建筑物理實(shí)驗(yàn)-光學(xué)指導(dǎo)書20160403

1、實(shí)驗(yàn)一 天然采光測(cè)量與指標(biāo)評(píng)定實(shí)驗(yàn)Experiment 1： Daylighting measurement and analysis 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 8 實(shí)驗(yàn)類型： 綜合前修課程名稱：建筑光學(xué)適用專業(yè)：建筑學(xué)、城市規(guī)劃、結(jié)構(gòu)工程等一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸谧匀还鈼l件下，研究建筑物的采光性能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過實(shí)驗(yàn)來研究和評(píng)判學(xué)校建筑空間采光的性能，分析具體建筑空間中天然采光設(shè)計(jì)效果。三、實(shí)驗(yàn)要求1測(cè)量儀器的選擇天然采光測(cè)量用的照度計(jì)宜為光電式照度計(jì)，讀數(shù)顯示為指針式或數(shù)字式均可，要求儀器的精確度達(dá)到II級(jí)以上?？紤]到測(cè)量中將遇到測(cè)點(diǎn)的光線可能來自不同方向和角度，因此，照度計(jì)的接收器應(yīng)當(dāng)帶有濾光片和余弦修正

2、裝置，測(cè)量儀器在測(cè)量前也必須經(jīng)過校正。(以上是要求，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中標(biāo)注你選的設(shè)備是什么，什么特性，主要技術(shù)參數(shù)，使用方法，注意事項(xiàng))2、合理布置測(cè)點(diǎn)（詳細(xì)說明布點(diǎn)原則，包括平面圖和立面圖）3、正確使用儀器（描述儀器是如何使用的）四、實(shí)驗(yàn)裝置教室一間，卷尺一個(gè)，照度計(jì)二臺(tái)。(標(biāo)注測(cè)試地點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間)五、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)原理描述室內(nèi)采光效果的參數(shù)是采光系數(shù)，它的定義是在室內(nèi)給定平面上的一點(diǎn)，由直接或間接地來自采光口的天然光而產(chǎn)生的照度與同一時(shí)刻室外無遮擋水平面上產(chǎn)生的天空散射光照度之比。其計(jì)算公式如下： C=（𝐸𝑛/𝐸𝑤）×100

3、% （1）式中En室內(nèi)某點(diǎn)的天然光照度，lx； Ew同一時(shí)刻室外無遮擋天空擴(kuò)散光的水平面照度，lx。實(shí)測(cè)時(shí)要準(zhǔn)備好兩臺(tái)型號(hào)相同的照度計(jì)，一臺(tái)照度計(jì)的接收器放在建筑室內(nèi)的測(cè)點(diǎn)處，另一臺(tái)的接收器放在室外空曠、無直射光之處（必要時(shí)可在接收器1米外用遮擋物遮擋直射光，遮擋物的投影面積是接收器的23倍）。分別同時(shí)測(cè)出室內(nèi)外的照度值，以后就可以按公式（1）計(jì)算出工作面上各測(cè)點(diǎn)的采光系數(shù)C。2實(shí)驗(yàn)步驟（1）布置測(cè)點(diǎn)，選取教室一間，然后在典型剖面與工作面（正常取0.75米，專教可取繪圖桌面）的交線上布置一組測(cè)點(diǎn)。側(cè)面采光的房間選兩個(gè)典型橫剖面，其中一個(gè)過側(cè)窗的中心線（橫剖面1），另一個(gè)通過窗間墻的中心線（橫剖

4、面2），其它測(cè)點(diǎn)可等間距布置（可在兩個(gè)典型橫剖面中間設(shè)置一組測(cè)點(diǎn)（橫剖面3）。單側(cè)采光距內(nèi)墻1米處開始設(shè)1測(cè)點(diǎn)，然后向側(cè)窗方向1米間隔順次設(shè)置若干測(cè)點(diǎn)位置。(實(shí)際描述是如何布點(diǎn)的，繪制布點(diǎn)圖，寫清點(diǎn)的標(biāo)號(hào)，包括平面圖和立面圖，測(cè)點(diǎn)距離地面的高度，測(cè)試時(shí)應(yīng)該注意的問題)（2）將室外照度計(jì)放在選定的室外測(cè)試地面上，室內(nèi)照度計(jì)依次放在室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)上，注意，測(cè)量時(shí)必須關(guān)閉所有室內(nèi)照明燈具。(描述天氣狀況，測(cè)試時(shí)間，室外測(cè)點(diǎn)選擇注意事項(xiàng)，詳細(xì)說明室外取點(diǎn)位置，有圖片)（3）室內(nèi)外照度計(jì)同時(shí)讀數(shù)（可約定時(shí)間或手機(jī)聯(lián)系），為了避免讀數(shù)時(shí)可能出現(xiàn)的誤差，每個(gè)測(cè)點(diǎn)要讀取三次讀數(shù)?？稍跍y(cè)量時(shí)由測(cè)量人員用手遮擋接收器

5、（光電池）三次，然后分別讀數(shù)三次，并將每次讀數(shù)均計(jì)入測(cè)量記錄表。（4）將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)填入測(cè)量記錄附表1（自制表格，后附參考表）。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理（1）整理記錄并按公式（1）算出各測(cè)點(diǎn)的采光系數(shù)值，然后繪出建筑各典型剖面的采光系數(shù)曲線圖。（2）采光系數(shù)曲線圖是在建筑物的典型剖面圖（橫剖面或縱剖面）上表示的工作面各測(cè)點(diǎn)的采光系數(shù)變化曲線。以剖面圖上的工作面高度線作為圖形的橫坐標(biāo)軸，并在它的上面標(biāo)出測(cè)點(diǎn)的相應(yīng)位置，以測(cè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)大小表示該點(diǎn)采光系數(shù)值，縱坐標(biāo)的標(biāo)尺應(yīng)取0.5%、1%、2%、3%、5%、等作為標(biāo)尺的刻度。各點(diǎn)的采光系數(shù)值標(biāo)出后，將縱坐標(biāo)的頂點(diǎn)連接成光滑的曲線，即為采光曲線圖，它

6、形象地反映了沿典型剖面上各測(cè)點(diǎn)采光系數(shù)的變化趨勢(shì)。（3）計(jì)算室內(nèi)的平均采光系數(shù)Cav，平均采光系數(shù)計(jì)算公式如下： Eav=EiMN （2）式中Cav平均采光系數(shù)，%； Ci在第i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的采光系數(shù)，%； M縱向測(cè)點(diǎn)數(shù)； N橫向測(cè)點(diǎn)數(shù)。（4）對(duì)照建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 500332013分析教室的效果與是否達(dá)標(biāo)，以及改進(jìn)意見。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：根據(jù)記錄及采光曲線分析側(cè)窗采光的特點(diǎn)及有效采光進(jìn)深，并根據(jù)計(jì)算的室內(nèi)平均采光系數(shù)Cav，對(duì)照建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 500332013分析教室的效果與是否達(dá)標(biāo)，以及改進(jìn)意見。八、思考題在接收器外用遮擋物遮擋直射光時(shí)，遮擋物的最佳距離和遮擋物面

7、積的關(guān)系如何？ 附表1 天然采光實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（參考表）實(shí)驗(yàn)條件測(cè)量點(diǎn)12i位置組別123123123橫剖面11室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）2室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）i室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）橫剖面21室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）2室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）i室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）橫剖面31室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%）2室內(nèi)照度lx室外照度lxC（%） 測(cè)定日期： 年 月 日 測(cè)定人：實(shí)驗(yàn)二 室內(nèi)照明測(cè)量與指標(biāo)評(píng)定Experiment 2：Interior Lighting measurement and analysis實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8 實(shí)驗(yàn)類型： 綜合前

8、修課程名稱：建筑光學(xué)適用專業(yè)：建筑學(xué)、城市規(guī)劃、結(jié)構(gòu)工程等一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對(duì)室內(nèi)工作面上各點(diǎn)照度的測(cè)量，檢驗(yàn)已建成房屋人工照明的效果及指標(biāo)評(píng)定。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于一些有較高照明要求的建筑物，如教室、閱覽室、展覽室、體育館、工廠的生產(chǎn)車間和中心控制室、試驗(yàn)室等，為了檢驗(yàn)這些已建成房屋的照明效果，建立照明設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)制度，有必要對(duì)建筑物的照明情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)測(cè)。由于各種建筑物的使用功能要求不同，實(shí)測(cè)的內(nèi)容也有差別。室內(nèi)照明測(cè)量的內(nèi)容一般包括：室內(nèi)工作面上各點(diǎn)照度的測(cè)量；室內(nèi)各表面的反射系數(shù)測(cè)量以及室內(nèi)各表面和設(shè)備的亮度測(cè)量。就照度測(cè)量來說，對(duì)于有確定工作位置的房間（如閱覽室等），要求測(cè)定實(shí)際工

9、作面的照度；沒有固定工作地點(diǎn)的房間，要求測(cè)定假想工作面（距地面以上0.75米處）的平均照度；還有一些視覺工作對(duì)象是垂直工作面，如圖書館的書庫、商店的貨架、中心控制室的儀表盤等等，要求測(cè)定垂直面上的照度。因此，要根據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同情況，選擇適合測(cè)量的內(nèi)容和要求。(以上是總的照明要求，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中只說明本次實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容)三、實(shí)驗(yàn)要求1測(cè)量儀器的選擇室內(nèi)照明測(cè)量用的照度計(jì)宜為光電式照度計(jì)，讀數(shù)顯示為指針式或數(shù)字式均可，要求儀器的精確度達(dá)到II級(jí)以上?？紤]到測(cè)量中將遇到各種類型的具有不同光譜特性的光源，以及測(cè)點(diǎn)的光線可能來自不同方向和角度的多處光源，因此，照度計(jì)的接收器應(yīng)當(dāng)帶有濾光片和余弦修正裝置，測(cè)

10、量儀器在測(cè)量前也必須經(jīng)過校正。(以上是要求，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中標(biāo)注你選的設(shè)備是什么，什么特性，主要技術(shù)參數(shù)，使用方法，注意事項(xiàng))2、合理布置測(cè)點(diǎn)（詳細(xì)說明布點(diǎn)原則，包括平面圖和立面圖）3、正確使用儀器（描述儀器是如何使用的）四、實(shí)驗(yàn)裝置照度計(jì)、室內(nèi)光源、燈具等。（詳細(xì)描述室內(nèi)光源種類，燈具布置圖，要求繪圖表示）五、實(shí)驗(yàn)步驟1布置測(cè)點(diǎn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB5700-82室內(nèi)照明測(cè)量方法規(guī)定：對(duì)于一般工作照明，測(cè)定工作面上的平均照明度要采用方格網(wǎng)的布點(diǎn)方法，即將測(cè)量區(qū)域劃分成大小相等的方格（或接近方格），測(cè)量每個(gè)方格中心的照度Ei，然后把所有的方格測(cè)點(diǎn)的照度值累加起來，求出它的算術(shù)平均值，即為測(cè)量區(qū)域的平均照度值E

11、av：式中：測(cè)量區(qū)域的平均照度，LX 每個(gè)測(cè)量網(wǎng)格中心的照度，LX 測(cè)量網(wǎng)格數(shù)，即測(cè)點(diǎn)數(shù)。測(cè)量網(wǎng)格大小的劃分應(yīng)視待測(cè)房間面積的大小而定，面積較大的房間或工作區(qū)可取24米的正方形網(wǎng)格；對(duì)于小面積的房間可取1米見方的正方形網(wǎng)格；遇到走廊、通道、樓梯等長方形的工作區(qū)域，則在它們的長度方向的中心線上按12米間隔布置測(cè)點(diǎn)。局部照明時(shí)的測(cè)點(diǎn)布置，可在需要照明的地方設(shè)置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)量場(chǎng)所狹窄時(shí)，選擇其中有代表性的一點(diǎn)；當(dāng)測(cè)量場(chǎng)所廣闊時(shí)可按上述一般工作照明的布點(diǎn)方法進(jìn)行測(cè)量布點(diǎn)。測(cè)量結(jié)果的平均照度值的精確程度顯然跟測(cè)點(diǎn)數(shù)目的多少有關(guān)，測(cè)點(diǎn)數(shù)目越多，要求方格網(wǎng)的尺寸越小，得到的平均照度值會(huì)精確些，但花費(fèi)的

12、時(shí)間和精力也要更多。如果由測(cè)量獲得的平均照度的誤差控制在±10%的范圍以內(nèi)，則允許減少測(cè)點(diǎn)數(shù)目以減輕測(cè)量工作量。但允許的最少測(cè)點(diǎn)數(shù)要根據(jù)室形指數(shù)來確定。室形指數(shù)是反映房間比例關(guān)系與光源光通量利用程度的一個(gè)量：圖1 室內(nèi)空間的劃分對(duì)于矩形房間，令：L=房間長度；W=房間寬度；H r c=工作面以上至燈具出光口的高度。則室形指數(shù)為：由室形指數(shù)控制的室內(nèi)照明最小測(cè)點(diǎn)數(shù)可參見表1 (室內(nèi)空間的劃分參見圖1) 表1 最小測(cè)點(diǎn)數(shù)與室形指數(shù)關(guān)系 室形指數(shù) KR測(cè)點(diǎn)數(shù)<141292316425(詳細(xì)描述布點(diǎn)情況，繪圖標(biāo)注)2室內(nèi)照明測(cè)量方法 測(cè)量開始前要把測(cè)量范圍內(nèi)的照明用燈全部打開，白熾燈需

13、點(diǎn)燃5分鐘，熒光燈需點(diǎn)燃15分鐘，高強(qiáng)氣體放電燈（高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等）需點(diǎn)燃30分鐘以上，待各種光源的光輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于新安裝燈泡都應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間的使用（氣體放電光源要使用100小時(shí)以上，白熾燈要使用20小時(shí)以上），才能作為測(cè)量用的光源。測(cè)量時(shí)還要排除其他無關(guān)光源的干擾。 用照度計(jì)測(cè)量應(yīng)注意電表頭上量程檔的選擇，一般要先從大量程檔開始，根據(jù)電表上照度的指示值逐步從大到小找到需用的檔次，原則上不允許在該檔最大量程的1/10范圍內(nèi)測(cè)定，以保證表頭指示的讀數(shù)在準(zhǔn)確計(jì)量的量程范圍之內(nèi)。 為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)要讀取三次讀數(shù)。為此，要用手遮擋接收器數(shù)次來獲得多

14、次讀數(shù)，每次讀數(shù)時(shí)要等待電表的指示值穩(wěn)定后再進(jìn)行讀數(shù)。 測(cè)量進(jìn)行中應(yīng)保持電源電壓的穩(wěn)定，并使之在燈泡的額定電壓下進(jìn)行測(cè)量。如達(dá)不到這一要求，應(yīng)在測(cè)量照度的同時(shí)測(cè)量電源電壓，當(dāng)與額定電壓不符時(shí)，則應(yīng)比照電壓的偏差對(duì)光通量予以修正。(具體描述實(shí)驗(yàn)的操作過程，注意事項(xiàng))3室內(nèi)表面反射系數(shù)室內(nèi)的反射表面包括墻壁、天棚、地面和大面積的室內(nèi)家具表面等等，它們對(duì)室內(nèi)工作面的照度有一定程度的影響，為了便于分析室內(nèi)的照明效果，有必要在照度測(cè)量的同時(shí)對(duì)室內(nèi)各反射面的反光系數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)。室內(nèi)表面反射系數(shù)的測(cè)量方法可分為直接法和間接法：直接法是指用樣板盤的比較測(cè)定法，間接法是通過測(cè)量被測(cè)表面的照度，從而推算出均勻擴(kuò)散反

15、射表面的反射系數(shù)。用間接法測(cè)定表面的反射系數(shù)要選擇不受直接光照射的表面位置，首先將照度計(jì)的接收器緊貼被測(cè)表面的某一位置，使感光面朝外，測(cè)出自室內(nèi)燈具射出的光通量所產(chǎn)生的照度，然后將接收器的感光面對(duì)準(zhǔn)同一被測(cè)表面原來的位置，從墻面開始逐漸向外平移，照度計(jì)的讀數(shù)由小變大而后趨于穩(wěn)定。如果把照度計(jì)的讀數(shù)再往外移，讀數(shù)反而下降，則應(yīng)在讀數(shù)趨于穩(wěn)定時(shí)讀取反射照度，這時(shí)接收器距墻面的距離約為200400mm，測(cè)量時(shí)的示意圖如圖2所示。反射照度和入射照度測(cè)出后，可按下式計(jì)算所測(cè)表面的反射系數(shù)：圖2 反射系數(shù)測(cè)量圖1被測(cè)表面 2接收器 3照度計(jì)測(cè)量表面應(yīng)選擇亮度比較均勻而有代表性的部分，在每一種待測(cè)表面上要選

16、取35個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，然后求出它的算術(shù)平均值作為該表面的反射系數(shù)值。（表格自繪）六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理測(cè)量過程中應(yīng)將實(shí)測(cè)地點(diǎn)的環(huán)境條件、燈具型號(hào)規(guī)格、燈具布置、燈具清潔程度以及測(cè)量結(jié)果詳細(xì)記入測(cè)量記錄，記錄格式分別見附表1、附表2、附表3。測(cè)量結(jié)果的計(jì)算和整理工作包括平均照度Eav的計(jì)算、照度最高值max，照度最低值min的大小和位置的分析，照度均勻度UE = Emin/Eav的評(píng)價(jià)，以及亮度L=E/，它們的計(jì)算和分析方法均可參見本課教材。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出被測(cè)房間測(cè)點(diǎn)布置、燈具布置的平、剖面圖。2根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)室內(nèi)照明質(zhì)量水平。八、思考題評(píng)價(jià)室內(nèi)照明設(shè)計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是什么？附表1 照明測(cè)量

17、基本情況記錄表 場(chǎng)所名稱視覺工作內(nèi)容燈具掛高（距工作面）光源種類燈泡（管）功率（W）一般照明：局部照明：燈具污染情況房間尺寸（長×寬×高）燈泡（管）數(shù)（個(gè)）一般照明：局部照明：燈具擦洗情況次/年照明方式總功率（W）遮擋情況燈具類型每平方米功率（W/m²）房間污染情況燈具臺(tái)數(shù)燈具點(diǎn)燃情況燈具和測(cè)點(diǎn)的平面、剖面布置圖（注明尺寸）附表2 室內(nèi)照明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（參考表）橫向測(cè)點(diǎn)12i縱向測(cè)點(diǎn)123平均123平均123平均123456i 測(cè)定日期： 年 月 日 測(cè)定人：附表3 各表面亮度測(cè)量計(jì)算表表面名稱材料顏色反射系數(shù)（%）亮度（cd/m²）墻面頂棚地面墻裙工作面

18、家具作業(yè)對(duì)象表面主觀評(píng)價(jià)效果測(cè)定日期： 年 月 日 測(cè)定人：實(shí)驗(yàn)三 景觀照明燈具安裝位置與效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)Experiment 3：Luminaires setting and effect for Landscape Lighting 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 8 實(shí)驗(yàn)類型： 體驗(yàn)式前修課程名稱：建筑光學(xué)適用專業(yè)：建筑學(xué)、城市規(guī)劃、結(jié)構(gòu)工程等一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸跓艟叩牟煌惭b位置條件下，研究建筑物景觀照明效果的變化。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過實(shí)驗(yàn)來研究和感知燈具的不同安裝位置對(duì)景觀照明效果的影響，分析具體建筑立面等載體景觀照明的設(shè)計(jì)效果。三、實(shí)驗(yàn)要求1測(cè)量儀器的選擇景觀照明測(cè)量用的照度計(jì)宜為光電式照度計(jì)，讀數(shù)顯示為指針式

19、或數(shù)字式均可，要求儀器的精確度達(dá)到II級(jí)以上?？紤]到測(cè)量中將遇到測(cè)點(diǎn)的光線可能來自不同方向和角度，因此，照度計(jì)的接收器應(yīng)當(dāng)帶有濾光片和余弦修正裝置，測(cè)量儀器在測(cè)量前也必須經(jīng)過校正。2、合理布置測(cè)點(diǎn)（詳細(xì)繪制圖片）3、正確使用儀器四、實(shí)驗(yàn)裝置照明載體一處，燈具一臺(tái)，卷尺一個(gè)，半圓儀（用于測(cè)量角度）一個(gè)，數(shù)碼相機(jī)一臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)原理由于燈具的配光特性，決定了燈光的出射形態(tài)和分布范圍，好的景觀照明效果是對(duì)燈具特性的巧妙運(yùn)用。因此景觀照明效果與燈具類型與安裝位置有密切的關(guān)系。2實(shí)驗(yàn)步驟（1）照明載體選擇，根據(jù)給定的照明燈具，觀察其出光特點(diǎn)，選取一處或一個(gè)照明載體，可以是一面實(shí)墻、窗間墻、墻轉(zhuǎn)角、一棵樹等等。（2）實(shí)驗(yàn)組成員根據(jù)各自預(yù)想的照明效果和安裝位置，安置燈具照射載體，并用數(shù)碼相機(jī)記錄，注意，為防止夜間拍攝相片照虛，拍攝時(shí)至少拍攝三張。成員組各成員依上述方法依次完