建筑光学基本知识

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1、第七章第一节建筑光学基本知识一.概述1.光环境光是一种电磁辐射能，人类的生活离不开光，人们依靠不同的感觉器官从外界获得各种信息，其中约有８０％来自视觉器官。在生产、工作、学习场所，良好的光环境可以振奋人的精神，提高工作效率和产品质量，保障人身安全和视力健康；在娱乐、休息、公共活动场所，光环境的首要作用，在于创造舒适优雅、活泼生动，或庄重严肃的环境气氛，对人的情绪状态、心理感受产生积极的影响。建筑师的任务之一，就是要为人们创造优良的光环境。2.《建筑光学》主要内容：1.光环境与视觉2.光与颜色的基本概念3.空间光环境设计和光环境质量评价4.天然光环境（一）

2、－－昼光光源与采光5.天然光环境（二）－－天然光环境设计6.人工光环境（一）－－电光源与照明装置7.人工光环境（二）－－人工光环境设计二.眼睛与视觉（一）眼睛的构造和视看过程1.瞳孔：虹膜中央的圆形孔，它可根据环境的明暗程度，自动调节其孔径，以控制进入眼球的光能数量。2.水晶体：一扁球形的弹性透明体，它受睫状肌收缩或放松而改变形状和屈光度，使远近不同的外界景物都能在视网膜上形成清晰的影像。3.视网膜：光线经过瞳孔、水晶体在视网膜上聚焦成清晰的影像。4.感光细胞：分为锥状细胞和杆状细胞两种，它们处在视网膜最外层上，接受光刺激。锥状细胞在明亮环境下对色觉和视

3、觉敏锐度起决定作用，它能分辨出物体的细部和颜色，并对环境的明暗变化作出迅速的反应；杆状细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用，它虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗变化的反应缓慢。（二）人眼的视觉特点1.颜色感觉在明视觉时，人们对于380nm—780nm范围内的电磁波引起不同的颜色感觉。2.光谱光视效率人眼观看同样功率的辐射，在不同波长时感觉到的明亮程度不一样。人眼的这种特性常用光谱光视效率曲线()来表示。如图，它表示获得相同视觉感觉时，波长和波长的单色光辐射通量的比。λm选在视感最大值（明视觉：λm=555nm，暗视觉：λm=507nm）v(λ)

4、=φm/φv(λ)——光谱光视频率φm和φ——波长分别为λm、λ的辐射通量（相同视觉感觉）3.视野范围受到感光细胞在视网膜上的分布状态以及眼眉、脸颊的影响，人的头部不动时人眼的视看范围为：水平面1800，垂直面1300，上方为600，下方为700。4.明、暗视觉因锥体、杆体细胞起作用的不同，形成了明暗视觉。明视觉：在明亮环境中，能够辨认很小的细节、颜色，并能适应亮度变化；暗视觉：在黑暗环境中，只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法分辨物件的细节，对外部变化的适应能力低。三.基本光度单位和应用（一）光通量物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。光通量：人眼

5、对光能量中的有感觉的量。例:已知钠灯发出波长为589nm的单色光，其辐射通量为10.3W，试计算其发出的光通量。（二）发光强度物理意义：表示光源光通量的空间密度光源向四周辐射光能量，单位立体角内的光通量叫发光强度。（三）照度对于被照面而言，单位面积上的光通量叫照度，用来衡量它被照射的程度。照度E性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。（四）发光强度和照度的关系上式表明：某表面的照度与光源在这方向的发光强度Ia成正比，与入射角的i余弦成正比，与距光源的距离r的平方成反比。例：在距离桌面2.1米处挂一只40w白

6、炽灯，设a在00，450内白炽灯的发光强度均为30cd，求灯下桌面上1、2两点处的照度。(五)亮度L定义：正在发光(或反光)表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16sb以下的亮度！(六)照度和亮度的关系照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。亮度和照度有何区别？照了不一定亮！例：在房间侧墙和屋顶

7、上各开一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为104cd/m2，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。解 ：窗洞可看作发光平面，其亮度等于窗外蓝天的亮度。光通量：φp、φa、φr分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。由能量守恒：φ=φp+φa+φrP=φp/φa=φa/φr=φr/φ　分别叫反光系数、吸收系数、透光系数，可见p+a+r=1　材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射、后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃；另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内。

8、（二）定向反射和透射1.定向反射光线射到表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射