北方工業(yè)大學(xué) 建筑光環(huán)境

第四章建筑光環(huán)境建筑光環(huán)境是建筑環(huán)境中的一個(gè)非常重要的組成部分。在生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)場(chǎng)所，良好的光環(huán)境可以振奮人的精神，提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，保障人身安全和視力健康。在娛樂休息、公共活動(dòng)場(chǎng)所，光環(huán)境的首要作用，在于創(chuàng)造舒適優(yōu)雅、活潑生動(dòng)，或莊重嚴(yán)肅的環(huán)境氣氛，對(duì)人的情緒狀態(tài)、心理感受產(chǎn)生積極的影響。好的建筑光環(huán)境應(yīng)盡可能利用天然光源，仔細(xì)考慮窗的面積及方位，并可設(shè)置反射陽光板或光導(dǎo)管等天然光導(dǎo)入設(shè)備；建筑內(nèi)裝修可采用淺色調(diào)，增加二次反射光線，通過這些手段保證獲得足夠的室內(nèi)光線，并達(dá)到一定的均勻度，由此減少白天的人工照明。室內(nèi)照度不可太小但也不能太大，在保證良好的建筑光環(huán)境同時(shí)，降低室內(nèi)照明能耗。4.1室內(nèi)光環(huán)境基本知識(shí)4.2建筑光環(huán)境控制要求4.3天然采光4.4人工照明l光是以電磁波形式傳播，并能被人眼所感到的那一部分輻射能，波長范圍為380～760nm，不同波長的光在視覺上形成不同的顏色;

紅色:0.78～0.63μm;橙色:0.63～0.59μm;

黃色:0.59～0.56μm;綠色:0.56～0.49μm;

藍(lán)色:0.49～0.45μm;紫色:0.45～0.38μm

天空為什么是藍(lán)色的？4.1室內(nèi)光環(huán)境基本知識(shí)一、基本光度單位及其應(yīng)用光環(huán)境的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)離不開定量的分析和說明，需要借助一些物理光度量來描述光源與光環(huán)境的特征。常用的光度量有：光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度和亮度1光通量

/流明(lm)。輻射體單位時(shí)間內(nèi)以電磁輻射的形式向外輻射的能量稱為輻射功率或輻射通量（W），其中被人眼感覺為光的那部分成為光通量。100W普通白熾燈發(fā)出12501m的光通量40W日光色熒光燈約發(fā)出24001m的光通量

2發(fā)光強(qiáng)度I/單位cd

發(fā)光體在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度是該發(fā)光體在該方向上的立體角元內(nèi)傳輸?shù)墓馔砍栽摿Ⅲw角元所得之商，即單位立體角的光通量，其公式為：

或

（均勻照射）3照度/勒克斯lx表面上一點(diǎn)的照度是入射在包含該點(diǎn)的面元上的光通量除以該面元面積所得之商，即（均勻照射）11

幾種情況下的照度發(fā)光強(qiáng)度與照度的關(guān)系如果點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度為I，光源與被照面的距離為r，被照面法線與光線的夾角為則被照面的照度表明：某表面的照度與光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比，與入射角的余弦成正比，與距光源的距離的平方成反比。垂直入射時(shí)，IE某一點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度為1800cd，距地面3m，離天花板1m，天花板的反射系數(shù)為0.5，計(jì)算地面被光源直射和反射的照度已知：I=1800cdd=3mE=?光源直射到達(dá)地面的照度=200lxr=1+1+3=5m經(jīng)天花板反射后到達(dá)地面的照度1m3m反射系數(shù)0.54亮度亮度對(duì)比度：視野中目標(biāo)和背景的亮度差與背景亮度之比。16

亮度和照度有何區(qū)別？

照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高l坎德拉是我國法定單位制與國際SI制的基本單位之一，其它光度量單位都是由坎德拉導(dǎo)出的，1979年第10屆國際計(jì)量大會(huì)通過坎德拉定義如下：“一個(gè)光源發(fā)出頻率為540X1012Hz的單色輻射，若在一定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W/sr，則光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd”l在國際單位制和我國規(guī)定的計(jì)量單位中，光通量是一個(gè)導(dǎo)出單位。1lm是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)生的光通量。二、材料的光學(xué)特性在光的傳播過程中，遇到介質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、吸收、透射現(xiàn)象光通量：分別叫反射通量、吸收通量、投射通量。由能量守恒：

分別叫反光系數(shù)、吸收系數(shù)、透光系數(shù)可見

材料可分為兩類：一類屬于定向的，即光線經(jīng)過反射和透射后分布的立體角沒有改變，如鏡子和透明玻璃；另一類為擴(kuò)散的，這類材料使入射光不同程度地分散在更大的立體角范圍內(nèi)。20

定向反射與透射材料：入射角＝反射角，透射方向與入射方向一致

鏡面玻璃

平板玻璃

均勻擴(kuò)散反射、透射材料

粉刷涂料

乳白玻璃反光和透光材料21

定向擴(kuò)散反射與透射材料：與入射角相同的反射角方向上、與入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度

光滑的紙

油漆表面

磨砂玻璃反光和透光材料4.2建筑光環(huán)境控制要求1適當(dāng)?shù)恼斩人?，照度分布?yīng)該滿足一定的均勻性適當(dāng)?shù)恼斩人绞钱?dāng)在某具體工作條件下，大多數(shù)人都能感覺比較滿意而且保證工作效率和精度均較高的照度值。不同工作性質(zhì)的場(chǎng)所對(duì)參考平面的照度標(biāo)準(zhǔn)值要求不同，如學(xué)校建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合下表房間或場(chǎng)所參考平面及其高度照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx）UGRRa教室課桌面3001980實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)桌面3001980美術(shù)教室桌面5001990多媒體教室0.75m水平面3001980教室黑板黑板面500-80其他功能建筑的照度標(biāo)準(zhǔn)值可看參看建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。照度分布應(yīng)該滿足一定的均勻性。照度均勻度指規(guī)定表面上的最小照度與平均照度之比。我國建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：公共建筑的工作房間和工業(yè)建筑作業(yè)區(qū)域的一般照明照度均勻度，不應(yīng)小于0.7，而作業(yè)面鄰近周圍的照明均勻度不應(yīng)小于0.5。房間或場(chǎng)所內(nèi)的通道和其他非作業(yè)區(qū)域的一般照明的照度值不宜低于區(qū)域一般照明照度值的1/3。國際照明委員會(huì)CIE對(duì)不同作業(yè)和活動(dòng)推薦的照度作業(yè)或活動(dòng)類型

照度范圍(lx)室外入口區(qū)域

20~30~50短暫停留交通區(qū)

50~75~100衣帽間、門廳

100~150~200講堂、粗加工

200~300~500辦公室、控制室

300~500~750縫紉、繪圖、檢驗(yàn)室

500~750~1000辨色、精密加工和裝配

750~1000~1500手工雕刻、精細(xì)檢驗(yàn)

1000~1500~2000手術(shù)室、微電子裝配

>2000

2舒適的亮度比人的視野很廣，在工作房間里，除工作對(duì)象外，作業(yè)面、頂棚、墻、窗和燈具等都回進(jìn)入視野，它們的亮度水平構(gòu)成了周圍視野的適應(yīng)亮度。如果它們與中心視野亮度相差過大，就會(huì)加重眼睛瞬時(shí)適應(yīng)的負(fù)擔(dān)，或產(chǎn)生眩光，降低視覺功效。此外，房間主要表面的平均亮度，形成房間明亮程度的總印象；亮度分布使人產(chǎn)生對(duì)室內(nèi)空間的形象感受。所以，室內(nèi)主要表面還必須有合理的亮度分布。在工作房間，作業(yè)鄰近環(huán)境的亮度應(yīng)當(dāng)盡可能低于作業(yè)本身亮度，但最好不低于作業(yè)亮度的1/3。而周圍視野（包括頂棚、墻、窗戶等）的平均亮度，應(yīng)盡可能不低于作業(yè)亮度的1/10。燈和白天窗戶的亮度，則應(yīng)控制在作業(yè)亮度的40倍以內(nèi)。墻壁的照度達(dá)到作業(yè)照度的1/2為宜。為了減弱燈具同周圍頂棚之間的對(duì)比，特別是采用嵌入式暗裝燈具時(shí)，頂棚表面的反射比至少要在0.6以上，以增加反射光。頂棚照度不宜低于作業(yè)照度的1/10，以免頂棚顯得太暗。3適宜的色溫與顯色性光源的顏色質(zhì)量常用光源的色表和顯色性來表征。色表是燈光本身的表觀顏色顯色性是指燈光對(duì)其照射的物體的影響作用。光源的色表常用色溫定量表示：當(dāng)某一種光源（熱輻射光源）的色品與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的色品完全相同時(shí)，完全輻射體（黑體）的溫度就稱為該光源的色溫。符號(hào)Tc，單位為開（K）。當(dāng)某一種光源（氣體放電光源）的色品與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的色品最接近時(shí)，完全輻射體（黑體）的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。符號(hào)為Tcp，單位為開（K）。色表分組色表特征相關(guān)色溫（K）適用場(chǎng)所舉例Ⅰ暖<3000客房、臥室、病房、酒吧、餐廳Ⅱ中間3300~5300辦公室、教室、閱覽室、診室、檢驗(yàn)室、機(jī)加工車間、儀表裝配Ⅲ冷>5300熱加工車間、高照度場(chǎng)所室內(nèi)照明光源色表可按其相關(guān)色溫分為三組物體在待測(cè)光源下的顏色同它在參照光源下的顏色相比的符合程度，定義為待測(cè)光源的顯色性，通常以日光作為評(píng)定人工照明光源顯色性的參照光源。CIE及我國制定的光源顯色性評(píng)價(jià)方法，都規(guī)定相關(guān)色溫低于5000K的待測(cè)光源以相當(dāng)于早晨或傍晚時(shí)日光的完全輻射體作為參照光源；色溫高于5000K的待測(cè)光源以相當(dāng)于中午日光的組合晝光作為參照光源。從室內(nèi)環(huán)境功能角度出發(fā)，光源的顯色性具有重要作用。印染車間、彩色制版印刷、美術(shù)品陳列等要求精確辯色的場(chǎng)所要求良好的顯色性；顧客在商店選擇商品、醫(yī)生察看病人的氣色，也都需要真實(shí)地顯色。此外，研究表明，在辦公室內(nèi)用顯色性好的燈，達(dá)到與顯色性差的燈同樣滿意的照明效果，照度可以減低25%，節(jié)能效果顯著。CIE取一般顯色指數(shù)作為指標(biāo)來評(píng)價(jià)燈的顯色性。顯色指數(shù)是指在具有合理允差的色適應(yīng)狀態(tài)下，被測(cè)光源照明物體的心理物理色與參比光源照明同一色樣的心理物理色符合程度，符號(hào)為R。八個(gè)一組試樣的CIE1974特殊顯色指數(shù)的平均值，稱為顯色指數(shù)，符號(hào)Ra。顯色指數(shù)的最大值為100，一般認(rèn)為在100~80范圍內(nèi)，顯色性優(yōu)良；Ra=79~50顯色性一般；Ra<50顯色性較差。4眩光限制避免將燈具安裝在干擾區(qū)內(nèi)采用低光澤度的表面裝飾材料限制燈具亮度照亮頂棚和墻表面，但避免出現(xiàn)光斑。建筑光環(huán)境控制除以上要素外，還應(yīng)考慮：選用的照明光源、照明燈具應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，充分利用自然光，保證必要的自然光，房間的采光系數(shù)或采光窗地面積比應(yīng)符合〈建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〉GB/T50033的規(guī)定。有條件時(shí)，宜隨室外天然光的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)人工照明照度，利用各種導(dǎo)光和反光裝置將天然光引入室內(nèi)進(jìn)行照明，有條件時(shí)，宜利用太陽能作為照明能源研究表明建筑內(nèi)沒有窗戶，對(duì)人產(chǎn)生的心理影響是不同的，良好的光環(huán)境需要必要的自然光。

各類建筑的照明功率密度值不宜大于規(guī)范規(guī)定。如學(xué)校建筑照明功率密度值不應(yīng)大于下表房間或場(chǎng)所照明功率密度（W/m2）對(duì)應(yīng)照度值現(xiàn)行值目標(biāo)值教室、閱覽室119300實(shí)驗(yàn)室119300美術(shù)教室1815500多媒體教室1193004.3天然采光一、天然光源的特點(diǎn)二、天然光環(huán)境的評(píng)價(jià)方法采光系數(shù)三、我國的光氣候特點(diǎn)與光氣候分區(qū)四、不同采光口形式一、天然光源的特點(diǎn)二、天然光環(huán)境的評(píng)價(jià)方法天然光強(qiáng)度高，變化快，不好控制，這些特點(diǎn)使天然光環(huán)境的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有許多不同于人工照明的地方。最常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是采光系數(shù)定義：室內(nèi)某一點(diǎn)的天然照度En與同一時(shí)間的室外照度EW的比值面積相同的側(cè)窗不同布置對(duì)室內(nèi)照度分布的影響三、我國的光氣候特點(diǎn)與光氣候分區(qū)40

K=0.85K=1.0室外總照度年平均值31.46lxK=0.9

室外總照度年平均值21.18lxK=1.2

K=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV四、不同采光口形式

天然光的控制與調(diào)節(jié)53

4.4人工照明

特點(diǎn)

不受光氣候影響

不受建筑設(shè)計(jì)影響控制方便

需要消耗大量電能

增加夏天空調(diào)負(fù)荷一、人工光源1電光源性能指標(biāo)57

白熾燈:利用電流通過細(xì)鎢絲所產(chǎn)生的高溫而發(fā)光的熱輻射光源

光效低

色偏紅

燈絲高溫(2300K以上)，高亮度，有眩光

壽命短

無頻閃現(xiàn)象

調(diào)光性好

耐頻繁開關(guān)58

鹵鎢燈：普通白熾燈絲在高溫下會(huì)造成鎢的氣化，氣化后的鎢粒子附著在燈的玻璃殼內(nèi)表面，使之透光率下降

光效和壽命均高于白熾燈，燈絲溫度很高將鹵族元素，如碘、溴等充入燈泡內(nèi)，它能和游離的鎢化和生成氣態(tài)的鹵化鎢，這種化合物很不穩(wěn)定，在靠近燈絲是會(huì)發(fā)生分解，分解出的鎢重新附著在燈絲上，消除了燈泡的黑化是一種低壓汞放電燈。管內(nèi)充有低壓汞蒸汽和少量幫助起燃的氬氣，燈管內(nèi)壁涂有一層熒光粉，當(dāng)燈管兩極加上電壓后，由于氣體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)出可見光60

熒光高壓汞燈

光效高

壽命長

顯色