8第八章建筑光環(huán)境

1、不同波長的光在視覺上形成不同的顏色，例如 700nm 的光呈紅色，580nm 呈黃色，470nm呈藍色。單一波長的光呈現(xiàn)一種顏色，稱為單色光。日光和燈光不同波長的光混合而成的復(fù)合光，它們呈白色或其他顏色。將復(fù)合光中各種波長輻射的相對功率量值按對應(yīng)波長排列聯(lián)結(jié)起來，就形成該復(fù)合光的光譜功率分布曲線，它是光源的一個重要物理參數(shù)。光源的光譜組成不但影響光源的表觀顏色，而且決定被照物體的顯色效果。8.1.1 基本光度及相關(guān)光環(huán)境的設(shè)計和評價離不開定量的分析和說明，這就需要借助于一系列的物理光度量來描述光源與光環(huán)境的特征。常用的光度量有光通量、照度、發(fā)光強度和（光）亮度。一、光通量輻射體時間內(nèi)以電磁輻射

2、的形式向外輻射的能量稱輻射功率或輻射通量(W)。光源的輻射通量中可被人眼感覺可見光的能量（波長 380-780nm）按照國際約定的人眼視覺特性評價換算為光通量，其為流明（lumen，lm）。人眼對不同波長單色光的視亮度感受性也不一樣，這是光在視覺上反映的一個特征。在光亮的環(huán)境中（適應(yīng)亮度>3cd/m2，亮度見后文），輻射功率相等的單色光中人眼看起來感覺波長 555nm 的黃綠光最明亮，并且明亮程度向波長短的紫光和長波的紅光方向遞減。國際照明委員會（CIE）根據(jù)大量的實驗結(jié)果，把 555 nm 定義為同等輻通量條件下， 視亮度最高的單色波長，用lm 表示。將波長為lm 的輻射通量與視亮度感

3、覺相等的波長為l 的輻射通量的比值，定義為波長l 的單色光的光譜光視效率（也稱視見函數(shù)），以 V(l )表示。也就是說，波長 555 nm 的黃綠光 V (l )=1，其他波長的單色光 V (l )均小于 1（圖 8-2），這就是明視覺光譜光視效率。在較暗的環(huán)境中（適應(yīng)亮度<0.03cd/m2圖 8-2 單色光譜光效率時），人的視亮度感受性發(fā)生變化，以l =510 nm 的藍綠光最為敏感。按照這種特定光環(huán)境條件確定的 V (l )函數(shù)稱為暗視覺光譜光視效率（圖 8-2）。光視效能 K(l )是描述光能和輻射能之間的量，它是與輻通量相當(dāng)?shù)墓馔?，最大?Km 在l = 555 nm 處。根

4、據(jù)一些權(quán)威的測量結(jié)果，1977 年國際計量委員會決定采用 Km = 683 lm/W，也就是波長 555 nm 的光源，其發(fā)射出的 1W 輻射能折為 683 lm。光通量根據(jù)這一定義，如果有一光源，其各波長的單色輻射通量為Fe, l，則該光源的光通量為：F = Km òFe,lV (l)dl(8-1)式中：F光通量，lm；Fe,l 波長為 的單色輻射能通量，W；V(l ) CIE 標(biāo)準光度觀測者明視覺光譜光視效率；Km最大光譜光視效能=683lm / W。在照明工程中，光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。例如，一只耗電 40W 的白熾燈發(fā)射的光通量為 370 lm，而一只耗電 40 W

5、 的熒光燈發(fā)射的光通量為 2800 lm，比白熾燈多 7倍多，這是由它們的光譜分布特性決定的。二、照度照度是受照平面上接受的光通量的面密度，符號為 E。若照射到表面一點面量為 dF (lm)，該面元的面積為 dA (m2)，則有：E = dF的光通(8-2)dA照度的是(lux，lx)。1lx 等于 1 lm 的光通量均勻分布在 1 平方米表面上所產(chǎn)生的照度，即 1 lx = 1 lm/m2。lx 是一個較小的，例如：夏季中午日光下，地平面上照度可達 105 lx；在裝有 40 瓦白熾燈的書寫臺燈下看書，桌面照度平均為 200300 lx；的照度只有幾個 lx。下三、發(fā)光強度點光源在給定方向的

6、發(fā)光強度，是光源在這一角元內(nèi)發(fā)射的光通量，符號為 I，為（Candela，cd），其表(8-3)：I = dFdW式中的W為角，其定義見圖 8-3。以任一錐體頂點O 為球心，任意長度 r 為半徑作一球面，被錐體截取的一部分球面面積為 S，則此錐體限定的角W為：SW =(8-4)r 2圖 8-3角的定義是球面度（sr）。當(dāng) S = r2 時，W = 1角的球面度。因為球的表面積為 4pr 2，所以角的最大數(shù)值為 4p球面度。是我國法定制與國際 SI 制的基本之一，其他光度量導(dǎo)出的。1979 年 10 月第 10 屆國際計量大會通過的定義如下：“一個光源發(fā)出頻率為540×1012Hz（相

7、當(dāng)于空氣中傳播的波長為 555nm）的單色輻射，若在一定1的輻射強度為W/sr，則光源在該的發(fā)光強度為 1cd?！?83發(fā)光強度常用于說明光源和照明燈具發(fā)出的光通量在空間各方向或在選定的分布密度。如一只 40 瓦白熾燈泡發(fā)出 370 lm 的光通量，它的平均發(fā)光強度為 370/4p = 31 cd。如果在燈泡上面裝一盞白色搪瓷平盤燈罩，燈的正下方發(fā)光強度能提高到 80100 cd，如果配上一個合適的鏡面反射罩，則燈下方的發(fā)光強度可以高達數(shù)百 cd。在這兩種情況下，燈泡發(fā)出的光通量并沒有變化，只是光通量在空間的分布更為集中了。四、光亮度（亮度）光源或受照物體反射的光線進入眼睛，在視網(wǎng)膜，使我們能

8、夠識別它的形狀和明暗。視覺上的明暗知覺取決于進入眼睛的光通量在視網(wǎng)膜物象上的密度物象的照度。這說明，確定物體的明暗要考慮兩個因素：物體（光源或受照體）在指定的投影面積這決定物象的大小；物體在該的發(fā)光強度這決定物象上的光通量密度。根據(jù)這兩個條件，我們可以建立一個新的光度量光亮度。），1ntcd/m2。其定義是發(fā)光體在某一光亮度亮度，是（ni單位面積的發(fā)光強度，以符號 Lq 表示，其定義式為：dIq dAcosqLq =(8-5)式(8-5)所定義的亮度是一個度，它與視覺上對明暗的直觀感受還有一定的區(qū)別。例如同一盞交通信號燈，夜晚看的時候感覺要比白天看的時候亮得多。實際上，信號燈的亮度并沒有變化，

9、只是眼睛適應(yīng)了晚間相當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境亮度的緣故。由于眼睛適應(yīng)環(huán)境亮度，物體明暗在圖 8-4 亮度的定義視覺上的直觀感受就可能會比它的物理亮度高一些或低一些。我們把直去一個物體表面發(fā)光的屬性稱為“視亮度”（Brightness 或 Luminosity），這是一個心理量，沒有量綱。它與“光亮度”這一物理量有一定的相關(guān)。為熙提（stilb，sb），1sb104nt，相當(dāng)于 1cm2 面積上發(fā)光強亮度還有一個較大的度為 1cd。太陽的亮度高達 2×105 sb，白熾燈絲的亮度約為 300500 sb，而普通熒光燈表面的亮度只有 0.60.8 sb，無云藍天的亮度范圍在 0.22.0 sb。五、基

10、本光度之間的1發(fā)光強度與照度的如果點光源發(fā)光強度為 I，光源與被照面的距離為 r，被照面的法線與光線的夾角為a， 如圖 8-5，則被照面的照度 E 為：IE =cos a(8-6)r 2線光源是點光源的積分疊加，面光源是線光源的積分疊加。求解線光源與面光源在被照面上照度的的計算原理是相同的。2亮度與照度的如果面光源的亮度為 L，面積為 A，與被照面形成的 角為v，光源與被照面的距離為 r，被照面的法線與光線的夾角為a，光源的法線與光線的夾角為q ，如圖 8-6，則被照面的照度 E 為：E = Lv cos a = L A cos q cos a(8-7)r 2IraE圖 8-5 光源發(fā)光強度與

11、被照面照度之間的圖 8-6 光源亮度與被照面照度之間的8.1.2 光的反射與透射借助于材料表面反射的光或材料本身透過的光人眼才能看見周圍環(huán)境中的人和物。也可以說，光環(huán)境就是由各種反射與透的材料的。輻射由一個表面返回，組成輻射的單色分量的頻率沒有變化，這種現(xiàn)象叫做反射。光線通過介質(zhì)，組成光線的單色分量頻率不變，這種現(xiàn)象稱為透射。光在傳播過程中遇到新的介質(zhì)時，會發(fā)生反射、透射與吸收現(xiàn)象：一部分光通量被介質(zhì)表面反射(Fr)，一部分透過介質(zhì)(F)，余下的一部分則被介質(zhì)吸收(Fa)，見圖 8-5。根據(jù)能量守恒定律，入 通量(Fi)應(yīng)等于上述三部分光通量之和：Fi = Fr + Ft + Fa將反射、吸收

12、與透(8-8)通量與入通量之比，分別定義為光反射比r，光吸收比 a 和光透射比t，則有：r +t +a = 1(8-9)光線經(jīng)過介質(zhì)反射和透射后，它的分布變化取決于圖 8-7 光通量的反射、透射與吸收材料表面的光滑程度、材料內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)以及其厚度。透射比為 0 的材料是非透光材料，而、晶體、某些、紡織品、水等都是透光材料，能透過大部分入。材料的透光性能還同它的厚度密切相關(guān)，比如，非常厚的或是不透明的，而一張極薄的金屬膜或許是透光的，至少可以是半透光的。附表 8-1 給出了不同類型常用材料的r 和t 值。我們對不同材料的光學(xué)性質(zhì)有所了解，就可以在光環(huán)境設(shè)計中正確運用每種材料的不同控光性能，獲得

13、預(yù)期的光環(huán)境效果。反射與透光材料分為兩類，一類是定向反射或透射材料，另一類為擴散反射或透射材料。一、定向反射與透射光線經(jīng)過反射或透射后，光分布的角不變定向反射的規(guī)律為：入線與反線以及反射表面的法線同處于一個平面內(nèi)；入與反分居法線兩側(cè)，入射角等于反射角。，如鏡子和拋光的金屬表面等都屬于定向反射材料。若透光材料的兩個表面彼此平行，則透過的光線方向和入方向?qū)⒈３忠恢?。在入射光的背?cè)，光源與物象清晰可見，只是位置有所平移, 見圖 8-9a。這種材料稱為定向透射材料。平板等就屬于定向透射材料。二、擴散反射與透射a）均勻擴散均勻擴散材料的特點是反或透的分布與入方向無關(guān)，反或透均勻地分布在所有。從各個角度看

14、，被照表面或透射表面亮度完全相同，看不見光源形象，見圖 8-8b 與圖 8-9b。反或者透的最大發(fā)光強度在垂直于表面的法線方向，其余方向的光強同最大光強之間有以下稱作“Iq = I0 cosq余弦定律”的（參見圖 8-10）：（8-10）式中：Iq ¾¾反I0¾¾反q ¾¾反與表面法線夾角為q方向的光強，cd； 在表面法線方向的最大光強，cd；與表面法線方向的夾角?；蛲富蛲妇€或透氧化鎂、硫酸鋇和石膏等均為理想的均勻擴散反射材料，大部分無光澤的飾面材料，如粉刷涂料、乳膠漆、無光墻紙、陶板面磚等也可近似地看作均勻擴散反射材料；乳白的整個透

15、光面亮度均勻，完全看不見背側(cè)的光源和物象，是均勻擴散透射材料。圖 8-8 反的分布形式a-定向反射；b-均勻擴散反射；c-定向擴散反射圖 8-9 透的分布形式a-定向透射；b-均勻擴散透射；c-定向擴散透射b) 定向擴散某些材料同時具有定向和擴散的性質(zhì)，它在定向反射或透射具有最大的亮度，在其他也有一定的亮度，見圖 8-8c 和圖 8-9c。在光的反射或透射方向可以看到光源的大致形狀，但輪廓不像定向材料那樣清晰。具有這種性質(zhì)的材料稱定向擴散反射或透射材料。這種性質(zhì)的反光材料有光滑的紙、粗糙的圖 8-10均勻擴散反射材料的光強分布與亮度分布金屬表面、油漆表面等。磨砂為典型的定向擴散透射，在背光的一

16、側(cè)僅能看見光源模糊的影象。第二節(jié) 視覺與光環(huán)境一個優(yōu)良的光環(huán)境，應(yīng)能充分發(fā)揮人的視覺功效，使人輕松安全、有效地完成視覺作業(yè)，同時又在視覺和心理上感到舒適滿意。為了設(shè)計這樣的環(huán)境，首先需要了解人的視覺機能，研究有哪些因素影響視覺功效和視覺舒適？如何發(fā)生影響？據(jù)此建立評價光環(huán)境質(zhì)量的客觀（物理）標(biāo)準，并作為設(shè)計的依據(jù)和目標(biāo)。8.2.1 眼睛與視覺特征一、視覺視覺形成的過程可分解為四個階段；1. 光源（太陽或燈）發(fā)出光輻射；2. 外界景物在光照射下產(chǎn)生顏色、明暗和形體的差異，相當(dāng)于形成二次光源；3. 二次光源發(fā)出不同強度、顏色的光信號進入人眼瞳孔。借助眼球調(diào)視，在視網(wǎng)膜上成象；4視網(wǎng)膜上接受的光刺激

17、（即物象）變?yōu)槊}沖信號，經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦，通過大腦的解釋。分析、而產(chǎn)生視覺；上述過程表明，視覺的形成既依賴于眼睛的生理機能、和大腦積累的視覺經(jīng)驗，又和照明狀況密切相關(guān)人的眼睛和視覺，就是長期在自然光照射下演變進化的二、眼睛的構(gòu)造與亮度閾限眼睛大體是一個直徑 25mm 的球狀體。它有一個外保護層，位于眼球前方的部分是透明的，叫做角膜。角膜的背后是虹膜。虹膜是一個不透明的“光圈”，有一個大小可變的洞叫瞳孔，光線經(jīng)過瞳孔進人眼睛。瞳孔直徑的變化范圍為 28mm，視野的亮度增高，瞳孔變?。涣炼葴p小，瞳孔放大。虹膜后面的水晶體起著自動調(diào)焦成像作用，保證在遠眺或近視時在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。眼球內(nèi)壁約 2

18、3 的面積為視網(wǎng)膜，是眼睛的感光部分。視網(wǎng)膜上有兩種感光細胞：錐體細胞和桿體細胞。桿體細胞對于光非常敏感，但是不能分辨顏色。在眼睛能夠感光的亮度閾限（約為 10-6cd/m2）至 0.03 cd/m2 左右的亮度范圍內(nèi)，主要是桿體細胞起作用，稱為暗視覺。在暗視覺條件下，景物看起來總是模糊不清、灰茫茫一片。錐體細胞對于光不甚敏感，在亮度高于 3 cd/m2 的水，錐體細胞才充分發(fā)揮作用，這時稱為明視覺。錐體細胞有辨認細節(jié)和分辨顏色的能力，這種能力隨亮度增高而達到最大。所有的室內(nèi)照明，都是按照明視覺條件設(shè)計的當(dāng)適應(yīng)亮度處在 0.033 cd/m2 之間時，眼睛處于明視覺和暗視覺的中間狀態(tài)，稱為中間

19、視覺。道路照明的亮度水平，相當(dāng)于中間視覺的條件。對于在眼中長時間出現(xiàn)的大目標(biāo)，視覺閾限亮度為約為 10-6 cd/m2。目標(biāo)越小，或呈現(xiàn)時間越短，越需要更高的亮度才能引起視知覺。視覺上可以忍受的亮度上限為 16sb，超過這個值，視網(wǎng)膜會因輻射過強而受到損傷。三、視野與視場當(dāng)頭和眼睛不動時，人眼能察覺到的空間范圍叫視野（圖 8-11），分為單眼視野和雙眼視野。單眼視野即單眼的綜合視野在垂直方向約有 130°，向上 60°，向下 70°，水平方向約 180°。兩眼同時能看到的視野即雙眼視野較小一些，垂直方向與單眼相同，水平方向約有 120°的范圍。

20、在視軸 11.5°范圍內(nèi)具有最高的視覺敏銳度，能分辨最細小的細部，稱作中心視野；從視野中心往外 30°范圍，視覺清晰度較好，稱作近背景視野，這是物件總體時最有利的位置。人們通常習(xí)慣在離展品高度的 2.01.5 倍距離處觀賞展品，就是為了使展品處于視覺清晰區(qū)域內(nèi)。人眼進行觀察時，總要使觀察對象的精細部分處于中心視野，以便獲得較高的清晰度。但是眼睛不能有選擇地取景，摒棄他不想看的東西。中心視野與周圍視野的景物同時都在視網(wǎng)膜上反映出來，所以周圍環(huán)境的照明對視覺功效也會產(chǎn)生重要影響觀察者頭部不動但眼睛可以轉(zhuǎn)動時，觀察者所能看到的空間范圍稱視場。視場也有單眼視場和雙眼視場之分。圖 8

21、-11 視野范圍四、對比感受性（對比敏感度）任何視覺目標(biāo)都有它的背景，例如，看書時白紙是黑字的背景，而桌子又是書本的背景。目標(biāo)和背景之間在亮度或顏色上的差異，是我們在視覺上能認知世界萬物的基本條件。亮度對比，是視野中目標(biāo)和背景的亮度差與背景（或目標(biāo)）亮度之比，符號為 C，即C = | L0 - Lb | = DL（8-11）LbLb面積較小的為目標(biāo)，cd/m2；式中：L0目標(biāo)亮度，Lb背景亮度，面積較大的部位做背景，cd/m2。人眼剛剛能夠知覺的最小亮度對比，稱為閾限對比，記作C 。閾限對比的倒數(shù)，表示人眼的對比感受性，也叫對比敏感度，符號為 Sc。1LbS =（8-12）cCDLSc 不是一

22、個固定不變的常數(shù)，它隨照明條件而變化，同觀察目標(biāo)的大小和呈現(xiàn)時間也有。在理想條件下，視力人能夠分辨 0.01 的亮度對比，也就是對比感受性最大可達到 100。圖 8-12 說明對比感受性隨背景亮度變化的相關(guān)。它是 Blacwell 對一組 2030 歲的青年做實驗獲得的平均結(jié)果。由曲線可以看到，Sc 隨 Lb 而上升，到 350 cd/m2 左右接近最大值。此后 Sc 上升比較緩慢，當(dāng)背景亮度超過 5000 cd/m2 時，由于形成眩光而使 Sc 下降。圖 8-12 對比感受性與背景亮度的圖 8-13 視角的定義五、視覺敏銳度需要分辨的細節(jié)對眼睛形成的稱作視角。d 表示需要分辨的物體的，l 為

23、眼睛角膜到視看物件的距離（見圖 8-13），則視角a可用下式計算：a = tg -1 d弧度= 3440 d 分 d(8-13)lll人憑借視覺器官感知物體的細節(jié)和形狀的敏銳程度，稱視覺敏銳度，在醫(yī)學(xué)上也稱為視力。視覺敏銳度等于剛剛能分辨的視角amin 的倒數(shù)，它表示了視覺系統(tǒng)分辨細小物體的能力：1a minV =（8-14）視覺敏銳度隨背景亮度、對比、細節(jié)呈現(xiàn)時間、眼睛的適應(yīng)狀況等因素而變化。在呈現(xiàn)時間不變的條件下，提高背景亮度或加強亮度對比，視覺敏銳度，看清視角更小利物體或細節(jié)。六、視覺速度從發(fā)現(xiàn)物體到形成視知覺需要一定的時間。因為光線進入眼晴，要經(jīng)過瞳孔收縮、調(diào)視、適應(yīng)、視神經(jīng)傳遞光刺激

24、、大腦中樞進行分析等復(fù)雜的過程，才能形成視覺印象。良照明可以縮短完成這一過程所需要的時間，從而提高工作效率。我們把物體出現(xiàn)到形成視知覺所需時間的倒數(shù)，稱為視覺速度（1/t）。實驗表明，在照度很低的情況下，視覺速度很慢；隨著照度的增加（100-1000 lx）視覺速度提高很快；但照度水平達到 1000 lx 以上，視覺速度的變化就不明顯了。七、視覺適應(yīng)視覺適應(yīng)是指眼睛由一種光刺激到另一種光刺激的適應(yīng)過程，是眼睛為適應(yīng)新環(huán)境連續(xù)變化的過程。在這種過程中包含著錐狀細胞和桿狀細胞之間的轉(zhuǎn)換過程，所以需要一定的時間，這個時間稱為適應(yīng)時間，適應(yīng)時間與視場變化前后的狀況，特別是現(xiàn)場亮度有關(guān)視覺適應(yīng)圖 8-1

25、4 眼睛的適應(yīng)過程可分為暗適應(yīng)、明適應(yīng)和色適應(yīng)。暗適應(yīng)是眼睛從明到暗的適應(yīng)過程。當(dāng)人們從亮環(huán)境走到處時，就會產(chǎn)生一個原來看得清楚，突然變得看不清楚，經(jīng)過一段時間才由看不清楚東西到逐漸看得清楚的變化過程。這個過程經(jīng)歷的時間稱為暗適應(yīng)時間，暗適應(yīng)最初 15 分鐘內(nèi)視覺靈敏度變化很快，以后就較為緩慢，后靈敏度可提高到 10 萬倍，但要達到完全適應(yīng)需要 35 分鐘至 1 小時。明適應(yīng)是從暗到明的適應(yīng)過程，明適應(yīng)時間較短，約有 23 分鐘，參見圖 8-14。8.2.2 顏色對視覺的影響顏色問題是較為復(fù)雜的問題，因為顏色不是一個單純的物理量，還心理量。顏色問題涉及到物理光學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)以及心理物理學(xué)等

26、學(xué)科的理論。一顏色的形成顏色來源于光?？梢姽獍牟煌ㄩL單色輻射在視覺上反映出不同的顏色。直接看到的光源的顏色稱表觀色。光投射到物體上，物體對光源的光譜輻射有選擇地反射或透射對人眼所產(chǎn)生的顏色感覺稱物體色，物體色由物體表面的光譜反射比或透射比和光源的光譜組成共同決定。表 8-1 是各種顏色的波長和光譜的范圍。表 8-1 光譜顏色波長及范圍二、顏色的度量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，都可以按照三個的屬性描述，這就是色調(diào)（也稱色相）、明度和彩度（也叫飽和度）。色調(diào)是各種顏色彼此區(qū)分的特性。各種單色光在白色背景上呈現(xiàn)的顏色，就是光譜色的色調(diào)。明度是指顏色相對明暗的特性，彩

27、色光的亮度愈高，人眼愈感覺明亮，它的明度就愈高。物體色的明度則反映為光反射比的變化，反射比大的顏色明度高，反之明度低。彩度指的是彩色的純潔性可見光譜的各種單色光彩度最高。光譜色摻入白光成分愈多，彩度愈低。無彩色括白色、黑色和中間深淺不同的灰色。它們只有明度的變化，沒有色調(diào)和彩度的區(qū)別。定量的表色系統(tǒng)是用于精確地定量描述顏色的。目前國際上使用較普遍的表色系統(tǒng)有孟表色系統(tǒng)及 CIE1931 標(biāo)準色度系統(tǒng)。它們不但用符號和數(shù)字規(guī)定了千、萬個顏色品種，而且在不同程度上揭示了顏色形成和組合的科學(xué)規(guī)律。盂（A. H. Munsell）創(chuàng)立的表色系統(tǒng)按顏色的三個基本屬性：色調(diào)（H），明度（V）和彩度（C）對

28、顏色進行與標(biāo)定。它是目前國際通用的物體色表色系統(tǒng)。顏色波長（nm）范圍（nm）紅橙黃綠藍紫700620580510470420640750600640550600480550450480400450圖 8-15 是說明這一表色系統(tǒng)的顏色圖。軸代表無彩色（中性色）明度等級，理想白色為 10，理想黑色為 0，共有感覺上等距離的 11 個等級。顏色樣品離開軸的水平距離，代表彩度的變化。軸上的彩度為 0，離開軸愈遠，彩度愈大。圖 8-15 孟顏色圖（用原圖 62 ）色調(diào)不同的顏色其最大彩度是不一樣的，個別最飽和的顏色彩度可達 20。顏色水色調(diào)，紅（R）、黃（Y）、綠（G）、藍（B）、紫（P）平剖面各個

29、方向表示十種孟五種主色調(diào)和黃紅（YR）、綠黃（GY）、藍綠（BG）、紫藍（PB）和紅紫（RP）五種中間色調(diào)。為了對色調(diào)的差異劃分更詳細，每種色調(diào)又分為 10 個等級，主色調(diào)與中間色調(diào)的等級都定為 5。孟表色系統(tǒng)對一種顏色的表示是先寫出色調(diào) H，然后寫明度值 V，再在斜線后面寫出彩度 C，即 HV/C。例如，標(biāo)號為 10Y8/12 的顏色，其色調(diào)是黃與綠黃的中間色，明度值為 8，彩度 12。無彩色用 N 表示，只寫明度值，斜線后不寫彩度，即 NV/。例如 N7/就表示明度值為 7 的中性色（無彩色）。國際照明委員會（CIE）1931 年推薦的“CIE 標(biāo)準色度系統(tǒng)”是比孟表色系統(tǒng)的用途要廣泛得多

30、的另一種表色。它不但能標(biāo)定光源色，還能標(biāo)定物體色，而且通過色度計算能兩種顏色混合或光源改變后物體呈現(xiàn)的顏色，這一系統(tǒng)為顏色的物理測量奠定了基礎(chǔ)?！癈IE 標(biāo)準色度系統(tǒng)”的特點是用嚴格的數(shù)學(xué)來計算和規(guī)定顏色。使用這一系統(tǒng)，任何一種顏色用兩個色坐標(biāo)在色度圖上表示出來，但在計算上比較復(fù)雜。三顏色產(chǎn)生的心理效果顏色是正常人一生中一種重要的感受，在工作和學(xué)習(xí)環(huán)境中，需要顏色不僅是因為它的魅力和美感，還為個人提供正常的情緒上的排遣。一個灰色或淺黃色的環(huán)境幾乎沒有外觀感染力，它趨向于導(dǎo)致人們上的不安，內(nèi)在的緊張和乏味。另一方面，顏色也可使人放松、激動和愉快。而且人的大部分心理上的煩惱都可以歸因于內(nèi)心的精神活

31、動，顏色刺激可給人的感官以一種振奮的作用，從而從和憂慮中解脫出來。良光環(huán)境離不開顏色的合理設(shè)計，顏色對產(chǎn)生的心理效果直接影響到光環(huán)境的質(zhì)量。色性相近的顏色對個體視覺的影響及產(chǎn)生的心理效應(yīng)的相互、密切相通的性質(zhì)稱色產(chǎn)生的心理感受的特性，如表 8-2 所示。色 感 的 共 通 性感的共通性，它是顏色對表 8-2有實驗表明，手伸到同樣溫度的熱水中，多數(shù)受試者會說，染成紅色的熱水要比染成藍色的熱水溫度高。在車間操作的工人，在青藍色的場所工作 15時就感到冷，在橙紅色的場所中，11時還不感覺到冷，溫差效果最多可達 34。在黑色基底上貼上大小相同的 6 個實心圓，分別是紅、橙、黃、綠、青、紫六色，實際看起

32、來，前三色的圓有跳出之感，后三色有縮進之感。比如，法國的白、紅、藍三色國旗做成 30：33：37 時，才會產(chǎn)生三色等寬的感覺。明度對輕重感的影響比色相大，明度高于 7 的顏色感覺輕，低于 4 的顏色感覺重。其原因一是波長對眼睛的影響，二是顏色聯(lián)想，三是顏色引起的情緒反映。有很多與下面的例子類似的情形：同樣重量的包裝袋，若采用黑色，搬運工人說又重又累，但采用淡綠色，工作一天后，搬運工感到不十分累。又如吊車和吊燈表面，常采用輕盈色，以有利于使人感到心理上的平衡和。把顏色分為積極色(或主動色)與消極色(或色)。主動色能夠產(chǎn)生積極的、有生命力的和努力進取的態(tài)度，而色表現(xiàn)不安的、溫柔的和向往的情緒。如黃

33、、紅等暖色、明快的色調(diào)加上的照明，對人有一種離心作用，即把人的組織器官引向環(huán)境，將人的注意力吸引到外部，增加人的激活作用、敏捷性和外向性。這種環(huán)境有助于肌肉的和機能，適合于從事手工操作工作和進行娛樂活動的場所。灰、藍、綠等冷色調(diào)加上低亮度的照明對人有一種向心的作用，即把熱鬧從環(huán)境引向本人的內(nèi)心世界，使人精神不易渙散，能更好地把注意力集中到難度大的視覺作業(yè)和腦力勞動上，增進人的內(nèi)向性，這種環(huán)境適合需要久坐的、對眼睛和腦力工作要求較高的場所，如辦公室、研究室和精細的裝配車間等。8.2.3視覺功效人借助視覺器官完成視覺作業(yè)的效能，叫做視覺功效（Visual performance）。用完成作業(yè)的速度

34、和精度來定量評價視覺功效，它既取決于作業(yè)固有的特性（大小、形狀、位置、細節(jié)與背景的顏色和反射比），也取決于照明。關(guān)于視覺功效的研究，通常在識別時間的條件下，對視角、亮度（或照度）和亮度對比同視覺功效之間的進行實驗研究，為制定合理的光環(huán)境設(shè)計標(biāo)準尋求科學(xué)依據(jù)。識別幾率是一種視覺生理閾限的量度，定義為正確識別的次數(shù)與識別總次數(shù)的比率。圖8-16 表示了識別幾率在 95%時，照度、視角、亮度對比三者之間的。從圖中曲線可以心理感受左趨勢積 極 色中性色消 極 色右趨勢明暗感明亮白黃橙綠、紅灰灰青紫黑冷熱感溫暖橙紅黃灰綠青紫白涼爽脹縮感膨脹紅橙黃灰綠青紫收縮距離感近黃橙紅綠青紫遠重量感輕盈白黃橙紅灰綠青

35、紫黑沉重興奮感興奮白紅橙紅紫灰綠青綠紫青黑沉靜看出：1. 視看對象在眼睛處形成的視角a不變時，如亮度對比 C 下降，則需要增加照度才能保持相同的識別幾率；也就是說，亮度對比不足時，可用增加照度來彌補。反之，也可提高亮度對比來彌補照度的不足。2. 亮度對比不變時，視角越小，需要的照度越高。同樣，照度一定時，視角越小，需要的亮度對比越大。3. 在相同的亮度對比條件下，識別相同視角作業(yè)所需要的天然光照度要明顯低于人工光的照度?；蛘哒f在相同照度條件下，在天然光環(huán)境中可識別的亮度對比要比人工光環(huán)境中的低。但在大的目標(biāo)的時候，這種差別不明顯。圖 8-16 視覺功效曲線（原圖 6-3）8.2.4舒適光環(huán)境的

36、要素與評價標(biāo)準舒適的光環(huán)境應(yīng)當(dāng)具有以下四個要素。一、適當(dāng)?shù)恼斩人饺搜蹖ν饨绛h(huán)境明亮差異的知覺，取決于外界景物的亮度。但是，規(guī)定適當(dāng)?shù)牧炼人较喈?dāng)復(fù)雜，因為它涉及到各種物體不同的反射特性。所以，實踐中還是以照度水平作為照明的數(shù)量指標(biāo)。1 照度標(biāo)準不同工作性質(zhì)的場所對照度值的要求不同，適宜的照度應(yīng)當(dāng)是在某具圖 8-17 人們感到滿意的照度值體工作條件下，大多數(shù)人都感覺比較滿意而且保證工作效率和精度均較高的照度值。研究對辦公室和車間等工作場所在各種照度條件下感到滿意的人數(shù)百分比做過大量調(diào)查。發(fā)現(xiàn)隨著照度的增加，感到滿意的人數(shù)百分比也在增加，最大值約處在 15003000lx 之間，見圖 8-17。

37、照度超過此數(shù)值，對照度滿意的人反而越少，這說明照度或亮度要適量。物體亮度取決于照度，照度過大，會使物體過亮，容易引起視覺疲勞和眼睛靈敏度的下降。如夏日在室外看書時，若物體亮度超過 16sb，就會感到刺眼，不能長久堅持工作。因此，提高照度水平對視覺功效只能到一定程度，并非照度越高越好。所以，確定照度水平要綜合考慮視覺功效、舒適感與、能耗等因素。實際應(yīng)用的照度標(biāo)準大都是折衷的標(biāo)準。任何照明裝置獲得的照度，在使用過程中都會逐漸降低。這是由于燈的光通量衰減，燈、燈具和室內(nèi)表面污染造成的。這時，只有換用新燈，燈具，甚至重新粉刷室內(nèi)表面，才能恢復(fù)原來的照度水平。所以，不以初始照度作為設(shè)計標(biāo)準，而采取維持照

38、度，即在照維護周期末所能達到的最低照度來制訂標(biāo)準。根據(jù)定律，感覺的等量變化大體是由光量的等比變化產(chǎn)生的。所以，在照度標(biāo)準中以 1.5 左右的等比級數(shù)劃分照度等級，而不采取等差級數(shù)。CIE 建議的照度等級為 20305075100150200-30050075010001500200030005000 等。附表8-2 給出了一些我國民用2照度分布照度的標(biāo)準值。照度分布應(yīng)該滿足一定的均勻性。視場中各點照度相差懸殊時，瞳孔就經(jīng)常改變大小以適應(yīng)環(huán)境，引起視覺疲勞。評價工作面上的光環(huán)境水平，照度均勻度和照度一樣都是非常重要的因素。照度均勻度是指工作面上的最低照度與平均照度之比，也可認為是室內(nèi)照度最低值與

39、平均值之比。我國照明設(shè)計標(biāo)準3規(guī)定辦公室、閱覽室等工作房間的照度均勻度不應(yīng)低于 0.7，作業(yè)面鄰近周圍的照度均勻度不應(yīng)小于 0.5，房間內(nèi)交通區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域的平均照度于工作區(qū)平均照度的 1/3。二、舒適的亮度比不應(yīng)小人的視野很廣，在工作房間里，除工作對象外，作業(yè)面、頂棚、墻、窗和燈具等都會進入視野，它們的亮度水平了周圍視野的適應(yīng)亮度。如果它們與中心視野亮度相差過大，就會加重眼睛瞬時適應(yīng)的負擔(dān)，或產(chǎn)生眩光，降低視覺功效。此外，房間主要表面的平均亮度，形成房間明亮程度的總印象；亮度分布使人產(chǎn)生對室內(nèi)空間的形象感受。所以，室內(nèi)主要表面還必須有合理的亮度分布。在工作房間，作業(yè)近鄰環(huán)境的亮度應(yīng)當(dāng)盡可能

40、低于作業(yè)本身亮度，但最好不低于作業(yè)亮度的 1/3。而周圍視野（頂棚、墻、窗子等）的平均亮度，應(yīng)盡可能不低于作業(yè)亮度的 l/10。燈和白天的窗子亮度，則應(yīng)在作業(yè)亮度的 40 倍以內(nèi)。墻壁的照度達到作業(yè)照度的 1/2 為宜。為了減弱燈具同其周圍頂棚之間的對比，特別是采用暗裝燈具時，頂棚表面的反射率至少要在 0.6 以上，以增加反免頂棚顯得太暗。頂棚照度不宜低于作業(yè)照度的 1/10，以三、適宜的色溫與顯色性光源的顏色質(zhì)量常用兩個性質(zhì)不同的術(shù)語來表征，即光源的色表和顯色性。色表是燈光本身的表觀顏色，而顯色性是指燈光對其照射的物體顏色的影響作用。光源色表和顯色性都取決于光源的光譜組成，但不同光譜組成的光

41、源可能具有相同的色表，而其顯色性卻大不相同。同樣，色表完全不同的光源可能具有相等的顯色性。因此，光源的顏色質(zhì)量必須用這兩個術(shù)語同時表示，缺一不可。（1）光源的色表與色溫人對光色的同照度水平有相應(yīng)的，1941 年Kruithoff 根據(jù)他的實驗，首先定量地提出了光色舒適區(qū)的范圍，后人的研究進一步證實了他的結(jié)論，見圖 8-18。光源的色表常用色溫定量表示。當(dāng)一個光源的光譜與黑體在某一溫度時發(fā)出的光譜相同或相近時，黑體的熱力學(xué)溫度就稱作該光源的色溫。黑體輻射的光譜功率分布完全取決于它的溫度。在 800900 K 溫度下，黑體輻射呈紅色；3000 K 為黃白色；5000 K 左右呈白色，接近日光的色溫

42、；在800010000 K 之間為淡藍色。由圖 8-19 可見，隨著色溫的提高，人所要求的舒適照度也相應(yīng)提高。對于色溫為 2000 K 的蠟燭，照度為 1020lx 就可以了；而對于色溫為 5000 K 以上的熒光燈，照度在 300 lx 以上才感到舒適。附表 8-3 給出了部分天然和人工光源的色溫。一個光源發(fā)出的光經(jīng)常是由許多不同波長單色輻射組成的，每個波長的輻射功率也不一樣。光源的各單色輻射功率按波長的分布稱作光源的光譜功率分布（或稱光譜能量分布），它決定了光的色表和顯色性能。圖 8-19 是日光、空光、白熾燈和熒光燈四種光源的相對光譜功率分布曲線。由圖 8-19 可見，光源的光譜功率分布

43、不同導(dǎo)致其色表不同。日光、空光等自然光均為譜。熱輻源如白熾燈，其光譜功率分布與黑體輻射非常相近，也是譜。因此，用色描述它們的色表很恰當(dāng)。而非熱輻源，如熒光燈、高壓鈉燈等，它們的光譜功率分布形式與黑體輻射相差甚大，光譜是不連續(xù)的，有多個峰值。嚴格地說，不應(yīng)當(dāng)用色描述這類光源的色表，但是用與某一溫度黑體輻射最接近的顏色來近似地確定這類光源的色溫，稱為相關(guān)色溫。圖 8-18 照度與舒適色溫（原圖 6-4）圖 8-19 不同的光源的光譜功率分布l日光 2睛天空 3白熾燈 4日光色熒光燈CIE 將室內(nèi)照明常用的光源按其色溫分成三類。表 8-3 給出了這三種與各自的用途。表 8-3 光源的色表類別與用途（

44、2）顯色性物體色隨照明條件的不同而變化。物體在待測光源下的顏色同它在參照光源下的顏色相比的符合程度，定義為待測光源的顯色性。由于人眼適應(yīng)日光光源，因此，以日光作為評定人工照明光源顯色性的參照光源。CIE及我國制訂的光源顯色性評價，都規(guī)定相關(guān)色溫低于 5000 K 的待測光源以相當(dāng)于早晨或傍晚時日光的完全輻射體作為參照光源；色溫高于 5000 K 的待測光源以相當(dāng)于中午日光的組合晝光做為參照光源。從室內(nèi)環(huán)境的功能角度出發(fā)，光源的顯色性具有重要作用。印染車間、彩色制版印刷、美術(shù)品陳列等要求精確辨色的場所要求良顯色性；顧客在商店選擇商品、醫(yī)生察看的氣色，也都需要真實地顯色。此外，有研究表明，在辦公室

45、內(nèi)用顯色性燈，達到與顯色性差的燈同樣滿意的照明效果，照度可以減低 25%，節(jié)能效果顯著。CIE 取顯色指數(shù) Ra 做指標(biāo)來評價燈的顯色性。顯色指數(shù)的最大值定為 100。認為在 10080 范圍內(nèi)，顯色性優(yōu)良；Ra=7950 顯色性；Ra<50 顯色性較差。據(jù)此將燈的顯色性能分為 5 類，并提出了每一類顯色性能適用的范圍（表 8-4），供設(shè)計時參考。色表類別色 表相關(guān)色溫（K）用途123暖 中間冷<3300 33005300>5300客房、臥室、病房、酒吧、辦公室、教室、商場、診室、車間高照度空間、熱車間表 8-4燈的顯色類別與適用范圍雖然高顯色指數(shù)的燈是理想的選擇，如白熾燈，

46、但是這類燈的光效不高。反之，光效很高的普通高壓鈉燈的顯色指數(shù)又很低，所以，實際的選擇應(yīng)當(dāng)顯色性與光效兩者兼顧。開發(fā)顯色性與光效俱優(yōu)的新節(jié)能光源始終是光源研究致力的目標(biāo)。四、避免眩光干擾當(dāng)直接或通過反射看到燈具、窗戶等亮度極高的光源，或者在視野中出現(xiàn)強烈的亮度對比時（先后對比或同時對比），我們就會感受到眩光。眩光可以損害視覺（失能眩光），也能造成視覺上的不舒適感（不舒適眩光），這兩種眩光效應(yīng)有時分別出現(xiàn)，但多半是同時著。對室內(nèi)光環(huán)境來說，不舒適眩光更為重要。只要將不舒適眩光眩光也就自然消除了。在限度以內(nèi)，失能圖 8-20 光源位置對眩光的影響眩光效應(yīng)同光源的亮度與面積成正比，同周圍環(huán)境亮度成反比

47、，隨光源對視線的偏角而變化。光源位置對眩光的影響見圖 8-20，其中 0°視線水平線。多個光源產(chǎn)生的總眩光效應(yīng)為單個光源的眩光效應(yīng)之和。顯色類別顯色指數(shù)范圍色表應(yīng)用示例優(yōu)先采用采用IARa³90暖 中間冷顏色匹配臨床檢驗繪畫美術(shù)館IB80 £ Ra < 90暖中間家庭、旅館餐館、商店、辦公室學(xué)校、醫(yī)院中間冷印刷、油漆和紡織工業(yè)、需要的工業(yè)操作60 £ Ra < 80暖 中間冷工業(yè)辦公室學(xué)校40 £ Ra < 60顯色要求低的工業(yè)工業(yè)20 £ Ra < 40顯色要求低的工業(yè)第三節(jié) 天然采光天然采光的意思是利用天然

48、光源來保證室內(nèi)光環(huán)境。在良光照條件下，人眼才能進行有效的視覺工作。盡管利用天然光和人工光都可以創(chuàng)造良光環(huán)境，但單純依靠人工光源（即電光源）需要耗費大量常規(guī)能源，間接造成環(huán)境污染，不利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而天然采光則是對太陽能的直接利用，將適當(dāng)?shù)臅児庖M室內(nèi)照明，可有效降低照明能耗。近年來的許多研究表明，太陽的全光譜輻射，是人們在生理上和心理上長期感到舒適滿意的關(guān)鍵因素。此外，窗戶在完成天然采光的同時，還可以滿足室內(nèi)與自然界視覺的心理需求。無窗的房間容易室內(nèi)熱濕與潔凈水平，節(jié)省空調(diào)能耗，但不能滿足室內(nèi)人員與外界環(huán)境接觸的心理需要。在室內(nèi)有良好光照的同時，讓人能透過窗子看見室外的景物，是保證人的工

49、作效率高、身心舒適健康的重要條件。因此，物充分利用天然光照明的意義，不僅在于獲得較高的視覺功效、節(jié)能環(huán)保，而且還是一項長遠的保護健康的措施。無論從環(huán)境的實用性還是美觀的角度，采用或主動的，充分利用天然光照明是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的路徑之一，有著非常重要的意義。8.3.1 天然光源的特點一、天然光源天然光就是室外晝光，其強弱隨時變化不定。如果不了解在任一給定時刻的基址上有多少晝光可以利用，我們就不可能對天然光環(huán)境進行正確的設(shè)計和。太陽是晝光（Daylight）的光源。部分日光（Sunlight）通過大氣層入射到地面，它具有一定的方向性，會在被照射物體背后形成明顯的陰影，稱為太陽直。另一部分日光在通過大

50、氣層時遇到大氣中的塵埃和水蒸氣，產(chǎn)生多次反射，形成天空擴散光，使白天的天空呈現(xiàn)出一定的亮度，這就是天空擴散光（ Skylight）。擴散光沒有一定的方向，不能形成陰影。晝光是直與擴散光的總和。地面照度來源于直和擴散光，其比例隨太陽高度與天氣而變化。通常，按照天空云量的多少將天氣分為三類：（1）晴天云量為 03；（2）多云天云量為 47；（3）天云量為 810。晴天時，地面照度主要來自直射日光，直在地面形成的照度占總照度的比例隨太陽高度角的增加而加大，陰影也隨之明顯。天時室外天然光全部為天空擴散光，物體背后沒有陰影，天空亮度分布比較均勻且相對。多云天介于二者之間，太陽時隱時現(xiàn)，照度很不。圖 8-

51、21 給出了晴天時天空直與擴散光的照度變化。圖 8-21 天空直與擴散光隨時間的照度變化在采光設(shè)計中提到的天然光往往指的是天空擴散光，它是采光的主要光源。由圖8-21 可知，直射日光強度極高，而且逐時有很大變化。為防止眩光或避免房間過熱，工作房間常需要遮蔽直射日光，所以在采光計算中不考慮直射日光的作用，而是把天空看作是天然光源。但是，由于直射日光所能提供的光能要遠遠大于擴散光，如果能夠動態(tài)控制直射日光的光路，并能夠在其落到被照面前將其有效擴散，則直也是非常天然光源。二、天然光的光譜能量分布特征天然光是太陽輻射的一部分，它具有光譜連續(xù)且只有一個峰值的特點，見圖 8-19。人們長期生活在天然光下，

52、天然光是人們生活中習(xí)慣的光源。近年來的許多研究表明，太陽的全光譜輻射是人們在生理上和心理上長期感到舒適滿意的關(guān)鍵因素。而人工光的光譜由于其發(fā)光機理各不相同，其光譜分布也不相同。大多數(shù)人工光源的光譜分布有二個以上的峰值，且不連續(xù)，如圖 8-19 的熒光燈，容易引起視覺疲勞。人眼像透鏡一樣要形成色差，對于全光譜的白光而言，眼睛聚焦時，黃色光的焦點正好落在藍光和紅光的焦點之間，在視網(wǎng)膜上形成了平衡狀態(tài)，不易產(chǎn)生視覺疲勞；當(dāng)采用特殊峰值光譜成分的光照明時，峰值光譜對應(yīng)的顏色的焦點與白光對應(yīng)的聚焦位置相差很遠，眼睛的聚焦位置需要加以調(diào)節(jié)，就很容易產(chǎn)生視覺疲勞。來講，光譜能量分布較窄的某種純顏色的光源照明

53、質(zhì)量較差，光譜能量分布較寬的光源照明質(zhì)量較好。前者的視覺疲勞高于后者。光譜成分不佳引起視覺疲勞是由于有明顯的色差的緣故。因此，人們總希望人工光盡量接近天然光，不僅要求光譜分布接近或基本相同，并且也只有一個峰值，還要求有接近的光色感覺。8.3.2 天然采光設(shè)計原理一天然光環(huán)境的評價采光設(shè)計標(biāo)準是評價天然光環(huán)境質(zhì)量的評價準則，也是進行采光設(shè)計的主要依據(jù)。我國現(xiàn)行的采光設(shè)計標(biāo)準為 2001 發(fā)布的采光設(shè)計標(biāo)準（GB /T50033-2001）1。天然光強度高，變化快，不好，這些特點使天然光環(huán)境的質(zhì)量評價和評價標(biāo)準有許多不同于人工照明的地方。最常用的評價指標(biāo)就是采光系數(shù)。1采光系數(shù)（Daylight Factor）在利用天然光照明的房間里，室內(nèi)照度隨室外照度而時刻變化著。因此，在確定室內(nèi)天然光照度水，必須把它同室外照度起來考慮。通常我們不以照度絕對值，而以采光系數(shù)作為天然采光的數(shù)量指標(biāo)。采光系數(shù)法最早由 Waldram 在 1923 年提出，后經(jīng) BRS、LBL、MIT