2021年清华大学建筑环境学08第8章建筑光环境-2006
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8
1.1 光的特性与基本光度单位
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683 lm/W。
暗视觉：V() max 510nm (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
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
I = I0 cos
21
1.2 光的反射与透射
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
22
光问题与热问题的比较
商场
其他
15%
热水
空调
11%
40%
办公楼
其他 热水 17% 3%
照明 34%
空调 48%
照明
32%
4
北京大型公共建筑能耗比例
宾馆
写字楼
电梯 9%
其他 18%
办公设备 4%
照明 25%
空调 44%
电梯 3%
办公设备 22%
其他 10%
商场
其他 10%
照明 28%
空调 37%
照明 40%
空调 50%
5
10
1.1 光的特性与基本光度单位
光通量 相同, 发光强度I却不同
11
1.1 光的特性与基本光度单位
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。
表达式： E = d
dS
单位：勒克斯(lux, lx)，相当于1 lm的光通量 均匀分布在1 m2的被照面上
1 ml
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380－780nm) 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。
第一节 光的性质与度量
1.1 光的特性与基本光度单位
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
7
1.1 光的特性与基本光度单位
光通量
物理意义：说明光源发光能力的基 本量，能量单位。
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
25
2.1 眼睛的视觉特征
眼睛的生理特点
视网膜的两种感光细胞
dI
16
1.1 光的特性与基本光度单位
亮度和照度有何区别？照了 不一定亮！
照度相同
反光材料，亮度高
吸光材料，亮度低
17
1.1 光的特性与基本光度单位
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：
E
=
I r2
cos
线光源是点光源的积分
叠加，面光源是线光源
的积分叠加。
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。
23
第二节 视觉与光环境
2.1 眼睛的视觉特征
I
r
E
18
1.1 光的特性与基本光度单位
光源的亮度L与被照面的照
度E关系 光源 面积A
L
r
E
=
L
cos
=
L
Acos cos
r2
E
19
1.2 光的反射与透射
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
20
1.2 光的反射与透射
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
下限：亮度阈限10-6 nt；上限： 16 sb＝16 万nt
亮度高于3 nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发 挥作用——明视觉
在亮度低于0.03 nt时主要由杆状细胞发挥 作用，但不能分辨颜色——暗视觉
0.03~3 nt——中间视觉，一般道路照明
26
2.1 眼睛的视觉特征
视野和视场
180 双眼视野 水平方向单眼视野180
波长为 的辐射通量的 比值，V( )
单色光谱光视效率
9
1.1 光的特性与基本光度单位
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)。 I = d
d
单位：坎德拉(candela, cd)
r
d
=
dS r2
出的发光强度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用 视网膜只可承受 16 sb以下单位
亮度表达式
L
=
dI
dA cos
当量面积 dAcos
第八章
建筑光环境
清华大学 建筑学院 建筑技术科学系 2006年
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
2
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
3
90年代末上海市公共建筑的 一次能源消耗比例
27
2.1 眼睛的视觉特征
对比感受性
亮度对比
C = | Lt − Lb | = L
Lb
Lb
对比敏感度
阈限对比， 随条件变化
Sc
=
1 C
=
Lb L
亮度对比对人眼看物体的清晰程度的影响 28
2.1 眼睛的视觉特征
1 m2
12
1.1 光的特性与基本光度单位
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。
13
照 度
14
1.1 光的特性与基本光度单位
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
1.1 光的特性与基本光度单位
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683 lm/W。
暗视觉：V() max 510nm (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
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
I = I0 cos
21
1.2 光的反射与透射
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
22
光问题与热问题的比较
商场
其他
15%
热水
空调
11%
40%
办公楼
其他 热水 17% 3%
照明 34%
空调 48%
照明
32%
4
北京大型公共建筑能耗比例
宾馆
写字楼
电梯 9%
其他 18%
办公设备 4%
照明 25%
空调 44%
电梯 3%
办公设备 22%
其他 10%
商场
其他 10%
照明 28%
空调 37%
照明 40%
空调 50%
5
10
1.1 光的特性与基本光度单位
光通量 相同, 发光强度I却不同
11
1.1 光的特性与基本光度单位
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。
表达式： E = d
dS
单位：勒克斯(lux, lx)，相当于1 lm的光通量 均匀分布在1 m2的被照面上
1 ml
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380－780nm) 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。
第一节 光的性质与度量
1.1 光的特性与基本光度单位
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
7
1.1 光的特性与基本光度单位
光通量
物理意义：说明光源发光能力的基 本量，能量单位。
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
25
2.1 眼睛的视觉特征
眼睛的生理特点
视网膜的两种感光细胞
dI
16
1.1 光的特性与基本光度单位
亮度和照度有何区别？照了 不一定亮！
照度相同
反光材料，亮度高
吸光材料，亮度低
17
1.1 光的特性与基本光度单位
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：
E
=
I r2
cos
线光源是点光源的积分
叠加，面光源是线光源
的积分叠加。
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。
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第二节 视觉与光环境
2.1 眼睛的视觉特征
I
r
E
18
1.1 光的特性与基本光度单位
光源的亮度L与被照面的照
度E关系 光源 面积A
L
r
E
=
L
cos
=
L
Acos cos
r2
E
19
1.2 光的反射与透射
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
20
1.2 光的反射与透射
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
下限：亮度阈限10-6 nt；上限： 16 sb＝16 万nt
亮度高于3 nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发 挥作用——明视觉
在亮度低于0.03 nt时主要由杆状细胞发挥 作用，但不能分辨颜色——暗视觉
0.03~3 nt——中间视觉，一般道路照明
26
2.1 眼睛的视觉特征
视野和视场
180 双眼视野 水平方向单眼视野180
波长为 的辐射通量的 比值，V( )
单色光谱光视效率
9
1.1 光的特性与基本光度单位
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)。 I = d
d
单位：坎德拉(candela, cd)
r
d
=
dS r2
出的发光强度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用 视网膜只可承受 16 sb以下单位
亮度表达式
L
=
dI
dA cos
当量面积 dAcos
第八章
建筑光环境
清华大学 建筑学院 建筑技术科学系 2006年
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
2
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
3
90年代末上海市公共建筑的 一次能源消耗比例
27
2.1 眼睛的视觉特征
对比感受性
亮度对比
C = | Lt − Lb | = L
Lb
Lb
对比敏感度
阈限对比， 随条件变化
Sc
=
1 C
=
Lb L
亮度对比对人眼看物体的清晰程度的影响 28
2.1 眼睛的视觉特征
1 m2
12
1.1 光的特性与基本光度单位
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。
13
照 度
14
1.1 光的特性与基本光度单位
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