1、2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）1建筑光學篇n主要內容學習目的了解建筑光學的基本知識；掌握采光和人工照明基本設計方法；通過所學知識，在設計中合理解決一些與人體視覺密切相關的問題，為人們創造良好的光環境。核心內容：建筑光學的基本知識材料的光學特性采光口的主要形式及優缺點主要人工光源、照明的主要方式2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）2第一章 建筑光學的基本知識n本章主要內容人眼的光學結構和視覺特征基本光度單位及相互關系材料的光學性質視度及其影響因素一些基本概念視場、光譜光視效率、照度、亮度、定向反射（透射）、擴散反射（透射）、視度、眩光三個定律平方反比定律、立體角投影定律

2、、朗伯余弦定律2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）3第一章 建筑光學的基本知識n1.1 眼睛與視覺光的范圍能引起人視覺感覺的電磁波，一般波長范圍在380780nm。人眼的構造與視覺過程人眼的基本構造瞳孔：光圈，可以根據環境的明暗程度自動調節孔徑，以控制進入眼睛的光的數量；水晶體：透鏡，可自動調焦；視網膜：膠片，上面布滿感光細胞。感光細胞產生電信號，經視神經傳至大腦，形成視覺感覺感光細胞：錐狀細胞和桿狀細胞2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）4第一章 建筑光學的基本知識n1.1 眼睛與視覺v錐狀細胞和桿狀細胞錐狀細胞：主要分布在視網膜的中央部位，稱為 “黃斑”的區域。“中央窩

3、”錐狀細胞的密度達到最大。在明環境中起作用，對色覺和視覺敏銳度起決定作用，人眼據此判別物體的顏色和細部特征對環境的明暗變化反應迅速；在暗環境下不起作用桿狀細胞：分布區域與錐狀細胞相反；在暗環境中起決定作用；只有明暗感覺，沒有色感覺和細部感覺；對環境的明暗變化反應緩慢。2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）5第一章 建筑光學的基本知識n1.1 眼睛與視覺人眼的視覺特點顏色感覺光譜光視效率某單色光與人眼最敏感的光產生相同視覺感覺時，兩者的輻射通量之比。視野范圍（視場）水平180 ，垂直130 （上60 ，下70）；中心視場（ 2 ）；清晰區域（30）明、暗視覺2021-10-27建筑物理(

4、熱工、光學部分）6第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系基本光度單位光通量(Luminous Flux, )發光強度(Luminous Intensity, I)描述光通量在空間的分布；立體角（單位：sr）me, = KV( )d me, = KV( )ii單位：流明（Lumen, lm）2 = dAr單位：坎德拉（“坎”，Candela, cd）相同光通量的光源在空間的分布可能相差很大 = dId2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）7例例7-1 已知鈉光燈發出波長為已知鈉光燈發出波長為589nm的單色光，設的單色光，設其輻射其輻射 通量為通量為10.3瓦，試計算

5、其發出的光通量。瓦，試計算其發出的光通量。解：從圖解：從圖7-4的相對光譜光效率明視覺（實線）的相對光譜光效率明視覺（實線）曲線中可查得，曲線中可查得，對應于波長對應于波長589nm的的V（）=0.78則該單色光源發出的光通量為：則該單色光源發出的光通量為：F589=0.7810.3=8.03光瓦或光瓦或F589=0.7810.3683=5484lm第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）8第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系例7-1已知水銀燈的單色輻射通量值，試計算其光通量。解：水銀燈發出的各種波長的光列于

6、下表中第一欄。其單色輻射通量列于表中第二欄。最后將其總和得光通量為22.86光瓦（15613lm）。波長（nm） 單色輻射通量（W） 相對光譜光效率V（） 光通量 F（光瓦） 365 22 406 40 00007 00028 436 84 0018 015 546 115 0984 113 578 128 0889 114 691 09 00076 0007 總計 398 2286 2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）9第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系基本光度單位照度(illuminance, E) = dEdA單位被照面積上接受到的光通量的大小單位：勒克

7、斯(Lux, lx)、英尺燭光(fc)1fc=10.76lx=10.76lm/m2被照表面照度（lx）被照表面照度（lx）朔日星夜地面0.002晴天采光良好的室內100500望日星夜地面0.2晴天室外散射光下地面100010000讀書所需最低照度30夏日中午太陽直射地面100000100W白熾燈1m1002021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）10第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系基本光度單位點光源的發光強度I與照度E的關系(平方反比定律)： F 垂直入射時：22rIErSSIESFEFI及F斜入射時：coscoscos222112122112rIErIEEESS

8、EESS而K為表面法線與 光線所成的夾角2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）11第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系基本光度單位亮度(luminance, L) = cosILA描述光源或反光物體明亮程度的量單位：尼脫(nt, cd/m2)、英尺朗伯(fL) 1fL=3.426 nt=3.426 cd/m2其它單位：熙提(sb)、阿熙提(asb) 1sb=104 cd/m2; 1asb=1/ cd/m2 = cosEL發光物體表面亮度(sb)白熾燈燈絲300500熒光燈燈管表面0.80.9太陽20萬無云藍天0.22.0sb照度與亮度的關系：立體角投影定律物理亮度

9、與表觀亮度Iaa2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）12第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系練習假定有一100W的白熾燈（光通量為1250lm）懸掛在離桌面2m的地方。求：桌面1、2兩點的照度？若燈泡的直徑為80mm, 求燈泡表面的亮度？D8020001500122021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）13第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系練習假定有一100W的白熾燈（光通量為1250lm）懸掛在離桌面2m的地方。求：桌面1、2兩點的照度？若燈泡的直徑為80mm, 求燈泡表面的亮度？D802000150012答案 桌面1、2兩點的照

10、度分別為： E1=24.9 lx; E2=12.7 lx 燈泡表面的亮度為： L=I/A=1250/(4 x0.04) 2 =4952 cd/m22021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）14例6-4在側墻和屋頂上各有一個1米見方的窗洞，它與室內一桌子的相對位置見圖，設通過窗洞看見的天空亮度均為1sb，試分別求出各個窗洞在桌面上形成的照度（桌面與側窗臺等高）。第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）15解 L=1sb=104nt。按公式 ：對于側窗：243. 05 . 025 . 0cos228. 025. 497. 0119

11、7. 05 . 022cos5 . 02cos112222222rS)(555243. 0228. 010000coslxLEw第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）16對于天窗：1cos25. 0212)(2500125. 010000lxEt第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）17第一章 建筑光學的基本知識n1.2 基本光度單位及相互關系基本光度單位之間的關系名稱符號表征單位相互關系光通量光源能量lm發光強度I光能在空間的分布cdlm/sr光通量在空間的分布

12、照度E被照面上的光能lx單位面積上的光通量；平方反比定律亮度L光源或反光體的明暗程度cd/m2, sb, asb與發光強度成正比；與發光體在視線方向的投影面積成反比。立體角投影定律2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）18第一章 建筑光學的基本知識n1.3 材料的光學性質光的反射、吸收和透射比能量守恒定律： = ; = ; = 定向反射和透射應注意避免光線射入人的視野范圍經兩邊不平行的鏡子透射，光線會發生彎曲，物體的形象會變形。光經材料反射或透射后，光通量在空間的分布沒有發生改變如鏡子、透明玻璃等2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）19第一章 建筑光學的基本知識n1.3 材料

13、的光學性質擴散反射和透射2(/)( )/L cd mE lx()( )L asbE lx 透射材料：2(/)( )/L cd mE lx()( )L asbE lx 朗伯余弦定律0cosII均勻擴散反射材料：2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）20第一章 建筑光學的基本知識n1.3 材料的光學性質擴散反射和透射 大多數建筑材料屬于該類介于定向反射（透射）和均勻反射（透射）之間；不同光學材料的優缺點定向反射(透射)有清晰的影像；高亮度或亮度對比其它方向上過暗；易產生不舒適眩光均勻擴散亮度均勻；不會透漏隱私單調定向擴散介于兩者之間2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）21作業：如圖，兩只白熾燈各發出2009.6(lm)的光通量，S1=1m2；1設它們向各方向均勻發射，求I1、I2；2設r1和r2分別為1m和2m，求兩燈對A點的照度E1和E2及總照度EA；3假設A為乳白玻璃是均勻擴散材料，=0.314，=0.628，求其兩面的亮度（nt）；4.求A周圍1m2的的面積對B、C點的照度。第一章 建筑光學的基本知識2021-10-27建筑物理(熱工、光學部分）22第一章 建筑光學的基本知識n1.4 視度及其影響因素視度看物體清楚的程度稱為視度視度的影響因素：亮度（或照度）最低亮度(亮度閾)：