建筑光学基本知识.ppt

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1、建筑光学基本知识 建筑光学基本知识 光、眼晴与视觉 基本光度单位及应用 装饰材料的光学性质 照明光源 照明灯具 光 l光的本质： 光是属于一定波长范围内的一种电磁辐射，即电磁波，波长 范围在380-780nm（1nm=10-9m）的电磁波能使人眼产生光感， 这部分电磁波被称为可见光。波长大于780um的红外线、无线电 波；波长小于380um的紫外线，X射线都不能引起人眼的视觉反 应。 l光的颜色： 不同波长的可见光，在人眼中又产生不同的颜色感觉。 紫色蓝色青色绿色黄色橙色红色 380424424455455492492565565595595640640780 眼睛构造 眼睛的光特性 l明、暗

2、视觉范围 明视觉暗视觉中介视觉 1010-2 -2cd/m cd/m 2 2 10cd/m10cd/m 2 2 视觉 状况起作用的细胞最大视觉 响应光谱 特点 明视觉锥状细胞555nm能够辨认很小的细节 ，并且有颜色感觉 中介视觉杆状细胞507nm 1、察觉物体中心凹的部分与察觉边缘 一样容易 2、开始感觉到颜色 3、不同颜色的相对明亮度发生变化，尤其是红 色比蓝色更强 暗视觉锥状细胞、杆状细 胞共同作用 1、只有明暗感觉而无颜色感觉 2、用视觉 中心观察物体时不如眼角观察时清 楚 建筑光学基本知识 眼晴与视觉 基本光度单位及应用 装饰材料的光学性质 照明光源 照明灯具 光通量 l定义: 光源

3、在单位时间内向周围空间辐射出去的并使人 眼产生光感的能量 l计算公式: =683PV 式中 波长为的光通量，流明（lm)； P 波长为的辐射通量（辐射源在单位 时间内发射的能量，单位为）； V 波长为的光谱光效率； 683 最大光谱光效率，对明视觉来说，在 =555nm处，其值为683lm/。 如为多色光，其光通量为各单色光的总和，即 n=1+2+=KmPV 眼睛的光视效能 例例1 1：已知钠光灯发出波长为：已知钠光灯发出波长为589nm589nm的单色光，设其辐射通量为的单色光，设其辐射通量为 10.3W10.3W，试计算其发出的光通量。，试计算其发出的光通量。 例例2 2：已知水银灯发出各

4、种波长单色光的辐射通量值，试计算其光：已知水银灯发出各种波长单色光的辐射通量值，试计算其光 通量。通量。 波长（nm)单色辐射通量P,W光谱光效率V光通量，lm 3652.2- 4064.00.00072 4368.40.018102 54611.50.9487718 57812.80.8897786 6910.90.00765 合计39.8-15613 发光强度 l定义: 光源在空间某一方向单位立体角内所发出 的光通量。 l计算公式: I=/ 式中 I光源在方向上的光强； 球面接受的光通量（lm)； 球面对应的立体角（Sr)，即球 的表面积对球心所形成的角，以表面积 与球的半径平方之比来度量

5、，=A/r2。 光强定义示意图 例例1 1：已知：已知4040和和100100白炽灯泡分别发出白炽灯泡分别发出350lm350lm以及以及1250lm1250lm的光的光 通量，如果没有灯罩，试求其发光强度。通量，如果没有灯罩，试求其发光强度。 照度 l定义: 被照面单位面积上接受的光通量 l计算公式: E=A 式中 E被照面上的照度，勒克斯（lx)； 面积上接受的光通量(lm)； A 接受光通量的面积； 当光源的直径小于它至被照面距离的1/5 时，可把该光源视为点光源。 发光强度与照度的关系 一个点光源在被照面上形成的照度，可从发光 强度和照度这两基本量之间的关系求出。 E=A I= E=I

6、r2 A= r2 上式所讲的是指光线垂直入射到被照表面即入 射角为零的情况。当入射角不等于零时，它与被照 面的法线成角，这时照度E应由 E=(I r2)cos 来进行计算。 点光源发光强度与照度的关系 例例1 1：如图所示，在桌面上方：如图所示，在桌面上方2m2m处挂一带搪瓷伞处挂一带搪瓷伞 罩的罩的40W40W白炽灯，求灯下桌面点白炽灯，求灯下桌面点1 1处照度处照度E E 1 1 ， 及点及点2 2处照度处照度E E 2 2 值。值。 亮度 l定义: 发光体在视线方向单位面积上的发光强度 l计算公式: 由于一个发光体在视网膜上成像所形成的视感 觉与视网膜上物像的照度成正比，物像的照度越大，

7、我们感 觉越亮；而该物像的照度与发光体在视线方向的投影面积成 反比，与发光体在视线方向的发光强度成正比，故有： L=I(Scos) 式中 L发光体沿方向的表面亮度（cd/m2)； I发光体沿方向的发光强度（cd)； Scos 发光体在视线方向上的投影面（m2)； 在所有的光度量中，亮度是唯一直接引起眼睛视感觉的 量。 亮度定义示意 例例1 1：已知：已知40W40W荧光灯管的长度为荧光灯管的长度为1.15m1.15m，灯管直径为，灯管直径为32mm32mm，它，它 发出发出2200lm2200lm的光通量，求灯管的表面亮度。的光通量，求灯管的表面亮度。 例例2 2：已知：已知200W200W白

8、炽灯发出白炽灯发出2920lm2920lm的光通，如外加一个直径为的光通，如外加一个直径为 250mm250mm的乳白玻璃球形灯罩，设乳白玻璃的透光系数为的乳白玻璃球形灯罩，设乳白玻璃的透光系数为0.60.6 ，求灯罩的表面亮度。，求灯罩的表面亮度。 照度与亮度的关系 光源的亮度和该光源在被照面上所形成 的照度之间，由立体角投影定律来宣定量。 该定律适用于光源尺寸比它到被照面的距离 相对圈套的场合。 E=LS1coscosr2 例例1 1：已知某客厅的面积为：已知某客厅的面积为4.4mX5.6m=24.64m4.4mX5.6m=24.64m 2 2 ，该厅天花高为，该厅天花高为 2.6m2.6

9、m，正中装有表面积为，正中装有表面积为1mX1.5m=1.5m1mX1.5m=1.5m 2 2 、亮度为、亮度为 1X101X10 3 3 cd/mcd/m 2 2 的槽灯，试求槽灯的正下方及四个墙角处的照的槽灯，试求槽灯的正下方及四个墙角处的照 度度。 例例2 2：已知某客房间的面积为：已知某客房间的面积为4.4mX5.6m=24.64m4.4mX5.6m=24.64m 2 2 ，该厅天花高，该厅天花高 为为2.8m2.8m，在左墙正中装有表面积为，在左墙正中装有表面积为2mX0.5m=1.0m2mX0.5m=1.0m 2 2 、亮度、亮度 为为0.12X100.12X10 4 4 cd/m

10、cd/m 2 2 的发光平面，又知该房间的工作面离地面的发光平面，又知该房间的工作面离地面 0.8m0.8m。如不考虑天花板及其他各墙面的反射，试求房间正。如不考虑天花板及其他各墙面的反射，试求房间正 中处在工作面上的一点中处在工作面上的一点B B的照度的照度。 各基本物理量之间关系示意图 建筑光学基本知识 眼晴与视觉 基本光度单位及应用 装饰材料的光学性质 照明光源 照明灯具 了解装饰材料的光学性质的意义 l人们在建筑物内看到的光，绝大多数是经墙壁或各 种物件的反射或透射的光。所以，如果选用不同的 装饰材料，就会在室内形成不同的光效果。 l光在传播过程中遇到介质时，其入射的光通量一部 分被介

11、质吸收，一部分被反射，另一部分被透射。 这三部分光通量占总的入射光通量的比例，分别称 为反光系数、吸收系数及透光系数。要做好室 内采光和照明设计，就需要了解各种材料对光的反 射、透射及吸收的特性，同时，还要了解光线经过 这些材料的反射和透射后，在空间分布上有些什么 规律。 常用饰面材料的反光系数 常见透光材料的透光系数 建筑光学基本知识 眼晴与视觉 基本光度单位及应用 装饰材料的光学性质 照明光源 照明灯具 照明光源的性能指标 l光通量： l光效：光源发出的光通量与它消耗的电功率之比。(lm/W) l亮度：光源的亮度是以发光体的平均亮度来表示。(cd/m2) l显色指数：同一颜色的物体，在不同

12、光谱成分的光源照射下，显出不同 的颜色，这一现象称为光源的显色性。一般以显色指数来表征显色性。 l光源的色表：指光源光色与绝对黑体在某绝对温度时发出的光色相近时 ，称该温度为该光源的光色温度，简称色温。(K) l频闪效应：气体放电光源随着电压电流周期性变化，光通也周期性地产 生强弱变化，使人眼观察转动物体时产生不转动的感觉，称为频闪效应 。 l光源寿命： 1、有效寿命：电灯从开始使用至光通量衰减到初始额定光通量的某一百 分比（通常是70%80%）所经过的点燃时数。 2、平均寿命：一组试验样灯从点燃到有50%（50%保持完好）失效所经 历的时间。 l光源的点燃与再点燃时间： 常用照明光源的主要光

13、特性指标 照明光源的分类 各种光源的推荐使用场所 建筑光学基本知识 眼晴与视觉 基本光度单位及应用 装饰材料的光学性质 照明光源 照明灯具 灯具的概念、作用及分类 l概念： 灯具就是光源、灯罩及附件的总称。 l灯罩的作用： 灯罩起着固定与保护光源，控制并重新分配光在空间的 分布，防止眩光等作用。 l灯具的分类： 按灯具的用途可分为功能灯具和装饰灯具两大类。 装饰灯具一般采用装饰部件围绕光源组合而成，它的主 要作用是美化环境、烘托气氛，故将造型、色泽放在首位考 虑，适当兼顾效率和限制眩光等要求。 功能灯具则以控制光在空间的分布来提高光效，降低眩 光影响，保护光源不受损伤为目的，同时也起到一定的装

14、饰 效果。 灯具的配光特性 l含义： 灯具的配光曲线是表示灯具的发光强度在空间分布的状 况，所以又称光强分布曲线。 l运用： 配光曲线上的每一点，表示灯具在该方向上的发光强度 。因此，知道灯具对称计算点的投光角，便可查到相应的 发光强度。为便于比较，配光曲线都是假定光源的光通为 1000lm来绘制的。实际光源发出的光通不是1000lm时，在 配光曲线上查出的发光强度应加以修正，即乘以实际光源发 出的光通与1000之比。然后，再利用距离平方反比定律，即 可求出点光源在计算点上形成的照度。 光强曲线示意图 对称灯具的配光曲线 当灯具的形状是它的轴线旋转体时，其发光强度在空间的当灯具的形状是它的轴线

15、旋转体时，其发光强度在空间的 分布也是和轴线对称的。分布也是和轴线对称的。 非对称灯具的配光曲线 也有一些灯具的形状是不对称的，则需要通过灯具的轴线也有一些灯具的形状是不对称的，则需要通过灯具的轴线 的几个截面上的配光曲线，才能说明该灯具的发光强度在的几个截面上的配光曲线，才能说明该灯具的发光强度在 空间的分布状况。空间的分布状况。 眩光 l定义： 眩光是由于视野内亮度对比过强或亮度 过高形成的。眩光会使人产生不舒适感或使 可见度降低。 l限制眩光的方法： 1、使灯具有一定的保护角； 2、改变安装位置和悬挂高度； 3、限制灯具的表面亮度。 灯具效率 l定义: 灯具的效率是反映灯具的技术经济效果的指标 ，它是指经灯具分配出的光通总量与光源发出的光 通量的比值。 l计算公式： = 式中：灯具的效率； 光源发出的光通量，lm; 灯具向空间投射的光通量，lm。 灯具的分类 国际照明委员会（国际照明委员会（CIECIE）推荐以照明灯具光通量在上下空间）推荐以照明灯具光通量在上下空间 的分配比例进行分类。的分配比例进行分类。 直接型灯具的几种配光曲线 谢谢大家！