán)境以滿足視覺、功能及室內(nèi)裝飾的要求。一照明設(shè)計標準1照度標準值是指工作或生活場所參考平面又稱工作面，當無其他規(guī)定時，通常指離地面0.75m高的水平面上的平均照度值；2照明照度標準值應(yīng)按以下系列分級：0.5，1，3，5，10，15，20，30，50，75，100，150，200，300，500，750，1000，1500，2000，3000和50001x；照明質(zhì)量包括一切有利于視功能及舒適感，易于觀看和平安美觀的亮度分布。眩光、顏色、均

9、勻度、方向性、擴散、亮度和亮度比照都影響視度和觀看的能力，因此是與照明質(zhì)量有關(guān)的因素，都應(yīng)在照明設(shè)計時予以考慮。1照度均勻度：照度均勻度指室內(nèi)最低照度與平均照度之比1公共建筑的工作房間和工業(yè)建筑作業(yè)區(qū)域的一般照明照度均勻度，不應(yīng)小于0.7，而作業(yè)面鄰近周圍的照度均勻度不應(yīng)小于0.5；2房間或場所內(nèi)的通道和其他非作業(yè)區(qū)域的一般照明的照度值不宜低于作業(yè)區(qū)域一般照明照度值的1/3；3有彩電轉(zhuǎn)播要求的體育場館，其主攝像方向上的照明應(yīng)符合以下要求：a場地垂直照度最小值與最大值之比不宜小于0.4；b場地平均垂直照度與平均水平照度之比不宜小于0.25；c場地水平照度最小值與最大值之比不宜小于0.5；d觀眾席

10、前排的垂直照度不宜小于場地垂直照度的0.25.2眩光限制眩光是在視野內(nèi)形成干擾視覺或使視覺不舒適或產(chǎn)生疲勞的高亮度。按照它形成的原因可分為直接眩光、反射眩光及光幕反射三類，在照明設(shè)計時應(yīng)加以限制。1直接眩光限制在?建筑照明設(shè)計標準?附錄A中，對公共建筑和工業(yè)建筑常用房間或場所的不舒適眩榮耀用統(tǒng)一眩光值UGR來評價。UGR與背景亮度、觀察者方向的每個燈具的亮度，每個燈具發(fā)光局部對觀察者眼睛所形成的立體角以及每個單獨燈具的位置指數(shù)有關(guān)。室內(nèi)一般照明控制直接眩光的方法是限制燈具的亮度。對于直接型燈具，為了限制直接眩光，照明設(shè)計標準對其最大遮光角提出要求。增大眩光源的仰角，即提高燈具的懸掛高度，也是限

11、制直接眩光的方法之一。2反射眩光的限制可用以下方法減少人工照明產(chǎn)生的反射眩光：a降低光源亮度，選用低亮度光源或在燈具內(nèi)使用適當?shù)恼诠饣驍U散材料；b改變燈具或工作面的相對位置，使鏡面反射光不射人眼睛；c提高環(huán)境照度，使引起反射的光源在識別物上形成的照度在總照度中所占的比例減少；d改變工作外表的反光特性，減弱鏡面反射引起的反射眩光。3光幕反射控制光幕反射是在視覺作業(yè)中由于鏡面反射與漫反射重疊出現(xiàn)的現(xiàn)象，將引起視度下降。減弱光幕反射的措施有：a使視覺作業(yè)與工作場所的外表為無光澤外表；b減少通過增加干擾區(qū)外的光來增加有效照度；c盡量使光線從側(cè)面來，以減少光帶反射。采用具有合理配光的燈具，可減少光幕反射

12、。例如，具有蝙蝠翼配光曲線的燈具引起的光幕反射最小，具有余弦配光曲線的燈具次之，而直接型燈具最易引起光幕反射。3光源顏色室內(nèi)照明設(shè)計可從光源色和物體色兩方面來考慮顏色問題，不同光源的相關(guān)色溫不同，將給人們以不同的冷暖感覺。1色溫照明光源的色表分組可按表214詳見?建筑照明設(shè)計標準?的表4.4.1選取。2顯色性照明光源的一般顯色指標Ra可按?建筑照明設(shè)計標準?的第五章的規(guī)定選取。表中的GR指眩光值。它是度量室外體育場和其他室外場地照明裝置對人眼所引起的不舒適感主觀反響的心理參量。其計算參看?建筑照明設(shè)計標準?附錄B.設(shè)計時選用光源的顏色應(yīng)與室內(nèi)外表的配色相協(xié)調(diào)，不應(yīng)違背色彩調(diào)和的原那么可參考建筑

13、設(shè)計資料集工中的第六局部。4反射比為了使室內(nèi)獲得良好的亮度分布，改善照明均勻度，室內(nèi)各界面材料的光反射比，可按表216選取。二照明設(shè)計標準中其他應(yīng)注意的事項我國?住宅建筑標準?GB50368-2021規(guī)定，10層及10層以上住宅建筑的樓梯間、電梯間及其前室應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。?建筑照明設(shè)計標準?中對于設(shè)置應(yīng)急照明的照度作出了相應(yīng)的規(guī)定：1疏散通道的疏散照明的照度值不低于0.51x；2平安照明的照度值不低于該場所一般照明照度值的5%；3備用照明的照度值除另有規(guī)定外，不低于該場所一般照明照度值的10%.1高度較低的房間，宜采用細管徑直管形熒光燈；2商店營業(yè)廳宜采用細管徑直管形熒光燈、緊湊型熒光盯或小功

14、率的金屬鹵化物燈；3高度較高的工業(yè)廠房，可采用金屬鹵化物燈或高壓鈉燈，亦可采用大功率細管徑燈；4一般照明場所不宜采用熒光高壓汞燈，不應(yīng)采用自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈；5一般情況下，室內(nèi)外照明不應(yīng)采用普通照明白熾燈；6以下場所可采用白熾燈：1要求瞬時啟動和連續(xù)調(diào)光的場所，使用其他光源技術(shù)經(jīng)濟不合理時；2對防止電磁輻射干擾要求嚴格的場所；3開關(guān)燈頻繁的場所；4照度要求不高，且照明時間較短的場所；5對裝飾有特殊要求的場所。1圖書館書庫的照明，尤其是存放珍貴資料處，應(yīng)選用含紫外線少或無紫外線輻射的光源；2餐廳及臥室的照明宜選用低色溫光源；3設(shè)計教室照明時，應(yīng)將熒光燈管的長軸垂直于黑板布置，以減少直接眩光的干擾

15、。五、照明計算當明確了照明設(shè)計的要求，選擇了適宜的照明方式，確定了所需的照度和各種照明質(zhì)量要求，選擇了相應(yīng)的光源和燈具類型之后，就要通過照明計算來確定所需的光源功率，或按照已預(yù)定的功率來核算室內(nèi)平均照度及某些特殊工作面的照度是否符合標準。一利用系數(shù)照度計算中常用利用系數(shù)法來計算。式中U利用系數(shù)，無量綱；φn投射到工作面上的有效光通量，1m，φn=φd+φρ，此處，φd為由燈具直接射到工作面的直射光通量；φρ為燈具發(fā)出的光經(jīng)過室內(nèi)其他外表的反射而到達工作面的反射光通量。

16、N燈具的數(shù)量；φ一個燈具內(nèi)光源發(fā)出的光通量，lm。燈具的利用系數(shù)表示有效光通量φn與照明設(shè)施總光通量Nφ之比值。二照明計算利用系數(shù)法知道了燈具的利用系數(shù)及光源的光通量，就可以依照式234來計算出工作面上的平均照度Eav，以核算是否滿足標準的要求。式中A工作面面積，。K維護系數(shù)，可查表217?建筑照明設(shè)計標準?中的表4.1.6。如，白熾燈，熒光燈用于臥室、辦公室、餐廳、閱覽室、繪圖室時K=0.75。常用燈具的利用系數(shù)，可在各種設(shè)計手冊中查找。三影響利用系數(shù)的因素直接型燈具由于輻射出的直接到達工作面的光通量φd較大，因此直接型燈具的利

17、用系數(shù)比其他類型的要高燈具效率越高，燈具利用系數(shù)也越大。工作面與房間其他外表相比的相對尺寸越大，那么其接受光通的時機就越多，利用系數(shù)也就越大。層高小，寬度大的房間與層高大，寬度小的房間相比，前者工作面上接受到的直射光通較大，利用系數(shù)也較高。室內(nèi)各外表，如頂棚、墻、地板等，它們的光反射比越高，經(jīng)由這些外表反射至工作面上的光通量就越大，因此，利用系數(shù)也越大。六、人工照明節(jié)能的一般原那么和方法據(jù)統(tǒng)計，我國照明用電占總發(fā)電量大約13%，因此，照明節(jié)電意義重大。照明節(jié)能的前提是不能降低照明質(zhì)量和標準。為了落實照明節(jié)能，?建筑照明設(shè)計標準?對居住建筑、辦公建筑、商業(yè)建筑、旅館建筑、醫(yī)院建筑、學(xué)校建筑以及工業(yè)建筑規(guī)定了照明功率密度值，分為現(xiàn)行值和目標值。所謂照明功率密度值LPD指的是單位面積上照明安裝功率包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器，單位為W/，詳見?建筑照明設(shè)計標準?第六章。其他照明節(jié)能的方法和措施包括：1選用發(fā)光效率高的光源和燈具及附件。例如，金屬鹵化物燈的發(fā)光效率比普通白熾燈高6倍，高壓鈉燈標準型的光效比白熾燈高10倍以上。應(yīng)當在可能的條件下，選用這些光源。2選用節(jié)能的照明方式，