2012建筑光学1讲解
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扩散反射和透射
均匀扩散材料 均匀扩散反射材料有氧化镁、石膏等。但大部分无光泽、粗糙的
建筑材料，如粉刷、砖墙等都可以近似地看成这一类材料。 均匀扩散透射材料有乳白玻璃和半透明塑料等，透过它看不见光
源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上的变化，常将 它用于灯罩、发光顶棚，以降低光源的亮度。用矢量表示的亮度 和发光强度分布见图；实线为亮度分布，虚线为发光强度分布。
均匀扩散材料表面的亮度公式计算： 反射材料 透射材料
朗伯余弦定理
定向扩散材料
某些材料同时具有定向和扩散两种性质。它在定向反射(透射)方 向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。这种材料的 亮度和发光强度分布见图。图中实线表示亮度分布，虚线表示发 光强度分布。这种材料如：有光滑的纸、较粗糙的金属表面、油 漆表面等。
环境。 人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，其中约
有80%来自光和视觉。 建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的光环境。
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。
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
发Байду номын сангаас强度和照度的关系
具有相同的立体角 光通量相同 A1：A2：A3=1：4：9
以一个点光源为例，寻找发 光强度和照度的关系
推广到一般情况 ：
与
联立
——距离平方反比定律
例题
如图所示，在距离桌面2米处挂 一只40w白炽灯，设在白炽灯
【解可】得：1、由2两点E处的rI2照co度s分式别
建筑光环境1光学基本知识
• 眩光是在视野中由于亮度的分布或亮度范 围不适宜，或存在着极端的对比，以致引 起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力 的视觉现象。
• 眩光就是通常所说的“晃眼”,它会使人感 到刺眼,引起眼睛酸痛、流泪和视力降低， 甚至因明暗不能适应而丧失明视能力。
• 分类
– 失能眩光：如白天眼睛正视太阳、夜间眼睛正视 迎面而来的汽车灯光。
亮度反映该 发光体在人 眼视线方向 上单位面积 发出的发光 强度。
若光源照射 物体N，人看 N。
则照度反映 研究表面接 收到的发光 强度。
亮度反映人 眼感觉到的 研究表面反 射的发光强 度。
5.2 亮度表达式
由于物体表面亮度在各方向不一定相同，与 表面法线成角方向上的亮度（假设角方 向上射束截面A的发光强度 I 均相等时）：
1.视角不变时，对比的不足，可增加照度来弥补。 2.目标愈小（视角愈小），需要的照度愈高。 3.天然光比人工光更有利于视度的提高。
4.识别时间
在一定条件下，亮度×时间＝常数（邦森-罗斯科定律）
即呈现时间越少，越需要更高亮度才能引起视感觉。故识别移 动对象，时间短促而辨认困难时，照度标准需提高。
5.避免眩光
• 混合反射与透射材料—— 同时具有规则和扩散两种 性质
– 与入射角相同的反射角方向 上、与入射方向一致的透射 方向上有最大亮度，其它方 向也有一定亮度
– 例子：光滑的纸、较粗糙的 金属表面、油漆表面及磨砂 玻璃（注意与压花玻璃不同）
– 应用：办公桌表面材质
可见度及其影响因素
人眼辨认物体存在或形状的难易程 度称为可见度（视度） ，定量表示 人眼看物体的清楚程度
（3）视网膜：成像部位，光线经过瞳孔、水晶体在视网 膜上成像。相当于胶卷。视网膜上布满了感光细胞。
• 眩光就是通常所说的“晃眼”,它会使人感 到刺眼,引起眼睛酸痛、流泪和视力降低， 甚至因明暗不能适应而丧失明视能力。
• 分类
– 失能眩光：如白天眼睛正视太阳、夜间眼睛正视 迎面而来的汽车灯光。
亮度反映该 发光体在人 眼视线方向 上单位面积 发出的发光 强度。
若光源照射 物体N，人看 N。
则照度反映 研究表面接 收到的发光 强度。
亮度反映人 眼感觉到的 研究表面反 射的发光强 度。
5.2 亮度表达式
由于物体表面亮度在各方向不一定相同，与 表面法线成角方向上的亮度（假设角方 向上射束截面A的发光强度 I 均相等时）：
1.视角不变时，对比的不足，可增加照度来弥补。 2.目标愈小（视角愈小），需要的照度愈高。 3.天然光比人工光更有利于视度的提高。
4.识别时间
在一定条件下，亮度×时间＝常数（邦森-罗斯科定律）
即呈现时间越少，越需要更高亮度才能引起视感觉。故识别移 动对象，时间短促而辨认困难时，照度标准需提高。
5.避免眩光
• 混合反射与透射材料—— 同时具有规则和扩散两种 性质
– 与入射角相同的反射角方向 上、与入射方向一致的透射 方向上有最大亮度，其它方 向也有一定亮度
– 例子：光滑的纸、较粗糙的 金属表面、油漆表面及磨砂 玻璃（注意与压花玻璃不同）
– 应用：办公桌表面材质
可见度及其影响因素
人眼辨认物体存在或形状的难易程 度称为可见度（视度） ，定量表示 人眼看物体的清楚程度
（3）视网膜：成像部位，光线经过瞳孔、水晶体在视网 膜上成像。相当于胶卷。视网膜上布满了感光细胞。
1建筑光学概念及原理
建筑物理环厦门大学嘉庚学建筑光学原理光学原理建筑物理环厦门大学嘉庚学光学原理建筑室内外环境在光的参与下的形、色、质的研究。
意义：功能性——保证正常使用；艺术性——表现建筑环境的艺术性。
策略：选取适当的照明方式与照度水平；充分利用自然光，合理使用人工照明。
建筑物理环厦门大学嘉庚学建筑光学原理1、视觉机制2、光度量3、材料的光学性质4、颜色5、视觉和光环境质量评价一、建筑光学原理1、昼光的基本性质2、采光窗3、基本采光计算二、天然光环境1、电光源类型及其特性2、照明设计及基本计算三、人工光环境建筑物理环厦门大学嘉庚学建筑光学原理光谱光谱功率曲线——复合光中各波长的光线的功率所形成的曲线。
不同光谱的色光混合决定了光本身的颜色，也决定了被照射物体的表观颜色。
自然光光谱白炽灯光谱建筑物理环厦门大学嘉庚学光学原理光源、物体——视网膜成像并产生光刺激脉冲信号——大脑解读分析，产生视觉建筑物理环厦门大学嘉庚学光学原理集中在黄斑区域(2°)，分为红、绿、蓝三种，分别对相应颜色的光敏感，在明视觉时发挥主要作用，响应迅速，对颜色、细节敏感；杆体细胞——分布于黄斑周围区域，在暗视觉时发挥主要作用，响应慢，颜色、细节敏感性差，以感光为主。
建筑物理环厦门大学嘉庚学建筑光学原理1、视觉机制1.3视觉活动特点：视野——“中心视野”黄斑-2°；清楚区域30°；可是范围；光谱光视效率——人对相同辐射功率的光具有不同明亮程度的感觉；明、暗视觉——明亮环境下对555nm 左右的黄绿光更敏感，其光谱光视效率用V （λ）表示；昏暗环境下，对507nm 左右的绿色光较敏感，其光谱光视效率用V （λ’）表示；建筑物理环厦门大学嘉庚学光学原理思考：以右图台灯为例，说一说有哪些内容来描述台灯营造的光环境？建筑物理环厦门大学嘉庚学光学原理光谱光视效率随波长分布不同，不能直接用辐射通量（瓦）多少比较，只能化成相当于555nm 标准光通量进行比较。
建筑光学基本知识
(cd/m2)
01
假设在表面的一点处有面元dS(图中线AB)，与dS的法线成θ 角方向的发光强度为dIθ ，则dS在这方向的正投影面积为dSCOSθ (图中线CD)。这时眼睛看到的dS上的亮度L为
2、光亮度和视亮度
02
(cd/m2)
式中的亮度称为光亮度（物理亮度），它是一个客观物理量。我们所感受到的物体明亮程度除了与物体表面亮度有关外，还与我们所处的环境的明暗程度有关，称为表观亮度。亮度的主观量，称为视亮度或主观亮度。它是一个心理量，没有量纲。因此光亮度和视亮度是有区别的。
(六)光视效能 眼睛在可见光的范围内眼睛对每一波长的感受性也不是均等的。眼睛对某一波长的光的敏感度称为光视效能。对波长为555nm的黄绿光，眼睛的感受性最高。国际照明委员会(CIE)根据大量的实验结果，将视亮度感觉相等的波长为λm和λ的两个辐射通量之比，定义为波长λ的单色光的光谱光视效率(也称视见函数)，以V(λ)表示。 λm选在最大比值等于1处，即λ＝555nm处， V(λ) ＝l，其他波长的V(λ)均小于l。这就是明视觉光谱光视效率。在较暗的环境中(适应以λ＝510nm的蓝绿光最为敏感．按照这种特定光环境条件确定的V(λ)函数称为暗视觉光谱光视效率。
为以P点为顶点的dS1所张的立体角
则S1在P点处产生的照度为:
进行积分后得到:
进行换算后得到:
表明发光面在受照面上产生的照度，仅与发光面的亮度及其在受照面上的立体角投影有关，而与发光面的面积的绝对值无关。S1和S1COSα的面积不同，但由于它们对受照面形成的立体角投影相同，因此只要它们的亮度也相同，它们对S2形成的照度就会一致。
第二节 光度量 光环境的设计与评价离不开定量的分析和说明，这就需要借助于一系列的物理度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有光通量、照度、发光强度和亮度。 一、光通量 Φ 光通量是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量(辐射功率)。根据这—定义，光通量可以由辐射通量及V(λ)函数导出：
01
假设在表面的一点处有面元dS(图中线AB)，与dS的法线成θ 角方向的发光强度为dIθ ，则dS在这方向的正投影面积为dSCOSθ (图中线CD)。这时眼睛看到的dS上的亮度L为
2、光亮度和视亮度
02
(cd/m2)
式中的亮度称为光亮度（物理亮度），它是一个客观物理量。我们所感受到的物体明亮程度除了与物体表面亮度有关外，还与我们所处的环境的明暗程度有关，称为表观亮度。亮度的主观量，称为视亮度或主观亮度。它是一个心理量，没有量纲。因此光亮度和视亮度是有区别的。
(六)光视效能 眼睛在可见光的范围内眼睛对每一波长的感受性也不是均等的。眼睛对某一波长的光的敏感度称为光视效能。对波长为555nm的黄绿光，眼睛的感受性最高。国际照明委员会(CIE)根据大量的实验结果，将视亮度感觉相等的波长为λm和λ的两个辐射通量之比，定义为波长λ的单色光的光谱光视效率(也称视见函数)，以V(λ)表示。 λm选在最大比值等于1处，即λ＝555nm处， V(λ) ＝l，其他波长的V(λ)均小于l。这就是明视觉光谱光视效率。在较暗的环境中(适应以λ＝510nm的蓝绿光最为敏感．按照这种特定光环境条件确定的V(λ)函数称为暗视觉光谱光视效率。
为以P点为顶点的dS1所张的立体角
则S1在P点处产生的照度为:
进行积分后得到:
进行换算后得到:
表明发光面在受照面上产生的照度，仅与发光面的亮度及其在受照面上的立体角投影有关，而与发光面的面积的绝对值无关。S1和S1COSα的面积不同，但由于它们对受照面形成的立体角投影相同，因此只要它们的亮度也相同，它们对S2形成的照度就会一致。
第二节 光度量 光环境的设计与评价离不开定量的分析和说明，这就需要借助于一系列的物理度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有光通量、照度、发光强度和亮度。 一、光通量 Φ 光通量是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量(辐射功率)。根据这—定义，光通量可以由辐射通量及V(λ)函数导出：
《建筑光学》课件
人性化设计与智能化控制
人性化计
建筑光学的人性化设计强调满足人的生理和心理需求，提供舒适的光环境。通过研究人的视觉特性、 心理感受等因素，设计出适应不同场景和人群的光环境，提高人们的生活质量。
智能化控制
智能化控制技术的应用使得建筑光学更加便捷和高效。通过智能传感器、控制器等设备，实现对光环 境的实时监测和控制，根据不同需求进行自动调节，提高建筑的智能化水平。
06
建筑光学发展趋势与展望
新技术与新材料的应用
新技术
随着科技的发展，建筑光学领域涌现出许多新技术，如LED照明、光导管技术、全息投 影等。这些新技术的应用为建筑光学带来了新的可能性，为设计师提供了更多的创意空
间。
新材料
新型材料如光敏材料、光导纤维等在建筑光学中的应用越来越广泛。这些新材料具有优 良的光学性能和机械性能，能够满足各种特殊需求，为建筑光学设计提供了更多选择。
建筑光学在建筑中的作用
01
02
03
提供照明
为室内外空间提供足够的 光照，满足人们生活和工 作需求。
营造氛围
通过光的运用，营造出不 同的空间氛围，增强建筑 的表达力。
节能环保
合理利用自然光，减少人 工照明和能源消耗，降低 环境污染。
建筑光学的发展历程
古代
人类在建筑实践中逐步认 识到光的重要性，开始有 意识地利用自然光和火光 。
光源类型
介绍不同类型的光源，如白炽灯、荧光灯、LED等，比较它们的 性能特点和使用场合。
灯具分类
根据使用场合和照明需求，将灯具分为不同的类型，如室内照明灯 具、室外照明灯具、装饰照明灯具等。
灯具选择
根据照明需求和预算，选择合适的灯具，考虑灯具的效率、光束角 、色温、显色指数等因素。
《建筑光学基础知识》课件
吸光材料
总结词
吸光材料是指能够吸收光线的材料， 具有良好的遮光性能。
详细描述
吸光材料在建筑中可用于制造黑板、 窗帘等，能够有效地吸收和遮挡光线 ，创造私密或安静的室内环境。常见 的吸光材料有黑色玻璃、布料等。
04
建筑光学应用
天然采光
采光原则
利用自然光，优化建筑布局，提 高室内光照度，降低能耗。
视觉舒适度与健康
视觉舒适度
保证适当的照度和色温，避免眩光和阴影，提高 视觉舒适度。
视觉健康
合理控制屏幕亮度、对比度和色温，减轻眼睛疲 劳，保护视觉健康。
环境影响
研究建筑光学对人类生活和工作的影响，提出相 应的改善措施。
05
建筑光学发展与未来
建筑光学的发展历程
古代建筑光学
古代建筑中利用自然光和火光，如窗户和火把，为室内提供照明 。
总结词
透光材料是指能够让光线通过的材料，具有良好的透明性。
详细描述
透光材料在建筑中广泛应用于窗户、玻璃幕墙、采光顶等， 能够提供良好的采光效果，同时还能创造富有层次感的视觉 效果。常见的透光材料有玻璃、透明塑料等。
反射材料
总结词
反射材料是指能够将光线反射回去的 材料，具有良好的反光性能。
详细描述
反射材料在建筑中可用于制造镜子、 光泽表面等，能够有效地利用和调整 光线的方向，提高室内的照明效果。 常见的反射材料有镜面玻璃、金属等 。
掌握光的度量方法和常用单位
详细描述
解释光通量、照度、亮度和发光强度的概念及相互关系，介绍国际单位制中的 光度量单位，如流明、勒克斯等。
光的色与色温
总结词
了解光的颜色和色温对环境的影响
详细描述
阐述光谱、色相、饱和度和明度的概念，解释色温与光源颜色之间的关系及其在 建筑中的应用。
建筑光学的基本知识-1
效
果
图
任
务
一
一：
现代家居照明的作用
1）. 保证室内活动的正常进行，改善空间关系增强 空间感染力，光线的强弱，颜色的投射方式明显影 响空间的感染力。暖色的空间会给人一种温暖的感 觉，而冷色则会使人感觉凉爽，灯具不同给人的感 觉也不相同。所以我们以后在设计时可以通过照明 手段改善空间效果，增强空间的感染力。 私密空间可以减弱灯光的亮度，灯具不同所表 现的效果也不相同，一盏水晶吊灯可以使门庭，客 厅显的富丽堂皇。旋转色彩的灯具可以使空间显得 扑朔迷离另人难以琢磨。而这类灯具多用于酒吧， 娱乐空间等场所。
e.反射型灯泡—灯泡前有镜片，集光性能好，主要用 于集光照明。有集光和散光两种。 f.镜像灯泡---灯泡内表面是反射镜，反射效率高，而 且不需要反射罩。多用于顶棚聚光灯和小聚光灯。 g.卤素灯泡---一种显色性能好的灯泡，多用于枝型吊 灯，聚光灯，拖架灯，顶棚小聚光灯，台灯等小型 的灯具。 h.小型灯泡---多是3W. 5W等做长夜灯荧光灯 I.直管型白炽灯泡---多用在家具光镜及壁面装饰照明
现 代 家 居 照 明 的 作 用
3）渲染空间的气氛，
灯具的形式亮度和色彩决定空间气氛的主要因 素，适度的光线使空间柔和安静，私密性较强 的空间，可以减弱室内的亮度。 灯具不同，所表现的效果也不相同，不同的空 间要用不同的灯具进行装饰，否则将会破坏整 体效果。 如：一般经济条件好的而层高又比较高的客户， 可以建议他采用水晶吊灯，会使空间显的富丽 堂皇的感觉。
照明设计与陈设艺术设计
第一部分
照明设计
第一讲： 建筑光学的基本知识 第二讲：电光源的应用 第三讲：各类灯具 第四讲：居室照明设计的一般方法 第五讲：各类功能居室的照明设计 第六讲：居室照明艺术处理的技法 第七讲：现代家居照明的趋势
《建筑光学》PPT课件
• 距离平方反比定律 • 利用系数法 • 空间等照度曲线 • 单位容量法
複金屬燈
钠灯
根据钠灯泡中钠蒸气放电时压力的高低，把钠灯分为高压钠灯和低压钠 灯两类 。
• 高压钠灯是在高压钠蒸气放电时辐射出可见光的。其辐射光的波长主 要集中在人眼最灵敏的黄绿色光范围内。光效高，寿命长，透雾能力 强，适合户外照明和道路照明。
• 低压钠灯与高压钠灯的区别是利用低压钠蒸气中放电，钠原子被激发 而产生的黄色光的(主要是589nm)。低压钠灯透雾能力强，但显色性 极差，在室内极少用。
荧光灯与白炽灯比较
• 发光效率较高 一般可达 ，比白炽灯高3倍左右。 • 发光表面亮度低 荧光灯发光面积比白炽灯大，所以表面
亮度低，光线柔和，不用灯罩也可避免强烈眩光出现。 • 光色好且品种多 根据不同的荧光物质成分，产生不同的
光色，因此，可制成接近天然光光色的荧光灯灯管。 • 寿命较长 国内灯管为1500～5000h，国外有的已达到100
• 金属卤化物灯一般按添加物质种类，可分为钠铊铟系列、 钪钠系列、锡系列、镝铊系列等。
金卤灯主要类型
• 单泡壳双端型: 预聚焦灯头，能精确控光，用于高级体育场所照明
• 双泡壳双端型： 外壳中空，用于室内照明尤其是橱窗和店铺照明
• 双泡壳单端型： 一般照明最常见
• 陶瓷电弧管金卤灯：陶瓷电弧管 光效更高、光色更好热量 (4.187 k j / h1000 l m) 初始价格 运行价格
普通白炽灯
7-19 2800 95-99 1000 较大 瞬时
大 小 较差
无
无
57(100W) 最低 最高
卤钨灯 荧光灯
15-21 2850 95-99 800-2000
大 瞬时 大 小 差
建筑物理-建筑光学
➢ 例:100W白炽灯的光通量为1250 lm ➢ 36W T8荧光灯的光通量为2500 lm
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)。
单位：坎德拉(candela, cd)
I d d
d
dS r2
物体具有一定亮度是在视网膜上成像以引起视觉感觉的基本条件。
实验表明人眼能感觉到物体存在一个最低亮度阈 ；视觉可以忍 受的亮度上限约为100sb，超过这一数值，视网膜就会因辐射过强而 受到损伤。
3）视野
视野，指当头和眼睛不动时人眼能察觉到的空间范围。视野范围(图)： ①双眼视野在垂直方向的角度约130 。 ，水平方向约180。。 ②单眼视野较小一些，约占总视野中的120 。范围。 ③视线周围1-5 。内物体能在视网膜中心成像，清晰度最高，这部分叫
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
23
几个光度量关系示意图
光度学中的4个基本量
第三节 材料的光学性质
▪ 光在同一介质中以直线传播，当遇到介质变化时将发生反射、吸收
和透射现象（图），其中反射光和透射光人眼可见。
▪ 为做好采光和照明设计，还需了解光通量经介质反射和
1）均匀扩散材料
定义: 均匀扩散材料将入射光线均 匀地向四面八方反射或透射,从各个 角度看,其亮度完全相同,看不见光 源形象.
材料: 反射: 氧化镁,石膏,粉刷
透射: 乳白玻璃,半透明塑料
2）定向扩散材料
定义: 定向扩散材料具有定向和扩散两种性质.它在定向 反射(透射)方向,具有最大亮度,而在其 他方向也有一定 亮度.
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)。
单位：坎德拉(candela, cd)
I d d
d
dS r2
物体具有一定亮度是在视网膜上成像以引起视觉感觉的基本条件。
实验表明人眼能感觉到物体存在一个最低亮度阈 ；视觉可以忍 受的亮度上限约为100sb，超过这一数值，视网膜就会因辐射过强而 受到损伤。
3）视野
视野，指当头和眼睛不动时人眼能察觉到的空间范围。视野范围(图)： ①双眼视野在垂直方向的角度约130 。 ，水平方向约180。。 ②单眼视野较小一些，约占总视野中的120 。范围。 ③视线周围1-5 。内物体能在视网膜中心成像，清晰度最高，这部分叫
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
23
几个光度量关系示意图
光度学中的4个基本量
第三节 材料的光学性质
▪ 光在同一介质中以直线传播，当遇到介质变化时将发生反射、吸收
和透射现象（图），其中反射光和透射光人眼可见。
▪ 为做好采光和照明设计，还需了解光通量经介质反射和
1）均匀扩散材料
定义: 均匀扩散材料将入射光线均 匀地向四面八方反射或透射,从各个 角度看,其亮度完全相同,看不见光 源形象.
材料: 反射: 氧化镁,石膏,粉刷
透射: 乳白玻璃,半透明塑料
2）定向扩散材料
定义: 定向扩散材料具有定向和扩散两种性质.它在定向 反射(透射)方向,具有最大亮度,而在其 他方向也有一定 亮度.
1、建筑光学的基本知识1
对于明视觉：
Km
0
de ()V ()d d
第二节、基本光度单位及应用
一、光通量
1、辐射通量：单位时间内从光源表面辐射出的各种波长光能量的总 和，也可理解为光源的辐射功率，是一个客观量。
2、光通量：人眼对光的感觉量，即：辐射通量对人眼所引起的视觉 强度，用Ф 表示。其大小等于辐射通量与光效率的乘积，单位为流明 （lm）。
二、人眼的视觉特点
2）明、暗视觉 明视觉：在明亮的环境中，主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉 （ 高于几个cd/m2的亮度时的视觉）。 暗视觉：在暗环境中，主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉（低于 百分之几cd/m2的亮度时的视觉）。 中间视觉：视网膜的锥体感光细胞和杆体感光细胞同时起作用，而且 它们随着正常人眼的适应水平变化而发挥的作用大小不同（介于明视 觉和暗视觉之间的视觉）。
第二节、基本光度单位及应用
二、发光强度
【例3-2 】一光源在0.5sr立体角内均匀发射出100lm的光通量，求该方向上
的发光强度I。
【解】 I= / = 100lm / 0.5sr= 200cd= 200 坎德拉
第二节、基本光度单位及应用
三、照度
对于被照面而言，常用在其 单位面积上的光通量多少来衡量 它被照射的程度，这就是常用的 照度，符号为E,它表示被照面上 的光通量密度：
E d
dA
均匀时： E
A
台灯下的书位置不同，明暗不同
第二节、基本光度单位及应用
三、照度
照度的常用单位为勒克斯
，符号为lx，1 lx等于1流明的光
通量均匀分布在1平方米的被照
面上。
1lx
1lm 1m2
性质：照度可以直接相加，几个光源 同时照射在被照面时，其上的照度为 单个光源分别存在时形成的照度的代 数和。
建筑光学ppt
建筑光学与绿色建筑的关系
绿色建筑强调在建筑的全生命周期内，尽可能地节约资源 、保护环境、减少污染，与建筑光学有着密切的联系。
通过合理的设计和规划，建筑光学可以帮助绿色建筑实现 节能、环保、舒适的目标。例如，利用天然采光可以减少 人工照明的使用，从而降低能源消耗；合理的照明设计可 以提高空间的视觉舒适度，减少视觉疲劳等。
新型建筑光学材料与技术
新型建筑光学材料
介绍具有优异光学性能的新型建筑材料，如光催化材料、光反射材料、光吸收材料等，及其在建筑中 的应用。
新型建筑技术
探讨新型建筑技术的发展趋势，如智能窗户、智能照明、建筑信息模型等，及其对建筑光学的影响。
建筑光学与可持续发展的关系
建筑光学与能源消耗
分析建筑光学对能源消耗的影响，如采光、通风、照明等方面， 探讨如何通过优化建筑光学设计降低能源消耗。
建筑光学与环境保护
阐述建筑光学对环境的影响，如光污染、温室气体排放等，并提 出相应的环保措施。
建筑光学与社会发展
探讨建筑光学与社会发展的关系，如提高生活质量、促进身心健康 、推动绿色城市发展等。
感谢您的观看
THANKS
1. 上海中心大厦
上海中心大厦采用双层玻璃幕墙 设计，既保证了室内采光充足， 又有效地降低了能耗。
2. 北京大兴国际机 场
北京大兴国际机场采用智能照明 控制系统，根据人流量和时间等 因素自动调节照度，实现了节能 减排。
3. 悉尼歌剧院
悉尼歌剧院采用独特的壳体结构 ，将自然光引入室内，同时通过 反光板和镜子的反射，创造出极 具视觉冲击力的效果。
灯具设计
设计合适的灯具位置、大小和形状，以实现良好的照明效果。
能效控制
采用节能控制技术，如智能照明控制系统、LED照明等，提高 照明的能效。
建筑光学第一章
1
2021年5月22日星期六
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识
本章主要内容
➢ 人眼的光学结构和视觉特征 ➢ 基本光度单位及相互关系 ➢ 材料的光学性质 ➢ 视度及其影响因素 ➢ 一些基本概念
视场、光谱光视效率、照度、亮度、定向反射（透射）、扩散反射 （透射）、视度、眩光
➢ 三个定律
• 明、暗视觉
5
2021年5月22日星期六
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识
1.2 基本光度单位及相互关系
➢ 基本光度单位
• 光通量(Luminous Flux, )
= Km e, V()d
= Km e,i V(i )
单位：流明（Lumen, lm）
• 发光强度(Luminous Intensity, I)
1.2 基本光度单位及相互关系
➢ 基本光度单位
▪ 点光源的发光强度I与照度E的关系(平方反比 定律)：
垂直入射时：
I F 及E F E I
S
S
S r2
E
I r2
斜入射时：
S2
S1 E1 E2
而S2
S1
cos
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E2
E1 cos
E1
I r2
E2
I r2
cos
α为表面法线与 光线所成的夹角
▪ 描述光通量在空间的分布；
▪ 立体角（单位：sr）
=
dA r2
I = d d
▪ 单位：坎德拉（“坎”，Candela, cd）
▪ 相同光通量的光源在空间的分布可能相差 很大
6
2021年5月22日星期六
建筑光学1
波长短于380nm的是紫外线、x射线、γ
射线、宇宙线；长于780nm的有红外线、无
线电波等等。
2013-8-1 7
图7－0 太阳辐射的电磁波
2013-8-1 8
第一节
眼睛与视觉
眼睛 视觉 视野 颜色感觉 光谱光效率
2013-8-1 9
一、眼睛
人们的视觉感觉是通过眼睛来完成 的，所以我们应对眼睛的视看过程有一 粗略的了解。眼睛好似一个很精密的光 学仪器，它在很多方面都与照相机相似。 图7－1是人的右眼剖面图。
11
2013-8-1
图7－2
二中感光细胞在视网膜上的分 布情况
12
2013-8-1
杆状细胞对于光非常敏感，但 是不能分辨颜色。在眼睛能够感光 的亮度阈限（约为10－6cd／m2）到
0.03cd/m2左右的亮度水平，主要是
杆作细胞起作用，称为暗视觉。在
暗视觉条件下，景物看起来总是模
糊不清、灰茫茫一片。
2013-8-1
29
光视效能K是描述光和辐射之间关系的
量，它是与单位辐射通量相当的光通量
（K＝Φ v/ Φ e ）。但是，K值是随光的波
长而变化的，K（)的最大值在Km＝555nm 处。根据一些国家权威实验室的测量结果， 1977年国际计量委员会决定采用Km＝683 lm／W。
2013-8-1
30
脑的解释、分析、判断而产生视觉。
2013-8-1
16
三、视野
当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的 空间范围叫视野（图7－3）。单眼的综 合视野（单眼视野），在垂直方向的角 度约130©，水平方向约180©。
2013-8-1
17
图7-3 视野范围
2013-8-1
射线、宇宙线；长于780nm的有红外线、无
线电波等等。
2013-8-1 7
图7－0 太阳辐射的电磁波
2013-8-1 8
第一节
眼睛与视觉
眼睛 视觉 视野 颜色感觉 光谱光效率
2013-8-1 9
一、眼睛
人们的视觉感觉是通过眼睛来完成 的，所以我们应对眼睛的视看过程有一 粗略的了解。眼睛好似一个很精密的光 学仪器，它在很多方面都与照相机相似。 图7－1是人的右眼剖面图。
11
2013-8-1
图7－2
二中感光细胞在视网膜上的分 布情况
12
2013-8-1
杆状细胞对于光非常敏感，但 是不能分辨颜色。在眼睛能够感光 的亮度阈限（约为10－6cd／m2）到
0.03cd/m2左右的亮度水平，主要是
杆作细胞起作用，称为暗视觉。在
暗视觉条件下，景物看起来总是模
糊不清、灰茫茫一片。
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29
光视效能K是描述光和辐射之间关系的
量，它是与单位辐射通量相当的光通量
（K＝Φ v/ Φ e ）。但是，K值是随光的波
长而变化的，K（)的最大值在Km＝555nm 处。根据一些国家权威实验室的测量结果， 1977年国际计量委员会决定采用Km＝683 lm／W。
2013-8-1
30
脑的解释、分析、判断而产生视觉。
2013-8-1
16
三、视野
当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的 空间范围叫视野（图7－3）。单眼的综 合视野（单眼视野），在垂直方向的角 度约130©，水平方向约180©。
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图7-3 视野范围
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400
500
黄橙 600
可见光
780
红
红外
700
800 nm
10-13 宇宙线
fm
10-12
10-9
线 X射线 紫外线
pm (A) nm
10-4 10-2 10
102
105 m
红 外
远红外
雷达
UHF
VHF
短 波
无线电
um
mm
m
km
黄
蓝紫 蓝 绿 橙
红
1.0
0.8 暗视觉
0.6
明视觉
相对光谱光视效率V（ ）
95～99
荧光灯
50～93
400W荧光高压汞灯
40～50
1000W镝灯
85～95
高压钠灯
20、40、60
2.物体色
物体色 CYM
（二）颜色的表色体系
1.孟塞尔体系:
色 调 H(Hue) 明 度 V(Value) / 彩 度 C(Chroma)
例：下列哪项指标不属于孟塞尔颜色体系的三属性指标？
二、材料的光学性质 （二）规则反射和透射（定向反射和透射）
n i
r
偏离距离
（三）扩散反射和透射 1.漫反射（均匀扩散反射）
氧化镁、粉刷、砖墙、绘图纸
n
I
L
I I0 cos L E
L E
Cd
Cd/m2 asb
例：当光投射到漫反射表面的照度相同时，下列哪个反射比 的亮度最高？
A. 70
B. 60
200
500
天然光
1000 2000 人工光
视功能曲线
物体亮度、视角大小、和亮度对比对 可见度的影响：
1．观看对象在眼睛处形成的视角不变时，如对 比下降，则需要增加照度才能保持相同可见度；
2．视角愈小，需要的照度愈高；
3．天然光比人工光更有利于可见度的提高。
（四）识别时间 明适应：3-6 s 暗适应：10-35 min
E Lcosi lx
A cos
r2
sr
二、材料的光学性质 （一）反射比、透射比、吸收比
反射比
吸收比
透射比
1
石膏的反射比为0.91 白乳胶漆表面的反射比为0.84 灰色水泥砂浆面的反射比为0.32
3 mm的普通玻璃的透射比为0.82 3 mm的磨砂玻璃的透射比为0.60
（二）物体的相对尺寸（视角）
d 344 0
l 1弧度 57.3 1 60
亮度对比系数C
（三）亮度对比
1.0 0.7 0.5 0.3 0.2
0.1 0.07 0.05
0.03 0.02
a=0.67'
a=1' a=2' a=4' a=10'
0.01
1
2
5 10
20
50 100
照度（lx)
立体角
球
S球 r2
4r 2
r2
4
sr
I 1260 100 cd 12.57
Φ=1260 lm
3 照度 (Illuminanance)
被照面单位面积上接受多少光通量，符号是E，单位是勒 克斯（lx）
E
I r2
cosi
4 亮度 (luminance)
发光面或反光面在单位面积上的发光强度是亮度 ，符号L， 单位是坎德拉每平米（cd / m2）
第十五章 建筑光学
李德富 教授
建筑光学
第一节 光、颜色与视觉的基本知识 第二节 天然采光设计标准和采光计算 第三节 人工照明
第一节 光、颜色与视觉的基本知识
一、光的特性和基本量 二、材料的光学性质 三、可见度及其影响因素 四、颜色的基本知识
一、光的特性和基本量
（一）光的特性
380
紫外 紫 蓝 绿
四、颜色的基本知识
（一）光源色和物体色
1.光源色 （1）光源色温 （2）光源显色指数
2.物体色 （二）颜色的表色体系
1.孟塞尔表色体系 2.CIE色度体系
1.光源色
光源色 RGB
（1）光源色温
当光源的颜色和一完全辐射体（黑体）在某一温度下发 出的光色相同时，完全辐射体的温度就叫作光源的色 温，符号Tc，单位为K（绝对温度）。
45°
微弱眩光区
27°
中等眩光区
14° 强烈眩光区
极强烈眩光区 0°
极强烈眩光区
（五）避免眩光
反射眩光的控制方法是：
（1）视觉作业的表面为无光泽表面； （2）视觉作业避开和远离照明光源同人眼形 成的规则反射区域； （3）使用发光表面面积大，亮度低的光源； （4）使引起规则反射的光源形成的照度在总 照度中所占的比例减少。
（五）避免眩光
直接眩光的控制方法是：
（1）限制光源亮度； （2）增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮 度对比；
（3）减小眩光源对观察者眼睛形成的立体角； （4）尽可能增大眩光源的仰角，眩光光源或灯 具的位置偏离视线的角度越大，眩光越小，仰 角超过60后就无眩光作用。
（五）避免眩光
60°
无眩光影响区
A. 色调
B. 明度
C. 亮度
D. 彩度
孟塞尔颜色体系的三属性为色调（色相），明度，彩度 （饱和度）。
（二）颜色的表色体系 2.CIE色度体系: x+y+z=1
y 1.0
500
0.8 510
540
0.6
560
2500 3240050000605000
500
0.4
490 2410000000 E
0.2 480
0.4
0.2
0 380 460 540 620 700 780 波长 (nm)
（二）光的基本量
1 光通量 (luminous flux)
光源在整个空间发出的能量，符号是Ф，单位是流明（lm）
2 发光强度 (luminous intensity)
光源或灯具发出的光通量在空间的分布密度 ，符号为I， 单位是坎德拉（cd）
暖色，冷色
黎明4000K
中午6500K
黄昏3000K
（2）光源显色指数
物体在待测光源下的颜色和它在参照光源下颜色相比的 符合程度叫作光源显色指数，符号Ra 。
Ra的最大值为100 100～80 ---- 显色优良 79～50 ---- 显色一般 小于50 ---- 显色较差
光源显色指数Ra
500W白炽灯
C. 50
D. 40
经漫反射（均匀扩散反射）表面的亮度为：
L(cd/m2)＝E(lx)×ρ/π
(15－15)
如果光投射到漫反射表面的照度相同，则其亮度和漫射表面
的反射比成正（均匀扩散透射）
乳白玻璃、乳白有机玻璃
n
I
L
I I0 cos L E
L E
Cd
Cd/m2 asb
（四）混合反射和透射（定向扩散反射 和透射）
n I
L
n I L
三、可见度及其影响因素（视觉的基本特性）
（一）亮度 （二）物体的相对尺寸（视角） （三）亮度对比 （四）识别时间 （五）避免眩光
（一）亮度
亮度的增大，可见度增大。照度为 1500lx～3000lx可见度最好。