建筑光学第一章综述
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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
建筑物理 光学 第1章 光与建筑
39
40
41
朗香教堂
勒·柯布西耶对光线作了精心的探索：顶棚与侧墙 之间被一道窄窄的光带分开，缓解了屋顶的厚重 感。厚墙上深凹进去的镶着彩色玻璃的不规则窗 户，使得随时间移动的日光进入室内如同跳动的 精灵，赋予室内空间以鲜活的生命。光线从教堂 潜望镜般的塔楼竖井中倾泻而下，极具戏剧性效 果。正如他在《走向新建筑》中所写的，他在建 筑设计中寻求着“纯粹的精神创造”。
37
38
纽约的古根海姆美术馆
建筑大师赖特的作品，1944年完成设计，由于第 二次世界大战的影响，直到1959年10月才建成开 幕。美术馆的主体部分是一个巨大的螺旋形建筑， 用钢筋混凝土浇铸而成。螺旋形坡道环绕着中庭， 组合而成上大下小倒立的螺旋体圆形大厅。
大厅顶部是一个花瓣形的玻璃顶，光线从上至下 射入大厅，使得原本极富动感的大厅更具魅力与 生机。
层建筑相连构成。为了将自然光柔和地导入室内， 在清水混凝土的穹顶顶棚上采用了天窗采光装置 的设计，自然光由穹顶中央的缝隙通过纤细的不 锈钢穿孔板翼进行数次反射后引入室内。在清水 混凝土的穹顶和不锈钢反射扳之间，太阳光被多 次反射的过程中，自然光中的紫外线被吸收，粗 野的光芒变成了柔和的扩散光，采光天窗宛如是 对自然光进行调理的巨大装置。
42
勒·柯布西耶说：“建筑是对阳光下的各种体量的 精确的、正确的和卓越的处理”。
他认为光线与色彩是建筑师可用的两种最有力的 方式，建筑师通过它们可以创造和营造建筑的内 部和外部空间。
43
44
45
46
金贝尔美术馆，路易斯·康 被公认为是运用自然光构造现代建筑空间的经典
范例。 该馆平面近似正方形，由6栋具有镰刀型剖面的单
安藤忠雄被称为“光的大师”。
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朗香教堂
勒·柯布西耶对光线作了精心的探索：顶棚与侧墙 之间被一道窄窄的光带分开，缓解了屋顶的厚重 感。厚墙上深凹进去的镶着彩色玻璃的不规则窗 户，使得随时间移动的日光进入室内如同跳动的 精灵，赋予室内空间以鲜活的生命。光线从教堂 潜望镜般的塔楼竖井中倾泻而下，极具戏剧性效 果。正如他在《走向新建筑》中所写的，他在建 筑设计中寻求着“纯粹的精神创造”。
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纽约的古根海姆美术馆
建筑大师赖特的作品，1944年完成设计，由于第 二次世界大战的影响，直到1959年10月才建成开 幕。美术馆的主体部分是一个巨大的螺旋形建筑， 用钢筋混凝土浇铸而成。螺旋形坡道环绕着中庭， 组合而成上大下小倒立的螺旋体圆形大厅。
大厅顶部是一个花瓣形的玻璃顶，光线从上至下 射入大厅，使得原本极富动感的大厅更具魅力与 生机。
层建筑相连构成。为了将自然光柔和地导入室内， 在清水混凝土的穹顶顶棚上采用了天窗采光装置 的设计，自然光由穹顶中央的缝隙通过纤细的不 锈钢穿孔板翼进行数次反射后引入室内。在清水 混凝土的穹顶和不锈钢反射扳之间，太阳光被多 次反射的过程中，自然光中的紫外线被吸收，粗 野的光芒变成了柔和的扩散光，采光天窗宛如是 对自然光进行调理的巨大装置。
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勒·柯布西耶说：“建筑是对阳光下的各种体量的 精确的、正确的和卓越的处理”。
他认为光线与色彩是建筑师可用的两种最有力的 方式，建筑师通过它们可以创造和营造建筑的内 部和外部空间。
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金贝尔美术馆，路易斯·康 被公认为是运用自然光构造现代建筑空间的经典
范例。 该馆平面近似正方形，由6栋具有镰刀型剖面的单
安藤忠雄被称为“光的大师”。
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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。
建筑物理总结光学部分
建筑物理总结光学部分建筑光学1. 可见光的波长为380-780nm 。
2. 在明亮的环境中，⼈眼对波长为555nm 的黄绿⾊光最敏感3. 在较暗的环境中，⼈眼对波长为507nm 的蓝绿⾊光最敏感4. 光通量Φ：光源发出光的总量，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）。
单位：光⽡或流明（Lm ），1光⽡=683流明。
1光⽡等于辐射通量为1W ，波长555nm 的黄绿光所产⽣的光感觉量。
100W ⽩炽灯发1250lm 的光通量，40W 荧光灯发2200lm 的光通量。
6. 光强I ：光源光通量在空间的分布密度。
ΩΦ=d d I α。
单位坎德拉cd ；光通量⼀定，光通量所分布的⽴体⾓不变，光强与测光点的距离⽆关。
7. 照度E ：单位⾯积被照表⾯接受的光通量A E /Φ=。
单位Lx ；英制单位f c =10.76L x 。
i rI E cos 2α= 8. 照度标准值按0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、…、5000Lx 分21级。
9. 亮度L ：光源或被照⾯的明亮程度。
单位是cd/m 2（nt ）、asb 、sb 。
1 asb=1/πcd/m 2；1 sb=104 cd/m 2。
ααcos /A I L =；πτ/E L =。
10. 太阳亮度20万sb ；⽆云蓝天亮度0.2~2.0sb(2000~20000cd/m 2)；荧光灯表⾯亮度0.8~0.9sb ；⽩炽灯亮度约0.15sb 。
11. 光谱光效应函数：描述⼈眼对不同波长单⾊光的视亮度感受性的差异。
12. 明视觉光谱光效应函数：将黄绿光555nm 的感觉量定为1，其余波长光的感觉量都⼩于1。
13. 双眼平视前⽅，眼球不动时，⼈眼的视野范围为⽔平180°，垂直向上为60°，向下为70°。
14. 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“中⼼视野”；⽬标偏离中⼼视野以外观看时，叫“周围视野”；视线周围30°视觉环境的清晰度较好，看起来⽐较清楚。
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。
建筑光学PPT课件
光通量
光通量是人眼对光能量中的有感 觉的量。
光通量符号：φ 单位 ：lm
计算公式 或
40W白炽灯， Ф=350lm 40W荧光灯， Ф=2200lm
式中 φ——光通量，lm;
——波长为 的光谱辐射通
量，W;
—— 光谱光视频率：
——最大光谱光视效能，明
视觉时为
。
例题
已知钠光灯发出波长为589nm的单色光，设其辐 射通量为10.3W，计算其发出的光通量？
照度和亮度的关系
照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系
而
得
所以有
整个发光面在0点形成的照度是
均匀亮度是有 立体角投影定律
例题
在房间侧墙和屋顶上各开一个1㎡的窗洞，它们 与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见 的天空亮度为1sb，试分别求出各个窗洞在桌 面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。
Lα
坎德拉每平方 米 (cd/m2)
Lα=Iα/(A·cosa)
ρ 无量纲
ρ=φρ/φ
τ 无量纲
τ=φτ/φ
α 无量纲
α=φα/φ
【例1】
某房间墙壁用乳胶漆饰面，其反射比ρ=0.7，已 知墙面平均照度为E=50lx，求墙面平均亮度。
【解】：由公式
L E
0.7 50
11.14 cd
m2
因为
1ast
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。
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。
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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
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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
建筑物理光学部分《第章：光学基础知识》
2． 中央凹附近2°，称为中心视场。
3. 从中心视场往外直到30°范围为视觉清晰区域。
郑州华信学院
建筑物理
图1-3 视野范围
第1章
郑州华信学院
建筑物理
明视觉、暗视觉、中间视觉
第1章
明明视觉觉是在明亮的环境中，主要是锥 状细胞起作用的视觉。明视觉可以辨别很 小的细节，此时人眼有颜色感觉。暗暗视视觉觉 是在黑暗环境中，主要有杆状细胞起作用 的视觉。眼睛处ห้องสมุดไป่ตู้明视觉和暗视觉的中间 状态，锥状细胞和杆状细胞同时发生作用， 称为中中间视视觉觉。
建筑物理
3、眼睛与视觉
第1章
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。
郑州华信学院
建筑物理
图1－1 右眼剖面图 郑州华信学院
第1章
（水晰视处光两（ 形 状的刺晶觉在种3的 肌2）睛 其）激影体感视感（视弹 收的 功，像在受网光4水从网）性 缩主 能并。视部膜细晶膜感图透 或转视网分最胞要 如与央杆央体光中明 放换膜 ， 外 在网组下状此窝窝光细可为上 类 层 视膜体松成：细相 处 向线胞为神是聚 似 上 网看，的胞反 几 外部经一经眼焦 照 ， 膜到，， 乎 ，它控过分扁冲成 相 接 上睛它自在 没 其眼受制瞳，动清 机 受 的的们球中 有 密中孔睫，。、 中感分主位使 其要的光布，其 屈中 根集胶细是称形 光央 据（中卷胞不为状 度的 环在。－均“1）改 ，视视－匀黄境圆度离密瞳变 使网 锥 的网斑的形迅度中孔膜 状 ：膜”，远明孔速 达央的上 和 锥的从近增 到窝暗，中布 杆 状黄虹加 最而不2程它0满 状 细央色膜， 大附改同度可了 感 胞部区在 ，近变的， 光就神感域称细区下外 成 机 晶产细经。胞觉“以降界 清 的 体自 控 数 圈黄生胞，密。外。中景 晰 透 具动 制 量 的斑神。再度央,锥物 的 镜 有调 进 。 作区经光传达窝状都 影 的 自的冲线至到”节 入 起 用然感膜见细能 像 作 动中射 大 最动；其眼照。光后上图胞心到 脑 大，在在。用聚孔睛相又细的7的－有传它 产 ；这视它，焦逐胞分径的机密2一输们 生 在里渐在布网起不功。度，光中小上 视 黄至锥减视情膜照过能急以能光凹面 觉 斑视状少况网剧上相水。，。
建筑光学-6建筑光学基本知识
27
三、照度
照度E是受照平面上接受的光通量密度，单位勒 [克斯]（lx） 。 若照射到无限小面积上的光通量为d，该被照 面面积为dA，则E＝d/dA 当光通量均匀分别在被照表面A上时，则此被照 面的照度为：E＝/A
28
勒（lx）是一个较小的单位。 夏季中午日光下，地平面上 照度可达105lx；在装有40瓦白 炽灯的书写台灯下看书，桌 面照度平均为200～300 lx；月 光下的照度只有几个lx。
第二篇 建筑光学
1
人类的生活时时刻刻离不开光 。光辐射引起人的视觉，人才 能看清他周围的环境；人从外 界获得的信息约有80%来自光 和视觉。所以，无论是白天还 是晚间，舒适的光环境对任何 人都是至关重要的。
2
光环境的内涵很广，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，颜色分布， 颜色显现）建立的生理 和心理环境。
积发出的发光强度，单位cd/m2
Lα ＝Iα/A cos α
34
把直观看一个物体表面发光的属性称为“表观亮度”， 这是一个心理量，没有量纲。它与“亮度”这一物理量 有一定的相关关系。
上面定义的光亮度是一个物理量，它与视觉上对明暗的直 观感受还有一定的区别。
例如在白天和夜间看同一盏交通信号灯时，感觉夜晚灯的
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。
受到眼睛结构以及
Байду номын сангаас
在面部位置的影响，
眼睛的视看范围是
有局限的。
17
三、视野
视觉清楚区 域
人双眼不动的视觉范围：水平 180°，垂直130°，上方60°， 下方70°。
遮挡区域
双眼共同视 看范围
三、照度
照度E是受照平面上接受的光通量密度，单位勒 [克斯]（lx） 。 若照射到无限小面积上的光通量为d，该被照 面面积为dA，则E＝d/dA 当光通量均匀分别在被照表面A上时，则此被照 面的照度为：E＝/A
28
勒（lx）是一个较小的单位。 夏季中午日光下，地平面上 照度可达105lx；在装有40瓦白 炽灯的书写台灯下看书，桌 面照度平均为200～300 lx；月 光下的照度只有几个lx。
第二篇 建筑光学
1
人类的生活时时刻刻离不开光 。光辐射引起人的视觉，人才 能看清他周围的环境；人从外 界获得的信息约有80%来自光 和视觉。所以，无论是白天还 是晚间，舒适的光环境对任何 人都是至关重要的。
2
光环境的内涵很广，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，颜色分布， 颜色显现）建立的生理 和心理环境。
积发出的发光强度，单位cd/m2
Lα ＝Iα/A cos α
34
把直观看一个物体表面发光的属性称为“表观亮度”， 这是一个心理量，没有量纲。它与“亮度”这一物理量 有一定的相关关系。
上面定义的光亮度是一个物理量，它与视觉上对明暗的直 观感受还有一定的区别。
例如在白天和夜间看同一盏交通信号灯时，感觉夜晚灯的
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。
受到眼睛结构以及
Байду номын сангаас
在面部位置的影响，
眼睛的视看范围是
有局限的。
17
三、视野
视觉清楚区 域
人双眼不动的视觉范围：水平 180°，垂直130°，上方60°， 下方70°。
遮挡区域
双眼共同视 看范围
光学基本知识
眩光的避免
消除或减轻直接眩光的措施： 限制光源的亮度； 增加眩光光源的背景亮度，减小两者之间的亮度对比； 尽可能的增大眩光光源的仰角。
减小反射眩光的措施
尽量使视觉作业的表面为无光泽的表面； 应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的镜面 反射区域； 使用发光表面积大、亮度低的光源； 使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占的 比例减少。
第1篇 建筑光学
第1章
建筑光学基本知识
一、光的视觉性质
光是一种电磁辐射。任何能发光 的物体均称为光源。如太阳、白 炽灯、日光灯等。 建筑光学中讨论的光通常为可见 光。波长范围为：380nm～ 780nm 。
波长不同，光色也不同。 波长> 780nm：红外光，有很好 的热效应； 波长<380nm：紫外光，有极强的 杀菌消毒能力。
就显得越亮。
亮度的定义：发（反）光体或发光表面在视线方向单位 投影面积上的发光强度。 Lα=Iα / Acosα 亮度的常用单位为：坎德拉每平方米（cd/㎡ ） 另一个较大的单位为：熙提（sb），表示1 c㎡ 面积上发 出1cd时的亮度单位。 1sb=10000cd/㎡ 亮度是个主观量，我们眼睛所感受到的物体明亮程度， 除了与物体表面亮度有关外，还与环境的明暗程度有关。
定律表明：某一发光表面在被照面上形成的照度， 仅和发光表面的亮度及其在被照面上形成的立体 角投影有关，而和该发光表面面积的绝对值无关。
四、视度及其影响因素
视度——看物体的清楚程度。 影响视度的因素有： 1.亮度 最低亮度：3.14×10-5 cd/m2 满意照度: 1500~3000 lx 最高亮度：1.6×105 cd/m2。
建筑光学第一章 建筑光学的基本知识
邦森—罗斯科定律： 在一定条件下，
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；
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；
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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
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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）。
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
2017年10月19日星期四
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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
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
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）
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
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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）
建筑物理(热工、光学部分）
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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= dA
单位：勒克斯(Lux, lx)、英尺烛光(fc) 1fc=10.76lx=10.76lm/m2
平方反比定律、立体角投影定律、朗伯余弦定律
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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
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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
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°）
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
•
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
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建筑物理(热工、光学部分）
第一章 建筑光学的基本知识