建筑光学复习要点.doc

建筑光学复习要点
第2．1章 建筑光学基本知识
一、光的特性与基本光度单位
光的特性：光指的是以电磁波形式传播的辐射，可见光波长为380nm～780nm；在明亮的环境中，人眼对波长为555nm的黄绿色光最敏感，在较暗的环境中，人眼对波长为507nm的蓝绿色光最敏感。
基本光度单位：光通量、发光强度、照度和亮度
光通量Φ ——单位时间内发出的可见光的能量，单位lm，Φ= Km∑Φe(λ)V(λ)
发光强度Iα ——光源在该方向单位立体角内所发出的光通量，单位cd，Iα=dΦ/dΩ
照度E ——光源落在单位被照面上的光通量，单位lx，E=dΦ/dA，1fc= 10.76lx
普通白炽灯在桌面上的照度为几十1x；阴天中午室外照度约1万1x。
亮度Lα ——发光表面在视线方向上单位投影面积上的发光强度，单位cd/m2，
Lα=Iα / (A·cosα)，荧光灯管亮度0.8-0.9sb，白炽灯几百sb，天空亮度约1sb，太阳20万sb
基本光度量间的关系：平方反比余弦定律 E =Iα· cosi / r2 ; 立体角投影定律E=Lα·Ω·cosi
发光强度与观测点的距离无关；照度与距离的平方成反比。
二、装饰材料的光学性质
光在传播过程中遇到介质 (如玻璃、墙等) 时，会发生反射、吸收和透射现象。
规则（定向）反射：光线射到光滑的不透明材料表面时发生，玻璃镜、磨光的金属等。
反射亮度和反射发光强度为，Lρ=L·ρ，Iρ=I·ρ
规则（定向）透射：光线照到光滑的透明材料上时发生。玻璃、有机玻璃等。
透射亮度和透射发光强度为，Lτ=L·τ，Iτ=I·τ
漫反射（均匀扩散反射）：大部分粗糙、无光泽的建材将入射光线均匀地向半空间反射，石膏、粉刷和砖墙等，材料表面的发光强度Iθ=I0cosi，扩散亮度Lρ=E·ρ/π（cd/m2）
漫透射（均匀扩散透射）：半透明材料使入射光线均匀地向半空间透射，乳白玻璃、半透明塑料等，透射亮度Lτ=E·τ/π（cd/m2）= E·τ（asb）
混合反射和透射：混合（定向扩散）反射材料如油漆、较粗糙的金属表面等；
混合（定向扩散透射）透射材料如磨砂玻璃等。
典型材料的反射、透射系数：普通玻璃τ=0.82，磨砂玻璃τ=0.60，白乳胶漆表面ρ=0.84；灰色水泥砂浆表面ρ=0.32，安装压花玻璃时压花面应朝内，磨砂玻璃时毛面应朝内。
三、视觉基本特性和适度影响因素
明视觉和暗视觉：锥状细胞在明视觉（约3.0cd/m2以上的亮度水平）起作用；杆状细胞在暗视觉（约0.03cd/m2以下的亮度水平）起作用。
明适应和暗适应：明适应时间约25min，暗适应时间约2min。
人的视野范围：水平面180o，垂直面向上为60o，向下为70o，观看物件时视线周围30o范围视觉较清楚。
影响人眼视度的主要因素：视度是观看物体时的清晰程度，与物体的亮度、物体尺寸或视角、亮度对比、观看时间和眩光有关。
眩光：在视野范围内出现亮度极高的物体或亮度对比过大时，可引起人眼不舒适的感觉或造成视度下降的现象。由形成过程看分为直接和反射眩光；从影响程度看分为失能眩光和不舒适眩光
四、颜色基本知识
光源色温Tc：指当光源的颜色和一完全辐射体(黑体)在某一温度下发出的光色相同时，完全辐射体的温度。高色温Tc＞5300K；中间色温Tc=3300～5300K；低色温Tc＜3300K。
光源的显色指数Ra：指物体在待测光源下的颜色与它在参照光源下的颜色相比的符合程度。Ra=80～100，显色性优良； Ra=50～79，显色性一般；当Ra<50，显色性较差。
颜色的表色体系：孟塞尔体系和CIE色度体系。
颜色的三个基本属性：色调、明度和彩度。

第2．2章 天然采光
一、光气候（天然光特性）
天然光的组成：太阳直射光和天空（漫射）光。
晴天：天空最亮处在太阳附近，最低值在与太阳呈90o处，建筑物朝向对采光影响很大。
阴天：全云天只有天空扩散光，天顶亮度是地平线附近天空的3倍。
影响天然光（室外照度）的因素：太阳高度角、云量、云状、日照率、地理纬度和海拔。
我国光气候特征：南方以扩散光为主；北方以直射光为主，四川盆地全年平均照度最低。
光气候分区：采光标准将我国划分为I～V个光气候区，不同光气候区，选择相应的光气候系数K（Ⅰ-0.85-6000，Ⅱ-0.9-5500，Ⅲ-1.0-5000， Ⅳ-1.1-4500，Ⅴ-1.2-4000）。
采光系数C：是指室内给定水平面上某一点由全阴天天空光所产生的照度（En）与同一时间、同一地点，在室外无遮挡水平面上由全阴天天空光所产生的照度（Ew）的比值。
采光系数标准值——
采光标准是将视觉工作分为I～V级，并规定各等级天然光照度最低值分别为250，150，100，50及25lx。如北京精密加工车间，工作面天然光照度为250lx，其采光系数是5%。
室内完全利用天然光工作时的室外天然光最低照度为“临界照度”，其值为50001x。顶部采光采用平均值Cav，侧面采光用采光系数最低值Cmin。
北京为Ⅲ区，K=1.00，室外临界照度5000lx；重庆为Ⅴ区，K=1.20，室外临界照度4000lx。要取得同样照度，Ⅰ区开窗面积最小，Ⅴ区开窗面积最大，在重庆修建车间，其窗口面积要比北京增加20%。
二、采光口形式及特性
采光口形式：侧窗、天窗及混合采光。
侧窗——
优点为光线方向性好，利于形成阴影；适于观看立体物体；可观看室外景观。
缺点为照度分布不均匀；进深水平照度下降快；易形成眩光。
侧窗的形状、位置、开口面积及朝向都会影响采光效果。
同面积的不同形状窗口的采光量顺序是正方形＞竖长方形＞横长方形；
照度均匀性看，竖长方形沿进深方向均匀性最好，横长方形沿宽度方向较均匀；
侧窗的朝向对室内光分布影响较大。
改善措施：将侧窗处外墙做成喇叭口状，或用双侧窗、高侧窗提高采光均匀性；采用倾斜顶棚，反光板，扩散透光玻璃提高采光进深；利用窗帘、百叶减小窗眩光。
天窗——
相对侧窗而言，采光量较大且照度分布较均匀。
在采光系数相同的条件下，平天窗的开窗面积最小；纺织织布车间采光设计时，宜选用锯齿形天窗，方向一般朝北。
多跨厂房在采用矩形天窗时，为了保证采光均匀度的规定，相邻两天窗中线间距不宜大于工作面至天窗下沿高度的2倍；为了防止相邻两跨天窗的互相遮挡，一般天窗宽度取建筑跨度的1/2。
三、采光设计与计算
采光标准和采光质量——
采光标准是规定各级视觉工作的室内最低天然光照度值及其采光系数标准值。
采光质量要求：采光均匀度（采光系数的最小值与平均值之比）不低于0.7；表面合适的光反射比；眩光限制；避免遮挡和阴影。
采光口窗地面积比：教室、阅览室侧面采光的窗地比为1/5；住宅建筑的窗地比为1/7。
采光设计实例（学校教室、美术馆）——
普通教室课桌面上的采光系数最少为2%(Ⅲ级，300lx)，照度均匀，无阴影和眩光。
美术展览馆要求：适宜的照度（C<1%）；避免直接眩光（窗口应处在视野范围以外，参观者的眼睛到画框边缘和窗口边缘的夹角应大于14o）；避免一、二次反射眩光（对面高侧窗的中心和画面中心连线与水平线的夹角应大于50o）；墙面应采用中性色调，其反射比应取0.3左右；展品照度应高于参观者照度，观看展品的最佳距离应为展品高度的1.5-2倍。
采光计算（利用图表法）——
先确定无限长带形窗洞的采光系数，然后根据房间尺寸和遮挡、窗口材料和表面污染度、承重结构形式、室内表面反光程度等条件，加以修正得到侧窗采光采光系数最低值或天窗采光平均值。
采光系数大小与房间尺寸、采光口形式、室内表面光反射系数有关；
单侧窗的采光计算点取在典型剖面上距窗口对面内墙1米处；
双侧窗窗口的尺寸如果相同，采光计算点取在房间中点处。

第2．3章 建筑照明
一、电光源的种类、特性
电光源的种类：热辐射光源（白炽灯、卤钨灯）；气体放电光源（低压荧光灯、高压汞灯、金属卤化物灯、钠灯）；固体发光光源（LED）
人工电光源主要技术性能指标：光通量；发光效率；寿命；平均亮度：光源色温和显色指数。低压钠灯的发光效率最高，比白炽灯高10倍。
电光源的使用场所：要求瞬时启动或调光的场所，宜采用白炽灯或卤钨灯，如商店橱窗、旅馆及影剧院；高大的空间场所应选择高强度气体放电灯如金属卤化物灯，如体育场馆；高压钠灯仅适宜于辩色要求不高的道路及库房。
二、灯具的光特性与分类
灯具的光特性：配光曲线、遮光角、灯具效率
配光曲线是把灯具各方向的发光强度以极坐标形式绘制在平面上；
遮光角指光源下端和灯具下端的连线与水平线的夹角，要求在15o～30o之间；
灯具效率指灯具发出的光通量与光源发出的总光通量之比，通常不应低于55%。
灯具的分类：按光通量在空间上、下半球的分布可分为直射型、半直射型、均匀扩射、半间接型和间接型灯具。在医院病房中，宜采用漫射型灯具，办公室宜采用直接型灯具。
三、室内工作照明设计
照明方式（灯具在空间的分布方式）：一般照明；分区一般照明；局部照明；混合照明。
开敞式办公室宜采用分区一般照明，工业建筑与照度要求较高的民用建筑(如图书馆)中宜大量采用混合照明。
照明设计标准：照度标准和照明质量。
照度标准值是指工作或生活场所参考平面（0.75m水平面）上的平均照度值；
照明质量要求——照度均匀度（工作区不小于0.7）；眩光限制（不舒适眩光用统一眩光值UGR评价，三种眩光的控制方法）；光源颜色（适宜的色温和显色性）；适当的反射比；光线的方向性（避免阴影或造型需要）；照度的稳定性；消除频闪。
典型建筑照明设计标准的规定：
学校教室桌面照度300 lx；住宅起居室活动区100lx；阅览室、办公室、商店照度300lx；体育馆地面照度为750lx；
住宅中卧室和餐厅的照明宜选用低色温光源（Tc＜3300K）；对于客房、卧室、绘图室等辨色要求高的场所（Ra≥80）；
一般照明时照度的均匀度不宜小于0.7，临近区域不小于0.5；分区一般照明时，通道和非工作区的照度值不宜低于工作面照度的1/3；混合照明时，一般照明的照度为总照度的5-15%，且不低于30lx。
应急照明：疏散照明地面平面水平照度不宜低于0.5lx；安全照明照度不得低于一般照明的5%；备用照明的照度不宜低于一般照明照度的10%。
光源与灯具的选择：在教室照明中，宜采用细管荧光灯，并将荧光灯管的长轴垂直于黑板布置，以减小直接眩光的干扰；商店基本照明采用细管荧光格栅灯具，重点照明用卤钨灯、白炽灯、小型金卤灯做投光灯使用；博物馆珍品陈列室照明宜采用无紫外线管型荧光灯。
四、照明计算
利用系数：灯具的利用系数表示有效光通量Φu与照明设施总光通量NΦ之比值。照明计算可采用利用系数法求水平工作面的照度，计算公式为
影响利用系数的因素：灯具的类型和照明方式；灯具效率；房间的尺寸；室内各表面光反射比。
五、室内环境照明设计
室内环境照明设计要求：照明与建筑（使用要求、空间尺度和结构形式）相结合，对光分布、光的明暗构图及室内装修统一的规划，达到预期的艺术效果。
室内环境照明时灯具的处理方法：单个灯具；灯具群；“建筑化”大面积照明。
室内环境照明设计原则：空间亮度的合理分布、强调照明技术（扩散照明、直射光照明、背景照明、墙泛光）的应用、造型的需要（对立体物件，光线应以扩散光为主，辅以直射光且直射光从前上方照射最佳）。
六、室外环境照明设计
夜间建筑立面的照明方式：轮廓照明、泛光照明、内透光照明。
七、照明节能的原则与方法
照明节能的一般原则：在保证照明质量的前提下节能，采用照明节能的措施并选择高效节能的光源与灯具。
照明节能的评价指标：照明功率密度值LPD。