建筑物理光学论文

建筑物理光学论文学院：土木工程与建筑学院姓名：班级：学号：指导老师：目录摘要，关键词………………………………………………………………………21.前言……………………………………………………………………………22.体育馆与自然光………………………………………………………………33.体育馆自然采光要求…………………………………………………………34.天然采光中常用的新型建筑材料与构造……………………………………55.体育馆建筑天然采光的一般方式、方法……………………………………76.结语……………………………………………………………………………10参考文献……………………………………………………………………………11建筑中的天然采光——以体育馆为例摘要：体育馆传统上是以比赛作为主要用途,但随着社会的发展和人们生活水平的提高,体育馆的使用功能趋于多样性,白天的使用率越来越高由于过去体育馆在建筑设计时对自然采光认识的不足,导致现行很多体育馆白天的自然光照效果不能满足群众日常训练和非正式比赛的需要,白天也要如夜晚正常开灯照明,导致能源消耗过大，尽量使体育馆在白天不开灯的情况下,通过自然采光便能满足普通训练和非正式比赛的光环境要求,节约能源并促进体育馆的可持续性发展。为了响应节能减排、低碳生活。减少对能源的浪费，自然光的充分利用是一个不错的方式。本文主要介绍体育馆的光环境设计所需要的部分材料和采光形式。关键词：体育馆光需求、采光材料、顶部采光、侧面采光Abstract:Traditionally,asthestadiumisthemainpurposeofthegame,butwiththeimprovementofsocialdevelopmentandpeople'slivingstandards,theuseofthestadiumfunctiontendsdiversity,thegrowinguseofdaytimeStadiuminarchitecturaldesigninthepastwhennaturallightinglackofknowledge,leadingtoalotofnaturallightingeffectcurrentstadiumdoesnotmeettheneedsofthemassesduringthedaydailytrainingandinformalcompetitions,butalsoduringthedayasnormallightsilluminatedatnight,resultinginexcessiveenergyconsumption,donottrytomakethestadiumlightsindaytimeunderthecircumstances,bythelightofnaturallightcanmeettheenvironmentalrequirementsofordinarytrainingandinformalcompetition,saveenergyandpromotesustainabilityStadiumInresponsetoenergyconservation,low-carbonlife.Reducethewasteofenergy,fulluseofnaturallightisagoodway.Thispaperdescribesthedesignoflightenvironmentneededforthestadiumandlightingformspartofthematerial.Keywords：Stadiumlightdemand,lightingmaterials,toplighting,sidelighting.1.前言随着能源的减少，自然光成了不可缺少的能源之一。自然光也是人类眼睛最舒适的光。在建筑中，自然采光也占着主导地位。自然采光设计，就是要根据自然光线照度变化大、光谱丰富以及与室外景致有机联系在一起的特点，向室内居住者提供天气气候变化、时间变化、光线方向和强弱变化以及各种动态信息所形成白天室内自然时空环境之感。利用自然采光可在室内创造富有情感和优美意境的环境，这是极富生命力的室内装饰。自然光线是房间照明最为经济、极为宜人的光源，合理利用各种窗户，可以达到良好的装饰效果。比如，水平窗可使人感到舒展开阔，垂直窗使人犹如从室内观看条屏挂幅式构图景物。落地窗不但能增加房间明亮程度，并与室内外浑然一体之感觉。2.体育馆与自然光体育馆是一类较为特殊的建筑，在比赛厅引入天然光可以满足人们对自然、阳光的渴望，给空间带来生机与活力。自然采光往往来自两个部位：侧向自然采光与顶向自然采光。这是一种生态性设计，有利于节约能源，是今后设计发展的主要方向这一。在体育馆中，其作比赛用途的时间跨度并不大，处于多功能使用是我目的，还会用作平时训练或向社会开放。此时，如能引入自然光，将会有效的节约能源。3.体育馆自然采光要求由于自然光本身具有良好的显色性等特性，对于体育馆自然采光来说，要着重处理好的是采光系数标准、均匀度标准、并避免眩光的产生。1.采光系数标准在人工照明中，以篮球、排球、羽毛球、网球、手球、体操等各项活动为主的无彩电转播的体育训练照度标准值最低值为300lx，比赛时要求为750lx，而乒乓球要求为1000lx，而作为演出、排练、展览等辅助功能的照度要求相对于体育活动要求要小很多，一般300lx即可满足要求。2.采光均匀度对体育活动来说，场地要防止出现较大的明暗对比。同事，如果运动场地内照度不均匀，活动人员的瞳孔会不断改变大小，容易导致疲劳，视功能随之下降，会影响教学、训练和比赛效果。所以，室内活动场地的采光系数均匀度有两种表示方法：U1=Cmin/CmaxU2=Cmin/Cmid图1光源位置对眩光的影响3.眩光控制眩光是一种视觉条件，这种视觉条件作用于人产生眩光效应。眩光对人类在绝大多数情况下是一种不利的干扰(但也不排除适合人们需要的舒适眩光的存在)。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视觉功能损失的眩光，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，引起视觉功能损失。怛1在体育馆中要对眩光采取措施避免和消除。侧窗采光易产生直射眩光和反射眩光。尤其在人的视线及其仰角成o～14度的范围内处于强眩光区。如在此范围内开侧窗眩光相当严重，对于体育馆来说，场地端部严禁开大面积侧窗。而顶部采光基本能避免直射眩光，对于反射眩光，由于光线从顶部人射，入射光线与法线夹角较小，反射到人眼的机会相对较小。建筑师在进行采光设计时，就要从建筑设计的角度，限制窗的眩光产生。眩光效应同光源的亮度和面积成正比，同周围环境亮度成反比，随光源对视线的偏角而变化。体育馆自然采光中，可通过限制光线入射角度来控制眩光。光源位置对眩光的影响如图1所示。将入射光线方向控制在一定角度内可大大减少眩光出现的可能。4.阴影控制阴与影构成了一切物体的立体感，但要求较高的比赛场地上，应尽量减少阴影，由于光线是一个有方向的量，既矢与地脚窗配合设置，对于多层练习馆的采光设计是非常重要的。因为多层练习馆，除顶层可考虑用顶界面天窗采光外，其它下面各层均只具备侧界面采光的可能性。利用侧界面高窗的设置可提供房间耀处的照明；利用地脚窗的设置，可提供近窗处的照明；二种窗配合设置，使室内光线分布均匀。由于墙面中间段无窗，可避免运动员枧域范围内直射眩光的产生．限制眩光。为此，这种采光方式值得练习馆，尤其是多层练习馆效仿。4.天然采光中常用的新型建筑材料与构造（1）阳光板常见的PC阳光板在可见光和近红外线光谱内有最高透光率。视颜色不同，透光率可达12%~18%，而透明PC板透光率可达88%。体育场屋面构造示意图游泳馆屋面构造示意图（2）膜材膜结构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是指在极细的玻璃纤维编织成的基布上涂抹PTFE而形成的复合材料。PTFE的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响，使用寿命在25年以上。具有高透光率，透光率为13%，对热能反射率为73%，热吸收量很少。而PVDF的特点是可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达25%，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉，令人陶醉。PTFE膜效果图PVDF体育馆景观棚（3）变色玻璃变色控光玻璃是能够针对太阳直射光的不稳定性，随着直射光的改变而改变的建筑材料。目前在建筑中常用的控光、遮光玻璃现代调光玻璃的技术飞速发展，各种利用新原理、新技术和新工艺制作生产的调光玻璃不断出现。按其基本工作原理分类，可分为：光致变色、电致变色、温致变色、压致变色等。这些常用的控光、遮光功能的实现是通过对玻璃的变色来产生的。这样的结果就是透过这样的玻璃进入室内的自然光的光谱会发生比较大的改变，不可避免的对人的视觉效果产生影响。（4）棱镜类阳光产品及优势棱镜类阳光产品顾名思义是指利用棱镜的折光性、导光或者遮光产品。对于阳光直射光棱镜折光板比起普通玻璃、镀膜玻璃有很好的遮阳作用；而比起阳光板、膜材料有较大的透光率，而且能够根据入射光线的不同方向来选择性地透光；比起变色控光玻璃造价低而且有更好的透光光谱。棱镜折光板与其它采光方式的效果比较5.体育馆建筑天然采光的一般方式、方法比赛厅自然采光分布图体育馆的视觉功能要求极高，因此在体育馆光环境中首先要满足功能要求。一般的体育馆建筑中的重点采光部位主要是比赛馆大厅，还有一些体育馆建筑中包含专门的训练大厅，也是需要重点进行天然采光设计的部位。无论比赛馆还是训练馆，作为体育馆建筑的主体空间，他们都有空间大、跨度大、体积大的特点。这类大厅是相对独立的空间，基本上在顶部和侧墙都可以开窗。因此，他们的采光方式有两种途径：侧面自然采光和顶向自然采光。这是一种生态性设计，有利于节约能源、是今后设计发展的主要方向之一。在体育馆中，其作比赛用途的时间跨度并不大，出于多功能使用的目的．还会用俸平时讷练或向社会开放。此时．如能引人自然光，将会有效地节省能源。①侧面自然采光。这是较常见的形式，主要是随着体育馆结构不再依赖于墙体而实现的。从视觉上来看，明亮的侧墙，强化了顶面的轻盈感，并使室内室外联为一体。但从照明设计角度看，作为比赛背景的侧墙，若过分明亮．会形成逆自然光的座席与顶面过强的反差，使运动员眼睛感到疲劳．同时．由于剖面角度的问题，入射的自然光易引起眩光。眩光实际分两类，一类是直接眩光，指八射光在未经反射的情况下，由于八射角大于保护角引起的眩光，另一类是间接眩光．指由于光线的反射面质地过于光滑，造成大量定向反射，角度也大于保护角引起的。对于直接眩光，建筑上有两种对策。一种在侧墙直接对外时，加强屋檐的出挑避免直射阳光。或在观众席背后设室内环廊，形成过渡区。如罗马大体育宫．这两种做法目的部是控制直射光的^射角。另一个对策就是适当提高座席区与屋顶天花的照度，以减少亮度级差，这是从根本上消除眩光的做法。在经济条件许可时,也可引室内光控百页帘．更好地控制能源销耗。对于间接眩光．主要是注意室内材料的选择，采用有一定肌理与粗糙度的材料，避免定向反射角，这种做法较前者更具可操作性。厦门体育馆的比赛馆，其休息厅外侧覆盖玻璃幕墙，能够满足休息大厅的基本采光要求。训练馆朝东的部分全部为玻璃幕墙所覆盖，而整个训练馆的采光部分来自这个玻璃幕墙。厦门体育馆②顶向自然采光。除了极少鼓情况外．为了防止眩光，体育馆顶向不采用直接人射太阳光。在设计中有两种选择：其一为直射光．但须经建筑天窗多次折射或漫反射。这时候，涉及的主要问题是防间接眩光。在建筑设计中往往就已借助北向天窗．避免直射厦阳光，或借助尺度夸张的窗肋，形成深远距离，光线必须经多次折射与漫反射后才能达到室内，使光线变得柔和。如巴塞罗那篮球馆(北向天窗)与蒙特利尔赛车馆(尺度夸张的且力)。尽管如此，在顶向直接开