建筑光环境

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41
光污染
玻璃幕墙的反 射眩光不仅会 影响司机视力， 而且还会干扰 附件建筑的室 内光环境。
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人工照明
特点
不受光气候影响 不受建筑设计影响
控制方便 需要消耗大量电能 增加夏天空调负荷
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人工光源
种类
热辐射光源：白炽灯、卤钨灯 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
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。
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以下的亮度！
13
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
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IV
II
III III
K=0.85 I
V IV
K=1.1
III
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侧窗采光
64
侧窗采光 用于有外墙的房间
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窗台高度变高时,室内深处的照度变 化不大，近窗处的照度变化很大，而 且出现拐点。
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窗台高度不变,窗的上沿高度降低 时的室内照度的变化，近窗处照度变 小，离窗远处照度的下降明显。
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不同类型玻璃的采光效果
照 度
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国际照明委员会CIE对不 同作业和活动推荐的照度
作业或活动类型
照度范围(lx)
室外入口区域
20 ~ 30 ~ 50
短暂停留交通区
50 ~ 75 ~ 100
衣帽间、门厅
100 ~ 150 ~ 200
讲堂、粗加工
200 ~ 300 ~ 500
办公室、控制室
300 ~ 500 ~ 750
缝纫、绘图、检验室
9
光源的发光强度与被照 面的照度关系
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
I
再通过三角转换即可求得
实际被照面的照度：
r
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
E
叠加。原理相同。
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亮度表达式
L
dI
dScos
当量面积 dScos
dI
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光源的亮度与被照面的 照度关系
光源 面积A
E＝L sin ＝Acos / r2
L
r
E
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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
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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
B 彩度
级均为 5 。10Y 表示黄
与黄绿的中间色，即淡
R
P
黄绿色。
27
孟赛尔表色系(镜像)
28
颜色产生的心理效果
情绪感觉
积极色：暖色调＋高亮度 消极色：冷色调＋低照度
温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果 可达3~4℃
大小轻重感觉：明度影响。高明度者 大而轻，低明度小而重
29
颜色产生的错觉
33 30 37
30
视觉功效
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。
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：正确识别的次数与识别总次数
的比率
31
视觉功效曲线
条件：识别几率95％
32
舒适光环境评价
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
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眼睛的生理特点
视网膜的两种感光细胞
亮度高于3 nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发
挥作用 在亮度低于0.01 nt时主要由杆状细胞发挥
35
有突出亮的面
36
有突出暗的面
37
亮度分布适宜
38
眩光
当视野内出现高亮度的光时, 使眼睛不能完 全发挥机能，这种现象成为眩光。 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。
视力降低眩光：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。
作用，但不能分辨颜色
绝对光阈：背景亮度为 0 时可识别的 临界亮度
目标越小要求越高
呈现时间越短要求越高
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视野和视场
180 双眼视野 水平方向单眼视野180
斜线区为单眼视野范围， 白色区为双眼视野范围。 单眼向上60 ，向下70 。
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视觉特征描述
亮度对比度
| C
Lt
Lb
|
L
Lb
Lb
亮度对比度对人眼看物体的清晰程度的影响
第六章
建筑光环境
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
2
90年代末上海市公共建 筑的一次能源消耗比例
% 空 调照 明热 水动 力 与 其 他
宾 馆 46.1 13.5 31
9.4
商 场 40.5 33.7 10.7 15.2
通过采用乳白色玻璃，玻璃砖等扩散透光材 料，可以在一定程度上提高房间深处的照度
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不同侧窗位置对室内照度的影响
平 面 图
剖 面 图
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天窗采光 用于内区、中庭、顶层
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天然采光控制：节能舒适
仅靠门窗天然采光的局限
天然采光受建筑设计制约 过强的光照导致不舒适
控制天然采光的方法
百页控制 光电玻璃控制 反射镜控制 天然采光与人工照明联合控制
5
不同波长的相对光谱光效率
明视觉：V()max 对应波长555nm (黄绿光)，光效是 680lm/W。
暗视觉：V() max 507nm (蓝绿光)
6
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
适当的照度或亮度水平 合理的照度分布 舒适的亮度分布：适合的亮度对比很重要 宜人的光色：影响对物体颜色的判别和人
的心理感觉 无眩光干扰 光的方向性：使被视物体有立体感
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适当的照度或亮度水平
亮度到一定程度 后，反而会超过眼 睛的适应范围。当 物体亮度超过一定 值时人眼会感到刺 眼，不能工作。对 于人眼视力而言， 存在着最佳亮度。
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百 页 控 制
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光电玻璃：根据室内照 度改变玻璃透光率
电解质层
被动反电极
锂离子
主动电光层
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利用反射镜：香港汇丰银行
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利用反射镜：香港汇丰银行
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利用反 射镜照 射内区
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利用反射镜 照射内区
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英国议会大厦
利用反光镜和 吊顶反射
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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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？
C=(Ei/Eo)×100%
在采光标准中，室外照度是指全云天时的天 空扩散光。
采光系数标准值：不同情况的视看对象要求 不同的照度。一般将视觉工作分为1~5级，各 级的天然照度最低值分别为250、150、100、 50 和25 lx 。
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天然采光标准
下面的采光系数乘以各光气候分区的光气候 系数K，即可得各分区的采光系数。
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合理的照度分布
照度分布应该满足一定的均匀性。视场中各点 照度相差悬殊时，瞳孔就经常改变大小以适应 环境，引起视觉疲劳。
一般认为空间内的照度最大值、最小值与平均 值的相差不超过1/6是可以接受的。
照度均匀度＝工作面最低照度/工作面最高照度 人工照明，照度均匀度需大于1/3；自然采光，
照度均匀度需大于1/10。
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荧光高压汞灯
光效高 寿命长 显色性差
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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。
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不同光源的光效
功率
小空间 适用
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照明方式
一般照明 分区一般照明
局部照明 混合照明
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局部照明(混合照明)
53
分区照明(分区一般照明)
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人工照明设计中的灯具 利用系数Cu
影响因素
灯具类型 灯具间隔 各内壁面反射率 房间的长宽 灯具到工作面的距离
实用形式：查手册中的表格
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天然采光
天然采光特点
节能：104 lm /W 视觉效果好，不易导
致视觉疲劳 健康，连续的单峰值
光谱满足人的心理和 生理需要 难度大，受光气候条 件和建筑设计制约 采光与遮阳有矛盾
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。
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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，都会在室内造成眩光现象。
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。
500 ~ 750 ~ 1000
辨色、精密加工和装配 750 ~ 1000 ~ 1500
手工雕刻、精细检验
1000 ~ 1500 ~2000
手术室、微电子装配
>2000
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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
办 公 楼 49.7 33.3 2.7
17
医 院 30.3 13.9 41.8
14
3
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
4
光通量
物理意义：说明光源发光能力的基 本量，能量单位。
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视觉特征描述
视角
tg1 d d
ll
视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数
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视觉特征描述
视觉适应
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颜色
Y YR
GY G
度量：孟赛尔表色系
R
相邻色调间逐步过渡
RP
相同黄色Y 也有偏红黄
BG
B P PB
YR和偏绿黄GY 之分
G 明度
每种色调分为10个等级， Y 主色调和中间色调的等
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有无采光窗的心理影响
57
人工照明效果
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天然采光效果
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天然采光原理
天然光＝直射光＋散射光。全云天只有扩散光。 直射光随太阳高度角增加而增加 扩散光：散射光在太阳高度角较小时变化快，
到太阳高度角较大时变化小。 最不利天气：全云天
晴天室外照 度变化
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天然采光标准
采光系数C
定义：室内某一点的天然照度 Ei 与同一时间 的室外照度Eo 的比值。
采光系数标准值
d0.15
250
5
350
7
0.15<d 0.3
150
3
250
5
0.3<d 1.0
100
2
150
3
1.0<d 5.0
50
1
100
2
d>5.0
25
0.5
50
1
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中国光气候分区与光气候系数
室外总照度年 平均值31.46 lx
K=0.9
室外总照度年
平均值21.18 lx
K=1.2
VLeabharlann Baidu
III
K=1.0
d
单位：坎德拉(candela, cd)
d
dS r2
ds
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光通量相同，发光强度 却不同
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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1m2的被照面上
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。
光谱特点
非连续 多峰值
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白炽灯
光效低 色偏红 灯丝高温(2300
K以上) ，高亮 度，有眩光 寿命短 无频闪现象 调光性好 耐频繁开关
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白炽灯的光谱特性
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卤钨灯
光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高
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荧光灯
光效较高，寿命长，显色性好，表面温度低 所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，33~58 lm/W
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
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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
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光问题与热问题的比较
共同点
热问题：相同条件下，投入能量越多，温