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；掌握采光和人工照明基本設(shè)計方法；通過所學(xué)知識，在設(shè)計中合理解決一些與人體視覺密切相關(guān)的問題，為人們創(chuàng)造良好的光環(huán)境。核心內(nèi)容：建筑光學(xué)的基本知識材料的光學(xué)特性采光口的主要形式及優(yōu)缺點主要人工光源、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)的基本知識本章主要內(nèi)容人眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)和視覺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、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1.1眼睛與視覺光的范圍能引起人視覺感覺的電磁波，一般波長范圍在380~780nm。人眼的構(gòu)造與視覺過程人眼的基本構(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，經(jīng)視神經(jīng)傳至大腦，形成視覺感覺感光細(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1.1眼睛與視覺錐狀細(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，對色覺和視覺敏銳度起決定作用，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，沒有色感覺和細(xì)部感覺；對環(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1.1眼睛與視覺人眼的視覺特點顏色感覺光譜光視效率某單色光與人眼最敏感的光產(chǎn)生相同視覺感覺時，兩者的輻射通量之比。視野范圍（視場）水平180°，垂直130°（上60°，下70°）；中心視場（2°）；清晰區(qū)域（30°）明、暗視覺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)出波長為589nm的單色光，設(shè)其輻射通量為10.3瓦，試計算其發(fā)出的光通量。解：從圖7-4的相對光譜光效率明視覺（實線）曲線中可查得，對應(yīng)于波長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，試計算其光通量。解：水銀燈發(fā)出的各種波長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1.2基本光度單位及相互關(guān)系基本光度單位點光源的發(fā)光強度I與照度E的關(guān)系(平方反比定律)：

垂直入射時：斜入射時：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20萬無云藍(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1米見方的窗洞，它與室內(nèi)一桌子的相對位置見圖，設(shè)通過窗洞看見的天空亮度均為1sb，試分別求出各個窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側(cè)窗臺等高）。第一章建筑光學(xué)的基本知識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：

對于側(cè)窗：第一章建筑光學(xué)的基本知識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）對于天窗：第一章建筑光學(xué)的基本知識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)系名稱符號表征單位相互關(guān)系光通量光源能量lm發(fā)光強度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，光線會發(fā)生彎曲，物體的形象會變形。光經(jīng)材料反射或透射后，光通量在空間的分布沒有發(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)缺點定向反射(透射)有清晰的影像；高亮度或亮度對比其它方向上過暗；易產(chǎn)生不舒適眩光均勻擴(kuò)散亮度均勻；不會透漏隱私單調(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A點的照度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B、C點的照度。第一章建筑光學(xué)的基本知識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~