物理性污染控制工程第七章光污染及其控制

第七章光污染及其控制主要内容第一节概述●第二节光学基础第三节光环境评价与质量标准第四节光污染防治技术●●●第一节概述●一、光环境二、光源及其类型三、光污染（一）光环境的定义（二）光环境的影响因素（三）光环境中光的效果一、光环境光环境（一）光环境的定义定义：由光照射于内外空间所形成的环境。光源：光环境中的光源包括天然光人工光光环境（一）光环境的定义室内光环境定义：由光与颜色在室内建立的、同房间形状有关的生理和心理环境。功能：满足物理、生理(视觉)、心理、人体功效学及美学等方面的要求。室外光环境定义：在室外空间由光照射而形成的环境。功能：除满足与室内光环境相同的要求外，还要满足节能和绿色照明等社会方面的要求。1、照度和亮度：是保证光环境的光量和光质量的基本条件。2、光色：光源的颜色。按标准表色体系，将单色光混合，可匹配出感觉到与任意光的颜色相同的光3、周围亮度：容易看到注视点的最佳环境是周围亮度大约等于注视点亮度。4、视野外的亮度分布：室内顶棚、墙面、地面、家具等表面的亮度分布。5、眩光：在视野中由于亮度的分布或范围不当，或在时空方面存在着亮度的悬殊对比，以致引起不舒适感觉或降低观看细部或目标的能力眩光在光环境中是有害因素，应设法控制或避免。6、阴影：阴影能突出物体的外形和深度，丰富物体的视觉效果。（二）光环境的影响因素（三）光环境中光的效果（2）光的造型立体感效果（3）光的表面效果（4）光的色彩效果（1）光的方向性效果光的方向：顺光、侧光、逆光、顶光、底光。顺光侧光逆光（1）光的方向性效果光的方向性效果：增强室内空间的可见度，增强或减弱光和阴影的对比增强或减弱物体的立体感在室内光环境中只要调整光源的位置和方向，就能获得所要求的方向性效果。光的方向性效果对建筑功能、室内表面、人物形象及人们的心理反应都起重要作用。（1）光的方向性效果光的造型立体感效果：物体表面上由于光的明暗变化所产生的立体感效果，简称立体感。在光环境中室内外表面的细部、浮雕、雕塑等都会出现光的立体感效果，使人们获得美好的感受。（2）光的造型立体感效果光的表面效果：室内空间中光在各表面上的亮度分布或有无光泽。表面亮度：室内空间中光在各表面上的反射程度取决于表面与背景之间的亮度比。适宜的亮度比有利于视觉功效与工作行为相协调，并能降低室内眩光。表面光泽：在室内空间中光照射到表面时，由于反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质。（3）光的表面效果光的色彩效果：在室内光环境中，光的照射使材料表面呈现出的色彩效果。光和色彩：对室内光环境二者不可分开，可见光的反射比越大，色彩的明度也越大（表7-1）。色彩效果：在光环境中，光照射到各种材料表面会呈现出不同色彩效果。通过光的色彩效果可获得知觉效果，还可获得感情、联想等心理效果。明度/度01234反射比0.001.213.136.5612.00明度/度56789反射比19.7730.0543.0659.1078.66表7-1色彩的明度与光的反射比的关系（4）光的色彩效果光源自然光源人工光源日光月光热辐射光源气体放电光源其他光源激光光源场致发光光源半导体光源化学光源二、光源及其类型(一)热辐射光源热辐射光源：依靠电流通过灯丝发热到白炽程度而发光的电光源。类型：1.白炽灯2.卤钨灯1.白炽灯优点：显色性好、光谱连续、结构简单、易于制造、价格低廉、使用方便。缺点:能量转换效率低，大部分能量转化为红外辐射损失，可见光不多，发光效率低，使用寿命短1.白炽灯发光效率高长寿命涂白白炽灯氪(Kr)气白炽灯红外反射膜白炽灯白炽灯的改进：涂白白炽灯2.卤钨灯卤钨灯：灯泡内含一定比例卤化物的改进型白炽灯。卤钨灯内形成卤钨再循环过程，防止钨沉积在玻璃内壳上，降低灯丝的老化速度。卤钨灯与普通白炽灯相比发光效率提高约30％；高质量的卤钨灯寿命可提高3倍左右。（二）气体放电光源气体放电光源：电极在电场作用下，电流通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电光源优点：气体放电光源比热辐射光源的发光效率高得多，应用广泛。类型：气体发电光源按充气压力大小可分为低压气体放电灯和高压气体放电灯。（二）气体放电光源气体放电光源高压气体放电灯低压气体放电灯高压钠灯高压汞灯荧光高压汞灯金属卤化物灯荧光灯低压钠灯直管型环管型紧凑型1.荧光灯（日光灯）荧光灯：利用低压汞（Hg）蒸气放电产生的紫外线，激发涂在灯管内壁上的荧光粉而转化为可见光的电光源。优点：与普通白炽灯比，发光效率是3倍以上，使用寿命约4倍，灯壁温度低，发光均匀柔和，应用广泛。缺点：使用电感镇流器时的功率因数低，有频闪效应。粗管灯（直径38mm）细管灯（直径26mm）直管型荧光灯直管荧光灯灯管内壁涂料卤磷酸盐荧光粉三基色荧光粉能把紫外线转换成更多的可见光，发光效率高环管型荧光灯紧凑型荧光灯镇流器和灯管一体化的新型电光源。镇流器电感镇流器电子镇流器电子节能灯兼具白炽灯和荧光灯的优点，发光效率高、节电、显色性好，改善频闪效应，提高启动性能。双曲形双D形单U型双U形三U形2.高压汞灯高压汞灯：内部充汞和氩气，利用汞放电时产生的高气压获得可见光的电光源。优点：发光效率与普通荧光灯相当，使用寿命却比较长。缺点：显色性差些，发出蓝绿色的光，缺少红色成份，除照到绿色物体上外，其他多呈灰暗色，而且不能瞬时启动。2.高压汞灯内壳涂荧光粉的高压汞灯完全透明的高压汞灯3.金属卤化物灯金属卤化物灯：通电使金属Hg蒸气和Na、Tl、In、Sc、Dy、Cs、Li等金属卤化物分解物的混合体辐射发光的电光源。优点：发光效率高，显色性较好，使用寿命较长。可以用在要求显色性较好的场所。注意！为避免影响光电特性，使用中有位置朝向要求。3.金属卤化物灯金属卤化物灯结构与高压汞灯相似。4.高压钠灯利用高压钠蒸气放电发光的电光源。5.低压钠灯利用低压钠蒸气放电发光的电光源。三、光污染（一）光污染的产生（二）光污染的来源（三）光污染的分类（四）光污染的危害定义：过量光辐射对人们的生活、工作环境以及人体健康产生不利影响的现象称为光污染。主要指由人工光源导致的违背人的生理与心理需求或有损于生理与心理健康的现象。（一）光污染的产生类型：眩光污染射线污染光泛滥视单调视屏蔽频闪特点：局部性污染；随距离增加而迅速减弱；在环境中无残余物，光源消失，污染即消失。（二）光污染的来源城市建筑物采用大面积镜面式铝合金装饰的外墙、玻璃幕墙所形成的光污染。光污染源1城市夜景照明亮度过高，特别是大功率高强度气体放电光源所形成的光污染。光污染源21.玻璃幕墙形成光污染条件（1）使用大面积高反射率镀膜玻璃。（2）在特定方向和特定时间下产生。（3）光污染的程度与玻璃幕墙的方向、位置及高度密切相关。玻璃幕墙相对太阳照射的方向，或与人所成的特定角度。太阳对地球的相对位置总是在不断变化，因此，产生特定角度也是有特定时限的。人的视角在2m高左右±150°夹角之内影响最大；光反射的强度与反射物到人眼的距离的平方成反比；直射日光的反射光的产生方向取决于玻璃面对太阳的几何位置关系。夜景照明光污染1、大气光污染：地面发出的人工光在尘埃、空气或其它大气悬浮粒子的散射作用下，扩散入大气层中，形成城市上空很亮的大气光污染。2、侵扰光污染：夜景照明中的部分散逸光和建筑（或墙面）的反射光，透过门窗射向住宅、医院、旅馆等人们休息的场所，侵扰睡眠与健康。3、眩光污染：视野中的道路照明、广告照明、体育照明、标志照明等产生的直接眩光和雨后地面、玻璃墙面等光泽表面的反射眩光。4、颜色污染：视场中颜色的对比引起视觉的不适应，导致视觉对物体颜色的感觉出现差异或不敏感。2.夜景照明形成的光污染3.室内光污染的成因1室内装修采用镜面、釉面砖、磨光大理石以及各种涂料等装饰反射光线，明晃白亮，眩眼夺目。2室内灯光配置不合理，致使室内光线过亮或过暗，造成不同程度的眩光污染。3夜间室外照明，特别是建筑物的泛光照明产生干扰光，影响人们的正常生活。室内产生严重的眩光污染的原因白亮污染人工白昼彩光污染cc（三）光污染的分类阳光照射强烈时，城市建筑的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃白亮，眩眼夺目。白亮污染夜间照明过度，如同白昼。舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。彩光污染人工白昼对附近居民的影响对行人的影响对交通系统的影响对天文观测的影响对人的影响影响植物的正常生长，降低产量。影响动物的生活习性和新陈代谢。对动植物的影响（四）光污染的危害一、光的基本物理量第二节光学基础●二、电光源的基本技术参数1、光通量2、发光强度3、照度4、亮度5、曝光度6、明度一、光的基本物理量(7-1)（一）光通量Φ（简称光通）定义：以人眼的光感觉量为标准评价光的辐射通量。单位：lm(流明)计算式：式中：——波长为λ的光通量，lm；——波长为λ的辐射通量，w；——波长为λ的光谱光效率，由图7-1给出；——最大光谱光效率，对明视觉，在λ=555nm处，其值为683lm/w。2-明视觉1-暗视觉图7-1相对光谱效率曲线V(λ)（一）光通量Φ（简称光通）多色光的光通量为各单色光之和(7-2)光通量的意义：表明某一光源向四周发射出的光能总量。不同光源发出的光通量在空间分布是不同的。定义：光通量的空间密度。单位：cd(坎德拉)计算：光源在某一方向的发光强度为（二）发光强度I式中：——光通量，lm；——立体角，sr；I——发光强度，cd(坎德拉)。(7-3)(7-4)发光强度平均值（二）发光强度I发光强度的意义：光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量，表示光源在1sr立体角内发射出1lm的光通量，即1lm1cd1sr立体角(Ω)的含义：球的表面积S对球心所形成的角，即以表面积S与球的半径平方之比来度量，即当时，对球心所成的立体角Ω=1sr（球面度）2Sr2Sr（二）发光强度I发光强度的标注：为了区别不同的部位，在发光强度符号I的右下角标注角度数字。如40W的白炽灯在光轴线处，即正下方的发光强度表示为30cd;=0cd，则表示沿光轴往上转180度即正上方处的发光强度。标注数字表明光源向四周空间发射的光通量分布情况。180I0I定义：被照面上的光通量密度，即被照面单位面积S上所接受的光通量数值，用以表示被照面的照射程度。定义式：单位：lx（勒克斯，简称勒），1勒克斯等于1流明的光通量均匀分布在1平方米的被照面上。（三）照度E(7-6)1.照度形式（三）照度E平面照度只说明光通量在某一平面上的密度，不能反映照度在整个空间的分布情况。如一房间具有暗色墙壁和天棚（表面反射系数很低），即使水平照度很高，仍会感到房间很暗常采用的照度形式。（1）照度矢量某点的照度矢量是以该点为中心的微圆盘两侧的照度最大值，此最大值的法线方向即为矢量照度的方向。照度矢量对说明阴影状况更为有利。（2）平均球面照度（又称标量照度）空间一点的被照射量可用此点上一小球表面上的平均照度来表示。给出照度的无方向量，较接近立体物件的视感。（3）平均柱面照度表示一个小垂直圆柱表面上的平均照度，更接近对室内照明丰满度的主观感觉。2.照度和光强的关系（三）照度E点光源垂直入射的照度基本公式——距离平方反比定律式(7-7)表明，入射角为零时，表面照度与点光源在垂直方向上的光强I成正比，与表面距点光源距离的平方r成反比。2IEr(7-7)2.照度和光强的关系（三）照度E点光源与表面的法线成α角入射的照度公式式(7-8)表明，光线与表面法线成α角处的照度，与光线至点光源距离的平方成反比，与光源在α方向的光强和入射角α的余弦成正比。(7-8)arIEcos2定义：发光体在视线方向单位面积上的发光强度单位：nt(尼脱)（SI制）意义：1㎡表面积上，沿法线方向(α＝0°)产生lcd的发光强度，即1nt=1cd/m2（四）