《建筑光學(xué)基本知識(shí)》課件

建筑光學(xué)基本知識(shí)建筑光學(xué)是研究光線在建筑環(huán)境中的傳播規(guī)律和應(yīng)用的學(xué)科。它涉及光線在建筑內(nèi)部和外部的照射、反射、折射、散射等現(xiàn)象，以及這些現(xiàn)象對(duì)人們視覺感受和建筑設(shè)計(jì)的影響。課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生掌握建筑光學(xué)的基本理論知識(shí)理解光學(xué)原理在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高建筑設(shè)計(jì)水平。使學(xué)生具備建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)的能力掌握光環(huán)境評(píng)價(jià)方法，能夠?qū)ㄖ猸h(huán)境進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注建筑光學(xué)在可持續(xù)發(fā)展中的作用了解建筑光環(huán)境對(duì)節(jié)能、環(huán)保和人體健康的影響。課程大綱光的性質(zhì)概述光的波粒二象性、可見光譜等。建筑光學(xué)相關(guān)概念光照度、亮度、眩光、色溫等。自然采光系統(tǒng)日光采集系統(tǒng)、日光引導(dǎo)系統(tǒng)等。建筑照明系統(tǒng)照明設(shè)計(jì)原則、色溫、顯色性等。光的性質(zhì)概述光是一種電磁輻射，以波的形式傳播。光具有波粒二象性，既表現(xiàn)出波的性質(zhì)，也表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。光速是宇宙中最快的速度，約為每秒30萬(wàn)公里?？梢姽庾V可見光譜是指人眼所能感知的電磁輻射范圍，波長(zhǎng)范圍約為380納米至780納米?？梢姽庾V從短波長(zhǎng)的紫色光到長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅色光，包含了彩虹中的所有顏色，是電磁波譜中一小部分。光的折射1光線角度當(dāng)光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，其傳播方向會(huì)發(fā)生改變，稱為折射。光線的折射與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。2折射率折射率是衡量光線在介質(zhì)中傳播速度的指標(biāo)，不同的介質(zhì)具有不同的折射率。折射率越大，光線傳播速度越慢。3常見現(xiàn)象折射現(xiàn)象在生活中隨處可見，例如水中的筷子看起來(lái)彎折，池水看起來(lái)比實(shí)際淺。光的反射1反射定律入射角等于反射角2反射類型鏡面反射、漫反射3反射光線入射光線、反射光線、法線光的反射現(xiàn)象是光遇到物體表面時(shí)改變傳播方向，并返回到原來(lái)介質(zhì)中的現(xiàn)象。反射定律是光的反射基本規(guī)律，描述了入射光線、反射光線和法線之間的關(guān)系。根據(jù)反射面的光滑程度，反射可以分為鏡面反射和漫反射兩種類型。鏡面反射是指反射光線方向一致，而漫反射是指反射光線方向各不相同，呈現(xiàn)出漫射狀態(tài)。光學(xué)反射在建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，例如鏡子、窗戶、天花板等建筑元素都會(huì)對(duì)光的反射產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)光的反射原理來(lái)設(shè)計(jì)建筑，以營(yíng)造最佳的光環(huán)境。光的折射定律11.入射角與折射角入射角是指光線與法線的夾角，折射角是指折射光線與法線的夾角。22.折射率折射率是衡量光線在不同介質(zhì)中傳播速度變化的物理量。33.斯涅爾定律斯涅爾定律描述了入射角、折射角和折射率之間的關(guān)系。44.折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象是光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)發(fā)生的偏折現(xiàn)象。光的散射光的散射是指光線在傳播過(guò)程中遇到障礙物或微粒而改變傳播方向的現(xiàn)象。當(dāng)光線遇到比波長(zhǎng)小的微粒時(shí)，會(huì)發(fā)生瑞利散射，藍(lán)天和夕陽(yáng)的紅色都是瑞利散射的結(jié)果。當(dāng)光線遇到比波長(zhǎng)大的微粒時(shí)，會(huì)發(fā)生米氏散射，云層和霧靄的白色就是米氏散射的結(jié)果。光的衍射光波在傳播過(guò)程中遇到障礙物或孔徑時(shí)，會(huì)偏離直線傳播路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。衍射現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性。當(dāng)光波通過(guò)狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射，形成明暗相間的衍射條紋。衍射條紋的寬度和間距與狹縫的寬度和光的波長(zhǎng)有關(guān)。光的干涉薄膜干涉當(dāng)光線照射到薄膜時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和透射，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。雙縫干涉當(dāng)光線通過(guò)兩個(gè)狹縫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，證明光具有波動(dòng)性。建筑光學(xué)的相關(guān)概念光環(huán)境光環(huán)境是指建筑空間中光線分布、顏色、亮度等因素的綜合影響，影響人們的視覺感受和心理狀態(tài)。光環(huán)境設(shè)計(jì)旨在創(chuàng)造舒適、高效、安全的光環(huán)境，滿足建筑功能需求和審美要求。光污染光污染是指由于光照過(guò)度或不合理使用光而造成的環(huán)境污染，例如眩光、光入侵、夜間照明過(guò)亮等。光污染會(huì)對(duì)人體健康、生物節(jié)律、生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，需要合理控制和防治。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)是一種重要的建筑節(jié)能技術(shù)。它通過(guò)控制太陽(yáng)輻射進(jìn)入建筑物的方式，降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)負(fù)荷，從而節(jié)約能源。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)可以有效地減少太陽(yáng)輻射的熱量進(jìn)入建筑物，降低室內(nèi)溫度，從而減少空調(diào)的負(fù)荷，節(jié)約能源。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)的分類固定式遮陽(yáng)固定式遮陽(yáng)系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為建筑物的一部分，以提供永久性的遮陽(yáng)效果?？烧{(diào)式遮陽(yáng)可調(diào)式遮陽(yáng)系統(tǒng)允許用戶根據(jù)太陽(yáng)的位置和強(qiáng)度調(diào)整遮陽(yáng)的角度和位置。自動(dòng)控制遮陽(yáng)自動(dòng)控制遮陽(yáng)系統(tǒng)使用傳感器和控制系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)，以優(yōu)化遮陽(yáng)效果。智能遮陽(yáng)系統(tǒng)智能遮陽(yáng)系統(tǒng)結(jié)合了傳感器、控制系統(tǒng)和人工智能技術(shù)，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境條件進(jìn)行智能遮陽(yáng)調(diào)節(jié)。建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則最大限度利用自然光通過(guò)設(shè)計(jì)合理的遮陽(yáng)系統(tǒng)，在滿足采光需求的同時(shí)，減少陽(yáng)光直射帶來(lái)的眩光和熱量。保護(hù)室內(nèi)環(huán)境遮陽(yáng)系統(tǒng)有效減少陽(yáng)光直射，防止室內(nèi)家具、地毯等物品褪色，延長(zhǎng)其使用壽命。降低能源消耗遮陽(yáng)系統(tǒng)減少了陽(yáng)光直射帶來(lái)的熱量，降低了空調(diào)負(fù)荷，從而節(jié)約能源。美觀性遮陽(yáng)系統(tǒng)作為建筑外立面的組成部分，應(yīng)與建筑風(fēng)格相協(xié)調(diào)，提升建筑的美觀性。建筑玻璃的分類11.按生產(chǎn)工藝分類浮法玻璃、平板玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃等。22.按顏色分類透明玻璃、彩色玻璃、磨砂玻璃、鍍膜玻璃等。33.按性能分類隔熱玻璃、節(jié)能玻璃、防紫外線玻璃等。44.按用途分類建筑玻璃、汽車玻璃、家具玻璃等。建筑玻璃的光學(xué)性能建筑玻璃的光學(xué)性能直接影響建筑的采光、熱舒適度和視覺效果。0.9透光率玻璃透過(guò)的光線比例。0.1反射率玻璃反射的光線比例。0.8遮光系數(shù)玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋能力。0.4可見光透射率玻璃對(duì)可見光的透射率。建筑玻璃的熱性能熱傳導(dǎo)系數(shù)衡量熱量通過(guò)玻璃傳遞速率的指標(biāo)熱阻玻璃阻擋熱量傳遞的能力太陽(yáng)能熱增益系數(shù)表示太陽(yáng)能通過(guò)玻璃傳遞到室內(nèi)空間的比例遮陽(yáng)系數(shù)衡量玻璃阻擋太陽(yáng)輻射的能力建筑玻璃的選擇節(jié)能性考慮玻璃的U值、遮陽(yáng)系數(shù)、可見光透射率等參數(shù)，選擇節(jié)能性能高的玻璃。光學(xué)性能根據(jù)建筑功能和設(shè)計(jì)理念選擇合適的光線透射率、反射率、遮光系數(shù)等參數(shù)的玻璃。安全性能選擇安全性能高的玻璃，如鋼化玻璃、夾膠玻璃等，以保障建筑的安全和使用。成本綜合考慮玻璃的性能、價(jià)格和施工成本，選擇性價(jià)比高的玻璃。建筑照明系統(tǒng)建筑照明系統(tǒng)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它影響著室內(nèi)空間的光環(huán)境和視覺效果。照明系統(tǒng)不僅要滿足照明的基本需求，還要考慮節(jié)能環(huán)保、美觀舒適、安全可靠等因素。建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)照明功能滿足使用需求，提供足夠的光照，保證安全和舒適。根據(jù)功能需要選擇合適的燈具類型、光源類型和光照強(qiáng)度。光環(huán)境營(yíng)造舒適宜人的光環(huán)境，提高空間的整體效果?？刂乒饩€方向、顏色、亮度和陰影，創(chuàng)造視覺上的和諧。節(jié)能環(huán)保選用節(jié)能高效的光源和燈具，降低能耗。采用智能控制系統(tǒng)，優(yōu)化照明效率，減少光污染。安全可靠確保照明系統(tǒng)安全可靠，防止安全隱患。采用高質(zhì)量的材料和工藝，確保照明系統(tǒng)的耐久性和穩(wěn)定性。色溫和顯色性色溫色溫是指光源的光色，用開爾文（K）表示。暖白光色溫較低，冷白光色溫較高。顯色性顯色性是指光源照射物體時(shí)物體呈現(xiàn)顏色的程度。高顯色性光源能使物體呈現(xiàn)更真實(shí)的顏色。室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)不同功能區(qū)域和視覺要求，對(duì)照明強(qiáng)度、色溫和顯色性等參數(shù)進(jìn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。照明標(biāo)準(zhǔn)旨在為室內(nèi)空間提供舒適、安全的照明環(huán)境，并滿足特定工作和生活需求。自然采光系統(tǒng)自然采光系統(tǒng)利用自然光照亮建筑內(nèi)部，減少對(duì)人工照明的依賴。自然光不僅可以提供良好的照明效果，還能夠改善室內(nèi)環(huán)境，提高舒適度。自然采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮光線的方向、強(qiáng)度、顏色等因素，并結(jié)合建筑的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行合理的規(guī)劃。日光采集系統(tǒng)光導(dǎo)管通過(guò)光導(dǎo)管將自然光引進(jìn)室內(nèi)，提高室內(nèi)自然采光率。屋頂采光窗通過(guò)屋頂設(shè)置采光窗，最大限度地利用自然光。陽(yáng)光房陽(yáng)光房的設(shè)計(jì)能夠最大限度地利用自然光，為室內(nèi)提供充足的陽(yáng)光。日光引導(dǎo)系統(tǒng)日光引導(dǎo)系統(tǒng)是指通過(guò)合理設(shè)計(jì)，利用反射鏡、光導(dǎo)管等光學(xué)裝置，將自然光引入建筑內(nèi)部，提高室內(nèi)采光水平。日光引導(dǎo)系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)窗戶采光不足、光線分布不均勻的問(wèn)題，并減少人工照明需求，節(jié)約能源。日光引導(dǎo)系統(tǒng)主要分為反射式、折射式和光導(dǎo)管式三種類型。自然采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光線模擬利用計(jì)算機(jī)軟件模擬自然光線在建筑空間中的分布，幫助設(shè)計(jì)人員更好地理解自然光的照射效果。采光面積最大限度地利用窗戶或天窗等采光開口，提高采光效率，并確保足夠的光線照射到室內(nèi)。光線控制通過(guò)遮陽(yáng)裝置、玻璃類型等手段，控制自然光線的強(qiáng)度和方向，避免眩光和過(guò)熱現(xiàn)象。光線導(dǎo)向利用光線反射、折射等原理，將自然光線引導(dǎo)到建筑空間的各個(gè)角落，確保室內(nèi)空間的均勻光照。光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)亮度描述光源或物體表面的發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。照度表示光源照射到物體表面的光通量密度，單位為勒克斯（lx）。色溫描述光源顏色，單位為開爾文（K）。顯色性指光源照射物體時(shí)，能夠還原物體真實(shí)色彩的程度，用顯色指數(shù)Ra表示。光環(huán)境評(píng)價(jià)方法光照度測(cè)量利用照度計(jì)測(cè)量不同位置的光照度，評(píng)估光照水平是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。眩光評(píng)估通過(guò)眩光指數(shù)或眩光評(píng)級(jí)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)空間內(nèi)眩光水平對(duì)視覺舒適度的影響。視覺舒適度評(píng)價(jià)使用問(wèn)卷調(diào)查或生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)，評(píng)估光環(huán)境對(duì)視覺舒適度和工作效率的影響。光環(huán)境模擬使用計(jì)算機(jī)軟件模擬光環(huán)境，預(yù)測(cè)不同光源和布局的效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。案例分析現(xiàn)代辦公樓自然光設(shè)計(jì)自然光設(shè)計(jì)最大限度地利用自然光，營(yíng)造明亮