建筑光学-PowerPointPresentation

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（Luminousenvironment）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：φ单位：lm40W白炽灯，Ф=350lm40W荧光灯，Ф=2200lm计算公式或式中φ——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)=0.78φ589=683×0.78×10.3=5484lm发光强度立体角的概念=S/r2sr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，α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8000～200001x；晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000～120000lx。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I0~25°=30cd，I25~45°=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cos2rIE5.70cos230cos221rIElxrIE4.55.26cos1225cos222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，α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：228.025.497.05.02cos122243.025.45.0cosiEw=10000×0.228×0.243=555lx天窗：411cosiEm=10000×0.25×i=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：①光线入射角等于反射角；②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。①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；②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、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1500～30001x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。曲线表明：①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。②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。③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、公式名称定义符号单位公式光通量发光强度照度亮度反射比透射比吸收比光基本量的定义、符号、单位、公式名称定义符号单位公式光通量光源发出光的总量φ流明（lm）φλ=680V(λ)Pλ发光强度光源光通量在空间的分布密度Iα坎德拉（cd）Iα=dφ/dω照度被照面接收的光通量E勒克斯（lx）E=dφ/dA亮度光源或被照面的明亮程度Lα坎德拉每平方米(cd/m2)Lα=Iα/(A·cosa)反射比被照面反射光通量和入射光通量之比ρ无量纲ρ=φρ/φ透射比被照面（物）透射光通量和入射光通量之比τ无量纲τ=φτ/φ吸收比被照面（物）吸收光通量和入射光通量之比α无量纲α=φα/φ某房间墙壁用乳胶漆饰面，其反射比ρ=0.7，已知墙面平均照度为E=50lx，求墙面平均亮度。【解】：由公式214.11507.0mcdEL因为211mcdastL=35ast【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，若灯罩的总透光比为0.60，求灯罩的表面亮度。【解】：由公式LxAE4.6369125.0412502212176.04.6369mcdEL【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380~780nm;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