《建筑环境学》第六章.ppt
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1、6-1光的性质与度量6-2视觉与光环境6-3天然采光6-4人工照明6-16-1一、基本光度单位及相互关系一、基本光度单位及相互关系二、光的反射与透射二、光的反射与透射第六章 建筑光环境光的性质:光是以电磁波形式传播,并能被人眼所感到的那一部分辐射能,波长范围为380780nm,不同波长的光在视觉上形成不同的颜色;红色:0.780.63m;橙色:0.630.59m;黄色:0.590.56m;绿色:0.560.49m;蓝色:0.490.45m;紫色:0.450.38m光的三层含义:可见光必须要有良好的视觉器官;三是二者相互作用引起的视觉效果第一节光的性质与度量6.1.16.1.16.1.16.1.
2、1基本光度单位及相互关系基本光度单位及相互关系基本光度单位及相互关系基本光度单位及相互关系一、光通量:1、辐射通量(辐射功率):单位时间内辐射体辐射的能量称辐射通量。2、光通量:光源在单位时间内发射出的以人眼感觉为基准的能量,换句话说,就是在可见光范围内辐射出的并被人眼感觉到的辐射通量。3、光通量物理意义及表示方法:光通量表明了光源的发光能力。光通量用表示,单位为流明(lm)。二、发光强度二、发光强度l1、定义:l光通量的空间密度,称发光强度。l2、发光强度物理意义及表示方法:l发光强度表征光源发出的光通量在空间的分布状况。l发光强度用I表示l单位为坎德拉(cd)。l有一个空心球体,半径为r;
3、l球心O处有一点光源;l球表面ABCD的面积为S;l此点光源向S面上发出lm的光通量;lS面在球心O形成的角称为立体角;l立体角用表示,=S/r2(球面度Sr)l设点光源在某方向上的无限小立体角d内发出的光通量为d,则该方向上的发光强度为I=d/d;l在该方向上的发光强度平均值为发光强度平均值为 I=I=/(/(坎德拉坎德拉cdcd);l即1cd=1lm/1Sr,表示:在1球面度立体角内均匀发射出1lm的光通量l例:一只裸露的40W的白炽灯,光通量=350lm,求其平均发光强度.l解:I=/=350/4=28cd三、照度l1、定义:l对于被照面而言,用落在其单位面积上的光通量多少的数值来表示它
4、被照射的程度,称照度。l2、照度的物理意义及表示方法:l照度表征被照面上的光通量密度。l照度用E表示。l提示:照度可直接相加,几个光源同时照射被照面时,其上的照度为单个光源分别存在四、发光强度和照度的关系四、发光强度和照度的关系如图所示:光线垂直入射到被照表面时;表面S1、S2、S3距点光源l分别为r、2r、3r,在光源处l形成的立体角相同,则表面积S1、S2、S3的面积比为它们距光源的距离平方比,即1:4:9。照度E=/S发光强度I=/立体角=S/r2E=I/r2结论结论:某表面的:某表面的照度照度E与点光源在这方向的与点光源在这方向的发光强度发光强度I成正比,成正比,与距点光源的与距点光源
5、的距离距离r的平方成反比。的平方成反比。此为计算点光源产生照度的基本公式,称距离平方反比定律此为计算点光源产生照度的基本公式,称距离平方反比定律当光线不是垂直入射到被照表面,即入射角不为当光线不是垂直入射到被照表面,即入射角不为零时;零时;l如图所示:lS2与S1两平面,成角;lS1的法线与光线重合,lS2的法线与光源射线成角;E2=E1cos=E1S1=E2S2S2=S1/cos又又E1=I/r2E2=cosIr2结论:结论:表面法线与光线成表面法线与光线成角处的照度,是随它至点光源的距离平方成反比,与光源在方向的发光强度和入射角的余弦成正比。提示:距离平方反比定律适用于点光源。距离平方反比
6、定律适用于点光源。当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时,该光源可被视为点光源例:例:如图所示:在桌上2m处挂一40W白炽灯,l光通量=350lm,求灯下桌面点1处照度lE1,及点2处照度E2l解:I=/=350/4=28cdE1=cosIr121=cos02822=7.5lxE2=5.37lxE2=cosIr222=cos22822+12cos2=2/1222=0.9L=dIdScos五、亮度l1、物理亮度:l(1)定义:物体在视线方向单位面积上发出的发光强度。具体的说,就是物体在视线方向上的发光强度越大,该物体表面在视线方向的亮度越大。l(2)表达式:l其中:发光面法线与视线方向夹角即该物体
7、亮度与该物体在视线方向上的发光强度成正比,与该物体在视线方向上的投影面积成反比。物理亮度的常用单位为:坎德拉每平米(cd/);又称尼脱(nt)它表示1表面上,沿法线方向发出1坎德拉的发光强度2、主观亮度:结论:相同的物体表面亮度,在不同的环境亮度时,产生不同的亮度感觉.l定义:人们主观感受到的物体明亮程度。1)与物体的物理亮度有关;2)与我们所处的环境的明暗程度有关;6.1.2光的反射与透射l光在传播过程中,遇到介质时(如玻璃、空气、墙),会发生反射、透射与吸收现象。l若入射光通量为;设被反射部分为;被吸收部分为;被透射部分为;l=+l+=1l光通量经过介质反射和透射后,光的分布变化取决于:材
8、料表面的光滑程度;材料内部分子结构(一)定向反射和透射材料l1、定向反射:l光线照射到表面很光滑的不透明材料上,会出现定向反射现象。(如:玻璃镜等)l有如下特点:1)光线入射角等于反射角;2)入射光线、反射光线及反射表面l的法线处于同一平面;A镜面光源2 2、定向透射:、定向透射:光线射到透明材料上,会产生定向透射。如果材料的两个表面彼此平行,则透过材料的光线方向与入射方向保持一致。(如:平面透明玻璃)(二)均匀扩散反射、透射材料(二)均匀扩散反射、透射材料l半透明材料使入射光线发生扩散透射;l表面粗糙的不透明材料使入射光线发生扩散反射,使光线分散在更大的立体角范围内。l1、均匀扩散材料:l定
9、义:将入射光线均匀地向四面八方反射或透射,并且,从各个角度看,其亮度完全相同,看不见光源形象,这类材料被称为。l均匀扩散材料包括:1)均匀扩散反射材料:如:氧化镁、石膏、及大部分无光泽、粗糙的建筑材料。2)均匀扩散透射材料:如:乳白玻璃、半透明塑料等。常将它们用于:灯罩、发光天棚处,以降低光源亮度,减少刺眼程度。三、定向扩散反射、透射材料三、定向扩散反射、透射材料同时具有定向和扩散两种性质这种材料在定向反射(或透射)方向,具有最大的亮度,而在其他方向也有一定亮度.l具有这种性质的反光材料包括:光滑的纸、油漆表面等l透光材料包括:磨砂玻璃等均匀扩散材料表面的亮度:均匀扩散材料表面的亮度:l对于反
10、射材料:L=E/(cd/)l对于透射材料:L=E/(cd/)一、眼睛与视觉特征 l二、颜色对视觉的影响 6-26-2l6.2.1眼睛与视觉特征(一)眼睛的构造与亮度阈限第二节 视觉与光环境l2、亮度阈限在视觉研究中,将背景亮度Lb=0时,眼睛所能识别的临界亮度称作视觉的绝对光阈。l里科定律:亮度面积=常数l邦森-罗斯科定律:亮度中心视野:在视轴1范围内,具有最高的视觉灵敏度,能分辨最细小的细部,称。从视野中心往外30范围,视觉清晰度最好,称“近背景视野”,这是观看物体总体时最有利的位置.(二)视野和视场(二)视野和视场l1、视野:l观察者正视前方时,头和眼睛都保持不动时,这样所察觉到的空间范围
11、称。l视野分:l单眼视野:水平方向180;垂直方向:向上60,向下70l双眼视野:水平方向120;垂直方向:向上60,向下702、视场:l观察者头部不动但眼睛可以转动,这样所看到的空间范围称。l l(三三)临界亮度对比度与对比敏感度临界亮度对比度与对比敏感度 l对比即为,观看对象与和其背景之间的亮度差异。l差异越大,视度越高。用亮度对比度表示为:lC=L/Lbl式中:L物件和背景的亮度差lLb背景的亮度 =tg1dldl=3340分dl=弧度视觉敏锐度(医学上称视力):人凭借视觉器官感知物体的细节和形状的敏锐程度。(五)视觉速度:(五)视觉速度:1、识别时间:从发现物体到辨别物体细节需要一定的
12、时间,称。2、视觉速度:识别时间的倒数,称。(六)视觉适应(六)视觉适应(四)视觉敏锐度(四)视觉敏锐度l视角:物体的大小对眼睛形成的张角,称为视角6.2.3视觉功效与舒适光环境要素l一、视觉功效l人借助于视觉器官完成视觉作业的效能,称。l它主要取决于作业的大小、形状、位置和所处的光环境,主要与视角、照度、亮度对比系数和识别时间有关。l识别几率在95%时,照度、视角、亮度对比系数三者之间的关系。结论:(1)同一曲线(视角)表明对比与亮度的关系。对比下降需要增加照度才能保持相同视度。(2)不同曲线表示不同视角,物件越小,需要的照度越高。(3)天然光比人工光更有利于视度的提高。(二二)合理的照度分
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