建筑光学第一章综述

2017年10月19日星期四
1
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

1.2 基本光度单位及相互关系
[例7-1] 已知钠光灯发出波长为589nm的单色光，设 其辐射 通量为10.3瓦，试计算其发出的光通量。 解：从图7-4的相对光谱光效率明视觉（实线） 曲线中可查得， 对应于波长589nm的V（λ）=0.78 则该单色光源发出的光通量为： F589=0.78×10.3=8.03光瓦或 F589=0.78×10.3×683=5484lm
2017年10月19日星期四
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识

1.1 眼睛与视觉

人眼的视觉特点
• •
颜色感觉 光谱光视效率
某单色光与人眼最敏感的光产生相同视 觉感觉时，两者的辐射通量之比。
•
视野范围（视场）

•
明、暗视觉
水平180° ，垂直130° （上60° ， 下70°）； 中心视场（ 2° ）； 清晰区域（30°）
平方反比定律、立体角投影定律、朗伯余弦定律
2
2017年10月19日星期四
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识

1.1 眼睛与视觉

•
光的范围
能引起人视觉感觉的电磁波，一般波长范围在380~780nm。
人眼的构造与视觉过程
人眼的基本构造 瞳孔：光圈，可以根据环境的明暗程 度自动调节孔径，以控制进入眼睛的 光的数量； 水晶体：透镜，可自动调焦； 视网膜：胶片，上面布满感光细胞。 感光细胞产生电信号，经视神经传至 大脑，形成视觉感觉 感光细胞：锥状细胞和杆状细胞

3
2017年10月19日星期四
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识

1.1 眼睛与视觉

锥状细胞和杆状细胞
锥状细胞： 主要分布在视网膜的中央部位，称为 “黄斑”的 区域。 “中央窝”锥状细胞的密度达到最大。 在明环境中起作用，对色觉和视觉敏锐度起决定 作用，人眼据此判别物体的颜色和细部特征 对环境的明暗变化反应迅速；在暗环境下不起作 用 杆状细胞： 分布区域与锥状细胞相反； 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； 对环境的明暗变化反应缓慢。 4
被照表面
朔日星夜地面 望日星夜地面 读书所需最低照度 100W白炽灯1m 9
照度（lx）
0.002 0.2 30 100
2017年10月19日星期四
被照表面
晴天采光良好的室内 晴天室外散射光下地面 夏日中午太阳直射地面
照度（lx）
100~500 1000~10000 100000
建筑物理(热工、光学部分）
10
α为表面法线与
光线所成的夹角
建筑物理(热工、光学部分）
2017年10月19日星期四
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
•
白炽灯灯丝 Ia 描述光源或反光物体明亮程度的量 荧光灯灯管表面
a
亮度(luminance, L)
发光物体
表面亮度(sb)
300~500 0.8~0.9 20万 0.2~2.0sb
•
发光强度(Luminous Intensity, I)
描述光通量在空间的分布； 立体角（单位：sr）

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
2017年10月19日星期四
dA = 2 r
d I= d
6
建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识
7
2017年10月19日星期四
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
[例7-1]已知水银灯的单色辐射通量值，试计算其光通量。 解：水银灯发出的各种波长的光列于下表中第一栏。其 单色辐射通量列于表中第二栏。最后将其总和得光通 量为22.86光瓦（15613lm）。
波长λ （nm） 365 406 436 546 578 691 总计 单色辐射通量λ （W） 2．2 4．0 8．4 11．5 12．8 0．9 39．8 相对光谱光效率 V（λ ） — 0．0007 0．018 0．984 0．889 0．0076 光通量 Fλ （光瓦） — 0．0028 0．15 11．3 11．4 0．007 22．86
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
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：
斜入射时：
F I I 及E E S S S I 2 E 2 r r F
S1 E1 S1 S2 而S 2 E2 E1 cos E2 cos I I E1 2 E2 2 cos r r
建筑物理(热工、光学部分）
8
2017年10月19日星期四
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
•
照度(illuminance, E)

单位被照面积上接受到的光通量的大小
d E= dAຫໍສະໝຸດ Baidu

单位：勒克斯(Lux, lx)、英尺烛光(fc) 1fc=10.76lx=10.76lm/m2
5
2017年10月19日星期四
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, )
= K m e, V( )d
= K m e,i V(i )

单位：流明（Lumen, lm）
建筑光学篇

主要内容


学习目的 了解建筑光学的基本知识； 掌握采光和人工照明基本设计方法； 通过所学知识，在设计中合理解决一些与人体视觉密切 相关的问题，为人们创造良好的光环境。 核心内容： 建筑光学的基本知识 材料的光学特性 采光口的主要形式及优缺点 主要人工光源、照明的主要方式