第一章 室内光环境概述

第一章室内光环境概述1.1基本光学知识光是一种电磁波光的传播实际是电磁波的传播。作为一种波，它向外辐射能量.1.1.1光的特性光源的光谱（光源中含各种波长成分的情况）较短的波长为主较长波长为主1.可见光的范围单色光：只有单一波长成分的光复色光：含有两种以及两种以上波长成分的光红橙黄绿青蓝紫不同的波长，其光的颜色也各不相同红橙黄绿青蓝紫1.1.2光的度量光通量物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。定义：光源在单位时间内发出的光(波长380－780nm)的总量。单位:流明(lumen，lm)。人眼在观看同样功率的辐射时,在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光效率V()来表示。40W白炽灯350lm40W荧光灯2100lm发光效率定义：电源所发出的光通量与其所消耗的电功率的比值称为发光效率。Plm/W白炽灯10-15卤素灯15-25金卤灯60-100高压钠灯100－130荧光灯60-100LED60-120光效η单位：lm/W光效是指电能转换成光能的效率。1.1.2.2发光强度发光强度：表示光源光通量的空间密度定义：光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。单位：坎德拉(candela,cd)ddIds光通量相同，发光强度却不同1.1.2.3照度E定义：受照物体表面单位面积所接受到的光通量。表示被照面被照射的程度。表达式：单位：勒克斯(lux,lx)，相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。AE300Lux房屋里2500Lux窗内10Lux在地窖里6000Lux在蓬下100000LuxI阳光下10000Lux阴影处光源的发光强度与被照面的照度关系已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度：En＝I/r2再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：E=Ensin=(I/r2)sin线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。原理相同。IEr照度国际照明委员会CIE对不同作业和活动推荐的照度作业或活动类型照度范围(lx)室外入口区域20~30~50短暂停留交通区50~75~100衣帽间、门厅100~150~200讲堂、粗加工200~300~500办公室、控制室300~500~750缝纫、绘图、检验室500~750~1000辨色、精密加工和装配750~1000~1500手工雕刻、精细检验1000~1500~2000手术室、微电子装配20001.1.2.4亮度L定义：正在发光体(或反光体)表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，单位：坎德拉cd/cm2主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16cd/cm2以下的亮度！亮度和照度有何区别？照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高亮度表达式cosAIL当量面积AcosI1.2光与室内环境的关系视觉：是因光作用于视觉器官，经由整个视觉系统加工后而产生，即视觉依赖于光。明视觉、暗视觉与中介视觉视网膜是人眼感受光的部位，网膜上的视细胞层包括杆细胞和锥细胞视杆细胞：Rodcells主要分布在中央窝周围及视网膜的边缘仅在暗处起作用，接受微弱光线刺激，分辨物体明暗和轮廓，不分辨细节和颜色。几十个连接到一个双极细胞，含视紫红质一种感光色素获得对光的高度灵敏，但降低了分辨率视椎细胞：Conecells主要分布在网膜中央凹仅在中等和强的光亮条件下起作用，能分辨颜色和细节。一对一或几个对一个连接到双极细胞，含红色、感绿色、感蓝色三种感光色素感光灵敏度低，分辨率高中介视觉亮度在10-2~10坎德拉/米2时，杆细胞和锥细胞同时起作用，称为中介视觉。暗视觉视杆细胞对光的敏感性高，能接受微弱光线的刺激；不能分辨物体的细节和颜色，只能分辨出物体的形状和明暗；往往几十个连在一起向视神经输送信息；适合在暗条件下工作（亮度10-2坎德拉/米2）。明视觉锥体细胞对光的敏感性差，对微弱光线不敏感；能分辨物体的细节和颜色；与视神经一对一连接输送信息；适合在明亮条件下工作（亮度10坎德拉/米2）。因为锥体细胞都分布在视网膜中央窝附近，所以正对眼睛的物体看得最清晰1.2.1.3明适应和暗适应1.2.1.4视力1.2.1.5后像后像定义：视觉不会瞬时产生，也不会瞬时消失，特别是在高亮度的闪光之后往往还能感到有一连串的影像，称为后像。正后像电影负后像高亮光之后眼前一黑1.2.1.6眩光眩光定义：当视野内出现高亮度的光时,使眼睛不能完全发挥机能，这种现象成为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，也就降低了眼睛的视觉敏感度。失能眩光：造成视觉降低。如白天眼睛正视太阳，太阳光直射工作面、夜间眼睛正视迎面而来的汽车灯光。不舒适眩光：一个很大的高亮度光源在接近视线的高度上，虽不会降低视力，但会引起视觉上的不舒适。如看阳光下的积雪等。眩光产生的原因不恰当的自然采光口，不合理的光亮度，不恰当的强光方向，都会在室内造成眩光现象。可能产生眩光的地方玻璃办公桌面局部照明的展板不恰当的工作面照明黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。光污染玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附件建筑的室内光环境。复习思考题表示光强弱的物理量有哪些？光通量，单位：lm流明;发光强度,单位:cd,坎德拉亮度，单位：cd/m2,坎德拉/米2照度，单位：流明/米2色彩的意义远观颜色，近看花人观察物体时，视觉神经对色彩反映最快，其次是形状、空间位置，最后才是细节。1.2.2光与颜色色表：光源的表观颜色，以色温来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。以绝对温K（Kelvin，或称开氏温度）为单位（K=℃+273.15）。光源的质量有色表和显色性决定。根据MaxPlanck的理论，将标准黑体加热，温度逐渐升高，光度亦随之改变；CIE色座标上的黑体曲线（Blackbodylocus）显示黑体由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的过程。一天当中阳光的光色亦随时间变化：日出后40分钟光色较黄，色温3,000K；正午阳光雪白，上升至4,800-5,800K，阴天正午时分则约6,500K；日落前光色偏红，色温又降至纸2,200K。光源色温北方晴空8000-8500k阴天6500-7500k夏日正午阳光5500k金属卤化物灯4000-4600k下午日光4000k冷色营光灯4000-5000k高压汞灯3450-3750k暖色营光灯2500-3000k卤素灯3000k钨丝灯2700k高压钠灯1950-2250k蜡烛光2000k标准白光A光源：相当于钨丝灯在2800K、发出色温为2854K的光；B光源：接近正午直射的阳光，色温为4800K；C光源：相当于白天的自然光，色温为6800K;D65光源：相当于白天的平均光照，色温为6500K；E光源：假想的一种等能白光，色温为5500K.光源色温与冷暖感光的冷暖界限是以其色温与日光的色温的比较而产生。情绪感觉积极色：暖色调＋高亮度消极色：冷色调＋低照度温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果可达3~4℃大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重设计时采用与实际感觉相反的光源来增加舒适感。显色性光源的显色性：在光源对它照射物体颜色的影响，物体颜色与日光照射下，在视觉上的失真程度。显色指数Ra：（0~100；白炽灯100）只灯泡的显色指数是彩色物体被该灯泡发出的光照明时彩色被显示的真实程度。景物的彩色某一景物的彩色，是该景物在特定的光源照射下所反射（或透视）的光谱成分，作用于人眼而引起的视觉效果。例：阳光照射蓝布-----蓝色很鲜艳白炽灯照射蓝布-----蓝色不鲜艳绿灯照射蓝布-----蓝色变黑色光色与物体色的关系光是人们感觉所有物体形态和颜色的唯一物质。色是由物体化学结构所决定的一种光学特性。所以光是产生色彩和形成色觉的物理基础。即颜色来源于光。不同的光作用在物体表面后会发生不同的反映。光作用在透明物体上，除部分光被反射、吸收外，相当部分的光能透过物体，物体的颜色由透过物体的光谱成分决定。光作用在不透明物体上时，物体的颜色则由反射的光谱成分决定。“色从光而来，色随光而变。”三色学说1801年由英国医生、物理学家托马斯杨提出，后由德国的生理、物理学家赫姆霍尔兹补充、验证。杨认为人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经，赫姆霍尔兹验证人的视网膜上有感红、感绿、感蓝三种细胞，感受的峰值为680nm,540nm,430nm。光谱的不同部分（不要求有连续光谱）引起三种细胞不同比例的兴奋，根据三种细胞不同比例的兴奋程度，人的大脑形成不同的色觉。光色的混合物体色的混合光色的混合遵循减法混色原理。补色律黄+蓝=白中间色率中间色倾向于比重大的光色替代律色表相同的光在混合中效果相同亮度叠加率亮度累加光与空间空间的存在与感受依赖于光。光不能改变空间本身，但可以造成错觉，改变人对空间的设计中，通过对光照度、光通量分布、光源位置、光的透射角度等来美化和改善空间。感受。别让你的眼睛欺骗了你吆！魔幻三角模型这样的三角模型可能存在吗？疯狂的螺帽疯狂的螺帽：你知道直钢棒是怎样神奇地穿过这两个看似乎成直角的螺帽孔的吗？光的传播特性光遇到介质会发生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看见。c=++c光与室内装饰材料镜面反射常见材料——玻璃镜面，磨光的金属、石材。节能灯具利用镜面反射控制光强分布和提高光源利用率。定向扩散反射冲砂、酸洗、锤点处理的毛糙金属表面漫反射和均匀漫反射粉刷涂料、乳胶漆、无光塑料墙纸、陶板面砖等。混合反射规则反射和定向反射共同存在光亮的陶瓷材料的光透射玻璃、晶体、某些塑料、纺织品、水等规则透射：透明材料——清晰看到光源和物象定向扩散透射：磨砂玻璃——光源模糊的物象均匀漫透射：乳白玻璃——透光面亮度均匀，看不到光源和物象，常用于灯具滤光片。1.3室内光环境的意义室内光环境包括自然采光和人工照明。人工照明特点不受光气候影响不受建筑设计影响控制方便需要消耗大量电能增加夏天空调负荷天然采光特点节能视觉效果好，不易导致视觉疲劳健康，连续的单峰值光谱满足人的心理和生理需要难度大，受光气候条件和建筑设计制约采光与遮阳有矛盾有无采光窗的心理影响人工照明效果天然采光效果室内光环境的意义满足空间的使用功能增加空间的审美趣味