建筑光學基本知識ppt課件

1、Page 1湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理第二篇 建筑光學 光學根本知識光學根本知識 光的視覺性質(zhì)光的視覺性質(zhì) 根本光度單位根本光度單位及運用及運用 視度及其影響視度及其影響要素要素 資料的光學性資料的光學性質(zhì)質(zhì)天然采光天然采光光氣候與采光規(guī)光氣候與采光規(guī)范范采光口采光口采光設(shè)計采光設(shè)計人工采光人工采光電光源電光源燈具燈具室內(nèi)任務(wù)照明室內(nèi)任務(wù)照明室內(nèi)外環(huán)境照明室內(nèi)外環(huán)境照明Page 2湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理第一節(jié) 光的視覺性質(zhì) 光是以電磁波方式傳播的輻射能電磁輻射的波長范圍很廣，只需波長在380nm-760nm的這部分輻射才干引起光視覺，稱為可見光(

2、簡稱光)。波長短于380nm的是紫外線、 射線、 射線、宇宙線；長于760nm的有紅外線、無線電波等等。它們與光的性質(zhì)是不同的，人眼是看不見的。 不同波長的光在視覺上構(gòu)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。日光和燈光那是由不同波長的光混合而成的復合光，它們呈白色或其他顏色。將復合光中各種波長輻射的相對功率量值按對應(yīng)波長陳列結(jié)合起來，就構(gòu)成該復合光的光譜功率分布曲線，它是光源的個重要物理參數(shù)。光源的光譜組成不但影響光源的表現(xiàn)顏色，而且決議被照物體的顯色效果Page 3湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理(一)明

3、暗視覺 光入射到人們的眼睛內(nèi)發(fā)揚刺激作用而產(chǎn)生視知覺的綜合。視知覺包括看到光的明暗，物體的外形、顏色、動態(tài)、遠近、深淺的一切知覺。視知覺不僅依托光對神經(jīng)系統(tǒng)的刺激，而且依托大腦對由光產(chǎn)生的神經(jīng)脈沖信號進展解釋、分析和判別，最后構(gòu)成視覺。這樣，光刺激從眼睛到大腦變成神經(jīng)脈沖信號，便在大腦中引起了生理變化，而且作為行動表現(xiàn)出來構(gòu)成視覺系統(tǒng)。因此從引起視覺的刺激來看，光起著很重要的作用。無論在光環(huán)境中或在視覺環(huán)境中都要思索光與視覺的關(guān)系。Page 4湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理Page 5湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理(三)順應(yīng) 視網(wǎng)膜的感光度變化的過程或景象稱

4、為順應(yīng)。 對于亮處或暗處的順應(yīng)都需求閱歷時間。由亮處到暗處，視網(wǎng)膜的感光度到達最高時，需求10一35min，稱為暗順應(yīng)；由暗處到亮處，只需求1min，稱為明順應(yīng)。 眼睛按照暗順應(yīng)而起的作用，稱為暗視覺。它主要是桿體細胞起作用的視覺形狀。眼睛按照明順應(yīng)而起的作用，稱為明視覺。它主要是錐體細胞起作用的視覺形狀。 在光環(huán)境或視覺環(huán)境中會遇到多處的亮堂或黑暗區(qū)段或部位，安康的眼睛是可以順應(yīng)的。Page 6湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 (四)視力 人們的眼睛識別物體外形的細部的才干稱為視覺敏銳度，在醫(yī)學上稱為視力，曾經(jīng)通用。它存在著個人差別。根據(jù)國際眼科學會的規(guī)定，它用蘭道爾環(huán)來丈量

5、，規(guī)定在5m的視距上可以識別l的開口時為1.0。 物體大小對眼睛構(gòu)成的張角稱為視角，單位為分()。視力等于剛剛可以分辨的視角的倒數(shù)。 物體由出現(xiàn)到構(gòu)成視知覺所需時間的倒數(shù)稱為視力速度。它隨著光照度的添加面提高很快，當?shù)竭_一定數(shù)值后，就不明顯提高。Page 7湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 (五)視野 當頭部和單眼或雙眼不挪動時可覺察到的空間范圍稱為視野。由于臉部的其他部分的妨礙，視野中的上下左右部分不會均等。經(jīng)常是視野的下部看去過大，右部看去也過大。在視野中可以明晰地看到對象的部分是視角l 1.5度的范圍，這一范圍由于在視網(wǎng)膜的中心凹部，所以成像清析稱為中心視野。分開中心視野

6、，視力便會迅速減小這一部分稱為周圍視野。Page 8湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理(六)光視效能 眼睛在可見光的范圍內(nèi)眼睛對每一波長的感受性也不是均等的。眼睛對某一波長的光的敏感度稱為光視效能。對波長為555nm的黃綠光，眼睛的感受性最高。國際照明委員會(CIE)根據(jù)大量的實驗結(jié)果，將視亮度覺得相等的波長為m和的兩個輻射通量之比，定義為波長的單色光的光譜光視效率(也稱視見函數(shù))，以V()表示。 m選在最大比值等于1處，即555nm處， V() l，其他波長的V()均小于l。這就是明視覺光譜光視效率。在較暗的環(huán)境中(順應(yīng)以510nm的藍綠光最為敏感按照這種特定光環(huán)境條件確定的V

7、()函數(shù)稱為暗視覺光譜光視效率。Page 9湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理Page 10湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 (七)錯視 眼睛不能知覺物體的正確外形的景象，稱為錯視。因此要為光環(huán)境提供完善的條件使眼睛不致出現(xiàn)錯視。 (八)閃爍 眼睛看運動物體時物體在視網(wǎng)膜上成像，一閃即失，接著進展下一次成慷。這樣反復進展，在眼睛卜構(gòu)成時亮時滅的不延續(xù)的光。這種景象稱為閃爍。用每秒亮滅的頻率來表示眼睛能分清閃爍的界限。 稱為閃爍臨界值或閃爍交融頻率。在高亮度的情況下，視網(wǎng)膜周圍部分的臨界值比中心部分的臨界值要高。在光環(huán)境中多數(shù)情況要防止閃爍。只需少數(shù)情況如舞廳之類需

8、求光的閃爍。(九)眩光 假設(shè)視野內(nèi)有亮度極高的物體或劇烈的亮度對比，那么可引起不溫馨或視覺降低的景象，稱為眩光。眩光是影響光質(zhì)量的最重要的要素，對視覺有危害性。在光環(huán)境中，眩光普通是應(yīng)該限制的， 只需個別情況除外。Page 11湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理上次課主要內(nèi)容回想u光的視覺性質(zhì)：u光的本質(zhì)以電磁波方式傳播的輻射能，波長為 的這部分輻射才干引起光視覺，稱為可見光(簡稱光)u不同波長的光在視覺上構(gòu)成不同的顏色，單一波長的光呈現(xiàn)一種顏色，稱為單色光。u視覺光入射到人們的眼睛內(nèi)發(fā)揚刺激作用而產(chǎn)生視知覺的綜合。u光視效能視亮度覺得相等的波長為m和的兩個輻射通量之比，定義為波

9、長的單色光的光譜光視效率以V()表示。 m選在最大比值等于1處：u 即明視覺 處，對于暗視覺 處Page 12湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 第二節(jié) 光度量 光環(huán)境的設(shè)計與評價離不開定量的分析和闡明，這就需求借助于一系列的物理度量來描畫光源與光環(huán)境的特征。常用的光度量有光通量、照度、發(fā)光強度和亮度。一、光通量 光通量是按照國際商定的人眼視覺特性評價的輻射能通量(輻射功率)。根據(jù)這定義，光通量可以由輻射通量及V()函數(shù)導出：dVKem)(,式中：光通量，lm e,波長為的單色輻射通量，W V(CIE規(guī)范光度觀測者明視覺光譜光視效率。 Km最大光譜光視效能，lm/W(lm)Pag

10、e 13湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 光視效能K是描畫光和輻射之間關(guān)系的量，它是與單位輻射量相當?shù)墓馔?。但是，K值是隨光的波長而變化的， K()的最大值K(m)在 555nm處。根據(jù)一些國家權(quán)威實驗室的丈量結(jié)果，l977年國際計量委員會決議采用Km683lmW。 光通量的單位是流明，符號為lm。在國際單位制和我國規(guī)定的計量單位中，它是一個導出單位，l流明是發(fā)光強度為l坎德拉的均勻點光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。 在照明工程中，光通量是闡明光源發(fā)光才干的根本量。例如，一只40瓦白熾燈發(fā)射的光通最為350lm： 一只40瓦熒光燈發(fā)射的光通量為21001m，比白熾燈多5倍

11、多。Page 14湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 二、發(fā)光強度 I 點光源在給定方向的發(fā)光強度，是光源在這一方向上立體角內(nèi)發(fā)射的光通量與該立體角之商，符號為I，單位是坎德拉Candela。 式中的為立體角。以任一錐體頂點0為球心，恣意長度r為半徑作一球面，被錐體截取的一部分球面面積為S，那么此錐體限定的立體角值為：ddI(cd) 假設(shè)在有限立體角內(nèi)傳播的光通量是均勻分布的，上式可寫為：I(cd)(sr)2rS立體角的單位是球面度sr，當S=r2時，=1 sr，由于球的外表積為4r2，所以立體角的最大數(shù)值為4球面度。Page 15湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理

12、三、照度 E照度是受照平面上接受的光通量的密度，符號為E假設(shè)照射到外表點面元上的光通量為d ，該面元的面積為dA，那么:dAdE(lx) 照度的單位是勒克斯lx，1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布在1平方米外表上所產(chǎn)生的照度，即1lx=1lm/m2。 勒克斯是一個較小的單位，如夏季中午日光下，地平面上照度可達1000 lx，在裝有40W白熾燈的書寫臺燈下看書，桌面照度平均為200300 lx。Page 16湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理四、亮度 L1、概念 ： 在一樣的照度情況下，黑色物體和白色物體在人眼中引起的視覺覺得不同，這闡明物體外表的照度并不能直接闡明人眼對物體的視覺

13、覺得。而是由視網(wǎng)膜上物像的照度成正比。視網(wǎng)膜上物像的照度和發(fā)光體在視野方向的投影面積成反比，與發(fā)光體朝視野方向的發(fā)光強度成正比。因此將發(fā)光體在視野方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強度定義為亮度。用符號L表示，單位為cd/m2。cosdSdIL(cd/m2)Page 17湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理2、光亮度和視亮度假設(shè)在外表的一點處有面元dS(圖中線AB)，與dS的法線成 角方向的發(fā)光強度為dI ，那么dS在這方向的正投影面積為dSCOS (圖中線CD)。這時眼睛看到的dS上的亮度L為cosdSdIL 式中的亮度稱為光亮度物理亮度，它是一個客觀物理量。我們所感遭到的物體亮堂程度除了

14、與物體外表亮度有關(guān)外，還與我們所處的環(huán)境的明暗程度有關(guān)，稱為表觀亮度。亮度的客觀量，稱為視亮度或客觀亮度。它是一個心思量，沒有量綱。因此光亮度和視亮度是有區(qū)別的。(cd/m2)Page 18湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理名稱符號定義公式單位光通量683 e,V（）dLm,1lm=1/683W發(fā)光強度II= / cd,1cd=1lm/sr照度EE= / Slx, 1 lx =1lm/m2亮度LE= I/ ScosNt,1nt=1cd/m2光度學中的4個根本量Page 19湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理五、建筑照明計算根底(一)間隔平方反比定律 點光源在與照射方

15、向垂直的平面產(chǎn)生的照度與光源的光強成正比，與光源至受照面的間隔的平方成反比。這稱為間隔平方反比定律，適用于點光源產(chǎn)生的點照度的計算?？捎上率接嬎悖?rIEnPage 20湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理以上公式也可以從發(fā)光強度和照度之間的關(guān)系求出：I2rA22rIrIAEPage 21湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理(二)照度余弦定律 點光源照射在程度面上產(chǎn)生的照度與光源的光強成正比，也與受照面法線和入射光的夾角的余弦成正比，但與光源至受照面的間隔的平方成反比。這稱為照度余弦定律，由下式計算：cos2rIEhPage 22湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院

16、建筑物理(三)立體角投影定律 如下圖，假設(shè)S1(圖中線AB)為各方向的亮度均相等的發(fā)光面，S2(圖中線CD)為受照面，在S1上取一微小面元dS1作為點光源。cosLEPage 23湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理那么在S2上的P點處的照度按余弦定律為:cos2rIE 按亮度與光強的關(guān)系式，設(shè)I為S1在方向的光強，L為S1在方向的亮度，那么有: ILdS1coscoscos21rdSLE 21cosrdS為以P點為頂點的dS1所張的立體角dcosdLdE那么S1在P點處產(chǎn)生的照度為:cosdLE進展積分后得到:cos LE進展換算后得到:闡明發(fā)光面在受照面上產(chǎn)生的照度，僅與發(fā)光面

17、的亮度及其在受照面上的立體角投影有關(guān)，而與發(fā)光面的面積的絕對值無關(guān)。S1和S1COS的面積不同，但由于它們對受照面構(gòu)成的立體角投影一樣，因此只需它們的亮度也一樣，它們對S2構(gòu)成的照度就會一致。Page 24湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理課后習題教材P：6-1、教材P：6-4、教材P：6-6Page 25湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理上次課主要內(nèi)容回想u光度學根本原理u1、光通量、發(fā)光強度、照度、亮度的概念u2、建筑照明計算定律u照度余弦定律u立體角投影定律u Page 26湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理第三節(jié) 視度及其影響要素視度：看物體的

18、清楚程度。影響視度的要素：亮度、背景亮度、物體的視角、識別時間、眩光1、亮度 ：對大多數(shù)人而言，能看見物體 的最低亮度為10-5 asb ,當亮度到達 104 asb時，人眼的靈敏度最大，視度最高，而后視度便隨著亮度的添加而降低，當亮度到達16sb時，人們便感到刺眼，反而看不清楚了。2、物件尺寸：物件的尺寸，眼睛至物件的間隔都影響人們觀看物件的視度。物件尺寸d，眼睛至物件的間隔l構(gòu)成視角，其關(guān)系為：分）(3440ldPage 27湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理3、亮度對比，是視野中目的和背景的亮度差與背景(或目的)亮度之比，用對比系數(shù)C表示，對比越大，視度越高。bLLC4、識

19、別時間：眼睛觀看物體時，只需當該物體發(fā)出足夠的光能，構(gòu)成一定刺激，才干產(chǎn)生視覺覺得，在一定條件下，亮度*時間常數(shù)，也就是說:呈現(xiàn)時間越少，越需求更高的亮度才干引起視覺得。在設(shè)計中應(yīng)思索人們流動過程中能夠出現(xiàn)的視順應(yīng)問題。5、防止眩光：當視野內(nèi)出現(xiàn)高亮度或過大的亮度對比，就會引起視覺上的不溫馨，煩惱或視覺疲勞，這種亮度或亮度對比稱為眩光。 直接眩光和反射眩光 失能眩光和不溫馨眩光Page 28湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理第四節(jié) 資料的光學性質(zhì) 光在傳播過程中遇到新的介質(zhì)時，會發(fā)生反射、透射與吸收景象一部分光通量被介質(zhì)外表反射()， 部分透過介質(zhì)()，余下的一部分那么被介質(zhì)吸收

20、()，根據(jù)能量守恒定律，入射光通量(i)應(yīng)等于上述三部分光通量之和：+ + = i= / i= /i= /i+ +1Page 29湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 一、反射：反射光的分布型式有規(guī)那么反射與分散反射兩大類分散反射又可細分為定向分散反射、漫反射、混合反射等 1 規(guī)那么反射 規(guī)那么反射也叫鏡面反射，其特征是光線經(jīng)過反射之后仍按一定的方向傳播，立體角沒有變化規(guī)那么反射的規(guī)律為：入射光線與反射光線以及反射外表的法線同處于一個平面內(nèi)；入射光與反射光分居法線兩側(cè)，入射角等于反射角。 光滑密實的外表，如玻璃鏡面和磨光的金屬外表構(gòu)成規(guī)那么反射。在照明工程中常利用規(guī)那么反射進展準確

21、的控光，如制造各種曲面的鏡面反光罩獲得需求的光強分布，提高燈具效率幾乎一切的節(jié)能燈具都運用這類資料做的反光罩，其中有陽極氧化或拋光的鋁板、不銹鋼板、鍍鉻鐵板鍍銀或鍍鋁的玻璃和塑科等Page 30湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 2 定向分散反射 分散反射保管了規(guī)那么反射的某些特性，即在產(chǎn)生規(guī)那么反射的方向上，反射光最強，但是反射光束被“分散到較寬的范圍，經(jīng)過沖砂酸洗或錘點處置的粗糙金屬外表、外表光滑的紙以及油漆外表具有定向分散反射的特性 其特點是在某一反射方向上有最大亮度，而在其他方向上也有一定亮度，在反射方向上可以看見光源的像，但輪廓不像定向反射那樣明晰。Page 31湖北工

22、業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理 3 漫反射 漫反射的特點是反射光的分布與入射光方向無關(guān)，在宏觀上沒有規(guī)那么反射，反射光不規(guī)那么地分布在一切方向上，無光澤的毛面資料或由微細的晶粒、顏料顆粒構(gòu)成的外表產(chǎn)生漫反射可以把這些微粒看作是單個的鏡反射器，但是由于微粒的外表處在不同的方向，所以將光反射到許多角度上假設(shè)反射光的光強分布與入射光的方向無關(guān)，而且正好是切于入射光線與反射外表交點的一個圓球，這種漫反射稱為均勻漫反射Page 32湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理均勻漫反射反射光的最大發(fā)光強度在垂直于外表的法線方向，其他方向的光強同最大光強有以下關(guān)系； I0=ICOS I反射

23、光與外表法線夾角為方向的光強cdI0反射光在反射外表法線方向的最大光強，cd上式稱為朗伯余弦定律符合朗伯定律的資料叫朗伯體這類資料無論入射光的方向如何，其外表各方向上的亮度都是相等的。氧化鎂、硫酸鋇、石膏等具有這種特性。建筑工程常用的大部分無光澤飾面資料，如粉刷涂料、乳膠漆、無光塑料墻紙、陶瓷面磚等都可以近似地看作均勻漫反射資料。Page 33湖北工業(yè)大學土建學院湖北工業(yè)大學土建學院建筑物理按照朗伯定律可以導出由照度計算均勻漫反射資料外表亮度的簡便公式如下；L= *E/ (cd/m2) 4 混合反射 多數(shù)的資料外表兼有規(guī)那么反射和漫反射的特性，這稱為混合反射光亮的搪瓷外表呈現(xiàn)漫反射與鏡面反射結(jié)合的特性在漫反射外表涂一層薄的透明清滾，當光入射角