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1、考研建筑物理复习资料建筑光学知识要点考研复习资料建筑光学知识要点第21章 建筑光学基本知识一、眼睛与视觉1.眼睛的构造视觉：由进入人眼的辐射所产生的光感觉而获得的对外界的认识。眼睛构造：瞳孔：虹膜中央的圆孔，控制进入眼球的光能数量。 光圈水晶体：扁球形弹性透明体，使外界景物在视网膜上成像。 透镜视网膜：视觉感受部分，不满感光细胞，产生光刺激，由视神经传给大脑。胶卷 *感光细胞，分布在视网膜的最外层，分为锥体感光细胞、杆体感光细胞。锥体感光细胞：集中在视网膜中央部位（黄斑区，其中心有一小凹称“中央窝”）2范围中央窝附近密度最大，黄斑区外密度急剧下降。在明亮环境下对色觉和视觉敏锐度起决定作用，可分

2、辨细部、颜色，对明暗变化敏感。杆体感光细胞：中央窝处几乎没有，向外密度迅速增加，离中央窝20密度最大后减少。在黑暗环境下对明暗其决定作用，不能分辨细部、颜色，对明暗变化不敏感。2.人眼视觉特点视看范围（视野）受感光细胞在视网膜上分布及眼眉、脸颊影响。水平面180；垂直面130（上方60，下方70） 中心视野：黄斑区所对应2角度区域，有最高视觉敏锐度，能分辨最微小细部。（此区域几乎无杆体细胞，黑暗环境中几乎不产生视觉） *从中心视野往外直到30范围内是视觉清楚区域明暗视觉明视觉：明亮环境中，由视网膜锥体细胞起作用的视觉（约3.0cd/m2以上的亮度水平）。能分辨很小细节，有颜色感觉，对亮度变化适

3、应能力强。暗视觉：黑暗环境中，由视网膜杆体细胞起作用的视觉（约0.03cd/m2以下的亮度水平）。无法分辨细节，只有明暗感觉无颜色感受，对变化适应能力低。中间视觉：介于明视觉与暗视觉之间的视觉。（锥体、杆体感光细胞同时起作用）光谱光视效率：表示特定光度条件下产生相同视觉感觉时，波长m与波长的单色光辐射通量的比。m选在视感最大处（明视觉555nm黄绿光部分；暗视觉507nm蓝绿光部分）“普尔金耶效应”：在不同光亮条件下人眼感受性不同的现象。二、光的特性与基本光度单位1.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380nm780nm。：380nm780nm 紫外线、X射线 可见光 红外

4、线、无线电波在明亮的环境中，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。2.基本光度单位： 光通量、发光强度、照度和亮度光通量：光源向四周空间发射出的使人产生光感的总量。单位lm发光强度I：光源在给定方向单位立体角d内传输的光通量d与该立体角之商。 或说是光源在空间某方向上光通量的空间密度。单位cd立体角：球表面由A1B1C1D1所包面积A对球心形成的角。照度E：单位面积上光通量的多少（被照面上光通量密度）。单位lx、fc（英尺烛光）白炽灯在桌面上的照度为几十lx；阴天中午室外照度约10000lx。发光强度和照度关系：某表面照度E与点光源在这

5、方向的发光强度I成正比，与距光源距离r的平方成反比。当光源尺寸小于至被照面距离的1/5时，将该光源视为点光源。亮度L：单位投影面积上的发光强度，单位cd/m2或sb （1sb=104cd/m2）物理亮度亮度表观亮度明亮度荧光灯管亮度0.8-0.9sb；白炽灯300500sb天空亮度约0.22.0sb；太阳200000sb基本光度量间的关系：平方反比余弦定律; 立体角投影定律（发光强度与观测点的距离无关；照度与距离的平方成反比。）立体角投影定律：表示某一亮度为L的发光表面在被照面上形成照度值的大小。三、材料的光学性质1.光的反射、吸收和透射光在传播过程中遇到介质时，会发生反射、吸收和透射现象。反

6、射、吸收、透射光通量与入射光通量之比分别称为光反射比、光吸收比、光透射比曾被成为反光系数、吸收系数、透光系数+=1入射光通量等于反射部分、吸收部分与透射部分三者之和。光经介质反射、透射的分布变化取决于材料表面光滑程度和材料内部分子结构。反光和透光材料均可分为两类：规则的、扩散的2.规则反射和透射规则反射（镜面反射）：在无漫射的情况下，按几何光学定律进行的反射。特点：1.入射角等于反射角； 2.入射光线、反射光线、反射表面的法线处于同一平面规则透射（直接透射）：在无漫射的情形下，按几何光学定律的透射。3.扩散反射和透射扩散反射：入射光线入射进表面粗糙的不透明材料。扩散透射：入射光线入射进半透明材

7、料。材料分类：漫射材料、混合反射和混合透射材料漫射材料（均匀扩散材料）：将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个方向、角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象。漫反射：宏观上不存在规则反射时，有反射造成的漫射。（氧化镁、石膏）漫透射：宏观上不存在规则透射时，由透射造成的漫射。（乳白玻璃、半透明塑料）郎伯余弦定律漫射材料发光强度求导公式混合反射：规则反射和漫反射兼有的反射。混合透射：规则透射和漫透射兼有的透射。在规则反射/透射方向上有最大亮度（典型材料的反射、透射系数：普通玻璃=0.82，磨砂玻璃=0.60，白乳胶漆表面=0.84；灰色水泥砂浆表面=0.32）安装压花玻璃时压花面应朝外，磨砂玻

8、璃时毛面应朝内。四、可见度及影响因素1.可见度与亮度对比可见度：人眼辨认物体存在或形状的难易程度。在室内应用时，以标准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义；在室外应用时，以人眼恰可看到标准目标的距离定义，亦称能见度。可见度影响因素：大小、亮度、亮度对比、识别时间、炫光物体亮度（与照度成正比）、视角大小、亮度对比互相有关，以一定规律共同作用于物体可见度。可见度随亮度增大而增大，有最舒适范围。亮度对比C：观看对象和其背景之间的亮度差异。（差异越大，可见度越大）数值等于视野中目标和背景的亮度差与背景的亮度之比。“邦森罗斯科”定律：亮度时间=常数，作用于识别时间。适应：当人们从明亮环境走到黑暗

9、处（或相反），就会产生一个原来看的清突然变成看不清，经过一段时间才由看不清东西到逐渐又看得清的过程。明适应：从暗到明的适应时间，时间短。暗适应：从明到暗的适应时间，时间长。2.眩光：在视野中由于亮度分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。眩光分类： 眩光对视觉的影响程度分为：失能眩光、不舒适眩光失能眩光：降低视觉对象的可见度，但并不一定产生不舒适感觉的眩光。不舒适眩光：产生不舒适感觉，但并不一定降低视觉对象可见度的眩光。 眩光根据形成过程可分为：直接眩光、反射眩光直接眩光：由视野中特别是在靠近视线方向存在的发光体产生的眩光。反射眩光：由视

10、野中的反射所引起的眩光，特别是在视线方向看见反射像所产生的。减轻或消除直接眩光的措施：1.限制光源亮度；2.增加眩光源的背景亮度，减少两者之间的亮度对比；3.减小形成眩光的光源视看面积（减小眩光源对眼睛形成的立体角）；4.尽可能增大眩光源的仰角 仰角小于27影响严重；仰角大于45眩光大大减少减轻反射眩光的措施：1.尽量使视觉作业面为无光泽表面，减弱规则反射而形成的反射眩光；2.应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的规则反射区；3.使用发光表面积大、亮度低的光源；4使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减少，从而减少反射眩光的影响。五、颜色基本知识1.颜色基本特性颜色：由有彩色成分

11、或无彩色成分任意组成的视知觉属性。是影响光环境质量的要素光源：能发光的物理辐射体。其发出的不同单色光对应的辐射能量不同引起不同的颜色感觉，就是眼睛接受色刺激后产生的视觉。光源色就是有光源发出的色刺激。物体色是被感知为物体所具有的颜色。是由光被物体反射或透射后形成的：a.与光源的光谱能量分布有关；b.与物体的光谱反射比或光谱透射比有关。表面色：漫反射光的表面或由此表面发射的光所呈现的知觉色。物体的有色表面是较多的反射某一波长的光，这反射最多的波长成为该物体的颜色。 （从入射光中减去一些波长的光产生的）决定因素：1.物体的光谱反射比分布； 2.光源的发射光谱分布颜色的分类：无彩色、有彩色无彩色：在

12、知觉意义上指无色调的知觉色，由从白到黑一系列中性灰色组成纯白：光反射比为1的理想完全反射体。（氧化镁为0.98）纯黑：光反射比为0的理想无反射体。 （黑丝绒为0.02）*当物体表面光反射比在0.8以上时，物体为白色； 当物体表面光反射比在0.04以下时，物体为黑色有彩色：在感知意义上指所感知的颜色具有色调，由除无彩色外各种颜色组成。描述属性：色调、明度、彩度色调：各种单色光在白色背景上呈现的颜色。光源色色调取决于辐射的光谱组成对人产生的视感觉；物体的色调取决于光源光谱组成和物体反/透射各波长光辐射比例产生的视感。明度：颜色相对明暗的视感觉特性。（反应光反/透射比的变化）*无彩色只有明度这一个颜

13、色属性差别，没有色调、彩度。彩度：色彩的纯洁性。取决于物体反/透射光谱辐射的选择性程度*单色光掺入白色光成分越多，越不饱和。加法色的三原色：红、绿、蓝减色法的三原色：青色、品红色、黄色青色减红原色，只吸收光谱中红色部分，反/透射其他波长；品红减绿原色，只吸收光谱中绿色部分，反/透射其他波长；黄色减蓝原色，只吸收光谱中蓝色部分，反/透射其他波长。颜色混合分类：光源色颜色光的相加混合。 （加色法） 染料、涂料的物体光的颜色光的减法。（减色法）互补色：某一颜色与其补色以适当比例混合得出白色或灰色。表色系统（色度系统）：用规定符号按一系列规定和定义表示颜色的系统。颜色的表色体系孟塞尔体系和CIE色度体

14、系颜色的宽容量：人眼感觉不出颜色变化的范围。2.光源的色温与显色性黑体（完全辐射体）：在辐射作用下既不反射也不投射，而能把落在他上面的辐射全部吸收的物体。光源的色温Tc：把某一种光源的色品与某一温度下的黑体的色品完全相同时黑体的温度。 单位：绝对温度K相关色温：某一种光源的色品与某一温度下黑体色品最接近时黑体的温度。高色温Tc5300K；中间色温Tc=33005300K；低色温Tc3300K光源的显色性Ra：照明光源对物体色表的影响。取决于光源的光谱功率分布，采用显色指数来度量。色表：与色刺激和材料质地有关的主观表现。光源的显色指数：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

15、。Ra=80100，显色性优良； Ra=5079，显色性一般；当Ra梯形天窗/锯齿形天窗矩形天窗 在采光系数相同的条件下，平天窗的开窗面积最小例：1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。 2.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1.采光标准和采光质量:采光标准：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。室外天然光“临界照度”：室内全部利用天然光进行工作室的室外最低照度。顶部采光时，室内照度分布均匀，用采光系数平均值侧

16、面采光时，室内光线变化大，用采光系数最低值影响采光系数的因素：1采光均匀度假定水平面上采光系数最低值与平均值之比工业建筑取距地面1m，民用建筑取距地面0.8m2窗眩光作业区减少或避免直射阳光照射，不宜以明亮窗口做视看背景3光反射比作用室内各个表面4光的方向性避免遮挡与阴影5光的色温减少窗眩光的措施：1采用室内外遮挡设施降低窗亮度或减小对天空的视看立体角；2将窗结构内表面或窗周围的内墙面做成浅色饰面*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。2.采光设计实例（学校教室、美术馆）:学校教室：教室光环境要求：1整个教室应保持足够照度，照度分布要均匀，黑板面上也

17、要有较高照度；2合理安排教室亮度分布，消除眩光；教室采光设计：A设计条件：1.保证必要的采光系数（2%）；2均匀的照度分布，可用双侧采光控制照度分布（工作区照度差别1:3；整个房间1:10）；3对光线方向和阴影的要求（左上方为主）；4避免眩光（设置窗帘，选择朝向，设置遮阳）B重要注意：1.室内装修（课桌、墙等邻近表面亮度差不能太悬殊，宜用扩散性无光泽材料）2黑板（*任何无光泽表面光线入射角70时可能有混合反射）防治措施：1降低窗的亮度；2黑板做成味趣面或折面，使入射角改变；3黑板倾斜放置，与墙成1020角；4增加黑板照度，减轻反射像明显程度3梁与柱的影响梁应与外墙垂直或做吊顶；4窗间墙注意其宽

18、度影响亮度对比5普通教室课桌面上的采光系数最少为2%，照度均匀，无阴影和眩光。C教室剖面形式：1侧窗采光及其改善措施1将窗横档加宽，放在窗中间偏低处，使整体照度均匀2横档以上用扩散光玻璃或指向性玻璃，使射向顶棚光线增加，提高房间深处照度3在另一侧开窗，左侧围主要采光窗，右侧设一排高窗2天窗采光：部分屋顶做成透光的，效率高，但有强眩光措施：透光屋面下作扩散光顶棚，使光线均匀，提高采光系数，并做成北侧单侧天窗.美术馆：采光要求：1适宜的照度（C2%）长期保存展品2合理的照度分布全幅画照度最大值与最小值之比保持在3:1之内 整个展墙照度最大值与最小值之比保持在10:1之内3避免在观看展品时明亮的窗口

19、处于视看范围内，以避免眩光参观者的眼睛到画框边缘和窗口边缘的夹角应大于144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50措施：a光源处于观众视线与画面法线夹角对称位置以外； b窗口提高； c画面稍加倾斜。5环境高度和色彩要求a墙面应采用中性色调，其反射比应取0.3左右；b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。6避免阳光直射展品导致展品变质7窗洞口不占或少占供展出用的墙面采光形式：1侧窗采光适用于房间进深不大的小型战士和展出雕塑为主的展室以窗中心为顶点，与外墙轴线成3060的横墙范围是采光较好的范围缺点：a室内照度分布不均匀，沿进深方

20、向照度下降严重； b展出墙面被窗口占据一部分，限制展品布置灵活性； c一二次反射难以避免。2高侧窗采光光线分布不均匀，导致明显的二次反射3顶部采光优点：a采光效率高，室内照度均匀 b整个房间都可布置展品，不受窗口限制 c斜上方光线适于立体展品，易于防止直接眩光顶部采光改善措施： a使展室中央部分照度降低，并增加墙面照度； b天窗下设一顶棚，可不透或半透，使观众区照度下降； c采用活动百叶控制天然光第23章 建筑照明一、电光源的种类、特性电光源：1热辐射光源：白炽灯、卤钨灯2气体放电光源：荧光灯、紧凑型荧光灯、金属卤化物灯、钠灯、氙灯、冷阴极荧光灯、高频无极感应灯3固体发光光源：发光二极管（LE

21、D） 基本工作原理：电光转换过程几种常用灯对比：白炽灯发出可见光长波辐射为主，灯光色偏红；优点：体积小，易于控光，工作温度范围宽，结构简单，使用方便缺点：红光较多，灯丝亮度高，散热量大，寿命短，玻壳亮度高，易受电压、机械振动影响，发光效率低荧光灯通电发射高速电子，轰击汞原子发出紫外线以刺激荧光材料发光。特点：发光效率高，发光表面亮度低，光色好、品种多、寿命长，表面温度低发光二极管LED特点：1光色纯，彩度大，单一颜色LED辐射光谱狭窄； 2寿命长，体积小，响应快，无污染，控制灵活，应用广泛 3单体LED发光功率小，价格贵； 4单一LED芯片不能发出连续光谱白光； 5大功率LED组合模块有散热问

22、题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。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（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（体育场馆）；高压钠灯仅适宜于辩色要求不高的场所（道路及库房）；低压钠灯的发光效率最高，比白炽灯高10倍。二、灯具与其光特性与分类1.灯具：能透光、分配和改变光源分布的器具。灯具分类：装饰灯具、功能灯具装饰灯具：采用装饰不见围绕光源组合而成，以美化光环境为主。功能灯具：满足高效率、低眩光的要求而采用一系列控光设计的灯罩。灯罩作用：1重新分配光源光通量，以提高光的利用率；

23、 2避免眩光以保护视力； 3保护光源。光强分布：用曲线或表格表示光源或灯具在空间各方向的发光强度值。2.灯具的光特性：配光曲线、遮光角、灯具效率配光曲线：某一平面上的光强分布曲线。为了使用方便，配光曲线常按发光源发出的光通量1000lm而绘制。遮光角：指光源最边缘一点和灯具出光口连线与水平线之间的夹角。通常在1530间*为了说明某一灯具的防止眩光范围。*截光角：灯具垂直轴与刚好看不见高亮度发光体的视线间的夹角。遮光角的余角灯具效率（灯具光输出比）：相同使用条件下，灯具发出总光通量与灯具内所有光源发出的总光通量之比。通常不应低于55%*取决于灯罩开口大小和灯罩材料光反射比、光透射比3.灯具的分类

24、：按光通量在空间上、下半球的分布直接型、半直接型、漫射型、半间接型，间接型1直接型灯具： 能向灯具下部发射90%-100%直接光通量的灯具。特点：轴线方向有很高发光强度；效率高；上下部亮度对比强烈；方向性强，阴影重2半直接型灯具：能向灯具下部发射60%-90%直接光通量的灯具。3漫射型灯具： 能向灯具下部发射40%-60%直接光通量的灯具。4半间接型灯具：能向灯具下部发射10%-40%直接光通量的灯具。5间接型灯具： 能向灯具下部发射10% 直接光通量的灯具。特点：反射光扩散性好，光线柔和均匀；无阴影，无眩光；效率低，不经济*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

25、照明设计1.照明方式：一般照明，分区一般照明，局部照明，混合照明1一般照明：在工作场所内不考虑特殊的局部需要，为照亮整个场所而设的均匀照明。2分区一般照明：对某一特定区域，设计成不同的照度来照亮该区域的一般照明。开敞式办公室中办公区/休息区3局部照明：在工作点附近，专门为照亮工作点而设置的照明装置。特定视觉工作4混合照明：由一般照明与局部照明组合而成。工业、民用建筑（图书馆）中大量使用2.照明设计标准从照明数量与照明质量两方面考虑照明数量以lx数量分级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；根据识别物件大小，物件背景亮度对比，国民经济发展情况等因素考虑必须的物件亮度。照明质量：光环境内的亮度分布。包括一切有利于视功能、舒适感、易于观看、安全与美观的亮度分布照明质量的影响因素：眩光，光源颜色，照明的均匀度，反射比（即照明要求）