建筑與光環(huán)境光照度剖析

1、建筑光環(huán)境,,2,光環(huán)境控制的意義,減少視覺疲勞，保證視覺健康和身心健康 提高勞動生產(chǎn)率 降低能耗 人工照明能耗 空調能耗,3,90年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例,4,光的性質和度量,光的特征 電磁波的一部分，光子的波動運動 可見光和良好視覺的共同作用 在帶有多種光譜成分的光源中，如果某一部分占比例較大，就呈現(xiàn)出那個波長對應的顏色。,,,較短的波長為主,較長波長為主,5,光通量 ?,物理意義：說明光源發(fā)光能力的基本

2、量，能量單位。 定義：輻射體單位時間內(nèi)以電磁輻射的形式向外輻射的能量稱輻射功率或輻射通量(W)。光源的輻射通量中被人眼感覺為光的能量(波長380－780nm)稱為光通量。 單位: 流明(lumen，lm)。 人眼在觀看同樣功率的輻射時, 在不同波長時感覺到的亮度是不同的，人眼的這種特性用相對光譜光效率V(?)來表示。,6,不同波長的相對光譜光效率,明視覺：V(?)max 對應波長555nm (黃綠光)，光效是680lm/W。

3、暗視覺：V(?) max 507nm (藍綠光),7,發(fā)光強度 I,發(fā)光強度：表示光源光通量的空間密度 定義：光源在某一方向的發(fā)光強度定義為光源在這方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量(和距離無關)。 單位：坎德拉(candela, cd),ds,,8,光通量相同，發(fā)光強度卻不同,9,定義：落在單位面積被照面上的光通量的數(shù)值。表示被照面被照射的程度。 表達式： 單位：勒克斯(lux, lx)，相當于1 lm的光通量均勻分布在1

4、m2的被照面上 性質：可疊加性。幾個光源同時照射被照面時，實際照度為單個光源分別存在時形成照度的代數(shù)和。,照度 E,10,光源的發(fā)光強度與被照面的照度關系,已知點光源發(fā)光強度以及與被照面的距離，即可求得垂直于二者連線的被照面的照度： En＝I / r2 再通過三角轉換即可求得實際被照面的照度：E=Ensin ? = (I / r2) sin ? 線光源是點光源的積分疊加，面光源是線光源的積分疊加。原理相同。,r,11,

5、照度,12,國際照明委員會CIE對不同作業(yè)和活動推薦的照度,作業(yè)或活動類型 照度范圍(lx)室外入口區(qū)域 20 ~ 30 ~ 50短暫停留交通區(qū) 50 ~ 75 ~ 100衣帽間、門廳 100 ~ 150 ~ 200講堂、粗加工 200 ~

6、300 ~ 500辦公室、控制室 300 ~ 500 ~ 750縫紉、繪圖、檢驗室 500 ~ 750 ~ 1000辨色、精密加工和裝配 750 ~ 1000 ~ 1500手工雕刻、精細檢驗1000 ~ 1500 ~2000手術室、微電子裝配 >2000,,,13,亮度 L,定義：正在發(fā)光 (或反光) 表面的明亮程度。 亮度是與眼睛感覺有關的

7、量，取決于進入眼睛的光通量在視網(wǎng)膜物象上的密度。 物理亮度：發(fā)光體在視線方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主觀亮度：考慮背景亮度的作用 視網(wǎng)膜只可承受 16 sb以下的亮度！,14,亮度和照度有何區(qū)別？照了不一定亮！,,,,,,,,,,照度相同,吸光材料，亮度低,反光材料，亮度高,15,亮度表達式,當量面積

8、 dScos?,,,?,,dI?,16,光源的亮度與被照面的照度關系,E＝L ? sin? ? ＝Acos? / r2,17,光的傳播特性,光遇到介質會發(fā)生反射、透射和吸收。 反射、透射光使人眼可以看見。,? = ?? +?? +?c,18,定向反射與透射材料：入射角＝反射角，透射方向與入射方向一致 鏡面玻璃 平板玻璃 均勻擴散反射、透射材料 粉刷涂料 乳白玻璃,反光和透光材料,19,定向擴散反射與透射材料：與入射角相

9、同的反射角方向上、與入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度 光滑的紙 油漆表面 磨砂玻璃,反光和透光材料,,,,,20,光問題與熱問題的比較,共同點 熱問題：相同條件下，投入能量越多，溫度就越高 光問題：相同條件下，可見光區(qū)投入能量越多，亮度就越高 不同點 熱量守恒：熱源停止供熱，已有的熱量也不會消失；熱被材料吸收了仍然存在。 亮度不守恒：光源停止發(fā)光，光就沒了；光被材料吸收了就不存在了，變成了熱。,21

10、,視覺與光環(huán)境,良好的光環(huán)境是保證視覺功能舒適有效的基礎 什么是良好光環(huán)境？ 人們可以不必通過意識的作用強行將注意力集中到所要看的地方，就能不費力氣而清楚地看到所有搜索的信息 獲得的信息與實際情況相符合 背景中也沒有視覺“噪聲” 干擾注意力,22,眼睛的生理特點,視網(wǎng)膜的兩種感光細胞 亮度高于3 nt(cd/m2)時主要由錐狀細胞發(fā)揮作用 在亮度低于0.01 nt時主要由桿狀細胞發(fā)揮作用，但不能分辨顏色 絕對光閾：背景亮度

11、為 0 時可識別的臨界亮度 目標越小要求越高 呈現(xiàn)時間越短要求越高,23,視野和視場,斜線區(qū)為單眼視野范圍，白色區(qū)為雙眼視野范圍。單眼向上60? ，向下70? 。,24,視覺特征描述,亮度對比度,亮度對比度對人眼看物體的清晰程度的影響,25,視覺特征描述,視角 視覺敏銳度：剛剛能分辨的視角的倒數(shù),26,視覺特征描述,視覺適應,27,顏色,度量：孟賽爾表色系 相鄰色調間逐步過渡 相同黃色Y 也有偏紅黃YR和偏綠黃GY 之分

12、 每種色調分為10個等級，主色調和中間色調的等級均為 5 。10Y 表示黃與黃綠的中間色，即淡黃綠色。,28,孟賽爾表色系(鏡像),,29,顏色產(chǎn)生的心理效果,情緒感覺 積極色：暖色調＋高亮度 消極色：冷色調＋低照度 溫度感覺：紅熱藍冷，主觀溫差效果可達3~4℃ 大小輕重感覺：明度影響。高明度者大而輕，低明度小而重,30,顏色產(chǎn)生的錯覺,333037,31,視覺功效,人借助于視覺器官完成視覺作業(yè)的效能稱視覺功效。一般用完成作

13、業(yè)的速度和精度來定量評價視覺功效。 主要與視角、照度、亮度對比系數(shù)和識別時間有關。 研究方法：實驗研究 識別幾率：正確識別的次數(shù)與識別總次數(shù)的比率,32,視覺功效曲線條件：識別幾率95％,,33,舒適光環(huán)境評價,適當?shù)恼斩然蛄炼人?合理的照度分布 舒適的亮度分布：適合的亮度對比很重要 宜人的光色：影響對物體顏色的判別和人的心理感覺 無眩光干擾 光的方向性：使被視物體有立體感,,34,適當?shù)恼斩然蛄炼人?亮度到一定程

14、度后，反而會超過眼睛的適應范圍。當物體亮度超過一定值時人眼會感到刺眼，不能工作。對于人眼視力而言，存在著最佳亮度。,,35,合理的照度分布,照度分布應該滿足一定的均勻性。視場中各點照度相差懸殊時，瞳孔就經(jīng)常改變大小以適應環(huán)境，引起視覺疲勞。 一般認為空間內(nèi)的照度最大值、最小值與平均值的相差不超過1/6是可以接受的。 照度均勻度＝工作面最低照度/工作面最高照度 人工照明，照度均勻度需大于1/3；自然采光，照度均勻度需大于1/10。,

15、,36,有突出亮的面,,37,有突出暗的面,38,亮度分布適宜,,39,眩光,當視野內(nèi)出現(xiàn)高亮度的光時, 使眼睛不能完全發(fā)揮機能，這種現(xiàn)象成為眩光。 在眩光下，瞳孔會縮小，以提高視野的適應亮度，也就降低了眼睛的視覺敏感度。 視力降低眩光：如白天眼睛正視太陽，太陽光直射工作面、夜間眼睛正視迎面而來的汽車燈光。 不舒適眩光：一個很大的高亮度光源在接近視線的高度上，雖不會降低視力，但會引起視覺上的不舒適。如看陽光下的積雪等。,40,眩光產(chǎn)

16、生的原因,不恰當?shù)淖匀徊晒饪?，不合理的光亮度，不恰當?shù)膹姽夥较?，都會在室?nèi)造成眩光現(xiàn)象。 可能產(chǎn)生眩光的地方 玻璃辦公桌面 局部照明的展板 不恰當?shù)墓ぷ髅嬲彰?黃種人眼睛的黑色素較白種人的多，對眩光的忍受力比白種人強。白種人比黃種人的耐暗程度強。,41,,,42,光污染,玻璃幕墻的反射眩光不僅會影響司機視力，而且還會干擾附件建筑的室內(nèi)光環(huán)境。,,43,人工照明,特點 不受光氣候影響 不受建筑設計影響,控制方便 需要消耗大

17、量電能 增加夏天空調負荷,44,人工光源,種類 熱輻射光源：白熾燈、鹵鎢燈 氣體放電光源：熒光燈、節(jié)能燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高/低壓鈉燈 光譜特點 非連續(xù) 多峰值,45,白熾燈,光效低 色偏紅 燈絲高溫(2300 K以上) ，高亮度，有眩光 壽命短 無頻閃現(xiàn)象 調光性好 耐頻繁開關,46,白熾燈的光譜特性,47,鹵鎢燈,光效和壽命均高于白熾燈，燈絲溫度很高,48,熒光燈,光效較高，壽命長，顯色性好，表面溫度

18、低 所謂節(jié)能燈就是緊湊型熒光燈，33~58 lm/W,49,熒光高壓汞燈,光效高 壽命長 顯色性差,50,氣體放電光源光譜,低壓鈉燈的主要波長為589nm的黃光，最接近555nm，故發(fā)光效率最高。,51,不同光源的光效,表面溫度,,小空間適用,52,照明方式,一般照明,分區(qū)一般照明,局部照明,混合照明,53,局部照明(混合照明),,54,分區(qū)照明(分區(qū)一般照明),,55,人工照明設計中的燈具利用系數(shù)Cu,影響因素 燈具類型 燈

19、具間隔 各內(nèi)壁面反射率 房間的長寬 燈具到工作面的距離 實用形式：查手冊中的表格,56,天然采光,天然采光特點 節(jié)能：104 lm /W 視覺效果好，不易導致視覺疲勞 健康，連續(xù)的單峰值光譜滿足人的心理和生理需要 難度大，受光氣候條件和建筑設計制約 采光與遮陽有矛盾,57,有無采光窗的心理影響,58,人工照明效果,,59,天然采光效果,,60,天然采光原理,天然光＝直射光＋散射光。全云天只有擴散光。 直射光隨太陽高

20、度角增加而增加 擴散光：散射光在太陽高度角較小時變化快，到太陽高度角較大時變化小。 最不利天氣：全云天,晴天室外照度變化,61,天然采光標準,采光系數(shù)C 定義：室內(nèi)某一點的天然照度 Ei 與同一時間的室外照度Eo 的比值。 C=(Ei/Eo)×100% 在采光標準中，室外照度是指全云天時的天空擴散光。 采光系數(shù)標準值：不同情況的視看對象要求不同的照度。一般將視覺工作分為1~5級，各級的天然照度最低值分別為250、

21、150、100、50 和25 lx 。,62,天然采光標準,下面的采光系數(shù)乘以各光氣候分區(qū)的光氣候系數(shù)K，即可得各分區(qū)的采光系數(shù)。,63,中國光氣候分區(qū)與光氣候系數(shù),III,K=0.85,K=1.0,,,室外總照度年平均值31.46 lx K=0.9,室外總照度年平均值21.18 lx K=1.2,K=1.1,V,V,I,II,III,III,III,IV,IV,64,側窗采光,65,側窗采光 用于有外墻的房間,66,窗臺高度變高時

22、,室內(nèi)深處的照度變化不大，近窗處的照度變化很大，而且出現(xiàn)拐點。,67,窗臺高度不變,窗的上沿高度降低時的室內(nèi)照度的變化，近窗處照度變小，離窗遠處照度的下降明顯。,68,不同類型玻璃的采光效果,通過采用乳白色玻璃，玻璃磚等擴散透光材料，可以在一定程度上提高房間深處的照度,69,不同側窗位置對室內(nèi)照度的影響,平面圖,剖面圖,,,,,,,,,70,天窗采光 用于內(nèi)區(qū)、中庭、頂層,,71,天然采光控制：節(jié)能舒適,僅靠門窗天然采光的局限 天然

23、采光受建筑設計制約 過強的光照導致不舒適 控制天然采光的方法 百頁控制 光電玻璃控制 反射鏡控制 天然采光與人工照明聯(lián)合控制,72,百頁控制,73,光電玻璃：根據(jù)室內(nèi)照度改變玻璃透光率,,,,被動反電極,主動電光層,電解質層,鋰離子,74,利用反射鏡：香港匯豐銀行,,75,利用反射鏡：香港匯豐銀行,76,利用反射鏡照射內(nèi)區(qū),,,,,,,77,利用反射鏡照射內(nèi)區(qū),78,利用反光鏡和吊頂反射,英國議會大廈,79,自控可調百頁,,

24、可調燈光照度控制,百頁照明聯(lián)合控制：東京電力會社,80,百頁、照明聯(lián)合控制,常規(guī)照明控制,優(yōu)化照度管理,自然、人工聯(lián)合照明控制,午間照度控制,,屋面的日射測試裝置（輻射量、高度角）,81,思考題,人工照明與天然采光在舒適性和建筑能耗方面有何差別？ 光通量與發(fā)光強度、亮度與照度的關系與區(qū)別是什么？ 在照明設計中要達到節(jié)能的目的需要考慮哪些因素？ 在天然采光設計中主要考慮的是太陽直射光、散射光還是總輻射光通量？為什么？直射光