建筑物理實驗

1、建筑物理實驗實驗指導(dǎo)書馬 欣張宏然李海英北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院建筑系、建筑物理實驗室2008年6月第一部分 光學(xué)實驗部分實驗一 教室天然光環(huán)境評價一、 實驗?zāi)康?、掌握室內(nèi)光環(huán)境的基本評測方法。2、了解采光設(shè)計要點。3、檢驗實際采光效果是否達到預(yù)期的設(shè)計目標。二、 實驗設(shè)備照度計，亮度計，對講機，米尺，直尺，線，膠帶紙等。三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第七章第二節(jié)，第八章第一節(jié)、第二節(jié)和第三節(jié)。四、 實驗原理與方法1、概述在建筑現(xiàn)場進行光度測量是評價光環(huán)境的重要手段。其目的是：檢驗實際照明效果是否達到預(yù)期的設(shè)計目標；了解不同光環(huán)境的實況，分析比較設(shè)計經(jīng)驗；確定是否需要對照明進行改裝或維修。室內(nèi)光環(huán)境

2、測量的主要內(nèi)容是：工作面上各點的照度和采光系數(shù)；室內(nèi)各表面，包括燈具和家具設(shè)備的亮度；室內(nèi)主要表面的反射比，窗玻璃的透射比；燈光和室內(nèi)表面的顏色。為得到正確的測量數(shù)據(jù)，在著手測量前，必須檢查儀器是否經(jīng)過校準，確定它的誤差范圍。選擇標準的測量條件也很重要。天然采光的采光系數(shù)測量，應(yīng)當(dāng)盡可能在全陰天進行。2、照度測量在進行工作的房間內(nèi)，應(yīng)該在每個工作地點（例如書桌、工作臺）測量照度，然后加以平均。對于沒有確定工作地點的空房間或非工作房間，通常選0.8m高的水平面測量照度。測量時可將測量區(qū)域劃分成大小相等的方格（或接近方形），測量每格中心的照度。測量數(shù)據(jù)可用表格記錄，同時將測點位置正確標注在平面圖上

3、，最好是在平面圖的測點位置直接記下數(shù)據(jù)。在測點數(shù)目足夠度的情況下，根據(jù)測得數(shù)據(jù)畫出一張等照度曲線分布圖更為理想。圖1是一個示例。3、亮度測量光環(huán)境的亮度測量應(yīng)在實際工作條件下進行。先選定一個工作地點作為測量位置，從這個位置圖1：照度測量數(shù)據(jù)在平面圖上的表示方法圖2：光環(huán)境亮度測量數(shù)據(jù)的表示方法測量各表面的亮度，將得到的數(shù)據(jù)直接標注在從同一位置同一角度拍攝的室內(nèi)照片上，或以測量位置為視點的透視圖上。圖2是一個示例。亮度計的放置高度，以觀察者的眼睛高度為準，通常站立時1.5m，坐下時1.2m。4、采光系數(shù)測量采光系數(shù)是同一時刻室內(nèi)照度與室外照度的比值。所以，測量采光系數(shù)需要兩個照度計，一個測室內(nèi)照

4、度，一個測室外照度，二者同時讀數(shù)。采光系數(shù)的測量最好在全陰天進行，并且最好在一天之中室外照度相對穩(wěn)定的時間上午十時至下午二時之間。采光測量的測點選取與照度測量相同。五、 實驗步驟指導(dǎo)1、 室內(nèi)天然光照度評價1） 實測教室，根據(jù)需要繪出相關(guān)準備圖紙。2） 確定測點方格網(wǎng)，網(wǎng)格間距1.0m左右，典型特征點必須設(shè)置測試點。3） 對測試點進行照度實測，注意室內(nèi)外照度必須同時讀數(shù)。4） 整理測試數(shù)據(jù)，計算采光系數(shù)并繪制相關(guān)圖表。2、 教室亮度測試1）選擇測點。2）用亮度計對準主要界面的代表性點讀出亮度并記錄。3）整理數(shù)據(jù)，進行分析。六、 附錄附錄A 學(xué)校建筑的采光系數(shù)標準值采光等級房間名稱側(cè)面采光采光系

5、數(shù)最低值Cmin(%)室內(nèi)天然光臨界照度(lx)III教室、階梯教室、實驗室、報告廳2100V走道、樓梯間、衛(wèi)生間0.525附錄B 中國光氣候分區(qū)圖附錄C 光氣候系數(shù)K光氣候區(qū)IIIIIIIVVK值0.850.901.001.101.20天然光臨界照度值EI(lx)60005500500045004000實驗二 教室內(nèi)表面顏色測定一、 實驗?zāi)康?、了解不同表色系統(tǒng)對顏色的規(guī)定方式。2、掌握色彩的定量標定方法。3、感受環(huán)境光對物體表面色的影響。二、 實驗設(shè)備孟賽爾色卡等。三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第七章第五節(jié)。四、 實驗原理1、 顏色的分類顏色包含有彩色和無彩色兩大類。任何一種有彩色的表觀顏色，都可

6、以按照三個獨立的主觀屬性分類描述，這就是色調(diào)（也叫色相）、明度和彩度（也叫飽和度）。色調(diào)是各色彩彼此區(qū)分的特性；明度是指顏色相對明暗的特性；彩度指的是彩色的純潔性。2、 光色與物體色顏色光的混合是一種加色混合。人眼能夠感知的每一種顏色的光都能用紅、綠、藍三種光色匹配出來，因此在色度學(xué)中將紅（700nm）、綠（546.1nm）、藍（435.8nm）稱為加法色的三原色。物體色的混合是一種減色混合。減色混合的三原色分別是加法三原色紅、綠、藍的補色：青、品紅和黃。3、 顏色定量目前國際上普遍使用的定量表色系統(tǒng)，有孟賽爾表色系統(tǒng)和CIE1931標準色度系統(tǒng)。孟賽爾表色系統(tǒng)按顏色的三個基本屬性：色調(diào)（H）

7、、明度（V）和彩度（C）對顏色進行分類與標定，是目前國際通用的物體色表色系統(tǒng)?？梢杂靡粋€顏色立體圖來說明（圖3），孟賽爾色立體模型里，中央軸代表無彩色（中性色）的明度等級，理想白為10，理想黑為0。顏色樣品離開中央軸的水平距離表示彩度變化：中央軸上中性色的彩度為0，離開中央軸越遠，彩度越大，各顏色的最大彩度不同，個別飽和色的彩度可達20。圖3：孟塞爾顏色立體圖孟賽爾表色系統(tǒng)對一種顏色的表示方法示先寫出色調(diào)H，然后是明度V，斜線后寫彩度C： HV/C色調(diào) 明度/彩度例如，標號為10Y8/12的顏色，其色調(diào)是10Y8（黃與綠黃的中間色），明度值8，彩度12。無彩色用N表示，只寫明度值，斜線后不寫彩

8、度，例如N7/就表示明度值為7的中性色。CIE1931標準色度系統(tǒng)的特點是用嚴格的數(shù)學(xué)方法來計算和規(guī)定顏色。使用這一系統(tǒng)，任何一種顏色都能用兩個色坐標在色度圖上表示出來。國際照明委員會（CIE）根據(jù)2°視場觀察條件下光譜匹配的實驗結(jié)果，規(guī)定了標準色度觀測者的三條相對光譜靈敏度曲線（圖4），也叫“CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值”。它們分別代表匹配各波長純光譜色所需的紅、綠、藍三原色的量。根據(jù)CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值，我們可以進一步求出匹配任何一種光源色的顏色三刺激值，以X，Y，Z表示。（有詳細列表與公式）。在CIE1931標準色度系統(tǒng)中，顏色的色坐標本別是每一

9、刺激值在三刺激值總和中所占的比例，以x，y，z表示。xyz=1，因此通常只要給出x，y兩個坐標值就夠了。圖4：CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值物體色也可以按上述程序和公式求出色坐標，但是計算時必須選擇一種光源或標準照明體。如果說，每種顏色都能用兩個坐標表示，那么，所有顏色都可以體現(xiàn)在一張平面圖上。CIE1931色度圖（色品圖）就是這樣一張直角坐標圖。圖5：CIE1931色度圖4、 表面色測量第一種測量方法是目視比對法。由色覺正常的觀測者用孟賽爾標準色卡與被測表面逐一比對，選出與被測色最接近的色卡，從色卡標注的數(shù)據(jù)資料確定被測色的色調(diào)、明度和彩度，還可得知它的色坐標和和反射比。第二種測量

10、方法是用反射型色度計測量。反射型色度計裝有一個標準光源，將被側(cè)頭置于被測表面，打開標準燈，即能測出在標準燈照射下表面色的色坐標。第三種用于現(xiàn)場測色的儀器是彩色亮度計。這種測光與測色合為一體的精密儀器設(shè)有紅、綠、藍三種濾光器，它們分別與光電接收器匹配后的光譜響應(yīng)，符合CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值。通過內(nèi)裝的微機控制、運算、處理，能直接指示出亮度、色坐標和色溫等參數(shù)。五、 實驗步驟1、主觀觀察教室內(nèi)表面材料顏色。2、進行目視比對。3、對教室內(nèi)表面材料原則顏色進行分析。第二部分 聲學(xué)實驗部分實驗三 噪聲測量一、 實驗?zāi)康?、掌握噪聲的基本評測方法。2、了解噪聲及其頻譜的概念。3、主觀檢驗

11、噪聲對室內(nèi)工作的影響，以及初步了解解決方法。二、 實驗設(shè)備噪聲頻譜分析儀，聲級計，計時器等。三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第十四章。四、 實驗原理與方法1、概述建筑環(huán)境以及建筑室內(nèi)的噪聲測量是為了了解因噪聲源的存在而對測點產(chǎn)生的噪聲情況：聲級、頻譜和時間特性。因為噪聲源的種類很多，差別很大，所以對不同的噪聲源和在不同的環(huán)境中的測量方法是不一樣的。我們在測量時，主要考慮噪聲的特性、環(huán)境的特性和對人的影響來確定測量地點、時間和頻帶范圍。從噪聲的分布特性來看，噪聲分為穩(wěn)態(tài)噪聲、脈沖噪聲和隨機分布噪聲。穩(wěn)態(tài)噪聲是指相當(dāng)長一段時間內(nèi)，噪聲是穩(wěn)定的，其強度和頻譜沒有太大的變化。脈沖噪聲的持續(xù)時間很短。隨機分布噪聲

12、是隨機的，包括聲源發(fā)聲的隨機性，發(fā)聲體的出現(xiàn)是隨機的，例如交通噪聲。2、噪聲測量對于穩(wěn)態(tài)噪聲通常采用A計權(quán)聲級測量。如果要做頻譜分析，需要采用濾波器來測量各個頻帶的聲壓級。測點位置一般選在聲源附近（以了解聲源情況）和接收者的代表性位置（了解噪聲對人的干擾）。對于脈沖噪聲需要脈沖聲級計來測量，它設(shè)有脈沖保持檔，脈沖聲過后可以將脈沖的聲級保持住，便于讀取，如果需要進一步分析，需要示波器等其他設(shè)備。隨機噪聲的產(chǎn)生具有不確定性。如果起伏不大，可以測量一個短時間內(nèi)的值，可用聲計級采用慢檔測出一個平均值。如果起伏大而且要求了解較長時間的特性，需要測量統(tǒng)計噪聲級（累計分布聲級）。Ln是累計噪聲級，它表示在測

13、量時間內(nèi)，有n%的噪聲的聲壓級超過了Ln。一般測量L10，L50，L90。L10反映了隨機噪聲的峰值，L50反映了平均值，L90反映了背景噪聲。如果把時間T內(nèi)的噪聲按照能量求和平均，得到等效連續(xù)噪聲級Leq，可以用計算公式計算，也可以在加有積分功能的聲級計上直接讀出。等效連續(xù)噪聲級相當(dāng)于拿一個穩(wěn)定的連續(xù)噪聲來替代隨機噪聲。五、 實驗步驟指導(dǎo)1、 檢查儀器以及校準儀器2、 選擇測點3、 測量開窗和關(guān)窗時室內(nèi)聲壓級（測量不同的參數(shù)）4、 測量室外聲壓級5、 分析比對數(shù)據(jù)實驗四 混響時間測量一、 實驗?zāi)康?、掌握混響時間的基本測量方法。2、了解室內(nèi)聲場的衰減過程。3、鞏固混響時間的概念以及在廳堂音質(zhì)

14、設(shè)計中的應(yīng)用。二、 實驗設(shè)備聲學(xué)分析系統(tǒng)，功率放大器，球型聲源等。三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第十一章。四、 實驗原理與方法1、概述混響時間測量是建筑聲學(xué)中最經(jīng)常的測量。一方面混響時間是目前評價廳堂音質(zhì)的最重要的和有明確概念的客觀參量；另一方面吸聲材料和結(jié)構(gòu)的擴散入射吸聲吸數(shù)的測量、圍護結(jié)構(gòu)的隔聲測量等都需要用到混響時間的測量，聲源的性能測量。因此，混響時間的測量是建筑聲學(xué)實驗中最為基本的實驗項目。在封閉的聲場中，聲源開始輻射聲能，聲波即在同一時間開始傳播，聲源停止發(fā)聲，室內(nèi)接收點的聲音并不會馬上停止，而要有一個過程，這一過程就是聲音的衰減過程。通過研究，定義“室內(nèi)聲場達到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲音

15、衰減60dB所用的時間”為混響時間（T60）。并且得出了著名的“賽賓公式”和“伊林公式”。2、混響時間測量混響時間的測量就是由信號發(fā)聲器通過發(fā)大器驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音，并紀錄，在室內(nèi)聲場達到穩(wěn)態(tài)時，切斷發(fā)聲，記錄聲音的衰減過程，可以得出衰減曲線和混響時間的測量結(jié)果。信號發(fā)聲可以有兩種方法：一種是噪聲法，發(fā)出調(diào)頻的正弦信號或無規(guī)則噪聲，目的是避免單純正弦信號會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象；一種是脈沖法，聲源型號采用脈沖聲，包括發(fā)令槍、爆竹、氣球炸裂等。在廳堂內(nèi)進行混響時間測試時，聲源的位置一般在自然聲源位置。傳聲器布置在代表性的位置。測試時需要紀錄不同頻率的混響時間，評價不同頻率聲波在聲場中的衰減性能。五、 實驗

16、步驟指導(dǎo)1、 檢查儀器以及校準儀器2、 采用聲學(xué)分析系統(tǒng)測量混響室的混響時間第三部分 熱學(xué)實驗部分實驗五 棒影圖實驗一、 實驗?zāi)康?、了解三參數(shù)日照儀的使用原理和使用方法2、繪制棒影圖的方法3、棒影圖的用途二、 實驗設(shè)備三參數(shù)日照儀、三角板、量角器、計算機三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第 六 章。四、 實驗原理與方法1、三參數(shù)日照儀的原理在自然陽光的照射中，由于地球太陽轉(zhuǎn)動和地球的自轉(zhuǎn)，太陽的高度角和方位角也在隨著持續(xù)變化，其變化值取決于測量時間、測量地點的緯度和赤緯度這三個重要的參數(shù)。三參數(shù)日照儀就是依據(jù)以上的原理設(shè)計而成的。2 三參數(shù)日照儀的使用方法l 模擬平行光源（建議500W的探照燈）l 將日

17、照儀放于平穩(wěn)的桌面上，使緯度盤刻度為0，時間表為12時，赤緯度位于3月份（春分和秋分的日照位置）。挪動日照儀或燈源位置，使棒影圖位于無影的狀態(tài)。l 調(diào)節(jié)緯度盤、赤緯盤，調(diào)到要測的地理位置和要測的日期，轉(zhuǎn)動支架，可測出不同時間的日照狀況?；蛑苯釉诘仄矫嫔箱伡埨L制棒影圖。3 棒影圖的制作方法一：三參數(shù)日照儀法l 調(diào)節(jié)日照儀上的緯度盤、赤緯角刻度盤使之與設(shè)計所在地的緯度、赤緯度一致；l 在地面上鋪紙、立棒、轉(zhuǎn)動時角刻度盤，畫當(dāng)?shù)?、?dāng)日棒影軌跡；l 把預(yù)先制作好的建筑模型放在地面，使其朝向與設(shè)計朝向一致。轉(zhuǎn)動時間刻度盤，即可觀察。方法二：計算繪制法 依據(jù)給定的地點、日期和時間計算太陽高度角及方位角，按照比例畫出棒影圖。 4 棒影圖的使用l 建筑物朝向和間距五、 實驗步驟指導(dǎo)1、 檢查儀器以及校準儀器2、 繪制棒影圖3、 確定朝向和間距六 目前獲得建筑物陰影的方法 計算機模擬法 實驗六 室外建筑熱氣侯觀測一、 實驗?zāi)康牧私鉁y量氣候各參數(shù)（溫度、濕度、風(fēng)速、輻射及熱舒適）的儀器原理、構(gòu)造、使用并動手實際操作和測量。二、 實驗設(shè)備 溫濕度計 風(fēng)速儀 便攜式氣候儀等三、 預(yù)習(xí)要求建筑物理第二章 關(guān)于干濕球溫度的測量原理和方法四、 實驗原理與方法 了解風(fēng)速儀便攜