建筑光环境1光学基本知识
《建筑光学》PPT课件38页PPT文档
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
建筑物理光学
建筑物理光学光学一、光学基本知识1、可见光的波长范围2、光谱光是效率的概念3、视度及其影响因素（眩光概念、产生原因、解决方式）4、光通量、发光强度、照度、亮度的概念，单位，计算公式5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系（距离平方反比定律和立体角投影定律）1、可见光的本质是一种电磁波，波长在380～780nm之间2、光谱光是效率：在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，两个单色辐射通量之比vλ=?m ?vλ<1m：视觉感觉最大的单色光的辐射能量3、视度及其影响因素视度：看清物体的程度影响因素①亮度：物体越亮看的越清楚，但不能超出适应范围（10?5asb～16sb）②物体尺寸：大而近的物体才能看清楚③对比：观看对象与背景之间亮度差异，差异越大，视度越高④识别时间：物体越亮，识别时间越短⑤眩光⑥光污染眩光概念：眩光就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，以致引起不舒服感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。
产生原因：①直接眩光：直接眩光是由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光②反射炫光：反射眩光是由视野中的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光。
解决方式：直接眩光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减少形成眩光的光源视看面积④尽可能增大眩光源的仰角反射眩光①尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光②应使视觉作业避开或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比例减小，从而减少反射炫光的影响4、光通量、发光强度、照度、亮度光通量：人眼对光的感觉量为基准的光的能量单位发光强度：光通量的空间密度分布照度：对于被照面而言，常用落在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，它表示被照面上的光通量密度亮度：单位投影面积上的发光强度5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系E=Icosαr2α：射束截面法线与射束方向间的夹角距离平方反比定律：某表面的照度与电光源在这方向的发光强度（和入射角的余弦）成正比，与它到光源距离的平方成反比，这就是计算点光源产生照度的基本公式，即距离平方反比定律。
建筑光环境的基本知识
亮度与照度的区别问：亮度与照度这两个物理概念，是一样的，还是不一样的，之间有没有关联和不同。
回答：亮度与照度，是两个既关联又不同的物理量。
1、亮度：指的是人在看光源时，眼睛感觉到的光亮度。
亮度高低决定于光源的色温高低和光源的光通量，光源的光通量多少是决定性因素。
光源的光通量多，亮度就高。
2、照度：指的是光源照射到周围空间或地面上，单位被照射面积上的光通量。
单位被照射面积上的光通量多，照度就高。
3、亮度和照度的关联与不同：关联点是：影响光源亮度和照度高低的物理量是共同的，即：光通量。
不同点一：影响光源亮度的光通量，是光源表面辐射出来的光通量的多少。
不同点二：影响光源照度的光通量，是光源辐射到被照面（如墙壁、地面、作业台面）上的光通量的多少。
不同点三：两者位置不同，受外界影响因素也不同。
同一只光源，光源表面辐射出来的光通量、与光源辐射到被照面（如墙壁、地面、作业台面）上的光通量，在数量关系上是不相等的。
4、特别说明：光源的亮度视觉感，有时受色温影响较大。
在光通量相同的光源中，色温高的光源会产生亮度高的错误的视觉感。
这种“高亮度“光源，光效并不一定比其它光源高，照度也并不一定比其它光源高，只是一种刺眼的“虚假亮“。
5、在实际照明应用设计和照明节能中，主要评估照度、特别是有效视觉照度，这个物理量数值的高低1）建筑光环境的基本知识主要包括如下内容·光的基本属性光是以电磁波形式传播，并能为人眼感觉到的那一部分辐射能，其波长范围为380～780nm。
光的强度由发光强度及亮度描述，光的色彩由色温描述。
·光的基本描述参量光通量：以人眼为基准，对光的感觉量的描述参量, 常用符号Ф表示,单位流明(lm)。
发光强度：表征光源在空间的光通量分布状况，即光通量的空间分布密度，常用符号I表示，单位坎德拉（cd）。
照度：对于被照面而言，表征落在其单位面积上的光通量程度，即表示被照面上的光通量密度，常用符号E表示，单位勒克斯(Lux 或lx)。
1建筑光学基础知识
8
浙江理工大学理学院物理系 浙江理工大学科学与艺术学院
制作：石永锋 制作：石永锋
位于视网膜上的光感受器有两种类型，分别对不同波长的 光波起作用，产生不同类型的视觉。 锥体视觉：当人眼在正常光照情况时，锥体细胞将成为运 作的光感受器。此时人们看到的光是有色的。在视网膜中央 的中心集中了大量的锥体细胞，它们被用于观察细部。 杆体视觉：当人眼在非常低的照度水平条件下，杆体细胞 将作为运作的光感受器。这些杆体细胞要比锥体细胞敏感得 多，而看到的光是无色的。 杆体细胞聚集在视网膜的边上，使得眼睛对于视野边缘的 运动非常敏感。
1500
60°
300
700 1800
500
300
100
180°
100
300
500
700 00
0°
2100
70°
3000
2700
3300
人眼视野范围
10
浙江理工大学理学院物理系 浙江理工大学科学与艺术学院
制作：石永锋 制作：石永锋
视觉：由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界 的认识。
处于放松姿态，坐着的人的视野示意图
11
浙江理工大学理学院物理系 浙江理工大学科学与艺术学院
制作：石永锋 制作：石永锋
2.明暗视觉
明视觉：锥体细胞在明亮环境下对色觉和视觉的敏锐度起 决定作用，即这时它能分辨出物体的细部和颜色，并对环境 的明暗变化作出迅速的反应，以适应新的环境。
暗视觉：杆状细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用， 它虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的 反应缓慢。 中间视觉：介于明视觉和暗视觉之间的视觉。 人眼对单色光的敏感程度不同。 在光亮环境下，人眼对波长为555nm的黄绿光感觉最敏感； 在较暗的环境下，人眼对波长为507nm的蓝绿光较敏感。
建筑光学基本知识
建筑光学基本知识第七章建筑光学基本知识第一节眼睛与视觉1、光环境:它指的是由光（照度水平和分布，照明的形式和颜色）与颜色（色调，色饱和度，室内颜色分布，颜色显现）在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。
2、光是以电磁波形式传播的辐射能。
波长在380nm至780nm：为可见光。
波长短于380nm：紫外线、x射线、γ射线、宇宙线；长于780nm：红外线、无线电波等等。
3、视网膜上布满了感光细胞：锥状、杆状感光细胞。
在中央窝处几乎没有杆状细胞，自中央窝向外，其密度迅速增加，在离中央窝20附近密度达到最大，然后又逐渐减少。
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。
锥状细胞：对于光不甚敏感，在亮度高于3cd/m2的水平时，锥状细胞才充分发挥作用，这时称为明视觉。
锥状细胞有辨认细节和分辨颜色的能力，这种能力随亮度增高而达到最大。
所有的室内照明，都是按明视觉条件设计的。
当适应亮度处在0.03～3cd/m2之间时，眼睛处于明视觉和暗视觉的中间状态，称为中间视觉。
一般道路照明的亮度水平，相当于中间视觉的条件。
4、视觉形成的过程：a光源发出光辐射；b外界景物在光照射下产生颜色、明暗和形体的差异，相当于形成二次光源；c二次光源发出不同强度、颜色的光信号进入人眼瞳孔，借助眼球调视，在视网膜上成象；d视网膜上接受的光刺激（即物象）变为脉冲信号，经视神经传给大脑，通过大脑的解释、分析、判断而产生视觉。
5、视野：当头和眼睛不动时，人眼能察觉到的空间范围。
单眼视野在垂直方向的角度约130°，水平方向约180°；双眼视野较小一些，约占总视野中120°的范围。
视线周围1～1.5°内的物体能在视网膜中心凹成象，清晰度最高，这部分叫中心视野；目标偏离中心视野以外观看时，叫周围视野。
第一章 建筑光学 基本知识
90年代末上海市公共建筑的一 次能源消耗比例
商场
其他 15% 热水 11% 空调 40%
办公楼
其他 17% 空调 48%
照明 34%
热水 3%
照明 32%
北京大型公共建筑能耗比例
宾馆
其他 18% 空调 44%
电梯 3% 办公设备 22% 其他 10%
写字楼
空调 37%
电梯 9% 办公设备 4%
照明 25%
3 颜色感觉
在明视觉时，人们对于380nm—780nm范围内的电 磁波引起不同的颜色感觉。不同颜色感觉的波长范 围和中心波长 表1—1 光谱颜色中心波长极范围 颜色感觉 红 中心波长/nm 700 范围/nm 640-750
橙
黄 绿 蓝 紫
620
580 510 470 420
600-640
550-600 480-550 450-480 400-450
L I
a
/ A cos a a
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“表现亮度(
或称明亮度)”。
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
解：窗洞可看作发光平面，其亮度等于窗外蓝天 的亮度。
1 cos 0.97 侧窗： 2 0.228 2 2 0.5 4.25
0.5 cos i 0.243 4.25
Ew=10000×0.228×0.243=555lx
1 天窗： 4
cos i 1
Em=10000×0.25×i=2500lx
第七讲 建筑光学基本知识
最外层上，接受光刺激。
锥状细胞在明亮环境下对色觉和视觉敏锐度起决定作用，它 能分辨出物体的细部和颜色，并对环境的明暗变化作出迅速 的反应；
杆状细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用，它虽能看到 物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的反应缓慢。
2.定向透射 光线射到透明材料上产生定向透射，定向透射经材料的两个表
面时符合折射定理。 ①入射线、折射线与分界面的法线同处于一个平面，且分处于
法线的两侧； ②入射角正弦和折射角正弦的比值是一个常数。
即sini/sinr=n2/n1
（三）扩散反射和透射 1.均匀扩散材料
a.均匀扩散反射材料： 大部分无光泽、粗糙的建筑材料
2.眩光分类： 根据眩光对视觉的影响的程度可分为：失能眩光和不舒服眩光。 根据眩光的形成过程，眩光可分为直接眩光和反射眩光： 直接眩光：由视野中高亮度的或未曾充分遮蔽的光源所产生的。 反射眩光：由视野中的光泽表面的反射所产生的，反射眩光往
往难以避开。
3.消除或减轻直接眩光的措施：
①限制光源亮度（增大面积，降低亮度）如加灯罩等。 ②增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比。 ③减少形成眩光的光源的视看面积（即光源对观测者眼睛形成 的立体角）。 ④尽可能增大眩光源的仰角。
当物体发光或反光时，人们才能看见它。 最低亮度阈：人们能看见的最低亮度，10-5cd/m2。 若亮度过大，超出眼睛的适应范围，眼睛的灵敏度反而会下 降，当物体亮度超过16X104cd/m2（16sb）时，人们就感到刺眼。
对于人眼视力而言，存在着最佳亮度（照度）。
人们感到满意的照度值
（二）物件尺寸 物体尺寸以及眼睛至物件的距离均影响人们观看物件的视
光环境设计
5、钠灯 钠灯是利用钠蒸气放电的气体放电灯的总称。有低压钠灯和高压
钠灯之分。 （1）低压钠灯
低压钠灯的光色呈现橙黄色，它的光视效能极高，光色柔和，眩 光小，透雾能力极强，低压钠灯的缺点是其辐射近乎是单色黄光，分 辨颜色的能力差，不宜用于繁华的市区街道和室内照明。
（2）高压钠灯 高压钠灯主要为黄色、红色光谱，工作时发出白色的光。高压钠
第一章 光学基础知识
主要内容： 第一节：光环境 第二节：自然采光与人工照明
第一节 光环境
一、光的特性
现代物理实验证实，光在传播过程中显示出的主要是波动性，而 在光与物质的相互作用中，主要显示出的则是微粒性，这也就意味着 光具有波动性和微粒性的双重特性：
1．光的电磁理论 光的电磁理论认为光是能在空间传播的一种电磁波，实质是电磁
lcd=l lm/l sr
3．照度 照度是用来说明被照面上被照射的程度的，即被照物体表面每单
位面积上所接收到的光通量。 表面上一点的照度等于入射到
包含该点的面元上的光通量与面元 的面积之商。照度用符号E 来表示， 单位为勒克斯，符号为lx。
E =dΦ /dA
4．亮度 “被视物体实际上是一个发光体，
（1）锥状细胞 主要集中在视网膜的中心窝区域。锥状细胞只在明亮（约
1.0cd/m2以上的亮度）的环境下起作用，这时它能分辨出物体的细 部和颜色，并对环境的明暗变化做出迅速反应。
（2）杆状细胞 在中心窝区域并没有杆状细胞。但自此区域向外，其分布密度都
在迅速增加，在离中心窝区域20°附近达到其最大密度，然后又开始 逐渐减少。
视网膜上的物象的照度与发光体在视 线方向的正投影面积A cosα成反比， 与发光体朝向视线方向的发光强度I 成正比。这一概念被称为亮度”。
建筑光学
均匀扩散材料表面的亮度公式计算: 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 透射)方 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 具有最大的亮度,而在其他方向也有一定亮度. 亮度和发光强度分布见图.图中实线表示亮度分布, 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 光强度分布.这种材料如:有光滑的纸,较粗糙的金属表面, 漆表面等. 漆表面等.
例题 已知钠光灯发出波长为589nm的单色光,设其辐 的单色光, 已知钠光灯发出波长为 的单色光 射通量为10.3W,计算其发出的光通量? ,计算其发出的光通量? 射通量为 解:查表:实线明视觉 V(589)=0.78 查表: φ589 = 683×0.78×10.3 × × =5484lm
发光强度
光基本量的定义,符号,单位, 光基本量的定义,符号,单位,公式
名 称 光通量 发光强度 照度 亮度 反射比 透射比 吸收比 定 义 符号 单 位 公 式
光基本量的定义,符号,单位, 光基本量的定义,符号,单位,公式
定向反射和透射
定向反射 光线射到表面很光滑的不透明材料 上,就出现定向反射现象.定向 就出现定向反射现象. 反射现象符合反射定理, 反射现象符合反射定理,即: ① 光线入射角等于反射角; 光线入射角等于反射角; ②入射光线,反射光线以及反射表 入射光线, 面的法线处于同一平面, 面的法线处于同一平面,
物件尺寸 物体尺寸以及眼睛至物件的距离均影响人们观看物件的视度. 物体尺寸以及眼睛至物件的距离均影响人们观看物件的视度.物件 尺寸 d,眼睛至物件的距离 l,形成视角 , , ,其关系如下
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
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：
建筑光学基本知识点总结
建筑光学基本知识点总结一、光的基本性质。
1. 光的本质。
- 光是一种电磁波，其波长范围在380 - 780nm之间的电磁波能引起人眼的视觉，称为可见光。
- 光在真空中的传播速度为c = 2.99792458×10^8m/s，在空气中的速度近似等于真空中的速度。
2. 光的度量。
- 光通量（varPhi）- 定义：人眼对光的感觉量为光通量，单位为流明（lm）。
- 例如：一个100W的白炽灯发出的光通量约为1250lm。
- 发光强度（I）- 定义：光源在某一方向上单位立体角内发出的光通量，单位为坎德拉（cd）。
I=(varPhi)/(ω)，其中ω为立体角。
- 点光源向四周均匀发光时，在球心处发光强度I=(varPhi)/(4π)。
- 照度（E）- 定义：被照面单位面积上接受的光通量，单位为勒克斯（lx）。
E = (varPhi)/(A)，A为被照面面积。
- 例如：晴天中午室外地面照度可达100000lx，而夜间室内照度可能只有50 - 100lx。
- 亮度（L）- 定义：发光体（反光体）表面在某一方向上单位投影面积单位立体角内发出（反射）的光通量，单位为坎德拉每平方米（cd/m^2）。
- 对于漫反射表面，L=(ρ E)/(π)，其中ρ为漫反射系数。
3. 光的传播。
- 直线传播。
- 光在均匀介质中沿直线传播，这是小孔成像等现象的原理。
- 反射。
- 分为镜面反射和漫反射。
- 镜面反射：反射光线遵循反射定律（入射角等于反射角），光滑表面如镜子的反射属于镜面反射。
- 漫反射：反射光线向各个方向，粗糙表面的反射为漫反射，多数建筑材料表面的反射接近漫反射。
- 折射。
- 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
折射定律为n_1sinθ_1 = n_2sinθ_2，其中n_1、n_2为两种介质的折射率，θ_1、θ_2为入射角和折射角。
- 全反射。
- 当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角θ_c=arcsin(n_2)/(n_1)时，发生全反射。
《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。
建筑物理课本重点(光学,声学)
第一章建筑光学基本知识1、能够引起人视觉感觉的电磁辐射波长范围为380-780nm2、光谱视效率：表示波长和波长的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，该两个单色辐射通量之比。
3、视野范围（视场）水平面180°，垂直面130°，上方为60°，下方为70°4、普尔钦效应：在不同的光亮条件下，人眼感受性不同的现象。
5、光通量：人眼对光的感觉量公式：6、辐射通量：光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐射能量。
7、发光效率：单位辐射通量产生的光通量。
8、发光强度：光源在空间的光通量分布状况，就是光通量的空间分布密度。
公式：9、照度：在被照面单位面积上的光通量多少，表示被照面上的光通量密度。
公式：10、距离平方反比定律：计算点光源产生照度的基本公式，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与它至光源距离r的平方成反比，公式：11、亮度：视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积Acos α成反比，以发光体朝视线方向的发光强度成正比，公式：12、定向反射和透射定向反射：光线入射角等于反射角；入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。
玻璃镜、很光滑的金属表面定向透射：如材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持一致。
窗玻璃13、扩散反射和透射均匀扩散材料：将入射光想均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全想同，看不见光源形象。
氧化镁、石膏、磨砂玻璃；完全均匀扩散透射材料：乳白玻璃、白纸、半透塑料；均匀漫反射材料：将反射光均匀分布在各个方向上，与入射方向无关，砖、混凝土、石膏定向扩散材料：在定向反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向上也有一定亮度。
光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面、釉瓷砖。
14、视度：看物体的清楚程度，影响因素：适当的亮度、物件尺寸、对比、识别时间、避免炫光第二章天然采光1、采用天然采光的原因：人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效；在天然光下感到舒适和有益于身心健康。
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
建筑光学第一章 建筑光学的基本知识
亮度×时间=常数
即：呈现时间越 短，越需要有更高的 亮度才能引起视感 觉。
避免眩光
第四节、视度及其影响因素
第五节、颜色
颜色 波长nm
红 640~750
橙 600~640
黄 550~600 400
500
600
700
蓝 480~550
可见光谱
绿 450~480
紫 400~450
第一节、眼睛与视觉
一、眼睛的 构造
感光细 胞
锥状细胞—— 只在明亮环境下起 作用，能区分物体 细部及颜色；
杆状细胞—— 只在黑暗环境下起 作用，不能区分物 体细部及颜色。
第一节、眼睛与视觉
二、人眼的视觉活动特点
视野范围 （视场）
双眼不动时： 水平面180度； 垂直面130度。
（向上60度，向 下70度）
入射光线、反射光线和反射
a
表面的法线共面。
第三节、材料的光学性质
利用定向反射原理，合理设置照明灯的位置，可避 免受定向反射影响。
定向透射的定义：光线射到透明材料上则产生定向透射
现象。
利用定向透射原理，将玻 璃的一面作上各种花纹， 使玻璃二侧表面互不平行， 因而光线折射不同，达到 模糊不清的程度。这样做， 既看不清另一侧的景物， 又不致分散人们的注意力。
第三节、材料的光学性质
一、能量守恒定律及有关物理量
光反射比（反光系数）、光材料的的光反射比和光透射比的值见Pg139之表7-2
和表7-3
二、定向反射和透射
定向反射的定义：光线射到表面很光滑的不透明材料
上，就出现定向反射现象。
定向反射的特点：
aa
入射角等于反射角；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
I d 表示发光强度与方向有关 d
– 表示光源光通量的空间密度 – 单位：坎德拉(candela, cd)
1cd 1lm 1sr
立体角 P157
• 由于光是辐射在三维空间，故用立体角对光进行计量。
• 立体角是球面积对球心形成的角，以 表示；半径为r、
在中央窝处几乎没有杆体细胞，自中央窝向外，其 密度迅速增加，离中央窝20º附近达到最大密度，然后 又逐渐减少。
功能特征：在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用。
人的视觉活动特点
明视觉、暗视觉和中间视觉
明视觉是指在明亮环境中（大于 3cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的锥体细胞起作用的视觉。明视觉能够辨认 很小的细节，此时人眼具有颜色感觉，而且对外界亮度变 化的适应能力强，反应迅速。
基本光度单位及应用
1. 光通量
由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们就 不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，所 以必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位
——光通量 来衡量
光通量 符号： 单位：流明（lumen），lm
• 在建筑光学中，常用光 通量表示光源发出的光 能量，它成为光源的一 个基本参量。
大，我们觉得被看的发光（或反光）物体愈亮。即亮度是 与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜 物像上的密度。
面积为A的球面形成的立体角为：
d
dA cos
r2
——面积A上微元dA和球心连线与微元法线之间的夹角
• 单位是球面度，以sr表示 • 立体角的大小与球半径无关。 • 当球面积A=r2时，在球心处形成的立体角为1球面度，即
1 A / r2 1sr
光通量 相同, 发光强度I 可以不同
运用人为手段在某方向 上达到所需的发光强度
• 第3章 建筑照明
——人工光源和灯具的光学特性及其基本的照 明设计和计算方法
第1章 建筑光学基本知识
主要内容
• 光与视觉 • 基本光度单位及应用 • 材料的光学性质 • 可见度及其影响因素 • 颜色
光与视觉
• 人眼看到的光是一种能够直接引起视感 觉的电磁辐射，其波长范围为 380~780nm。
• 在需要人眼变动注视方向的工作场所中，视线所 及的各部分亮度差别不宜过大，这样可减少视疲 劳。
光谱光视效率
• 明视觉时，人眼感到黄绿 光部位最亮，最大值在波 长555nm处，愈趋向光谱 两端的光愈暗；
• 暗视觉时，蓝绿光部位 最亮，最大值在507nm。
• 在不同光亮条件下，人眼 感受性不同的现象称为 普尔金耶效应
• 单位：勒克斯(lux, lx)，相当于
1 lm的光通量均匀分布在1 m2 的被照面上
1 lm 1 m2
照度 E
• 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。
4. 光源的发光强度 I 与被照面的照度E 之间的关系
I ri E
——射束截面法线与射束方向间的夹角。（发光面法线与
例如100W普通白炽灯 发出1179 lm的光通量。
117向四周空间发射出的总光 能量。
• 不同光源发出的光通量在空间的分布是可以调节 的。
例如，使用灯罩就会使得同一光源向下反射的光
通量增加，故，了解光通量的空间分布状况也很必
要
——发光强度正是其表征
2. 发光强度 I
暗视觉是指在黑暗环境中（小于0.01cd/m2以上的亮度水平）， 主要由视网膜的杆体细胞起作用的视觉。暗视觉只有明暗 感觉而无颜色感觉，也无法辨认物体的细节，对外部明暗 变化的适应能力低，反应缓慢。
中间视觉发生在明视觉与暗视觉之间，此时视觉系统的锥状 和杆状细胞同时在起作用，二者的作用大小依实际而变化。
3. 照度 E
光通量和发光强度都是光源自身的特性，对于被照面而言， 常要研究其实际被照射的程度，常用“照度”来衡量。
• 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值，即被照面
上的光通量密度 。表示被照面被照射的程度。 • 表达式（当光通量均匀分布在被照表面上时）： E
A 其中，Φ为光通量（lm），A为被照面面积（m2）
视觉适应
• 从明亮环境到较暗环境时，人眼对环境转换的适应称为暗 适应，适应时间较长。
• 从较暗环境到明亮环境时，人眼对环境转换的适应称为明 适应，适应时间较短。
应用
• 设计中，应考虑人们流动过程中可能出现的视觉 适应问题，当出现环境亮度变化过大的情况，可 在其间设置必要的过渡空间，使人眼有足够的视 觉适应时间；
建筑光环境
河南科技大学 李宁
建筑物理三大研究主题： • 建筑热环境 • 建筑光环境 • 建筑声环境
授课及考核方式
• 课堂讲授 + 实验 • 考试：闭卷笔试 • 增加调研汇报环节，计入平时成绩
本篇知识构架
• 第1章 建筑光学基本知识
——光环境的相关概念
• 第2章 天然采光
——各种采光窗的采光特性和采光设计及计算 方法
视线方向的夹角）
i——入射光线与被照面法线间的夹角。
例题： P160 例7-3
5. 亮度 L
5.1定义
相同照度条件下，人眼观看黑、白两个物体，感觉白 色物体亮得多，说明人眼对物体的视觉感觉不能用物体表 面照度来直接说明。
一个发光（或反光）物体，在眼睛的视网膜上成像，
视觉感觉和视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈
• 光的度量必须和人的主观感觉联系起来。 为了搞好光照设计，应对人眼的视觉特 性、光的度量、材料的光学性能等有必 要了解。
电磁波谱
眼睛的主要组成部分和功能
类比照相机或摄像机
（1）瞳孔：根据环境的明暗程度自动调节孔径，以控制 进入眼球的光能数量。相当于照相机中光圈的作用。
（2）水晶体：成像功能，还带有自动聚焦功能，相当于 透镜。
（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。
（4）感光细胞——接受光刺激
• 锥体细胞 视网膜中央部位有一个称为“黄斑”的黄色区域，
其中心有一个“中央窝”，锥体细胞在此达最大密度， 往外急剧下降。
功能特征：在明亮环境下对色觉和视觉敏感度起决 定作用。 • 杆体细胞