第7講 建筑光環(huán)境課件

第六章

建筑光環(huán)境清華大學建筑學院建筑技術(shù)科學系2001年第7講建筑光環(huán)境光環(huán)境控制的意義

減少視覺疲勞，保證視覺健康和身心健康提高勞動生產(chǎn)率降低能耗人工照明能耗空調(diào)能耗2第7講建筑光環(huán)境90年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例3第7講建筑光環(huán)境光的性質(zhì)和度量

光的特征電磁波的一部分，光子的波動運動可見光和良好視覺的共同作用

在帶有多種光譜成分的光源中，如果某一部分占比例較大，就呈現(xiàn)出那個波長對應(yīng)的顏色。較短的波長為主較長波長為主4第7講建筑光環(huán)境光通量

物理意義：說明光源發(fā)光能力的基本量，能量單位。

定義：輻射體單位時間內(nèi)以電磁輻射的形式向外輻射的能量稱輻射功率或輻射通量(W)。光源的輻射通量中被人眼感覺為光的能量(波長380－780nm)稱為光通量。單位:流明(lumen，lm)。人眼在觀看同樣功率的輻射時,在不同波長時感覺到的亮度是不同的，人眼的這種特性用相對光譜光效率V(

)來表示。5第7講建筑光環(huán)境不同波長的相對光譜光效率

明視覺：V(

)max對應(yīng)波長555nm(黃綠光)，光效是680lm/W。暗視覺：V(

)max507nm(藍綠光)6第7講建筑光環(huán)境發(fā)光強度I

發(fā)光強度：表示光源光通量的空間密度定義：光源在某一方向的發(fā)光強度定義為光源在這方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量(和距離無關(guān))。單位：坎德拉(candela,cd)ds7第7講建筑光環(huán)境光通量相同，發(fā)光強度卻不同8第7講建筑光環(huán)境

定義：落在單位面積被照面上的光通量的數(shù)值。表示被照面被照射的程度。表達式：單位：勒克斯(lux,lx)，相當于1lm的光通量均勻分布在1m2的被照面上性質(zhì)：可疊加性。幾個光源同時照射被照面時，實際照度為單個光源分別存在時形成照度的代數(shù)和。照度E9第7講建筑光環(huán)境光源的發(fā)光強度與被照面的照度關(guān)系

已知點光源發(fā)光強度以及與被照面的距離，即可求得垂直于二者連線的被照面的照度：En＝I/r2

再通過三角轉(zhuǎn)換即可求得實際被照面的照度：E=Ensin

=(I/r2)

sin

線光源是點光源的積分疊加，面光源是線光源的積分疊加。原理相同。

IEr10第7講建筑光環(huán)境照度11第7講建筑光環(huán)境國際照明委員會CIE對不同作業(yè)和活動推薦的照度作業(yè)或活動類型照度范圍(lx)室外入口區(qū)域20~30~50短暫停留交通區(qū)50~75~100衣帽間、門廳100~150~200講堂、粗加工200~300~500辦公室、控制室300~500~750縫紉、繪圖、檢驗室 500~750~1000辨色、精密加工和裝配750~1000~1500手工雕刻、精細檢驗 1000~1500~2000手術(shù)室、微電子裝配 >200012第7講建筑光環(huán)境亮度L

定義：正在發(fā)光(或反光)表面的明亮程度。亮度是與眼睛感覺有關(guān)的量，取決于進入眼睛的光通量在視網(wǎng)膜物象上的密度。物理亮度：發(fā)光體在視線方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強度，尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt

主觀亮度：考慮背景亮度的作用視網(wǎng)膜只可承受16sb以下的亮度！13第7講建筑光環(huán)境亮度和照度有何區(qū)別？照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高14第7講建筑光環(huán)境亮度表達式當量面積dScos

dI

15第7講建筑光環(huán)境光源的亮度與被照面的照度關(guān)系

E＝Lsin

＝Acos/r2

LE

r光源面積A

16第7講建筑光環(huán)境光的傳播特性

光遇到介質(zhì)會發(fā)生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看見。

c

=

+

+

c17第7講建筑光環(huán)境

定向反射與透射材料：入射角＝反射角，透射方向與入射方向一致鏡面玻璃平板玻璃均勻擴散反射、透射材料粉刷涂料乳白玻璃反光和透光材料18第7講建筑光環(huán)境

定向擴散反射與透射材料：與入射角相同的反射角方向上、與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紙油漆表面磨砂玻璃反光和透光材料19第7講建筑光環(huán)境光問題與熱問題的比較

共同點

熱問題：相同條件下，投入能量越多，溫度就越高光問題：相同條件下，可見光區(qū)投入能量越多，亮度就越高不同點熱量守恒：熱源停止供熱，已有的熱量也不會消失；熱被材料吸收了仍然存在。亮度不守恒：光源停止發(fā)光，光就沒了；光被材料吸收了就不存在了，變成了熱。20第7講建筑光環(huán)境視覺與光環(huán)境

良好的光環(huán)境是保證視覺功能舒適有效的基礎(chǔ)什么是良好光環(huán)境？人們可以不必通過意識的作用強行將注意力集中到所要看的地方，就能不費力氣而清楚地看到所有搜索的信息獲得的信息與實際情況相符合背景中也沒有視覺“噪聲”干擾注意力21第7講建筑光環(huán)境眼睛的生理特點

視網(wǎng)膜的兩種感光細胞

亮度高于3nt(cd/m2)時主要由錐狀細胞發(fā)揮作用在亮度低于0.01nt時主要由桿狀細胞發(fā)揮作用，但不能分辨顏色絕對光閾：背景亮度為0時可識別的臨界亮度

目標越小要求越高呈現(xiàn)時間越短要求越高22第7講建筑光環(huán)境視野和視場水平方向單眼視野180

雙眼視野180

斜線區(qū)為單眼視野范圍，白色區(qū)為雙眼視野范圍。單眼向上60

，向下70

。23第7講建筑光環(huán)境視覺特征描述

亮度對比度亮度對比度對人眼看物體的清晰程度的影響24第7講建筑光環(huán)境視覺特征描述

視角視覺敏銳度：剛剛能分辨的視角的倒數(shù)25第7講建筑光環(huán)境視覺特征描述

視覺適應(yīng)26第7講建筑光環(huán)境顏色彩度RYGBP明度YGRPBRPYRGYBGPB

度量：孟賽爾表色系相鄰色調(diào)間逐步過渡相同黃色Y也有偏紅黃YR和偏綠黃GY之分每種色調(diào)分為10個等級，主色調(diào)和中間色調(diào)的等級均為5。10Y表示黃與黃綠的中間色，即淡黃綠色。27第7講建筑光環(huán)境孟賽爾表色系(鏡像)28第7講建筑光環(huán)境顏色產(chǎn)生的心理效果

情緒感覺積極色：暖色調(diào)＋高亮度消極色：冷色調(diào)＋低照度溫度感覺：紅熱藍冷，主觀溫差效果可達3~4℃

大小輕重感覺：明度影響。高明度者大而輕，低明度小而重29第7講建筑光環(huán)境顏色產(chǎn)生的錯覺33303730第7講建筑光環(huán)境視覺功效

人借助于視覺器官完成視覺作業(yè)的效能稱視覺功效。一般用完成作業(yè)的速度和精度來定量評價視覺功效。主要與視角、照度、亮度對比系數(shù)和識別時間有關(guān)。研究方法：實驗研究識別幾率：正確識別的次數(shù)與識別總次數(shù)的比率31第7講建筑光環(huán)境視覺功效曲線

條件：識別幾率95％32第7講建筑光環(huán)境舒適光環(huán)境評價

適當?shù)恼斩然蛄炼人?/p>

合理的照度分布舒適的亮度分布：適合的亮度對比很重要宜人的光色：影響對物體顏色的判別和人的心理感覺無眩光干擾光的方向性：使被視物體有立體感33第7講建筑光環(huán)境適當?shù)恼斩然蛄炼人搅炼鹊揭欢ǔ潭群?，反而會超過眼睛的適應(yīng)范圍。當物體亮度超過一定值時人眼會感到刺眼，不能工作。對于人眼視力而言，存在著最佳亮度。34第7講建筑光環(huán)境合理的照度分布照度分布應(yīng)該滿足一定的均勻性。視場中各點照度相差懸殊時，瞳孔就經(jīng)常改變大小以適應(yīng)環(huán)境，引起視覺疲勞。

一般認為空間內(nèi)的照度最大值、最小值與平均值的相差不超過1/6是可以接受的。照度均勻度＝工作面最低照度/工作面最高照度人工照明，照度均勻度需大于1/3；自然采光，照度均勻度需大于1/10。35第7講建筑光環(huán)境有突出亮的面36第7講建筑光環(huán)境有突出暗的面37第7講建筑光環(huán)境亮度分布適宜38第7講建筑光環(huán)境眩光當視野內(nèi)出現(xiàn)高亮度的光時,使眼睛不能完全發(fā)揮機能，這種現(xiàn)象成為眩光。在眩光下，瞳孔會縮小，以提高視野的適應(yīng)亮度，也就降低了眼睛的視覺敏感度。視力降低眩光：如白天眼睛正視太陽，太陽光直射工作面、夜間眼睛正視迎面而來的汽車燈光。不舒適眩光：一個很大的高亮度光源在接近視線的高度上，雖不會降低視力，但會引起視覺上的不舒適。如看陽光下的積雪等。39第7講建筑光環(huán)境眩光產(chǎn)生的原因

不恰當?shù)淖匀徊晒饪?，不合理的光亮度，不恰當?shù)膹姽夥较?，都會在室?nèi)造成眩光現(xiàn)象?？赡墚a(chǎn)生眩光的地方玻璃辦公桌面局部照明的展板不恰當?shù)墓ぷ髅嬲彰鼽S種人眼睛的黑色素較白種人的多，對眩光的忍受力比白種人強。白種人比黃種人的耐暗程度強。40第7講建筑光環(huán)境41第7講建筑光環(huán)境光污染

玻璃幕墻的反射眩光不僅會影響司機視力，而且還會干擾附件建筑的室內(nèi)光環(huán)境。42第7講建筑光環(huán)境人工照明

特點不受光氣候影響不受建筑設(shè)計影響控制方便需要消耗大量電能增加夏天空調(diào)負荷43第7講建筑光環(huán)境人工光源

種類熱輻射光源：白熾燈、鹵鎢燈氣體放電光源：熒光燈、節(jié)能燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高/低壓鈉燈光譜特點非連續(xù)多峰值44第7講建筑光環(huán)境白熾燈

光效低色偏紅燈絲高溫(2300K以上)，高亮度，有眩光壽命短無頻閃現(xiàn)象調(diào)光性好耐頻繁開關(guān)45第7講建筑光環(huán)境白熾燈的光譜特性46第7講建筑光環(huán)境鹵鎢燈

光效和壽命均高于白熾燈，燈絲溫度很高47第7講建筑光環(huán)境熒光燈

光效較高，壽命長，顯色性好，表面溫度低所謂節(jié)能燈就是緊湊型熒光燈，33~58lm/W48第7講建筑光環(huán)境熒光高壓汞燈

光效高壽命長顯色性差49第7講建筑光環(huán)境氣體放電光源光譜

低壓鈉燈的主要波長為589nm的黃光，最接近555nm，故發(fā)光效率最高。50第7講建筑光環(huán)境不同光源的光效表面溫度小空間適用51第7講建筑光環(huán)境照明方式一般照明分區(qū)一般照明局部照明混合照明52第7講建筑光環(huán)境局部照明(混合照明)53第7講建筑光環(huán)境分區(qū)照明(分區(qū)一般照明)54第7講建筑光環(huán)境人工照明設(shè)計中的燈具利用系數(shù)Cu

影響因素燈具類型燈具間隔各內(nèi)壁面反射率房間的長寬燈具到工作面的距離實用形式：查手冊中的表格55第7講建筑光環(huán)境天然采光

天然采光特點

節(jié)能：104lm/W

視覺效果好，不易導致視覺疲勞健康，連續(xù)的單峰值光譜滿足人的心理和生理需要難度大，受光氣候條件和建筑設(shè)計制約采光與遮陽有矛盾56第7講建筑光環(huán)境有無采光窗的心理影響57第7講建筑光環(huán)境人工照明效果58第7講建筑光環(huán)境天然采光效果59第7講建筑光環(huán)境天然采光原理

天然光＝直射光＋散射光。全云天只有擴散光。直射光隨太陽高度角增加而增加擴散光：散射光在太陽高度角較小時變化快，到太陽高度角較大時變化小。最不利天氣：全云天晴天室外照度變化60第7講建筑光環(huán)境天然采光標準

采光系數(shù)C定義：室內(nèi)某一點的天然照度

Ei

與同一時間的室外照度Eo

的比值。

C=(Ei/Eo)×100%在采光標準中，室外照度是指全云天時的天空擴散光。采光系數(shù)標準值：不同情況的視看對象要求不同的照度。一般將視覺工作分為1~5級，各級的天然照度最低值分別為250、150、100、50和25lx。61第7講建筑光環(huán)境天然采光標準

下面的采光系數(shù)乘以各光氣候分區(qū)的光氣候系數(shù)K，即可得各分區(qū)的采光系數(shù)。采光系數(shù)標準值53210.575321350250150100502501501005025d0.150.15<d0.30.3<d1.01.0<d5.0d>5.062第7講建筑光環(huán)境中國光氣候分區(qū)與光氣候系數(shù)IIIK=0.85K=1.0室外總照度年平均值31.46lxK=0.9室外總照度年平均值21.18lxK=1.2K=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV63第7講建筑光環(huán)境側(cè)窗采光64第7講建筑光環(huán)境側(cè)窗采光用于有外墻的房間65第7講建筑光環(huán)境

窗臺高度變高時,室內(nèi)深處的照度變化不大，近窗處的照度變化很大，而且出現(xiàn)拐點。66第7講建筑光環(huán)境窗臺高度不變,窗的上沿高度降低時的室內(nèi)照度的變化，近窗處照度變小，離窗遠處照度的下降明顯。67第7講建筑光環(huán)境不同類型玻璃的采光效果通過采用乳白色玻璃，玻璃磚等擴散透光材料，可以在一定程度上提高房間深處的照度68第7講建筑光環(huán)境不同側(cè)窗位置對室內(nèi)照度的影響平面圖剖面圖69第7講建筑光環(huán)境天窗采光用于內(nèi)區(qū)、中庭、頂層70第7講建筑光環(huán)境天然采光控制：節(jié)能