建筑光学基本知识建筑光学基本知识 建筑光学基本知识光、眼晴与视觉基本光度单位及应用装饰材料的光学性质照明光源照明灯具光l l光的本质：光的本质： 光是属于一定波长范围内的一种电磁辐射，即电磁波，波长光是属于一定波长范围内的一种电磁辐射，即电磁波，波长范围在范围在380-780nm380-780nm（1nm=101nm=10-9-9mm）的电磁波能使人眼产生光感，）的电磁波能使人眼产生光感，这部分电磁波被称为可见光。波长大于这部分电磁波被称为可见光。波长大于780um780um的红外线、无线电的红外线、无线电波；波长小于波；波长小于380um380um的紫外线，的紫外线，X X射线都不能引起人眼的视觉反射线都不能引起人眼的视觉反应。应。l l光的颜色：光的颜色： 不同波长的可见光，在人眼中又产生不同的颜色感觉。不同波长的可见光，在人眼中又产生不同的颜色感觉。紫色紫色蓝色蓝色青色青色绿色绿色黄色黄色橙色橙色红色红色380424380424424455424455455492455492492565492565565595565595595640595640640780640780眼睛构造眼睛的光特性l l明、暗视觉范围 明视觉暗视觉中介视觉1010-2-2cd/mcd/m2 210cd/m10cd/m2 2视觉状况视觉状况起作用的细胞起作用的细胞最大视觉最大视觉响应光谱响应光谱特点特点明视觉明视觉锥状细胞锥状细胞555nm555nm能够辨认很小的细节，并且有颜色感觉能够辨认很小的细节，并且有颜色感觉中介视觉中介视觉杆状细胞杆状细胞507nm507nm1 1、察觉物体中心凹的部分与察觉边缘一样容易、察觉物体中心凹的部分与察觉边缘一样容易2 2、开始感觉到颜色、开始感觉到颜色3 3、不同颜色的相对明亮度发生变化，尤其是红、不同颜色的相对明亮度发生变化，尤其是红色比蓝色更强色比蓝色更强暗视觉暗视觉锥状细胞、杆状细锥状细胞、杆状细胞共同作用胞共同作用1 1、只有明暗感觉而无颜色感觉、只有明暗感觉而无颜色感觉2 2、用视觉中心观察物体时不如眼角观察时清楚、用视觉中心观察物体时不如眼角观察时清楚建筑光学基本知识眼晴与视觉基本光度单位及应用装饰材料的光学性质照明光源照明灯具光通量l l定义定义: : 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并使人光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并使人眼产生光感的能量眼产生光感的能量l l计算公式计算公式: : =683P=683PV V 式中式中 波长为波长为的光通量，流明（的光通量，流明（lm)lm)； P P 波长为波长为的辐射通量（辐射源在单位的辐射通量（辐射源在单位时间内发射的能量，单位为）；时间内发射的能量，单位为）； V V 波长为波长为的光谱光效率；的光谱光效率； 683683 最大光谱光效率，对明视觉来说，在最大光谱光效率，对明视觉来说，在=555nm=555nm处，其值为处，其值为683lm/683lm/。 如为多色光，其光通量为各单色光的总和，即如为多色光，其光通量为各单色光的总和，即 n n= = 1 1+ + 2 2+ += =K Kmm P PV V眼睛的光视效能例例1 1：已知钠光灯发出波长为：已知钠光灯发出波长为589nm589nm的单色光，设其辐射通量为的单色光，设其辐射通量为10.3W10.3W，试计算其发出的光通量。，试计算其发出的光通量。例例2 2：已知水银灯发出各种波长单色光的辐射通量值，试计算其光：已知水银灯发出各种波长单色光的辐射通量值，试计算其光通量。通量。波长波长（nm)nm)单色辐射通量单色辐射通量P P,W,W光谱光效率光谱光效率V V光通量光通量，lmlm3653652.22.2-4064064.04.00.00070.000724364368.48.40.0180.01810254654611.511.50.9480.948771857857812.812.80.8890.88977866916910.90.90.00760.00765合计合计39.839.8-15613发光强度l l定义: 光源在空间某一方向单位立体角内所发出的光通量。l l计算公式: I=/ 式中 I光源在方向上的光强； 球面接受的光通量（lm)； 球面对应的立体角（Sr)，即球的表面积对球心所形成的角，以表面积与球的半径平方之比来度量，=A/r2。 光强定义示意图例例1 1：已知：已知4040和和100100白炽灯泡分别发出白炽灯泡分别发出350lm350lm以及以及1250lm1250lm的光的光通量，如果没有灯罩，试求其发光强度。通量，如果没有灯罩，试求其发光强度。照度l l定义: 被照面单位面积上接受的光通量l l计算公式: E=A 式中 E被照面上的照度，勒克斯（lx)； 面积上接受的光通量(lm)； A 接受光通量的面积； 当光源的直径小于它至被照面距离的1/5时，可把该光源视为点光源。发光强度与照度的关系 一个点光源在被照面上形成的照度，可从发光一个点光源在被照面上形成的照度，可从发光强度和照度这两基本量之间的关系求出。强度和照度这两基本量之间的关系求出。 E=E= A A I=I= E=I E=Ir r2 2 A= A= rr2 2 上式所讲的是指光线垂直入射到被照表面即入上式所讲的是指光线垂直入射到被照表面即入射角为零的情况。当入射角不等于零时，它与被照射角为零的情况。当入射角不等于零时，它与被照面的法线成面的法线成 角，这时照度角，这时照度E E应由应由 E=(IE=(I r r2 2)cos )cos 来进行计算。来进行计算。点光源发光强度与照度的关系例1：如图所示，在桌面上方2m处挂一带搪瓷伞 罩的40W白炽灯，求灯下桌面点1处照度E1，及点2处照度E2值。亮度l l定义定义: : 发光体在视线方向单位面积上的发光强度发光体在视线方向单位面积上的发光强度l l计算公式计算公式: : 由于一个发光体在视网膜上成像所形成的视由于一个发光体在视网膜上成像所形成的视感觉与视网膜上物像的照度成正比，物像的照度越大，我们感觉与视网膜上物像的照度成正比，物像的照度越大，我们感觉越亮；而该物像的照度与发光体在视线方向的投影面积感觉越亮；而该物像的照度与发光体在视线方向的投影面积成反比，与发光体在视线方向的发光强度成正比，故有：成反比，与发光体在视线方向的发光强度成正比，故有： L L = =I I ( (ScosScos) ) 式中式中 L L 发光体沿发光体沿 方向的表面亮度方向的表面亮度（cd/mcd/m2 2) )； I I 发光体沿发光体沿 方向的发光强度方向的发光强度（cdcd) )； ScosScos 发光体在视线方向上的投影面（发光体在视线方向上的投影面（m m2 2) )； 在所有的光度量中，亮度是唯一直接引起眼睛视感觉的在所有的光度量中，亮度是唯一直接引起眼睛视感觉的量。量。亮度定义示意例例1 1：已知：已知40W40W荧光灯管的长度为荧光灯管的长度为1.15m1.15m，灯管直径为，灯管直径为32mm32mm，它，它发出发出2200lm2200lm的光通量，求灯管的表面亮度。的光通量，求灯管的表面亮度。例例2 2：已知：已知200W200W白炽灯发出白炽灯发出2920lm2920lm的光通，如外加一个直径为的光通，如外加一个直径为250mm250mm的乳白玻璃球形灯罩，设乳白玻璃的透光系数为的乳白玻璃球形灯罩，设乳白玻璃的透光系数为0.60.6，求灯罩的表面亮度。，求灯罩的表面亮度。照度与亮度的关系 光源的亮度和该光源在被照面上所形成的照度之间，由立体角投影定律来宣定量。该定律适用于光源尺寸比它到被照面的距离相对圈套的场合。 E=LS1coscosr2 例例1 1：已知某客厅的面积为：已知某客厅的面积为4.4mX5.6m=24.64m4.4mX5.6m=24.64m2 2，该厅天花高为，该厅天花高为2.6m2.6m，正中装有表面积为，正中装有表面积为1mX1.5m=1.5m1mX1.5m=1.5m2 2、亮度为、亮度为1X101X103 3cd/mcd/m2 2的槽灯，试求槽灯的正下方及四个墙角处的照的槽灯，试求槽灯的正下方及四个墙角处的照度度。例例2 2：已知某客房间的面积为：已知某客房间的面积为4.4mX5.6m=24.64m4.4mX5.6m=24.64m2 2，该厅天花高，该厅天花高为为2.8m2.8m，在左墙正中装有表面积为，在左墙正中装有表面积为2mX0.5m=1.0m2mX0.5m=1.0m2 2、亮度、亮度为为0.12X100.12X104 4cd/mcd/m2 2的发光平面，又知该房间的工作面离地面的发光平面，又知该房间的工作面离地面0.8m0.8m。如不考虑天花板及其他各墙面的反射，试求房间正。如不考虑天花板及其他各墙面的反射，试求房间正中处在工作面上的一点中处在工作面上的一点B B的照度的照度。各基本物理量之间关系示意图建筑光学基本知识眼晴与视觉基本光度单位及应用装饰材料的光学性质照明光源照明灯具了解装饰材料的光学性质的意义l l人们在建筑物内看到的光，绝大多数是经墙壁或各人们在建筑物内看到的光，绝大多数是经墙壁或各种物件的反射或透射的光。所以，如果选用不同的种物件的反射或透射的光。所以，如果选用不同的装饰材料，就会在室内形成不同的光效果。装饰材料，就会在室内形成不同的光效果。l l光在传播过程中遇到介质时，其入射的光通量一部光在传播过程中遇到介质时，其入射的光通量一部分被介质吸收，一部分被反射，另一部分被透射。分被介质吸收，一部分被反射，另一部分被透射。这三部分光通量占总的入射光通量的比例，分别称这三部分光通量占总的入射光通量的比例，分别称为反光系数为反光系数、吸收系数、吸收系数 及透光系数。要做好室及透光系数。要做好室内采光和照明设计，就需要了解各种材料对光的反内采光和照明设计，就需要了解各种材料对光的反射、透射及吸收的特性，同时，还要了解光线经过射、透射及吸收的特性，同时，还要了解光线经过这些材料的反射和透射后，在空间分布上有些什么这些材料的反射和透射后，在空间分布上有些什么规律。规律。常用饰面材料的反光系数常见透光材料的透光系数建筑光学基本知识眼晴与视觉基本光度单位及应用装饰材料的光学性质照明光源照明灯具照明光源的性能指标l l光通量光通量光通量光通量：l l光效光效光效光效：光源发出的光通量与它消耗的电功率之比。：光源发出的光通量与它消耗的电功率之比。(lm/W)(lm/W)l l亮度亮度亮度亮度：光源的亮度是以发光体的平均亮度来表示。：光源的亮度是以发光体的平均亮度来表示。(cd/m(cd/m2 2) )l l显色指数显色指数显色指数显色指数：同一颜色的物体，在不同光谱成分的光源照射下，显出不同：同一颜色的物体，在不同光谱成分的光源照射下，显出不同的颜色，这一现象称为光源的显色性。一般以显色指数来表征显色性。的颜色，这一现象称为光源的显色性。一般以显色指数来表征显色性。l l光源的色表光源的色表光源的色表光源的色表：指光源光色与绝对黑体在某绝对温度时发出的光色相近时，：指光源光色与绝对黑体在某绝对温度时发出的光色相近时，称该温度为该光源的光色温度，简称色温。称该温度为该光源的光色温度，简称色温。(K)(K)l l频闪效应频闪效应频闪效应频闪效应：气体放电光源随着电压电流周期性变化，光通也周期性地产：气体放电光源随着电压电流周期性变化，光通也周期性地产生强弱变化，使人眼观察转动物体时产生不转动的感觉，称为频闪效应。生强弱变化，使人眼观察转动物体时产生不转动的感觉，称为频闪效应。l l光源寿命光源寿命光源寿命光源寿命： 1 1、有效寿命：电灯从开始使用至光通量衰减到初始额定光通量的某一百、有效寿命：电灯从开始使用至光通量衰减到初始额定光通量的某一百分比（通常是分比（通常是70%80%70%80%）所经过的点燃时数。）所经过的点燃时数。 2 2、平均寿命：一组试验样灯从点燃到有、平均寿命：一组试验样灯从点燃到有50%50%（50%50%保持完好）失效所经保持完好）失效所经历的时间。历的时间。l l光源的点燃与再点燃时间光源的点燃与再点燃时间光源的点燃与再点燃时间光源的点燃与再点燃时间：常用照明光源的主要光特性指标照明光源的分类各种光源的推荐使用场所建筑光学基本知识眼晴与视觉基本光度单位及应用装饰材料的光学性质照明光源照明灯具灯具的概念、作用及分类l l概念：概念： 灯具就是灯具就是光源光源、灯罩灯罩及及附件附件的总称。的总称。l l灯罩的作用：灯罩的作用： 灯罩起着固定与保护光源，控制并重新分配光在空间的灯罩起着固定与保护光源，控制并重新分配光在空间的分布，防止眩光等作用。分布，防止眩光等作用。l l灯具的分类：灯具的分类： 按灯具的用途可分为按灯具的用途可分为功能灯具功能灯具和和装饰灯具装饰灯具两大类。两大类。 装饰灯具一般采用装饰部件围绕光源组合而成，它的主装饰灯具一般采用装饰部件围绕光源组合而成，它的主要作用是美化环境、烘托气氛，故将造型、色泽放在首位考要作用是美化环境、烘托气氛，故将造型、色泽放在首位考虑，适当兼顾效率和限制眩光等要求。虑，适当兼顾效率和限制眩光等要求。 功能灯具则以控制光在空间的分布来提高光效，降低眩功能灯具则以控制光在空间的分布来提高光效，降低眩光影响，保护光源不受损伤为目的，同时也起到一定的装饰光影响，保护光源不受损伤为目的，同时也起到一定的装饰效果。效果。 灯具的配光特性l l含义：含义： 灯具的配光曲线是表示灯具的灯具的配光曲线是表示灯具的发光强度发光强度在空间分布的状在空间分布的状况，所以又称光强分布曲线。况，所以又称光强分布曲线。l l运用：运用： 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。因此，知道灯具对称计算点的投光角因此，知道灯具对称计算点的投光角 ，便可查到相应的发，便可查到相应的发光强度。为便于比较，配光曲线都是假定光源的光通为光强度。为便于比较，配光曲线都是假定光源的光通为1000lm1000lm来绘制的。实际光源发出的光通不是来绘制的。实际光源发出的光通不是1000lm1000lm时，在时，在配光曲线上查出的发光强度应加以修正，即乘以实际光源发配光曲线上查出的发光强度应加以修正，即乘以实际光源发出的光通与出的光通与10001000之比。然后，再利用距离平方反比定律，即之比。然后，再利用距离平方反比定律，即可求出点光源在计算点上形成的照度。可求出点光源在计算点上形成的照度。光强曲线示意图对称灯具的配光曲线当灯具的形状是它的轴线旋转体时，其发光强度在空间的当灯具的形状是它的轴线旋转体时，其发光强度在空间的分布也是和轴线对称的。分布也是和轴线对称的。非对称灯具的配光曲线也有一些灯具的形状是不对称的，则需要通过灯具的轴线也有一些灯具的形状是不对称的，则需要通过灯具的轴线的几个截面上的配光曲线，才能说明该灯具的发光强度在的几个截面上的配光曲线，才能说明该灯具的发光强度在空间的分布状况。空间的分布状况。眩光l l定义： 眩光是由于视野内亮度对比过强或亮度过高形成的。眩光会使人产生不舒适感或使可见度降低。l l限制眩光的方法： 1、使灯具有一定的保护角； 2、改变安装位置和悬挂高度； 3、限制灯具的表面亮度。灯具效率l l定义定义: : 灯具的效率是反映灯具的技术经济效果的指标，灯具的效率是反映灯具的技术经济效果的指标，它是指经灯具分配出的光通总量与光源发出的光通它是指经灯具分配出的光通总量与光源发出的光通量的比值。量的比值。l l计算公式：计算公式： = = 式中：式中： 灯具的效率；灯具的效率； 光源发出的光通量，光源发出的光通量，lm;lm; 灯具向空间投射的光通量，灯具向空间投射的光通量，lmlm。灯具的分类国际照明委员会（国际照明委员会（CIECIE）推荐以照明灯具光通量在上下空间）推荐以照明灯具光通量在上下空间的分配比例进行分类。的分配比例进行分类。直接型灯具的几种配光曲线谢谢大家！