建筑物理复习(建筑光)

第七章 建筑光学基本知识

1. 基本光度单位

①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。

光通量Φ由下式计算：

（7-1） 式中，Φ——d ()

d e λλΦ——辐射通量的光谱分布（W ）；

V()λ——光谱光视效率，可由图7-4或附表1中的y()λ查出。 m

K ——最大光谱光视效能，在明视觉时为683 lm/W 。

计算时，光通量通常采用下式得到：

（7-2）

式中，,e λΦ——波长为λ的辐射通量（W ）。 单位： 光瓦或流明（lm ） 1光瓦= 683 lm

②发光强度：空间中的光的分布状况，就是光通量的空间密度，常用符号

I α来表示。

单位为坎德拉，符号为cd 。

光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元d Ω内传输的光通量d Φ除以该立体角之商，发光强度的符号为

I α。

点光源在某方向上的立体角元d Ω内发出的光通量为d Φ时，则该方向上的发光强度为：

当角α方向上的光通量ΦΩ内时，则该方向的发光强度为：

（7-4） ③照度:

这就是照度。符号为E 。它表示被照面上光通量的密度。

A d 之商，即：

当光通量Φ均匀分布在被照表面A

A

E Φ

=

（7-5） 照度单位为勒克斯，符号为lx ，等于1 lm 的光通量均匀分布在1m 2的被照面上。 ④发光强度和照度的关系:

1．点光源垂直入射到被照表面。如左图，根据A E Φ=、I αΦ=Ω和2A

r

Ω=可得：

2A I I E r

αα

Ω=

= （7-6） 上式表明，某表面的照度E 与点光源在这方向的发光强度I α成正比，与距光源的距离r 的平方成

反比。此为计算点光源照度的基本公式，称为距离平方反比定律。 2．点光源入射角为i （光源射线与被照面法线所成角）。如右图，根据1122A E A E Φ==、12cos A A i =

得： 21cos E E i =

即： 2cos I E i r

α

=

（7-7） 它表示：表面法线与入射光线成i 角处的照度，与它至点光源的距离平方成反比，与光源在i 方向的发光强度和入射角i 的余弦成正比。

⑤亮度: 发光体在视线方向上单位投影面积上的发光强度。

其符号为L ，计算公式为：

2Acos d L d d α

Φ

=Ω

式中，2

d Φ——由给定点处的束元A d 传输的并包含给定方向立体角元d Ω内传播的光通量； A d ——包含给定点处的射束截面积； α——射束截面法线与射束方向间的夹角。

当角α方向上射束截面A 的发光强度I 均相等时，角α方向的亮度为：

A cos I L α

αα

=

（7-8）

亮度的常用单位为坎德拉每平方米1平方米表面上，沿法线方向(α＝0°)

发出1坎德拉的发光强度。另一单位为熙提（sb ），1sd=104 cd ／

m 2

⑥照度和亮度的关系:

如右图，设1A 为各方向亮度都相同的发光面，2A 为被照面。在1A 上

取一微元面积1A d ，由于其尺寸和它距离被照面间的距离r 相比很小，故可视为点光源。微元发光面积dA 1射向O 点的发光强度为dI α，则其在2A 上的O 点形成的照度为：2cos dI dE i r

α

=

（1）

对微元发光面积1A d 而言，根据亮度和光强的关系7-8式得：

1A cos dI L d ααα= （2）

由1、2式得： 12

A cos cos d dE L i r α

α

= （3）

又因为

12

A cos d r α

为微元面1A d 对O 点所张开的立体角d Ω，故有cos dE L d i α=Ω

整个发光面在O 点形成的照度为：cos E L d i αΩ

=Ω⎰

因光源在各方向的亮度相同，则

（7-9）

这就是立体角投影定律。它表示某一亮度为α的发光面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光面的亮度L α与该发光面在被照射点上形成的立体角Ω的投影（cos i Ω）的乘积。

2. 材料的光学性质

①光的反射、吸收和透射 ②光的规则反射和透射 ③扩散反射和透射

漫射材料表面的亮度可有下列公式计算：

对于漫反射材料：E L ρ

π⨯=

cd/m 2

对于漫透射材料：E L τ

π

⨯= cd/m 2

漫射材料的最大发光强度在表面的法线方向，其他方向的发光强度和法线方向的值有如下关系： 0cos i I I i =

i 为表面法线和某一方向间的夹角，这一关系式称为“郎伯余弦定律”。

3.可见度及其影响因素

①可见度：就是人眼辨认物体存在或形状的难易程度，故以前又将其称为视度。

室内应用时，以标准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义。 室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义，故常称为能见度。 ②影响可见度的因素：

亮度、大小（物件的相对尺寸）、亮度对比、识别时间和眩光等。

4.颜色

①颜色形成

光源色：由光源发出的色刺激。

物体色：被感知为物体所具有的颜色。它是由光被物体反射或透射后形成的。

①分类和属性

无彩色：在知觉意义上是指无色调的知觉色，由从白到黑一系列中性灰色组成。

有彩色：在感知意义上是指所感知的颜色具有色调，它由除无彩色以外的各种颜色组成。 任何一种有彩色的表观颜色，均可按照三种独立的属性分别加以描述：色调（色相）、明度、彩度。

①色调：是各彩色彼此相互区分的视感觉特性。各种单色光在白色背景上呈现的颜色。

可见光谱不同波长的辐射，在视觉上表现为各种色调。

②明度：是颜色相对明暗的视感觉特性。

彩色光的亮度愈高，人眼愈感觉明亮，它的明度就愈高。 无彩色只有明度这一个颜色属性的差别。

③彩度：是彩色的纯洁性。可见光谱的各种单色光彩度最高。

③颜色混合

色度学中将 红（700nm ）、绿（546.1nm)、蓝（435.8nm)称为加色法三原色。 青色（减红）、品红色（减绿）、黄色（减蓝）为减法三原色。