建筑环境学-6光环境

（二）均匀扩散反射、透射材料
半透明材料使入射光线发生扩散透射； 表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射，使光线分散
在更大的立体角范围内。
1、均匀扩散材料： 定义：将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，并且，从各
个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象，这类材料被称 为～。
均匀扩散材料包括： 1)均匀扩散反射材料：如：氧化镁、石膏、及大部分无光泽、

定义：人们主观感受到的物体明亮程度。
1) 与物体的物理亮度有关； 2) 与我们所处的环境的明暗程度有关； 结论: 相同的物体表面亮度,在不同的环境亮度时, 产生不同的亮度感觉.
6.1.2光的反射与透射
光在传播过程中,遇到介质时(如玻璃、空气、墙··）, ·· ·· 会发生反射、透射与吸收现象。 若入射光通量为；设被反射部分为ρ；被吸收部分 为α；被透射部分为τ； = ρ+ α + τ ρ + α + τ =1 光通量经过介质反射和透射后，光的分布变化取决于： 材料表面的光滑程度； 材料内部分子结构
（二）视野和视场
1、视野： 观察者正视前方时，头和眼睛都保持不动时，这样所察觉到
的空间范围称～。
视野分：
单眼视野：水平方向180°;垂直方向：向上60°,向下70° 双眼视野：水平方向120°;垂直方向：向上60°,向下70°
中心视野： 在视轴1°范围内，具有最高的视觉灵敏度，能分辨最细小 的细部，称～。 从视野中心往外30°范围,视觉清晰度最好,称“近背景视 野”,这是观看物体总体时最有利的位置.
2、视场：
观察者头部不动但眼睛可以转动，这样所看到的空间范
围称～。
(三)临界亮度对比度与对比敏感度 对比即为，观看对象与和其背景之间的亮度差异。 差异越大，视度越高。用亮度对比度表示为：
C=△L/Lb
式中： △L—物件和背景的亮度差
Lb—背景的亮度
（四）视觉敏锐度
视角:
物体的大小对眼睛形成的张角，称为视角 －1 d ～ d 弧度=3340 d 分 α=tg = l l l
（2）表达式：
dIθ Lθ = dScos θ
其中: θ—发光面法线与视线方向夹角
即该物体亮度与该物体在视线方向上的发光强度成正比, 与该物体在视线方向上的投影面积成反比。 物理亮度的常用单位为:坎德拉每平米(cd/㎡);又称尼脱(nt) 它表示1㎡表面上,沿法线方向发出1坎德拉的发光强度
2、主观亮度：
对于光源的色温，色温越高，色 表越冷；反之，亦然。
结论:随着色温的升高,所要求的舒适 照度也相应提高.
（五）避免眩光干扰
眩光是当视野内出现高亮度或过大的亮度
对比时，引起视觉上的不舒适或视觉疲劳， 这种高亮度或亮度对比称眩光。
按其形成方式，眩光可分为：
直接眩光；反射眩光；光幕眩光；亮度 对比形成的眩光；明适应不足形成的眩光 等。
r2
结论：表面法线与光线成α角处的照度，是随它至点光源的距离 平方成反比，与光源在α方向的发光强度和入射角α的余弦成正 比。 提示：距离平方反比定律适用于点光源。 当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时，该光源可被视为点光源
例：
如图所示：在桌上2m处挂一40W白炽灯， 光通量=350lm,求灯下桌面点1处照度 E1，及点2处照度E2 解:I=/Ω=350/4π =28cd I E1= 2 cosα 1 = 28 cos0° =7.5lx 2 r1 2
§6-3 天然采光
2、天窗
利用房屋屋顶设置的采光口称天窗，这种采光方式称天
窗采光或顶部采光。
适用场合：

大型工业厂房和大厅房间。
特点： a.采光效率高，约为侧窗的8倍； b.照度均匀性较好； c.很少受到室外的遮挡
；
a.

b.
• •
c.
组成: 由装在屋架上的天窗架和天窗架上的窗扇组成。窗扇 可作成垂直或倾斜，窗扇可开启，起到通风的作用。 特点： 采光特性和高侧窗相似，眩光小，便于组织通风。 在跨中的照度最大,而柱子处的照度最小。 适用场合： 适用于中等精密工作，以及室内产热量大或有害气体时， 较为适宜。
单位时间内辐射体辐射的能量称辐射通量。 2、光通量： 光源在单位时间内发射出的以人眼感觉为基准的能量， 换句话说，就是在可见光范围内辐射出的并被人眼感觉 到的辐射通量。 3、光通量物理意义及表示方法： 光通量表明了光源的发光能力。
光通量用表示 ，单位为流明（lm)。
二、发光强度
1、定义：
光通量的空间密度，称发光强度。 2、发光强度物理意义及表示方法： 发光强度表征光源发出的光通量在空间的分布状
d.大气透明度。
§6-3 天然采光
(二)不同采光口形式的特征及其对室内光环境的影响


1) 2)
3)
4)
1、侧窗 它是在房间的一侧或两侧墙上开的采光口，是最常见 的一种采光形式。 适用场合： 用于进深 不大的房间采光。 如：教室、住宅、办公室等 特点： 构造简单、布置方便、造价低廉； 光线具有明确的方向性，利于形成阴影； 可通过它看到外界景物，扩大视野； 由于窗位置低，人眼易看到明亮的天空，易造成眩光；


I E2= 2 cosα 2 = 28 2 cos α2 r2 22+1
cos α2=2/√12＋22 =0. 9
E2=5.37lx
五、亮度
1、物理亮度： （1）定义：
物体在视线方向单位面积上发出的发光 强度。 具体的说，就是物体在视线方向上的发光强度 越大，该物体表面在视线方向的亮度越大。
§6-1光的性质与度量 §6-2视觉与光环境
§6-3天然采光
§6-4人工照明
§6-1
一、基本光度单位及相互关系
二、光的反射与透射
第六章 建筑光环境
光的性质： 光是以电磁波形式传播，并能被人眼所感到的那一部分辐 射能，波长范围为380～780nm ，不同波长的光在视觉上 形成不同的颜色; 红色:0.78～0.63μm; 橙色: 0.63～0.59μm;
（一）我国的光气候特点与光气候分区 光气候： 光气候指影响室外天然光变化的各种自然因素的总称。 1、天然光的组成和影响因素
晴天室外 天然光：
太阳直射光
全云天
太阳散射光
太阳散射光
1)晴天:指天空无云或很少云,即云量占整个天空面积的 30%以下的天气。
影响室外地面照度的气象因素:
a、太阳高度角；b、大气透明度:
黄色:0.59～0.56μm; 绿色: 0.56～0.49μm;
蓝色:0.49～0.45μm; 紫色: 0.45～0.38μm 光的三层含义: 可见光 必须要有良好的视觉器官;
三是二者相互作用引起的视觉效果
第一节 光的性质与度量 6.1.1基本光度单位及相互关系 一、光通量：
1、辐射通量(辐射功率):
视觉敏锐度（医学上称视力）： 人凭借视觉器官感知物体的细节和形状的敏锐程度。 （五）视觉速度： 1、识别时间： 从发现物体到辨别物体细节需要一定的时间，称～。 2、视觉速度： 识别时间的倒数，称～。
（六）视觉适应
6.2.3视觉功效与舒适光环境要素
一、视觉功效 人借助于视觉器官完成视 觉作业的效能,称～。 它主要取决于作业的大小、 形状、位置和所处的光环 境，主要与视角、照度、 亮度对比系数和识别时间 有关。 识别几率在95%时，照度、 视角、亮度对比系数三者 之间的关系。 结论：(1)同一曲线（视角）表明对比与亮度的关系。对比下 降需要增加照度才能保持相同视度。(2)不同曲线表示不同视 角，物件越小，需要的照度越高。(3)天然光比人工光更有利 于视度的提高。

（一）定向反Biblioteka Baidu和透射材料


1、定向反射：
光线照射到表面很光滑的不透明材料上，会出现定 向反射现象。（如：玻璃镜等） 光源 有如下特点： 镜 光线入射角等于反射角； 面 入射光线、反射光线及反射表面 A 的法线处于同一平面；
1)
2)
2、定向透射：
光线射到透明材料上，会产生定向透射。 如果材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向 与入射方向保持一致。（如：平面透明玻璃）
况。
发光强度用I表示 单位为坎德拉（cd)。
有一个空心球体，半径为r；
球心O处有一点光源； 球表面ABCD的面积为S；

此点光源向S面上发出 lm的光通量；
S面在球心O形成的角称为立体角；
立体角用Ω表示 ，Ω=S/r2 （球面度Sr）
设点光源在某方向上的无限小立体角dΩ内发出的光通量为d，则
具有这种性质的反光材料包括：光滑的纸、油漆表面等
透光材料包括：磨砂玻璃等
§6-2
一、眼睛与视觉特征

二、颜色对视觉的影响
第二节 视觉与光环境
6.2.1眼睛与视觉特征
(一)眼睛的构造与亮度阈限
2、亮度阈限
在视觉研究中，将背景亮度Lb=0时，眼睛所能识别
的临界亮度称作视觉的绝对光阈。
里科定律：亮度×面积=常数 邦森-罗斯科定律：亮度
如图所示： 光线垂直入射到被照表面时； 表面S1、S2、S3 距点光源 分别为r、2r、3r，在光源处 形成的立体角相同，则表面积S1、S2、S3 的面积比为它 们距光源的距离平方比，即1：4：9。
E=I/ r2
照度E=/S
/Ω 立体角 Ω=S/r2
发光强度I=
结论：某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比， 与距点光源的距离r的平方成反比。
该方向上的发光强度为 I= d/dΩ；

在该方向上的发光强度平均值为 I= /Ω (坎德拉cd)；
即1cd=1lm/1Sr ,表示:在1球面度立体角内均匀发射出1lm的光通量 例:一只裸露的40W的白炽灯,光通量=350lm,求其平均发光强度.
解: I=/Ω=350/4π =28cd

二、舒适光环境要素与评价标准
（一）合适的照度或亮度 物体亮度为3.18×10-6 物体亮度为3.18×103 物体亮度为6.32×104
cd/㎡,人眼能够感知,称最低亮度阈; cd/㎡,人眼具有最大灵敏度; cd/㎡,视觉失效,称最高亮度阈;
(二)合理的照度分布 规定照度的平面称参考面，即工作面，通常为0.7～0.8m高 的水平面。在荧光灯、或白炽灯的照明下，桌面照度为 750～1700lx时，满意程度最高； （三）舒适的亮度分布： 可以减少亮度对比使环境柔和、统一。 （四）宜人的光色：
粗糙的建筑材料。
2)均匀扩散透射材料：如：乳白玻璃、半透明塑料等。常将它
们用于：灯罩、发光天棚处，以降低光源亮度，减少刺眼程度。
均匀扩散材料表面的亮度：
对于反射材料：L=E×ρ/π 对于透射材料：L=E×τ/π
(cd/㎡) (cd/㎡)
三、定向扩散反射、透射材料
同时具有定向和扩散两种性质 这种材料在定向反射(或透射)方向,具有最大的亮度,而在其 他方向也有一定亮度.
此为计算点光源产生照度的基本公式，称距离平方反比定律
当光线不是垂直入射到被照表面，即入射角不为 零时；


如图所示： S2与S1 两平面，成α角； S1 的法线与光线重合， S2 的法线与光源射线成α角；
E2 = E1cosα 又E1=I/ r2 E2= I cosα
= E1S1= E2S2 S2 = S1/ cosα
三、照度
1、定义：
对于被照面而言，用落在其单位面积上的光 通量多少的数值来表示它被照射的程度，称照 度。

2、照度的物理意义及表示方法：

照度表征被照面上的光通量密度。

照度用E表示。
提示：照度可直接相加，几个光源同时照射被
照面时，其上的照度为单个光源分别存在
四、发光强度和照度的关系

（六）光的方向性
§6-3
一、自然光源与人工光源

二、自然采光原理与设计
§6-3 天然采光
6.3.1 自然光源与人工光源

（一）天然光与人工光的视觉 效果 在相同的照度条件下，人 眼在天然光下比在人工光下有 更高的灵敏度。 （二）天然光 和人工光的光谱能量分布特征
6.3.2自然采光原理与设计
§6-3 天然采光
2）、全云天
天空全部被云层所遮盖的天气称全云天或全阴天。此时，室
外天然光全部为扩散光，物体后无阴影。
全阴天地面照度取决于： a.太阳高度角。 b.云状。不同的云组成成分不同，对光线的影响不同。云状可
分低云；高云。
c.地面反射能力。
如：地面积雪时，扩散光照度可比无雪时提高达一倍以上。