建筑物理光学篇

•第一部分 光学基础知识
•1. 1 人的眼睛与视觉
1.1.1光的范围 1.1.2人眼的基本构造 1.1.3人眼的视觉特点
颜色感觉 光谱光视效率☆ 视野范围 明暗视觉
•在明环境中形成的视觉感觉，形成明视觉； •在暗环境中形成的视觉感觉，形成暗视觉；
•明视觉
•只有明暗感觉无颜色 感觉，无法辨认物体
•锥状细胞
I25~45°=25cd，求灯下桌面上1、2 两点处的照度。
【解】：由 点处的照度分别
式可得1、2两
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
1.2.1基本光度单位
亮度：发光体在视线方向上，单位投影面积发出的发光 强度。
物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小 ，就感到它越亮，即亮度越大。
兴趣 观察 应用
课程考核
考试成绩 平时成绩
——建筑实例光学分析（论文或ppt形式），课堂提问。
•主要内容
•1 •建筑光学基本知识 •2 •天然采光 •3 •建筑照明 •4 •建筑光学小专题 •5 •光学实验
光环境设计
光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、物理学、美学、生理学、心理 学、人工工效等等，它既是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。
细节；
•辨认物体细节，具有
•暗视觉 颜色感觉，对外界变 •杆状细胞
化的适应能力强；
课堂视觉实验： 盯住中心的黑点不动，注意两侧颜色的变化的情况，并解释原因。
课下思考：解释如下光学视觉现象。
•第一部分 建筑光学基础知识
1.1 人的眼睛与视觉 1.2 光的度量单位以及相互关系 1.3 材料的光学性质 1.4 视度及其影响因素
•Em=10000×0.25×i=2500lx
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
1.2.2 基本光度单位比较
颜色
度量：孟赛尔表色系 相邻色调间逐步过渡 相同黄色Y 也有偏红黄YR和偏
绿黄GY 之分 每种色调分为10个等级，主色
调和中间色调的等级均为 5 。10Y 表示黄与黄绿的中间 色，即淡黄绿色。
•透镜 水晶体：具有自动聚焦功能，使外界景物都能在视网膜上成像。
视网膜：视觉感受部分，布满感光细胞，影像在此形成。 •胶片 感光细胞：接收光刺激，转换为神经冲动，分为锥状细胞、杆状细胞。
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 人的眼睛与视觉
1.2.1人眼的基本构造
锥状细胞☆： 分布在视网膜中央部位，称黄斑区域； 中央窝锥状细胞的密度最大； 在明环境中起作用-色觉、敏锐度； 对环境的明暗变化反映迅速，暗环境不起作用。
•0.78
•Φ=683×10.3×V589 • =683×10.3×0.78
• =5487lm
•589nm
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
•1.2.1基本光度单位 •光通量
•复色光Φ=Km∫Φe,λiV(λi) • 或者Φ=Km∫Φe,λV(λ)dλ
发光强度
立体角的概念 =S/r2 sr
•遮挡区域
•双眼共同 视看范围
•中心视场，黄斑对 应区域，几乎没有
杆状细胞
•单眼视看 最大范围
•第一部分 光学基础知识
•1. 1 人的眼睛与视觉
1.1.1光的范围 1.1.2人眼的基本构造 1.1.3人眼的视觉特点
颜色感觉 光谱光视效率☆ 视野范围 明暗视觉
•视野范围在建筑设计中的应用 •电影院观影厅设计
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
照度和亮度的关系
照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系
•而
•得
•所以有
•整个发光面在0点形成的照度是
•均匀亮度是有 •立体角投影定律
光源的亮度与被照面的照度关系
E＝L sin ＝Acos / r2
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
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
1.2.1基本光度单位
发光强度与照度之间的关系
照度：Ε =Φ/Α 发光强度： Ι =Φ/Ω
Ι =Φ/A/r2=Φr2/A=E*r2 所以，E= Ι/r2
•Y •YR
•GY •G
•BG
•R •RP
•B •P •PB
•G •明度
•Y •B •彩度
•R
•P
孟赛尔表色系(镜像)
杆状细胞☆： 分布在中央以外的区域； 在暗环境中起决定作用； 只有明暗感觉，没有色感觉和细部感觉； 对环境的明暗感觉变化，反映缓慢。
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 人的眼睛与视觉
1.2.1人眼的基本构造 1.2.2人眼的视觉特点
颜色感觉 光谱光视效率☆ 视野范围 明暗视觉
•人眼在光看同样功率的可见辐射时，对于不同的波 长感觉到的明亮程度不同。就是我们通常说的醒目 不醒目。
光环境设计主要包括： （1）天然光环境设计 充分利用昼光照明和渲染气氛，不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，
也是人们在生理和心理上感到舒服满意的关键因素。 （2）人工光环境设计 建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用人工照明，为了使建筑
物在白天和夜晚都能同样的使用和美观，掌握一些人工光环境的设计方法和实 践经验尤为重要。 优良人工光环境的设计要靠建筑师、室内设计师、电气工程师和设备工程师密切合 作，但建筑设计师应发挥主导作用。
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)
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
•例题：已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光， 设其辐射量为10.3w，试计算出它发出的光通量。
面
照度
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 500 ~ 750 ~ 1000
•光谱光视效率，就是用来表示人眼睛对 可见光的明亮程度的一组数值。
•
•光谱光视效率 •表示在特定的光度条件下， 获得相同视觉感觉时，两个 单色辐射通量之比。
•V(λ)=φm/φ
•Φm，表示视感觉最大的单色光的辐射通
量。
•555nm
•第一部分 光学基础知识
•1. 1 人的眼睛与视觉
1.1.1光的范围 1.1.2人眼的基本构造 1.1.3人眼的视觉特点
照度与点光源在这方向的发光强度成正 比，与光源的距离平方成反比。
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
1.2.1基本光度单位
发光强度与照度之间的关系
E= Ι/r2
问题：前面已经知道40w白炽 灯正下方的光强是30cd，其正 下方1米处的照度是多少lx？
光源的发光强度与被照面的照度关系
用符号L表示，单位：熙提，sb
Lα=Ια/Acosα
太阳亮度20万sb，蓝天0.2~2.0sb，白炽灯灯丝亮 度300~500sb。
亮度表达式
•
•当量面积 dScos
•dI
亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观 所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面 亮度有关外，还与所处环境的明暗程度有关 。于是，将亮度分为两种，前者称为“物理亮 度(或称亮度)”，后者称为“表观亮度(或称明 亮度)”。
颜色感觉 光谱光视效率☆ 视野范围 明暗视觉
•受到眼睛结构以及在面 部位置的影响，眼睛的视 看范围是有局限的。
•第一部分 光学基础知识
•1. 1 人的眼睛与视觉
1.1.1光的范围 1.1.2人眼的基本构造 1.1.3人眼的视觉特点
颜色感觉 光谱光视效率☆ 视野范围 明暗视觉
•视觉清楚 区域
• 人双眼不动的视觉范围： 水平180°，垂直130°，上 方60°，下方70°。
建筑物理光学篇
基本情况
16周，32学时，建筑实验课2次；
为啥学？
建筑设计息息相关。 建筑技术的一部分，属于学科交叉的部分，大片未知领域，值得深入研究。 注册考试的必考内容。
巴拉干 热情的色彩 美化的墨西哥
水立方 科技与建筑的结合 人工光线的应用
北京奥运会柔道馆 光的可持续利用理念
怎么学？
用符号φ表示，单位：流明（lm）
单色光 Φ=Km * Φe,λ * Vλ
Φe，λ 波长为λ的单色辐射光通量，W；
Vλ 可见光光谱光视效率,描述人眼对不同波长单色光的视 亮度感受性的差异 ；
•例题：已知低压钠灯 发出波长为589nm的单 色光，设其辐射量为 10.3w，试计算出它发 出的光通量。
•解
Km 最大光谱光视效能,在明视觉时，Km为683lm/w。
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
1.2.1基本光度单位
光通量Φ 发光强度Ι 照度Ε 亮度L
☆
☆
☆
☆
•第一部分 光学基础知识
•1. 2 光的度量单位以及相互关系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2.1基本光度单位
光通量：表示光源发出光能的多少，是光源的一个基 本参数 。它的前提是人眼对光的感觉量为基准。