《建筑光学》PPT课件.ppt

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1、建筑光学,第八章 建筑光学基本知识,建筑光学基本知识,第一节 光环境与视觉 第二节 基本光度单位和应用 第三节 材料的光学性质 第四节 视度及其影响因素,光环境与视觉,光环境概述 光环境设计 眼睛的构造与视觉过程 眼睛的视觉特点,光环境概述,光环境（Luminous environment） 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。 人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，其中约有80%来自光和视觉。 建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的光环境。,光环境设计,光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、物理学、美学、生理学、心理学、人工工效等等，它既是科学，又是艺术，同时

2、又受经济和能源的制约。 光环境设计主要包括： （1）天然光环境设计 充分利用昼光照明和渲染气氛，不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，也是人们在生理和心理上感到舒服满意的关键因素。 （2）人工光环境设计 建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用人工照明，为了使建筑物在白天和夜晚都能同样的使用和美观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经验尤为重要。 优良人工光环境的设计要靠建筑师、室内设计师、电气工程师和设备工程师密切合作，但建筑设计师应发挥主导作用。,眼睛的构造与视觉过程,人的视觉感觉只能通过眼睛来完成。眼睛的构造和照相机相似 瞳孔照相机的光圈 水晶体照相机的透镜 视网膜照相

3、机的胶卷 感光细胞,眼睛的视觉特点,视野范围(视场) 明视觉、暗视觉 颜色感觉 光谱光视效率,基本光度单位和应用,光通量 发光强度 照度 发光强度和照度的关系 亮度,光通量,光通量是人眼对光能量中的有感觉的量。 光通量符号： 单位 ：lm 40W白炽灯， =350lm 40W荧光灯， =2200lm,计算公式 或 式中 光通量，lm; 波长为 的光谱辐射通量，W; 光谱光视频率： 最大光谱光视效能，明视觉时为 。,例题,已知钠光灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射通量为10.3W，计算其发出的光通量？ 解：查表：实线明视觉 V(589)=0.78 589 = 6830.7810.3 =54

4、84lm,发光强度,立体角的概念 =S/r2 sr 发光圆球 =4 发光圆盘 =,单位立体角内的光通量叫发光强度。 发光强度的符号 ，表示发光强度与方向有关 发光强度单位：坎德拉 （cd），,发光强度,或,照度,对于被照面而言，单位面积上的光通量叫照度，用来衡量它被照射的程度。 符号：E ，单位：勒克斯（lx ）， 阴天中午室外照度为8000200001x； 晴天中午在阳光下的室外照度可高达 80000120000lx。,或,发光强度和照度的关系,具有相同的立体角 光通量相同 A1：A2：A3=1：4：9,以一个点光源为例，寻找发光强度和照度的关系 推广到一般情况 ：,与,联立,距离平方反比定

5、律,例题,如图所示，在距离桌面2米处挂一只40w白炽灯，设在白炽灯的发光强度I025=30cd， I2545=25cd，求灯下桌面上1、2两点处的照度。,【解】：由 式可得1、2两点处的照度分别,亮度,发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度。 为亮度的符号，表明亮度与视线方向有关； 亮度的单位：,亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与所处环境的明暗程度有关。于是，将亮度分为两种，前者称为“物理亮度(或称亮度)”，后者称为“表观亮度(或称明亮度)”。,照度和亮度的关系,照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系

6、,而,得,所以有,整个发光面在0点形成的照度是,均匀亮度是有,立体角投影定律,例题,在房间侧墙和屋顶上各开一个1的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。,解：窗洞可看作发光平面，其亮度等于窗外蓝天的亮度。 侧窗：,Ew=100000.2280.243=555lx,天窗：,Em=100000.25i=2500lx,材料的光学性质,材料的反射、吸收、透射系数 在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象 光通量 分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。,定向反射和透射,定向反射 光线射到表面很光滑的

7、不透明材料上，就出现定向反射现象。定向反射现象符合反射定理，即： 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，,定向透射 光线射到透明材料上产生定向透射，定向透射经材料的两个表面时符合折射定理。 入射线、折射线与分界面的法线同处于一个平面，且分居于法线的两侧； 入射角正弦和折射角正弦的比值是一个常数。即,扩散反射和透射,均匀扩散材料 均匀扩散反射材料有氧化镁、石膏等。但大部分无光泽、粗糙的建筑材料，如粉刷、砖墙等都可以近似地看成这一类材料。 均匀扩散透射材料有乳白玻璃和半透明塑料等，透过它看不见光源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上的变化，常将它用于灯罩、

8、发光顶棚，以降低光源的亮度。用矢量表示的亮度和发光强度分布见图；实线为亮度分布，虚线为发光强度分布。,均匀扩散材料表面的亮度公式计算： 朗伯余弦定理,反射材料,透射材料,定向扩散材料 某些材料同时具有定向和扩散两种性质。它在定向反射(透射)方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。这种材料的亮度和发光强度分布见图。图中实线表示亮度分布，虚线表示发光强度分布。这种材料如：有光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面等。,视度及其影响因素,人们看物体的清楚程度叫着视度。视度受以下因素的影响 亮度 当物体发光或反光时，人们才能看见它。实验表明：人们能看见的最低亮度叫最低亮度阈，最低亮度阈仅 。若亮度

9、过大，超出眼睛的适应范围，眼睛的灵敏度反而会下降，当物体亮度超过 时，人们就感到刺眼。 以感到“满意”的人所占的百分数为统计结果，符合正态分布。最大百分比在150030001x之间。,物件尺寸 物体尺寸以及眼睛至物件的距离均影响人们观看物件的视度。物件尺寸 d、眼睛至物件的距离 l、形成视角 ，其关系如下,（单位：分或 ）,亮度对比 亮度对比是视野中目标和背景的亮度差与背景亮度之比。符号为C。 亮度差越大，视度也高,式中： 目标亮度； 背景亮度。,视功能曲线,视功能曲线,视功能实验表明：物体亮度、视角大小、亮度对比三个因素对视度的影响是相互有关的。图所示辨别几率为95%时，三个因素之间的关系。

10、 曲线表明： 从同一根曲线来看，观看对象在眼睛处形成的视角不变时，若亮度对比下降，则需要增加照度才能保持相同视度。 不同的曲线(表示在不同视角时)，目标愈小(视角愈小)，需要的照度愈高。 天然光(实线)比人工光(虚线)更有利于视度的提高。但在观看大的目标时，这种差别不明显。,光基本量的定义、符号、单位、公式,光基本量的定义、符号、单位、公式,某房间墙壁用乳胶漆饰面，其反射比=0.7，已知墙面平均照度为E=50lx，求墙面平均亮度。 【解】：由公式,因为,L = 35 ast,【例1】,【例2】,直径为250mm的乳白玻璃球型灯具，内装一只100W的白炽灯，已知这种白炽灯的光通量为1250lm，

11、若灯罩的总透光比为0.60，求灯罩的表面亮度。 【解】：由公式,【例3】,如图，有两个扁圆吸顶灯，距工作面4.0m，两灯相距5.0m。工作台布置在灯下和两灯之间。如光源为100W白炽灯，求P、F两点的照度。(不计反射光影响)。,问题讨论,1. 在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来（ ）光最明亮。 A、700nm红光 B、510nm蓝绿光 C、580nm黄光 D、555nm黄绿光 2.下面关于光的阐述中，（ ）是不正确的 A、光是以电磁波形式传播 B、可见光的波长范围为380780 nm; C、红外线是人眼所能感觉到的 D、紫外线不是人眼所能感觉到的,问题讨论,3. 关于漫反射材料特性叙述中，（ ）是不正确的 A、受光照射时，它的发光强度最大值在表面的法线方向 B、受光照射时，从各个角度看，其亮度完全相同 C、受光照射时，看不见光源形象 D、受光照射时，它的发光强度在各方向上相同 4.将一个灯由桌面竖直向上移动，在移动过程中，不发生变化的量是（ ） A、灯的光通量 B、灯落在桌面上的光通量 C、受光照射时，看不见光源形象 D、桌子表面亮,