建筑物理复习建筑光1.pdf

.第七章第七章建筑光学根本知识建筑光学根本知识1.1.根本光度单位根本光度单位光通量：光通量：光源在单位时间发射出的以人眼感觉为基准的能量。光通量由下式计算：Kmde()V()d7-1d0式中，光通量，单位为流明lm；de()d辐射通量的光谱分布W；V()光谱光视效率，可由图7-4 或附表 1 中的y()查出。Km最大光谱光视效能，在明视觉时为683 lm/W。计算时，光通量通常采用下式得到：Kme,V()式中，e,波长为的辐射通量W。单位：光瓦或流明lm1 光瓦=683 lm7-2发光强度：发光强度：空间中的光的分布状况，就是光通量的空间密度，常用符号I来表示。单位为坎德拉，符号为 cd。立体角：立体角：d dAcosr2光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元d传输的光通量传输的光通量d除以该立体角除以该立体角之商，发光强度的符号为之商，发光强度的符号为I。点光源在某方向上的立体角元d发出的光通量为d时，那么该方向上的发光强度为：Idd当角方向上的光通量均匀分布均匀分布在立体角时，那么该方向的发光强度为：I7-4照度照度:对于被照面而言，常用落在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，这就是照度。符号为E。它表示被照面上光通量的密度。它表示被照面上光通量的密度。外表上一点照度是入射在包含该点面元上的光通量d除以该面元面积dA之商，即：E 当光通量均匀分布均匀分布在被照外表A上时，那么此被照面各点的照度均为-优选ddA.7-5A照度单位为勒克斯，符号为lx，等于 1 lm 的光通量均匀分布在1m2的被照面上。E 发光强度和照度的关系发光强度和照度的关系:1点光源垂直入射垂直入射到被照外表。如左图，根据E A、I和 2可得：ArI IE 7-6Ar2上式说明，某外表的照度某外表的照度E与点光源在这方向的发光强度与点光源在这方向的发光强度I成正比，与距光源的距离成正比，与距光源的距离r的平方成的平方成反比。反比。此为计算点光源照度的根本公式，称为距离平方反比定律距离平方反比定律。2 点光源入射角为入射角为i光源射线与被照面法线所成角光源射线与被照面法线所成角。如右图，根据 A1E1 A2E2、A1 A2cosi得：E2 E1cosiIcosi7-7r2它表示：外表法线与入射光线成i角处的照度，与它至点光源的距离平方成反比，与光源在i方向的发光强度和入射角i的余弦成正比。即：E 亮度亮度:发光体在视线方向上单位投影面积上的发光强度。其符号为L，计算公式为：d2L ddAcos式中，d 由给定点处的束元dA传输的并包含给定方向立体角元d传播的光通量；dA包含给定点处的射束截面积；射束截面法线与射束方向间的夹角。当角方向上射束截面A的发光强度I均相等时，角方向的亮度为：2I7-8A cos亮度的常用单位为坎德拉每平方米(cdm2)，它等于 1 平方米外表上，沿法线方向(0)L发出 1 坎德拉的发光强度。另一单位为熙提sb，1sd=104cdm2照度和亮度的关系照度和亮度的关系:-优选.如右图，设A1为各方向亮度都一样的发光面各方向亮度都一样的发光面，A2为被照面。在A1上取一微元面积dA1，由于其尺寸和它距离被照面间的距离r 相比很小，故可视为点光源。微元发光面积dA1射向 O 点的发光强度为dI，那么其在A2上的 O 点形成的照度为：dE 对微元发光面积dA1而言，根据亮度和光强的关系7-8 式得：dI LdA1cos2由 1、2 式得：dE L又因为dIcosi12rd A1coscosi32rd A1cos为微元面dA1对 O 点所开的立体角d，故有dE Ldcosir2整个发光面在 O 点形成的照度为：ELdcosi因光源在各方向的亮度一样，那么E Lcosi7-9这就是立体角投影定律这就是立体角投影定律。它表示某一亮度为它表示某一亮度为L的发光面在被照面上形成的照度值的大小，等于的发光面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光面的亮度这一发光面的亮度L与该发光面在被照射点上形成的立体角与该发光面在被照射点上形成的立体角的投影的投影cosi的乘积。的乘积。2.2.材料的光学性质材料的光学性质光的反射、吸收和透射光的反射、吸收和透射光的规那么反射和透射光的规那么反射和透射扩散反射和透射扩散反射和透射漫射材料外表的亮度可有以下公式计算：对于漫反射材料：L EE对于漫透射材料：L cd/m2cd/m2漫射材料的最大发光强度在外表的法线方向，其他方向的发光强度和法线方向的值有如下关系：Ii I0cosii为外表法线和某一方向间的夹角，这一关系式称为“郎伯余弦定律。“郎伯余弦定律。3.3.可见度及其影响因素可见度及其影响因素可见度：可见度：就是人眼识别物体存在或形状的难易程度，故以前又将其称为视度。室应用时，以标准观察条件下恰可感知的标准视标的比照或大小定义。室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义，故常称为能见度。影响可见度的因素：影响可见度的因素：亮度、大小物件的相对尺寸、亮度比照、识别时间和眩光等。4.4.颜色颜色颜色形成颜色形成光源色：由光源发出的色刺激。物体色：被感知为物体所具有的颜色。它是由光被物体反射或透射后形成的。-优选.分类和属性分类和属性无彩色：在知觉意义上是指无色调的知觉色，由从白到黑一系列中性灰色组成。有彩色：在感知意义上是指所感知的颜色具有色调，它由除无彩色以外的各种颜色组成。任何一种有彩色的表观颜色，均可按照三种独立的属性分别加以描述：色调色相色调色相、明度、彩度。、明度、彩度。色调：色调：是各彩色彼此相互区分的视感觉特性。各种单色光在白色背景上呈现的颜色。可见光谱不同波长的辐射，在视觉上表现为各种色调。明度：明度：是颜色相对明暗的视感觉特性。彩色光的亮度愈高，人眼愈感觉明亮，它的明度就愈高。无彩色只有明度这一个颜色属性的差异。彩度：彩度：是彩色的纯洁性。可见光谱的各种单色光荣度最高。颜色混合颜色混合色度学中将红700nm、绿546.1nm)、蓝435.8nm)称为加色法三原色。青色减红、品红色减绿、黄色减蓝为减法三原色。5.5.颜色定量颜色定量CIE 1931CIE 1931 标准色度系统标准色度系统这一系统的特点是用严格的数学方法来计算和规定颜色。使用这一系统，任何一种颜色都能用两个色坐标在色度图上表示出来。孟塞尔表色系统孟塞尔表色系统孟塞尔AHMunsell创立的表色系统按颜色的三个根本属性：色调符号色调符号H H，明度，明度V V和和彩度彩度C C对颜色进展分类与标定它是目前国际通用的物体色表色系统。光源的显色性光源的显色性定义：就是照明光源对物体色表色表与色刺激和材料质地有关的颜色的主观表现的影响该影响是由于观察者有意识或无意识地将它与标准光源下的色表相比拟而产生的，它表示与参考标准光源相比拟时，光源显现物体颜色的特性。光源色显色性采用显色指数来度量。第八章第八章 天然采光天然采光1.1.光气候光气候光气候：光气候：所谓光气候就是太阳直射光、天空漫射光合地面反射光形成的天然光平均状况。1 太阳直射光：太穿过大气层时，一局部透过大气层到达地面，称为直接光。它形成的照度高，并具有一定的方向，在物体背后出现明显的阴影。2 天空漫射光：太中一局部碰到大气层中的空气分子、灰尘、水蒸气等微粒，产生屡次反射，形成天空扩散光。它使天空具有一定亮度，这局部光形成的照度较低，没有一定方向，不能形成阴影。3 地面反射光：太阳直射光合天空漫射光射到地球外表上后产生反射光。分区：分区：采光系数采光系数概念：采光系数C，它是在全阴天空漫射光照射下，室给定平面上的某一点由天空漫射光所产生的照-优选.度 En 与室某一点照度同一时间、同一地点，在室外无遮挡水平面上由天空漫射光所产生的照度 Ew的比值：CEn8-3Ew2.2.窗洞口采光口窗洞口采光口侧窗侧窗特点：采光量：窗口面积相等时，形窗口最高，竖长方形次之，横长方形最少。照度均匀性：竖长方形在房间进深方向均匀性好，横长方形在房间宽度方向较均匀如右图，而方形窗居中。1影响采光均匀性的因素：进深方向主要是窗位置上下、横向主要因素是窗间墙。2影响采光量的主要因素：侧窗尺寸、位置天窗天窗矩形天窗：主要有纵向矩形天窗、梯形天窗、横向矩形天窗和井式天窗等。锯齿形天窗：锯齿形天窗属单面顶部采光。平天窗平天窗3.3.采光设计采光设计4 4 采光计算采光计算侧窗采光计算图例如下：侧窗采光计算图例如下：计算点 P 的选取：单侧采光点应选在离墙1m 处，以下图a；多跨建筑的边跨为侧窗采光时，计算点应定在边跨与邻近中间跨的交界处，如以下图c。双侧采光。以下图b对称双侧；以下图(c)不对称双侧，含高侧窗；以下图d)不对称双侧，且次窗窗下沿未与工作面处于同一水平面。-优选.顶部采光计算顶部采光计算计算点计算点 P P 的选取的选取：对于多跨度连续矩形天窗，其天窗采光分区计算点可定在量跨交界的轴线上见上图 a；平天窗采光分区计算点见上图b。多跨连续锯齿形天窗，其采光的分区计算点可定在两相邻天窗的交界限上见上图 c。第九章第九章 建筑照明建筑照明1.1.电光源电光源分类：分类：热辐射光源、气体放电光源、固体发光光源。发光机理发光机理用通电的方法加热玻璃壳的灯丝，导致灯丝产生热辐射而发光的光源。用通电的方法加热玻璃壳的灯丝，导致灯丝产生热辐射而发光的光源。气体放电灯没有灯丝，它是借助两极之间气体激发而发光，称为冷光源。气体放电灯没有灯丝，它是借助两极之间气体激发而发光，称为冷光源。实际是一个实际是一个 PNPN 结，根本工作原理是一个电光转换过程。结，根本工作原理是一个电光转换过程。2.2.灯具灯具配光曲线：配光曲线：光强体被通过对称轴的垂直平面所截出的曲线称为配光曲线。-优选.配光曲线上的每一点表示灯具在该方向上的发光强度。配光曲线上的每一点表示灯具在该方向上的发光强度。知道灯具对计算点的投光角，就可查到相应的发光强度I，利用公式7-7可求出点光源在计算点上形成的照度。注意：通常以光源的光通量为1000lm 为基准绘制配光曲线，对光通量不是1000lm 的光源，需要加以修正。对于非对称配光的灯具，需要一组配光曲线来表示不同剖面的配光情况。遮光角遮光角定义：灯罩边缘到发光体边沿的连线与水平线的夹角就是遮光角定义：灯罩边缘到发光体边沿的连线与水平线的夹角就是遮光角如图如图，可表示灯罩遮光，可表示灯罩遮光的程度。的程度。例：图 a 中的遮光角可表示为：tan2hDd遮光角越大，眩光程度大大衰减。遮光角越大，眩光程度大大衰减。然而，但对透明灯罩而言，由于本身具有一定亮度仍可形成眩光，这时那么应该限制其外表亮度值。灯具效率灯具效率定义：在规定条件下，灯具发出的总光通量灯具发出的总光通量与灯具所有光源在灯具外按照规定条件发出的全部与灯具所有光源在灯具外按照规定条件发出的全部光通量光通量Q之比称为灯具效率之比称为灯具效率，也称为灯具光输出比，也称为灯具光输出比，即：Q光源装入灯具后，它的光通量输出将受到限制，灯具本身也将吸收局部光能，所以1。灯具效率与灯具的形状灯具的形状、所用的材料所用的材料和光源在灯具位置光源在灯具位置有较大关系。分类分类一般可以分为直接、半直接、均匀漫射、半间接、间接直接、半直接、均匀漫射、半间接、间接等五种类型。3.3.室工作照明室工作照明以满足视觉工作为主的室照明称为室工作照明室工作照明。为突出艺术效果的照明称为室外环境照明室外环境照明。工作照明设计的步骤有：1.1.选择照明方式选择照明方式;-优选.2.2.照明标准照明标准;3.3.选择适宜的光源和灯具选择适宜的光源和灯具;4.4.灯具布置灯具布置.照明方式照明方式照明方式一般分为:一般照明、分区一般照明、局部照明、混合照明。图为不同照明方式的照度分布。照明标准照明标准照明数量：照明数量：建筑照明设计标准。照明质量：影响照明质量的主要因素：照明质量：影响照明质量的主要因素：眩光、光源颜色、照明均匀度、反射比。4.4.照明计算照明计算利用系数法：这种方法是从平均照度的概念出发，利用系数Cu就等于光源实际投射到工作面上的有效光通量u和全部灯的额定光通量N之比，这里N为灯的个数。利用系数法的根本原理图如下。从某个光源发出的光通量中，在灯罩损失了一局部。当射入室空间时，一局部直达工作面d，形成直射光照度；另一局部射到室其他外表上，经过一次或屡次反射才射到工作面上，形成反射光照度。光源实际投射到工作面上的有效光通量u为：u du越大，表示光源发出的光通量被利用的越多，利用系数Cu值越大，即：-优选.CuCu值的大小与以下因素有关：值的大小与以下因素有关：灯具类型和照明方式。灯具效率。u9-4N房间尺寸。如图：同一灯具，放在不同尺度房间d就不同，宽而矮的房间，d就大。用室空间比室空间比RCR来表征这一特性：RCR 5hrc(l b)9-5lb其中hrc灯具至工作面高度，m；l，b房间的长和宽。室顶棚、墙、地板、设备的光反射比。光反射比越高，反射光照度增加得越多。只要知道灯具的利用系数和光源发出的光通量，就可以按照下式算出房间工作面上的平均照度：E uuNCuAlbA AENCu如需要知道到达某一照度要求安装多大功率的灯泡即发出的光通量时，那么可将上式改写为：此外，考虑到照明设施使用过程中要遭受污染，光源要衰减等，因此照度下降，故在照明设计时，应将初始照度提高，即将照度标准值除以表 9-25 所列的维护系数K。故利用系数法的照明计算式为：AE9-6NCuK5.5.室外环境照明室外环境照明-优选