第二篇第7章光环境基本知识1-2节.

意义光环境由光照射室内、外空间所形成——建筑物理环境的一个重要组成部分。眼睛与光环境密切联系，物体与环境通过被光照亮为人眼感知。第二篇建筑光环境光通过太阳（自然光）或人造光源（人工照明）提供•功能：采光和照明——光环境好，可提高工作效率和产品质量，有利于安全和保护视力健康。•艺术：能建构空间、塑造形体、渲染气氛、显现色彩、突出重点、引导视线、装饰环境——表现建筑与美化室内、外环境的重要手段。建筑师应当掌握如何合理而巧妙地运用建筑光环境的设计与表现手法，来构建意境非凡、效果动人的建筑作品。——建筑光环境设计是建筑创作中重要手段。意义朗香教堂神秘光影室内照明室外照明建筑日景和夜景水晶宫第一章建筑光环境基本知识第一节眼睛与视觉第二节基本光度单位与应用带三节材料的光学性质第四节视度及其影响因素重点关注重点关注第一节眼睛与视觉一、光的本质与特性“光”的本质：——客观物理意义：以电磁波形式传播的辐射能；——人主观感觉：辐射能刺激眼睛所引起“亮”的感觉。总结：光是一种能够在人视觉系统上引起光感觉的电磁辐射，波长范围380nm～780nm——可见光波长大于780nm的红外线、无线电波，小于380nm的紫外线、Ⅹ射线，人眼均感觉不到。“光”的波长特性：——不同波长的光在人眼中形成不同的颜色感觉。——不同波长的光引起的视觉明亮程度不同。人眼的构造二、人眼的构造角膜透明外膜，光线由此进入。虹膜根据光线强弱水平开闭的彩色隔膜。瞳孔虹膜中间的孔——光圈，调节进光量的大小。水晶体瞳孔后扁球形弹性透明体——透镜，根据远近视觉调节光线并聚焦在视网膜上。人眼的构造视网膜眼睛感光内层——胶卷，由无数感光细胞组成。感光细胞分锥状细胞和杆状细胞。锥状细胞集中在正对瞳孔的视网膜中央区域，称黄斑区。此处杆状细胞很少，越远离黄斑区，锥状细胞越少，杆状细胞越多。锥状细胞与杆状细胞的分布锥状细胞在明亮环境下，对色觉和视觉敏锐度起决定作用。杆状细胞在黑暗环境下对明暗感觉起决定作用。盲点视神经穿出视网膜处，既无杆状细胞也无锥状细胞，对光无反应。视网膜眼睛感光内层——胶卷，由无数感光细胞组成。感光细胞分锥状细胞和杆状细胞。锥状细胞集中在正对瞳孔的视网膜中央区域，称黄斑区。此处杆状细胞很少，越远离黄斑区，锥状细胞越少，杆状细胞越多。锥状细胞与杆状细胞的分布锥状细胞在明亮环境下，对色觉和视觉敏锐度起决定作用。杆状细胞在黑暗环境下对明暗感觉起决定作用。盲点视神经穿出视网膜处，既无杆状细胞也无锥状细胞，对光无反应。三、人眼的视觉特点（一）视角、视力和视野1、视角——被观看物体的大小对眼睛形成的张角。观看物体距离一定时，视角大表示被观看物体的尺寸大。α=d·3440/l（分）（α—视角（分）；d—物体尺寸；l—观看距离）视角定义2、视力视力表检验视力的高低——观看最小视角的倒数。如：5m处看视力表上的视标，当视标为1.46mm时，视角正好为1分——把能识别1分视角的视标的视力作为1，识别2分视标的视力等于0.5。3、视野人双眼不动的视野范围为：水平面180°；垂直面130°，上方为60°，下方为70°。双眼视野剖面——中心视场：黄斑区对应的角度约为2°，即视线上下约1°。具有最高的视觉敏锐度，能分辨最微小的细部，提供最佳的颜色响应。——锥状细胞多——视觉清楚区域：视线上下约30°范围，观看物体总体有利的位置。站在距离被观察物高度2～1.5倍的位置，能处于视觉清楚区域内站立或坐姿放松状态视觉中心（二）明适应与暗适应1、明、暗视觉——明视觉当环境亮度超过3cd／m2时，视觉完全由锥状细胞起作用，称明视觉。明视觉能够辨认很小细节，具有颜色感觉，且对外界亮度变化的适应能力强。——暗视觉当环境亮度低于10－6~0.03cd／m2时，属暗视觉。——主要由视网膜的杆状细胞起作用。暗视觉只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法分辨物体的细节。亮度单位2、明、暗适应——明适应由暗环境到明亮环境下的适应，所需时间3~6s。——暗适应由明亮环境到暗环境下的适应，所需时间10~35分钟。空间设计中应考虑人员行进过程中可能出现的视适应问题。当出现环境亮度变化过大情况，应考虑设置必要的过渡空间，使人眼有足够的适应时间（三）颜色的感觉人眼具有感知颜色的能力，称色觉。明视觉时，人们对于380～780nm范围内的电磁波引起不同的颜色感觉。不同波长的光在视觉上形成不同颜色。如700nm的单色光呈红色。（四）相对光谱光视效率V(λ)人眼观看同样功率的辐射，不同波长时感觉到的明亮程度不一样。——常用光谱光视效率曲线表示。——表示获得相同视觉感觉时，波长λm和波长λ的单色光辐射通量的比。λm选在视感最大值处：明视觉时为555nm（黄绿光），暗视觉为507nm（蓝绿光）。明视觉时人眼对555nm的黄绿光最敏感，暗视觉时对507nm的蓝绿光最敏感。光谱光视效率曲线重点关注V(λ)（五）错觉由于记忆、经验和情感的介入，有时眼睛不能知觉物体的正确形状的现象，称为错视。斑点效应斑点效应：即白色条纹的交点在边缘视觉情况下，变成灰点。如果顶棚灯具的布局出现黑色与光亮区域的交替则会形成斑点效应，产生目眩的感觉。第二节基本光度单位和应用基本的光度单位——基本光度量单位一、光通量Φ辐射通量——辐射功率，Φe,光源单位时间内辐射的能量。光通量——100W普通白炽灯（1250lm），40W荧光灯（2200lm）光源单位时间内向周围空间辐射出去的并使人眼产生光感的能量，符号Φ，单位为lm(流明）。Φ=KmV()Φe,Φ——波长为的光源的光通量（lm）；V()——波长为的光源的相对光谱光视效率；Φe,——波长为的光源的辐射通量（功率）（W）；Km——最大光谱光视效能，明视觉时为683（lm/W）。由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，不能用辐射通量或辐射功率来衡量光能量二、发光强度发光强度I——光源的光通量在某方向空间分布密度，符号I。——空间分布立体角Ω——引入立体角概念【例1】已知低压钠光灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射通量为10.3W，试计算其发出的光通量。【解】由相对光谱光效率明视觉(实线)曲线中可查出，对应于波长589nm的V（λ）＝0.78，则该单色光源发出的光通量为：58968310.30.785487(lm)Φ光源在某一方向上的发光强度可表示为：Iα=φ/Ω光强单位为坎德拉（cd）[思考]一盏白炽灯的光通量为1250lm，如它向四周均匀发射光通量，求其发光强度？一个半圆球吸顶灯均匀发出3258lm光通，求灯正下方发光强度是多少？球的表面积公式：4πr^2半径为r的球体。球面上某块面积A对球心形成的角，符号Ω。单位Sr（球面度）。Ω=A/r2三、照度E照度是表示被照面上光通量的密度，符号E，单位为勒克斯（lx）。E=Φ/A照度单位很小40W白炽灯下1m处的照度约为30lx；加一搪瓷伞形罩后照度就增加到73lx；阴天中午室外照度为8000～20000lx；晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000～120000lx;月光下照度只有几lx。房间内同一位置，放置黑色和白色两物体，虽照度相同，但在人眼中引起不同视觉感觉，白色物体看起来亮得多。——表面照度并不能直接表明人眼视觉感觉。——引入亮度四、亮度发光体在视线方向单位投影面积发出的发光强度——该发光体表面亮度，符号L。Lα=Iα/Acosα单位：cd/m2其他单位：熙提（sb）、阿熙提（asb）1sb=104cd/m2；1asb=1/πcd/m2视网膜上物像照度和发光体在视线方向投影面积成反比，与发光体在视线方向发光强度成正比。视网膜上物像照度物理亮度与表（主）观亮度亮度反映物体表面的物理特性；而主观所感受到物体明亮程度，除与物体表面亮度有关外，还与所处环境明暗程度有关。为区别这两种不同亮度概念，常将前者称为“物理亮度”，后者称为“表（主）观亮度”。白狗效应五、照度与发光强度的关系（点光源）一个点光源在被照面上形成的照度，与光源在这个方向上的发光强度，遵循“距离平方反比定律”。E=I/r2点光源产生照度的概念简单推导：已知：E=Ф/A(1)又知：I=Ф/Ω得：Ф=IΩ(2)由：Ω=A/r2代入(2)得：Ф=IA/r2（3）把（3）代入（1）得：E=I/r2光线垂直入射到被照面上注意：点光源一般是指光源尺寸小于它到被照面距离的1/5。不同平面上形成的照度点光源照射方向与被照面法线形成一定夹角（α），则被照上形成的照度公式即为：E=Icosα/r2公式表明：点光源在任一表面上形成照度与该方向的发光强度成正比，与入射光线与被照面法线形成的夹角余弦成正比，与它到被照面的距离平方成反比。余弦定理E1=Ф/A1E2=Ф/A2A1=A2cosαE2=E1cosα转换为垂直方向距离平方反比定律是余弦定律的特例α=0α指入射光线与被照面法线夹角【例题】桌上2m处挂40W白炽灯，求灯下桌面点1处照度E1及点2处照度值E2（白炽灯在任一方向上的发光强度均为30cd）。解：∵I=30∴E1=Icos0/r2=（30/22）=7.5lx∴E2=Icosα/r2=30×cos26°/（2×2+1×1）≈5.4lxcosα=2/(22+12)1/2α六、照度与亮度的关系（线光源）照度与亮度的关系是指光源亮度和在被照面上所形成的照度间的关系，遵循“立体角投影定律”。E=LαΩcosθ在发光面上取微元dA,可视为点光源。被照面上形成照度：2rAcos发光面被照面θ入射光线与被照面法线夹角α入射光线与发光面法线夹角dE=dIαcosθ/r2（1）由亮度与光强关系：dIα=LαdAcosα（2）把2代入1：dE=LαcosθdAcosα/r2（3）dΩdE=LαcosθdΩ（4）照度与亮度的关系是指光源亮度和在被照面上所形成的照度间的关系——遵循“立体角投影定律”。E=LαΩcosθ某一亮度为Lα的发光表面在被照面上形成照度——发光表面亮度Lα与其在被照面上形成立体角Ω在被照面上的投影（Ωcosθ）的乘积。——线光源2rAcos2rAcos发光面被照面入射光线与被照面法线夹角入射光线与发光面法线夹角【例题】在侧墙和屋顶上各有一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置见图，设通过窗洞看见的天空亮度为lsb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗台等高)。解：θθθ重点求Ω，区别θ，αIα=φ/ΩE=Ф/AE=Icosα/r2E=LαΩcosθ【小结】Lα=Iα/Acosαl小结：光环境基本知识重点：光计量——光通量、发光强度、照度、亮度难点：余弦定理；立体角投影定律作业：教材2041、2、3、6