建筑物理光學(xué)論文

1、 建筑物理光學(xué)論文學(xué)院：土木工程與建筑學(xué)院姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 目錄摘要，關(guān)鍵詞21. 前言22. 體育館與自然光33. 體育館自然采光要求34. 天然采光中常用的新型建筑材料與構(gòu)造55. 體育館建筑天然采光的一般方式、方法76. 結(jié)語10參考文獻(xiàn)11 建筑中的天然采光 以體育館為例摘要：體育館傳統(tǒng)上是以比賽作為主要用途,但隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,體育館的使用功能趨于多樣性,白天的使用率越來越高由于過去體育館在建筑設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)自然采光認(rèn)識(shí)的不足,導(dǎo)致現(xiàn)行很多體育館白天的自然光照效果不能滿足群眾日常訓(xùn)練和非正式比賽的需要,白天也要如夜晚正常開燈照明,導(dǎo)致能源消耗過大，盡量使

2、體育館在白天不開燈的情況下,通過自然采光便能滿足普通訓(xùn)練和非正式比賽的光環(huán)境要求,節(jié)約能源并促進(jìn)體育館的可持續(xù)性發(fā)展。為了響應(yīng)節(jié)能減排、低碳生活。減少對(duì)能源的浪費(fèi)，自然光的充分利用是一個(gè)不錯(cuò)的方式。本文主要介紹體育館的光環(huán)境設(shè)計(jì)所需要的部分材料和采光形式。關(guān)鍵詞：體育館光需求、采光材料、頂部采光、側(cè)面采光Abstract: Traditionally, as the stadium is the main purpose of the game, but with the improvement of social development and people's living sta

3、ndards, the use of the stadium function tends diversity, the growing use of daytime Stadium in architectural design in the past when natural lighting lack of knowledge, leading to a lot of natural lighting effect current stadium does not meet the needs of the masses during the day daily training and

4、 informal competitions, but also during the day as normal lights illuminated at night, resulting in excessive energy consumption, do not try to make the stadium lights in daytime under the circumstances, by the light of natural light can meet the environmental requirements of ordinary training and i

5、nformal competition, save energy and promote sustainability StadiumIn response to energy conservation, low-carbon life. Reduce the waste of energy, full use of natural light is a good way.This paper describes the design of light environment needed for the stadium and lighting forms part of the mater

6、ial.Key words：Stadium light demand, lighting materials, top lighting, side lighting.1.前言隨著能源的減少，自然光成了不可缺少的能源之一。自然光也是人類眼睛最舒適的光。在建筑中，自然采光也占著主導(dǎo)地位。自然采光設(shè)計(jì)，就是要根據(jù)自然光線照度變化大、光譜豐富以及與室外景致有機(jī)聯(lián)系在一起的特點(diǎn)，向室內(nèi)居住者提供天氣氣候變化、時(shí)間變化、光線方向和強(qiáng)弱變化以及各種動(dòng)態(tài)信息所形成白天室內(nèi)自然時(shí)空環(huán)境之感。利用自然采光可在室內(nèi)創(chuàng)造富有情感和優(yōu)美意境的環(huán)境，這是極富生命力的室內(nèi)裝飾。自然光線是房間照明最為經(jīng)濟(jì)、極為宜人的光源，

7、合理利用各種窗戶，可以達(dá)到良好的裝飾效果。比如，水平窗可使人感到舒展開闊，垂直窗使人猶如從室內(nèi)觀看條屏掛幅式構(gòu)圖景物。落地窗不但能增加房間明亮程度，并與室內(nèi)外渾然一體之感覺。2.體育館與自然光體育館是一類較為特殊的建筑，在比賽廳引入天然光可以滿足人們對(duì)自然、陽光的渴望，給空間帶來生機(jī)與活力。自然采光往往來自兩個(gè)部位：側(cè)向自然采光與頂向自然采光。這是一種生態(tài)性設(shè)計(jì)，有利于節(jié)約能源，是今后設(shè)計(jì)發(fā)展的主要方向這一。在體育館中，其作比賽用途的時(shí)間跨度并不大，處于多功能使用是我目的，還會(huì)用作平時(shí)訓(xùn)練或向社會(huì)開放。此時(shí)，如能引入自然光，將會(huì)有效的節(jié)約能源。3.體育館自然采光要求由于自然光本身具有良好的顯色

8、性等特性，對(duì)于體育館自然采光來說，要著重處理好的是采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、均勻度標(biāo)準(zhǔn)、并避免眩光的產(chǎn)生。1.采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)在人工照明中，以籃球、排球、羽毛球、網(wǎng)球、手球、體操等各項(xiàng)活動(dòng)為主的無彩電轉(zhuǎn)播的體育訓(xùn)練照度標(biāo)準(zhǔn)值最低值為300lx，比賽時(shí)要求為750lx，而乒乓球要求為1000lx，而作為演出、排練、展覽等輔助功能的照度要求相對(duì)于體育活動(dòng)要求要小很多，一般300lx即可滿足要求。2.采光均勻度對(duì)體育活動(dòng)來說，場(chǎng)地要防止出現(xiàn)較大的明暗對(duì)比。同事，如果運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地內(nèi)照度不均勻，活動(dòng)人員的瞳孔會(huì)不斷改變大小，容易導(dǎo)致疲勞，視功能隨之下降，會(huì)影響教學(xué)、訓(xùn)練和比賽效果。所以，室內(nèi)活動(dòng)場(chǎng)地的采光系數(shù)均勻度有兩種表

9、示方法： U1=Cmin/Cmax U2=Cmin/Cmid 圖1 光源位置對(duì)眩光的影響3.眩光控制眩光是一種視覺條件，這種視覺條件作用于人產(chǎn)生眩光效應(yīng)。眩光對(duì)人類在絕大多數(shù)情況下是一種不利的干擾(但也不排除適合人們需要的舒適眩光的存在)。眩光分直射眩光和反射眩光，直射眩光是指直接被眼睛看到引起視覺功能損失的眩光，反射眩光是指一些光滑表面上也可能看到眩光源的反射形象，引起視覺功能損失。怛1在體育館中要對(duì)眩光采取措施避免和消除。側(cè)窗采光易產(chǎn)生直射眩光和反射眩光。尤其在人的視線及其仰角成o14度的范圍內(nèi)處于強(qiáng)眩光區(qū)。如在此范圍內(nèi)開側(cè)窗眩光相當(dāng)嚴(yán)重，對(duì)于體育館來說，場(chǎng)地端部嚴(yán)禁開大面積側(cè)窗。而頂部采

10、光基本能避免直射眩光，對(duì)于反射眩光，由于光線從頂部人射，入射光線與法線夾角較小，反射到人眼的機(jī)會(huì)相對(duì)較小。建筑師在進(jìn)行采光設(shè)計(jì)時(shí)，就要從建筑設(shè)計(jì)的角度，限制窗的眩光產(chǎn)生。眩光效應(yīng)同光源的亮度和面積成正比，同周圍環(huán)境亮度成反比，隨光源對(duì)視線的偏角而變化。體育館自然采光中，可通過限制光線入射角度來控制眩光。光源位置對(duì)眩光的影響如圖1所示。將入射光線方向控制在一定角度內(nèi)可大大減少眩光出現(xiàn)的可能。4.陰影控制陰與影構(gòu)成了一切物體的立體感，但要求較高的比賽場(chǎng)地上，應(yīng)盡量減少陰影，由于光線是一個(gè)有方向的量，既矢與地腳窗配合設(shè)置，對(duì)于多層練習(xí)館的采光設(shè)計(jì)是非常重要的。因?yàn)槎鄬泳毩?xí)館，除頂層可考慮用頂界面天窗

11、采光外，其它下面各層均只具備側(cè)界面采光的可能性。利用側(cè)界面高窗的設(shè)置可提供房間耀處的照明；利用地腳窗的設(shè)置，可提供近窗處的照明；二種窗配合設(shè)置，使室內(nèi)光線分布均勻。由于墻面中間段無窗，可避免運(yùn)動(dòng)員枧域范圍內(nèi)直射眩光的產(chǎn)生限制眩光。為此，這種采光方式值得練習(xí)館，尤其是多層練習(xí)館效仿。4.天然采光中常用的新型建筑材料與構(gòu)造（1）陽光板常見的PC陽光板在可見光和近紅外線光譜內(nèi)有最高透光率。視顏色不同，透光率可達(dá)12%18%，而透明PC板透光率可達(dá)88%。 體育場(chǎng)屋面構(gòu)造示意圖游泳館屋面構(gòu)造示意圖（2）膜材膜結(jié)構(gòu)在建筑中常用的是聚四氟乙烯膜材料即PTFE和聚偏氟乙烯膜材料即PVDF。PTFE是指在極細(xì)

12、的玻璃纖維編織成的基布上涂抹PTFE而形成的復(fù)合材料。PTFE的最大特點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐久性好、防火難燃、自潔性好，不受紫外線影響，使用壽命在25年以上。具有高透光率，透光率為13%，對(duì)熱能反射率為73%，熱吸收量很少。而PVDF的特點(diǎn)是可濾除大部分紫外線，防止內(nèi)部物品褪色。其對(duì)自然光的透射率可達(dá)25%，透射光在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生均勻的漫射光，無陰影，無眩光，具有良好的顯色性，夜晚在周圍環(huán)境光和內(nèi)部照明的共同作用下，膜結(jié)構(gòu)表面發(fā)出自然柔和的光輝，令人陶醉。 PTFE膜效果圖 PVDF體育館景觀棚（3）變色玻璃變色控光玻璃是能夠針對(duì)太陽直射光的不穩(wěn)定性，隨著直射光的改變而改變的建筑材料。目前在建筑中常用的

13、控光、遮光玻璃現(xiàn)代調(diào)光玻璃的技術(shù)飛速發(fā)展，各種利用新原理、新技術(shù)和新工藝制作生產(chǎn)的調(diào)光玻璃不斷出現(xiàn)。按其基本工作原理分類，可分為：光致變色、電致變色、溫致變色、壓致變色等。這些常用的控光、遮光功能的實(shí)現(xiàn)是通過對(duì)玻璃的變色來產(chǎn)生的。這樣的結(jié)果就是透過這樣的玻璃進(jìn)入室內(nèi)的自然光的光譜會(huì)發(fā)生比較大的改變，不可避免的對(duì)人的視覺效果產(chǎn)生影響。（4）棱鏡類陽光產(chǎn)品及優(yōu)勢(shì)棱鏡類陽光產(chǎn)品顧名思義是指利用棱鏡的折光性、導(dǎo)光或者遮光產(chǎn)品。對(duì)于陽光直射光棱鏡折光板比起普通玻璃、鍍膜玻璃有很好的遮陽作用；而比起陽光板、膜材料有較大的透光率，而且能夠根據(jù)入射光線的不同方向來選擇性地透光；比起變色控光玻璃造價(jià)低而且有更好

14、的透光光譜。 棱鏡折光板與其它采光方式的效果比較5.體育館建筑天然采光的一般方式、方法 比賽廳自然采光分布圖體育館的視覺功能要求極高，因此在體育館光環(huán)境中首先要滿足功能要求。一般的體育館建筑中的重點(diǎn)采光部位主要是比賽館大廳，還有一些體育館建筑中包含專門的訓(xùn)練大廳，也是需要重點(diǎn)進(jìn)行天然采光設(shè)計(jì)的部位。無論比賽館還是訓(xùn)練館，作為體育館建筑的主體空間，他們都有空間大、跨度大、體積大的特點(diǎn)。這類大廳是相對(duì)獨(dú)立的空間，基本上在頂部和側(cè)墻都可以開窗。因此，他們的采光方式有兩種途徑：側(cè)面自然采光和頂向自然采光。這是一種生態(tài)性設(shè)計(jì)，有利于節(jié)約能源、是今后設(shè)計(jì)發(fā)展的主要方向之一。在體育館中，其作比賽用途的時(shí)間跨

15、度并不大， 出于多功能使用的目的還會(huì)用俸平時(shí)訥練或向社會(huì)開放。此時(shí)如能引人自然光， 將會(huì)有效地節(jié)省能源。 側(cè)面自然采光。這是較常見的形式，主要是隨著體育館結(jié)構(gòu)不再依賴于墻體而實(shí)現(xiàn)的。從視覺上來看，明亮的側(cè)墻，強(qiáng)化了頂面的輕盈感，并使室內(nèi)室外聯(lián)為一體。但從照明設(shè)計(jì)角度看，作為比賽背景的側(cè)墻，若過分明亮?xí)纬赡孀匀还獾淖c頂面過強(qiáng)的反差，使運(yùn)動(dòng)員眼睛感到疲勞同時(shí)由于剖面角度的問題，入射的自然光易引起眩光。眩光實(shí)際分兩類，一類是直接眩光，指八射光在未經(jīng)反射的情況下，由于八射角大于保護(hù)角引起的眩光， 另一類是間接眩光指由于光線的反射面質(zhì)地過于光滑，造成大量定向反射，角度也大于保護(hù)角引起的。對(duì)于直接眩

16、光，建筑上有兩種對(duì)策。一種在側(cè)墻直接對(duì)外時(shí)，加強(qiáng)屋檐的出挑 避免直射陽光。或在觀眾席背后設(shè)室內(nèi)環(huán)廊，形成過渡區(qū)。如羅馬大體育宮這兩種做法目的部是控制直射光的 射角。另一個(gè)對(duì)策就是適當(dāng)提高座席區(qū)與屋頂天花的照度，以減少亮度級(jí)差，這是從根本上消除眩光的做法。在經(jīng)濟(jì)條件許可時(shí),也可引室內(nèi)光控百頁(yè)簾更好地控制能源銷耗。對(duì)于間接眩光主要是注意室內(nèi)材料的選擇，采用有一定肌理與粗糙度的材料，避免定向反射角，這種做法較前者更具可操作性。廈門體育館的比賽館，其休息廳外側(cè)覆蓋玻璃幕墻，能夠滿足休息大廳的基本采光要求。訓(xùn)練館朝東的部分全部為玻璃幕墻所覆蓋，而整個(gè)訓(xùn)練館的采光部分來自這個(gè)玻璃幕墻。廈門體育館 頂向自然

17、采光。除了極少鼓情況外為了防止眩光，體育館頂向不采用直接人射太陽光。在設(shè)計(jì)中有兩種選擇：其一為直射光但須經(jīng)建筑天窗多次折射或漫反射。這時(shí)候，涉及的主要問題是防間接眩光。在建筑設(shè)計(jì)中往往就已借助北向天窗避免直射廈陽光，或借助尺度夸張的窗肋，形成深遠(yuǎn)距離，光線必須經(jīng)多次折射與漫反射后才能達(dá)到室內(nèi)，使光線變得柔和。如巴塞羅那籃球館(北向天窗)與蒙特利爾賽車館(尺度夸張的且力)。盡管如此，在頂向直接開天窗的情況下在室內(nèi)頂面上出現(xiàn)了一個(gè)亮度急劇變化的臨界線，這使得此時(shí)的“頂光 往往成為室內(nèi)光環(huán)境的“最強(qiáng)音“。因此，對(duì)它的布局，除結(jié)合結(jié)構(gòu)考慮外，應(yīng)作平面布局的考慮，使其位于空間主要軸線及中心點(diǎn)上。否則，會(huì)

18、嚴(yán)重破壞體育館設(shè)計(jì)的整體性。其= 為全透射頂棚。這是在頂棚結(jié)構(gòu)大大革新壓一批新型臺(tái)成材料出現(xiàn)以后，一種全新的頂向自然采光方式。主要方式是胰結(jié)豐匈，采用透光性好的尼龍薄胰，或直接苷屋蓋板材料選用聚碳酸酯(如廣州體育館)。注意，此時(shí)為了避免太陽運(yùn)動(dòng)對(duì)室內(nèi)采光的干擾太大，往往采用有內(nèi)部肌理的半透明材料以造成漫透射。若為擴(kuò)散材料則效果相對(duì)遜色。廣州體育新館(在建中)其頂面結(jié)構(gòu)是由若干組特殊的桁架圍繞一個(gè)卯形平面的巨形屋脊構(gòu)成，其頂面材料采用了雙層聚碳酸脂(玻璃卡普龍)并非真正“全 透明。這種做法克服了困擾建筑師很久的個(gè)問題：結(jié)構(gòu)清楚又不會(huì)產(chǎn)生人工光所引發(fā)的眩光問題。這樣的做法相對(duì)直射采光天窗的做法好處是：大面積漫透射自然光，恰好滿足了體育館室內(nèi)普遍均勻照明的要求，而對(duì)于某些集中重點(diǎn)照明，正可利用人工照明來達(dá)到。全透射頂棚在建筑空間藝術(shù)上的另一特點(diǎn)是：既滿足了亮度需求，又不會(huì)產(chǎn)生如是窗那樣造成的強(qiáng)烈亮度反差，沒有眩光，曠以清晰地表達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 而不孵另設(shè)燈集等設(shè)備。可以說，這是體育館頂部自然采光的理想方式。左圖為澳大利亞為2000年奧運(yùn)會(huì)建設(shè)的悉尼國(guó)際水上運(yùn)動(dòng)中心。屋頂天窗采用了雙面鍍膜玻璃，盡量減少冬季的熱損失。 悉尼國(guó)際水上運(yùn)動(dòng)中心 北京大學(xué)體育館天窗 廈門體育館廈門體育館的比賽場(chǎng)館是切開的球館較大的部分。在其比