人工天穹光学实验报告

二、实验设备、仪器等
1、人工天穹
在采光实测时，由于自然天空亮度受季节、时间及测量地点的纬度（太阳的高度角和方位角）的变化，以及受室外气候如天空的云状、云量、刮风、下雨等影响，变化很大。

因此，测试结果的可重复性较差。

在一固定房间内，要改变房间的比例，窗口尺寸、位置，内表面的颜色和反射系数等参数也是困难的、昂贵的。

所以，为了我们需要模拟自然天空，可以用其做光学基础研究，较好的为建筑设计提供理论依据，或用来测试特殊建筑物，以预测、检测采
光性质。

人工天穹是直径为3.5m的半球壳体。

设在四个柱子上，内涂漫反射涂料。

灯具发车的光线经天穹内表面多次反射，使天空亮度满足国际照明学会标准全云天空亮度或者均匀亮度分布要求。

三、实验原理
四、实验步骤
1、准备工作：将人工天穹内的光源全部打开，人工创造一个光源，开3~5分钟后开始测试。

（测量前把实验室的窗帘拉下）
实验调试步骤见《JT —I人工天穹使用说明书》。

灯的仰角尽量指向穹顶中心；灯面保持干
净。

调整到穹顶的亮度是桌面亮度的3倍。

2、将照度计置于模型顶部，测出室外天空的照度Ew，测6个点取平均值。

3、将建筑模型放在人工天穹的工作台面上，模型内部布置测点，并在测点放置照度计的感应器。

测点布置
4、测出工作台面模型测点的水平照度并计算各点的采光系数，并绘制采光系数分布图。

5、绘制该模型采光点位置图，天然光度分布图，并计算各点系数，并绘制采光系数分布图。

6、用白色KT板将模型从中间分割成两个完全一样的小空间，重复4和5，对比不同室型对采光的
影响。

7、将黑色材料贴于模型后墙面上，重复4和5，对比不同反光材料对采光的影响
& 更换天窗的形式，重复4和5，对比不同条件天窗对采光的影响。

五、注意事项
1、在建筑模型中标点时，要注意内外在用一条直线上，同时放置照度计时也要上下对齐。

2、在测量内壁为用一种颜色时，其内部各测点只能用同一个照度计进行测量。

不能中途更换照度计或使用两个照度
计同时进行测量，以避免因照度计而带来的误差。

3、在每个测点位置重复进行3次读书，以消除可能引起的偶然误差
4、人工天穹周围要用黑布围起来以防止外界光源的干扰
5、测量人员在进行测量时，要注意避免自身对光源的反射而给实验结果带来误差
六、实验|
1、实验数据整理：
En （由直接或间接地接收来自假定和已知亮度分布的天空漫射光而产生的照度）
（1）混合光（房间正中间设隔板）
（注：除此表，其余数据表中的“测试点”与“测试点”均为其点（）的位置，保证
不受其他因素影响数据的准确性，并降低误差）
）混合光（房间不设隔板）
）黄光（房间正中间设隔板）
（4）黄光（房间不设隔板）
（5）无光
C （米光系数）
）混合光（房间正中间设隔板）
（2）混合光（房间不设隔板）
）黄光（房间正中间设隔板）
（4）黄光（房间不设隔板）
2、数据比较
（1） 分别对黄光房和混合光房的不同测试点的平均值进行采光系数数据分析:
① 不论房间是否加设隔板，无论为何种光源：
6孔平天窗的采光系数最大；
3孔单行锯齿形天窗采光系数明显最小。

（注：6孔平天窗和3孔平天窗的采光系数相仿，差距不大） ② 相同条件，使用磨砂玻璃比普通玻璃时的采光系数少，差距明显。

（2） 以“光源”为不变量，“是否设隔板”为变量，进行采光系数分析: 混合光源
黄光光源
黄光（不设隔板） 黄
光（设隔板） 混合光
（不设隔板）
混合光（设隔板）
■3孔单行锯齿形天窗
兰3孔平天窗（磨砂玻璃）
■ 3孔平天窗
■ 6孔平天窗
混合光不设隔板 ---- 混合光设隔板
①混合光源及黄光光源的测试数据中，测试点2~测试点6的数据均为不设隔板的采光系数
大，测试点1的数据则设隔板的采光系数大。

①不同窗形的采光系数呈现，混合光源的测试点平均值比黄光大。

②设隔板的采光系数最小值为测试点
3，不设隔板的采光系数最小值为测试点
1。

(3) 以“不设隔板”为不变量，“光源”为变量，进行“窗户形态”采光系数的数据分析:
以“混合光源”为不变量，对不同测试点的平均值进行采光系数的数据分析:
①数据显示无论是否加设隔板，测试点
5的采光系数最大。

(5) 实验数据(1)中的“测试点2”和“测试点5”的2组数据进行比较
测试点5
①以上2图呈现出相同的窗形，测试点 X (1 )比测试点X ( 2)的采光系数大 3、数据分析
(1)
以上数据比较图说明光源，光源数量，面积，窗户类型，反光材料，测试点均为房 间采光系数的影响因素。

(2)
数据比较(1)中：
① 以“窗户类型”为研究对象，由于测试数据存在差异，数据基本可以在实验所选
用的窗户类型中“6孔平天窗”的采光系数最大，采光最好；3孔单行锯齿形天窗采 光系数最小，采光不佳。

_|
②
以“窗户反光材料”为研究对象，说明不同的反光材料会影响采光，很明显“磨 砂玻璃”的采光系数明显比“普通玻璃”的小。

(3)
数据比较(2)以“面积”
为研究对象，房间光源除了天窗外还有
3个窗户，如果于
房间正中央加设隔板(将天窗光源平均分为 2份)，则除房顶光源，其他光源量因此 而发生改变(左边房间
2处，右边房间1处)，实验因此而增加了变量，
两组数据无
法比较，数据失效。

(注：理论及生活经验说明面积对照度存在影响，
采光系数也因此而改变。

同样的光源及数
量，面积大者采光系数小。

)) ___________________________________________________________________________ (4) 数据比较(3)说明相同条件下，“混合光源”的采光系数比“黄光光源”的大，光 感更足。

(5)
数据比较(4)中相同条件情况下，测试点 5的采光系数最大，为光照充沛点。

由于 设隔板影响光源数量，相较下不设隔板的数据更能说明情况，测试点 1的采光系数
小，采光稍微薄弱。

(6) 数据比较(5)中2图说明相同条件下，光源数量越多，采光系数越大，光感越足。

七、 实验结果
（1） 实验说明光源，采光点数量，面积，窗户类型，透光材料，采光点均为房间采光系 数的影响因素。

25.00% 测试点2
20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00%
T-测试点2 ( 2)
T —测试点2 (1)
■■一测试点5 ( 2) T —测试点5 (1)
（2）“光源类型”影响室内采光系数，混合光比黄光光照更好，相较下黄光更柔和。

（3）相同面积，采光点数量越多采光系数越大，亮度越大。

（7）天窗的类型也影响采光，
①在研究中的窗户类型“ 6孔平天窗”和“ 3孔平天窗”的采光系数相近且较大，适合亮度大的房间
采光；相较下“锯齿形天窗”的采光没那么理想，适合光线较昏暗
的房间。

②天窗的透光材料也是重要因素，磨砂玻璃的采光比普通玻璃差，可因实际情况而选定不同材料。

（8）研究显示，同一房间的不同受光点的采光系数不同，使用者因应不同的功能需要而选择不同的受光点添置功能。

（9）相同条件下，受光面积越大采光系数越小，因此大面积房间应增设采光点。