建筑物理复习资料光学部分框架整理

第二部分建筑光学第一章基本知识光的基本概念人眼构造及其视觉特性▲明视觉（明亮环境，锥体细胞）暗视觉（暗环境，杆体细胞）中间视觉（同时起作用）椎体细胞在明亮的环境下对色觉和视觉敏锐度起决定作用，它能分辨出物体的颜色和细部，并对环境的明暗变化作出迅速的反应。杆体细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用，他虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的反应缓慢。▲视野视野范围（视场）水平面180°，垂直面130°，上方为60°，下方为70▲光谱光视效率人眼在观看同样功率的可见光辐射时，在不同波长时感觉到的明亮程度不一样，人眼的这种特性常用光谱光视效率曲线来表示。明视觉曲线——黄绿光最亮，两端暗暗视觉曲线——整体移向短波方向▲颜色感觉光的三原色（加色法）——红绿蓝色相H——各种单色光在白色背景上呈现的颜色。明度V——①光色－亮度高低；②物体色－反射比高低彩度C（饱和度）——白色（光）的多少三原色——①光色－－红（700nm）、绿（546.1nm）、蓝（435.8nm）②物体色－－青（减红）、品红（减绿）、黄（减蓝）补色——两种颜色按适当比例混合，能产生白色或灰色★表色体系①CIE表色体系②孟塞尔表色体系基本光度单位◆辐射通量——光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐射能量。◆光通量Ф——人眼对光的感觉。单位：lm（流明）光源的基本参数，表示一光源发出光能的多少。◆发光强度I——光通量的空间分布密度。单位：cd（坎德拉）◆照度E——在被照面单位面积上的光通量多少（被照射的程度）。被照面上光通量的密度。单位：lx（勒克斯）E＝Ф/A◆发光强度和照度的关系——E＝I/r2距离平方反比定律计算点光源产生照度的基本公式，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与它至光源距离r的平方成反比◆亮度L——发光体在视线方向上单位投影面积的发光强度。单位：cd/m2★物理亮度和表观亮度（物体表面亮度，环境明暗程度）◆照度和亮度的关系——立体角投影定律建筑材料的光学特性光通量在数量上的变化光通量在空间上的分布◆光的反射和透射材料的透光系数，反光系数，吸收系数◆光经过介质的反射和透射后的分布变化取决于：材料表面的光滑程度和内部分子结构规则扩散磨砂玻璃——混合透射和反射压花玻璃——规则反射和透射规则反射和透射规则反射：光线入射角等于反射角；入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。玻璃镜、很光滑的金属表面规则透射：如材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持一致。窗玻璃扩散反射和透射均匀扩散材料：将入射光想均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全想同，看不见光源形象。氧化镁、石膏、磨砂玻璃；完全均匀扩散透射材料：乳白玻璃、白纸、半透塑料；均匀漫反射材料：将反射光均匀分布在各个方向上，与入射方向无关，砖、混凝土、石膏规则扩散材料：在定向反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向上也有一定亮度。光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面、釉瓷砖。视度及其影响因素◆可见度——看物体的清楚程度◆影响因素（1）适当的亮度（2）物件尺寸（3）亮度对比系数C（观看对象与背景的亮度差异）视功能曲线（4）识别时间（识别面积—里科）（5）明暗适应与过度空间（6）眩光◆韦勃定律：主观感觉的等量变化大体是由光量的等比变化产生眩光◆眩光P177——亮度分布/范围不适宜/极端对比◆眩光对视觉的影响程度——失能眩光、不舒适眩光◆眩光的评价（1）视觉舒适概率法VCP（美国）（2）眩光指数法BGI（英国）（3）亮度曲线法LC（德国）（4）灯具亮度限制法SAA（澳大利亚）（5）统一眩光值UGR的（1.5左右）。◆直接眩光控制措施（1）限制光源亮度（2）增加眩光源背景亮度（3）减小眩光源视看面积（4）增大眩光源的仰角◆反射眩光控制措施（1）改善视觉作业表面，如无光泽表面（2）视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的规则反射（3）使用发光表面面积大、亮度低的光源（4）降低引起规则反射的光源在总照度中的比重第二章天然采光建筑是捕捉光的容器光气候——由太阳直射光、天空漫射光和地面反射光形成的天然光平均情况。◆天然光的组成太阳直射光（日光）——变化很快，在采光计算中不考虑。天空扩散光（天空光）——相对稳定，建筑采光的主要光源。◆采用天然采光的原因：人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效；在天然光下感到舒适和有益于身心健康。◆晴天的地面照度——太阳直射光和天空扩散光◆全云天的地面照度取决于：太阳高度角、云状、地面反射能力、大气透明度◆天空亮度分布◆光气候分区（5）◆采光系数C——在室内给定平面上的某一点由全阴天天空漫色光所产生的照度与同一时间，同一地点，在室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度的比值。C=En/Ew*100%采光口及采光特性◆采光口的两种类型侧窗——光线具有方向性，有利于形成阴影；视野开阔，不受建筑层数限制。天窗——采光效率高，照度分布均匀◆采光口侧窗缺点：照度不均匀；优点：构造简单，不受建筑物层数限制，布置方便，造价低廉，光线具有明确方向性。虽可用提高窗位置方法解决室内照度不均的问题，但受建筑物层高的限制。这种窗只能保证有限进深的采光要求。一般进深不超过窗高的1.5-3倍。天窗矩形天窗天窗架+窗扇课避免单侧窗照度变化大的缺点，使照度均匀。窗口位置高，一般处于视野范围外，不易形成眩光和受外面物体的遮挡。锯齿形天窗由于倾斜顶棚的反光，采光效率比纵向矩形天窗高，当采光系数相同时，锯齿形天窗的玻璃面积比纵向天窗少15%-20%。平天窗优点：采光效率高，面积大；缺点：积尘，易产生眩光。种类：采光天棚（中庭、市场、体育馆、温室）接近自然的全天侯室内空间；板式、条式；采光罩日光斗屋顶向阳的垂直天窗，适于温带及高纬度地区，冬季比夏季可接受更多光线，可控制眩光。各种采光口的采光特性侧窗：常见侧采光方式，根据位置可分为，单向侧窗、双向侧窗、高侧窗、低侧窗采光。双向采光能够使室内环境获得较为充足的光线；单向采光用低窗时，靠窗区域较明亮，离窗远的区域则较暗，照度的均匀性较差；采用高窗时，有助于使光线射入房间较深的部位，提高照度的均匀性。天窗：顶部采光的光线自上而下，有利于获得充足（采光效率约为侧窗的8倍）和均匀的室外光线，并且很少受到遮挡，光照效果自然怡人在现代建筑设计和室内设计中经常采用。1）矩形天窗，位置较高，不易形成眩光，为避免直射，天窗的玻璃最好朝南北向；2）锯齿形天窗，有有倾斜的顶棚做反射面，增加了反射光，采光效率比矩形天窗高，窗口一般朝北；3）平天窗，采光效率高，但设计时应注意采取防光污染、防直射阳光和防结露措施。4）横向天窗,天窗玻璃也宜朝南北；5）井式天窗，主要用于通风兼采光。采光设计与计算◆采光标准——室内给定水平面上某一点的由全阴天天空漫射光所产生的照度和同一时间同一地点，在室外无遮挡水平面上有全阴天天空漫射光所产生的照度的比值。◆采光质量采光均匀度：室内照度最低值与室内照度平均值之比。1~4级≥0.7防止眩光：作业区应减少或避免直射阳光；工作人员的视觉背景不宜为窗口；可采取室内外遮挡设施来减少窗亮度或减少窗的视域；窗结构的内表面和窗周围的内墙面宜采用浅色饰面。合适的光反射比防止紫外线的进入◆采光系数标准值室外天然光设计照度（临界照度）：室内完全利用天然光进行工作时的室外天然光最低照度。我国规定为5000lx。四川、贵州4000lx。按采光类型——顶部采光→采光系数平均值侧面采光→采光系数最低值天然采光设计的一般步骤◆步骤：●收集资料：确定采光要求与其它要求●选择采光口的形式、位置及开窗的可能面积建筑采光设计：结合建筑总体布局，建筑形式、体量，建筑平剖面等进行设计；●用窗地比法初步估算采光口的尺寸●作详细采光计算，以便进行采光设计或检验采光效果●布置采光口，设计调光装置，保证采光质量◆天然光环境处理技法：透光——在侧窗上采用大面积的玻璃，如玻璃幕墙、大面积的玻璃窗，可使室内外空间浑然一体，获得一种透明的感觉；遮光和控光——利用透光材料不同的透光特性来控制室内亮度分布，或利用各种遮光构件来遮挡或部分遮挡光线；滤光——金属镀膜着色玻璃及茶色玻璃具有滤光的性质，能减弱直射阳光，避免出现眩光，使室内环境柔和；混用光——在大空间、大跨度的房间内，由于开窗面积及层高的控制，室内距离较远处的天然光照度较小，因此，除了用天然光外，还用补充人工照明，形成天然光和人工光的混用光。教室采光设计要求◆采光系数最低值Cmin≥2.0%，100lx（室内天然光临界照度）◆照度均匀、稳定◆无直射阳光、无眩光◆光线方向（左侧上方）与阴影设计要点◆采光口形式选择与朝向（北方南向）◆采光口尺寸估算p209◆采光口的处理p213◆室内装修与光反射比p206◆黑板◆梁、柱、窗间墙影响：如梁与墙垂直为好，或吊顶美术馆/陈列厅采光设计要求(采光等级Ⅳ)◆适宜的照度（1%，50lx）◆合理的照度分布(1/3，1/10)◆避免直接眩光（14°）、一次、二次反射眩光◆避免阳光直射展品◆采光口尽量少占展出用墙面◆背景亮度与色彩陈列室采光设计要点◆侧窗：简单常用；但存在照度不均、反射眩光、一二次反射眩光，展览面积受限等不足，设置横墙、增加展览面积。◆高侧窗：展览面积增加，照度分布均匀有所提高；但仍存在照度不均、一二次反射眩光问题。◆天窗：窗地比1/4可以满足照度要求位置的确定：满足墙面照度均匀，无反射眩光（控制窗口到墙面各点立体角）降低房间中间部分照度措施窗地比采光计算◆计算目的①根据采光系数要求，计算开窗面积②根据所开窗洞口的大小、位置，核算采光系数◆采光计算中涉及的数据●房间尺寸●采光口材料及厚度●承重结构形式及材料●表面污染程度●室内表面反光程度◆采光计算方法说明第三章建筑照明建筑照明设计的一般步骤1）根据照明设计对象的用途和要求选择适当的照明方式；2）视觉工作等级确定照明标准和照度值；3）正确选择光源和灯具，使之符合使用功能和照明质量要求；4）进行详细的照明计算，以便布置灯具或检验照明效果；5）合理布置灯具建筑照明设计步骤■选择照明方式■确定设计指标■光源选择■灯具选择与布置■照明计算照明方式分类◆一般照明◆分区一般照明◆局部照明◆混合照明光源的光电性能指标◆色温相关色温◆显色指数Ra——度量光源的显色性物体色在不同的照明条件下的颜色感觉有可能发生变化，这这种变化可以用光源的显色性来评价。光源的显色性主要取决于光源的光谱功率分布。光源分类◆白炽灯：显色性好(80以上)、结构简单、无频闪、初期投资少；光效差：12~16lm/w）、寿命短（1000h）◆卤钨灯：利用卤钨循环消除钨沉积产生的灯泡发黑；管壁温度更高、灯泡尺寸更小、工作气压更大，必须使用石英玻璃或硬玻璃◆荧光灯：表面亮度最低、光效30~60lm/w，显色性(50~90)◆紧凑型荧光灯：功率小,光效高（80lm/w）；显色性好（三基色80）◆荧光高压汞灯：光效较普通荧光灯高（50lm/w），光通量大（大瓦数）；显色性差(25~45)光色差，蓝绿光◆金属卤化物灯：显色性(60~95)，光效（60~100lm/w）、功率大，寿命较长。根据添加金属的不同，可用于商店、剧场，体育馆、美术馆、公园、广场等。◆低压钠灯：光效最高可达160lm/w；显色性极差(≯40)，辐射光谱为黄光，多用于道路照明。◆高压钠灯：光效高，可达130lm/w；显色性比低压钠灯高，辐射光谱为黄绿光，多用于道路照明、户外照明。◆氙灯：功率大，光通量大，人造“小太阳”。采用惰性气体放电，其光色与日光色接近。但是寿命短，多用于体育场、机场、港口、车站等大面积照明。◆无电极荧光灯：寿命长、无频闪、能瞬时启动和再启动，适用于维护和换灯很困难的一些场所的照明◆光纤灯具的光特性■配光曲线——某一平面上的光强分布曲线灯具在空间各个方向上的发光强度采用矢量表示，将矢量终端连接，构成一光强体，当光强体被过Z轴平面截割时，平面上获得的封闭交线。配光曲线上的每一点表示灯具在该方向上的发光强度■遮