建筑光學(xué)第一章

建筑光學(xué)篇主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目的了解建筑光學(xué)的基本知識(shí)；掌握采光和人工照明基本設(shè)計(jì)方法；通過(guò)所學(xué)知識(shí)，在設(shè)計(jì)中合理解決一些與人體視覺(jué)密切相關(guān)的問(wèn)題，為人們創(chuàng)造良好的光環(huán)境。核心內(nèi)容：建筑光學(xué)的基本知識(shí)材料的光學(xué)特性采光口的主要形式及優(yōu)缺點(diǎn)主要人工光源、照明的主要方式2/5/20231建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)本章主要內(nèi)容人眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)和視覺(jué)特征基本光度單位及相互關(guān)系材料的光學(xué)性質(zhì)視度及其影響因素一些基本概念視場(chǎng)、光譜光視效率、照度、亮度、定向反射（透射）、擴(kuò)散反射（透射）、視度、眩光三個(gè)定律平方反比定律、立體角投影定律、朗伯余弦定律2/5/20232建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.1眼睛與視覺(jué)光的范圍能引起人視覺(jué)感覺(jué)的電磁波，一般波長(zhǎng)范圍在380~780nm。人眼的構(gòu)造與視覺(jué)過(guò)程人眼的基本構(gòu)造瞳孔：光圈，可以根據(jù)環(huán)境的明暗程度自動(dòng)調(diào)節(jié)孔徑，以控制進(jìn)入眼睛的光的數(shù)量；水晶體：透鏡，可自動(dòng)調(diào)焦；視網(wǎng)膜：膠片，上面布滿感光細(xì)胞。感光細(xì)胞產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)視神經(jīng)傳至大腦，形成視覺(jué)感覺(jué)感光細(xì)胞：錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞2/5/20233建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.1眼睛與視覺(jué)錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞：主要分布在視網(wǎng)膜的中央部位，稱為“黃斑”的區(qū)域?！爸醒敫C”錐狀細(xì)胞的密度達(dá)到最大。在明環(huán)境中起作用，對(duì)色覺(jué)和視覺(jué)敏銳度起決定作用，人眼據(jù)此判別物體的顏色和細(xì)部特征對(duì)環(huán)境的明暗變化反應(yīng)迅速；在暗環(huán)境下不起作用桿狀細(xì)胞：分布區(qū)域與錐狀細(xì)胞相反；在暗環(huán)境中起決定作用；只有明暗感覺(jué)，沒(méi)有色感覺(jué)和細(xì)部感覺(jué)；對(duì)環(huán)境的明暗變化反應(yīng)緩慢。2/5/20234建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.1眼睛與視覺(jué)人眼的視覺(jué)特點(diǎn)顏色感覺(jué)光譜光視效率某單色光與人眼最敏感的光產(chǎn)生相同視覺(jué)感覺(jué)時(shí)，兩者的輻射通量之比。視野范圍（視場(chǎng)）水平180°，垂直130°（上60°，下70°）；中心視場(chǎng)（2°）；清晰區(qū)域（30°）明、暗視覺(jué)2/5/20235建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位光通量(LuminousFlux,)發(fā)光強(qiáng)度(LuminousIntensity,I)描述光通量在空間的分布；立體角（單位：sr）單位：流明（Lumen,lm）單位：坎德拉（“坎”，Candela,cd）相同光通量的光源在空間的分布可能相差很大2/5/20236建筑物理(熱工、光學(xué)部分）[例7-1]已知鈉光燈發(fā)出波長(zhǎng)為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3瓦，試計(jì)算其發(fā)出的光通量。解：從圖7-4的相對(duì)光譜光效率明視覺(jué)（實(shí)線）曲線中可查得，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)589nm的V（λ）=0.78則該單色光源發(fā)出的光通量為：F589=0.78×10.3=8.03光瓦或F589=0.78×10.3×683=5484lm第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系2/5/20237建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系[例7-1]已知水銀燈的單色輻射通量值，試計(jì)算其光通量。解：水銀燈發(fā)出的各種波長(zhǎng)的光列于下表中第一欄。其單色輻射通量列于表中第二欄。最后將其總和得光通量為22.86光瓦（15613lm）。2/5/20238建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位照度(illuminance,E)單位被照面積上接受到的光通量的大小單位：勒克斯(Lux,lx)、英尺燭光(fc)1fc=10.76lx=10.76lm/m2被照表面照度（lx）被照表面照度（lx）朔日星夜地面0.002晴天采光良好的室內(nèi)100~500望日星夜地面0.2晴天室外散射光下地面1000~10000讀書所需最低照度30夏日中午太陽(yáng)直射地面100000100W白熾燈1m1002/5/20239建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度I與照度E的關(guān)系(平方反比定律)：

垂直入射時(shí)：斜入射時(shí)：α為表面法線與光線所成的夾角2/5/202310建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位亮度(luminance,L)描述光源或反光物體明亮程度的量單位：尼脫(nt,cd/m2)、英尺朗伯(fL)1fL=3.426nt=3.426cd/m2其它單位：熙提(sb)、阿熙提(asb)1sb=104cd/m2;1asb=1/cd/m2發(fā)光物體表面亮度(sb)白熾燈燈絲300~500熒光燈燈管表面0.8~0.9太陽(yáng)20萬(wàn)無(wú)云藍(lán)天0.2~2.0sb照度與亮度的關(guān)系：立體角投影定律物理亮度與表觀亮度2/5/202311建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系練習(xí)假定有一100W的白熾燈（光通量為1250lm）懸掛在離桌面2m的地方。求：桌面1、2兩點(diǎn)的照度？若燈泡的直徑為80mm,求燈泡表面的亮度？2/5/202312建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系練習(xí)假定有一100W的白熾燈（光通量為1250lm）懸掛在離桌面2m的地方。求：桌面1、2兩點(diǎn)的照度？若燈泡的直徑為80mm,求燈泡表面的亮度？答案

桌面1、2兩點(diǎn)的照度分別為：

E1=24.9lx;E2=12.7lx

燈泡表面的亮度為：

L=I/A=1250/(4x0.04)2=4952cd/m22/5/202313建筑物理(熱工、光學(xué)部分）[例6-4]在側(cè)墻和屋頂上各有一個(gè)1米見(jiàn)方的窗洞，它與室內(nèi)一桌子的相對(duì)位置見(jiàn)圖，設(shè)通過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度均為1sb，試分別求出各個(gè)窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側(cè)窗臺(tái)等高）。第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系2/5/202314建筑物理(熱工、光學(xué)部分）[解]L=1sb=104nt。

按公式：

對(duì)于側(cè)窗：第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系2/5/202315建筑物理(熱工、光學(xué)部分）對(duì)于天窗：第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系2/5/202316建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位之間的關(guān)系名稱符號(hào)表征單位相互關(guān)系光通量光源能量lm發(fā)光強(qiáng)度I光能在空間的分布cdlm/sr光通量在空間的分布照度E被照面上的光能lx單位面積上的光通量；平方反比定律亮度L光源或反光體的明暗程度cd/m2,sb,asb與發(fā)光強(qiáng)度成正比；與發(fā)光體在視線方向的投影面積成反比。立體角投影定律2/5/202317建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.3材料的光學(xué)性質(zhì)光的反射、吸收和透射比能量守恒定律：定向反射和透射應(yīng)注意避免光線射入人的視野范圍經(jīng)兩邊不平行的鏡子透射，光線會(huì)發(fā)生彎曲，物體的形象會(huì)變形。光經(jīng)材料反射或透射后，光通量在空間的分布沒(méi)有發(fā)生改變?nèi)珑R子、透明玻璃等2/5/202318建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.3材料的光學(xué)性質(zhì)擴(kuò)散反射和透射透射材料：

朗伯余弦定律均勻擴(kuò)散反射材料：2/5/202319建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.3材料的光學(xué)性質(zhì)擴(kuò)散反射和透射大多數(shù)建筑材料屬于該類介于定向反射（透射）和均勻反射（透射）之間；不同光學(xué)材料的優(yōu)缺點(diǎn)定向反射(透射)有清晰的影像；高亮度或亮度對(duì)比其它方向上過(guò)暗；易產(chǎn)生不舒適眩光均勻擴(kuò)散亮度均勻；不會(huì)透漏隱私單調(diào)定向擴(kuò)散介于兩者之間2/5/202320建筑物理(熱工、光學(xué)部分）作業(yè)：如圖，兩只白熾燈各發(fā)出2009.6(lm)的光通量，S1=1m2；

1．設(shè)它們向各方向均勻發(fā)射，求I1、I2；

2．設(shè)r1和r2分別為1m和2m，求兩燈對(duì)A點(diǎn)的照度E1和E2及總照度EA；

3．假設(shè)A為乳白玻璃是均勻擴(kuò)散材料，ρ=0.314，τ=0.628，求其兩面的亮度（nt）；

4.求A周圍1m2的的面積對(duì)B、C點(diǎn)的照度。第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)2/5/202321建筑物理(熱工、光學(xué)部分）第一章建筑光學(xué)的基本知識(shí)1.4視度及其影響因素視度看物體清楚的程度稱為視度視度的影響因素：亮度（或照度）最低亮度(亮度閾)：10-5

asb；刺眼亮度：16sb;舒適照度：1000~