建筑光环境-建筑环境学..doc

建筑光环境
建筑光环境是建筑环境中的一个非常重要的组成部分。人们对光环境的需求与所从事的活动有密切关系。在进行生产、工作和学习的场所,适宜的照明可以振奋人的精神、提高工作效率、保证产品质量、保障人身安全与视力健康。因此,充分发挥人的视觉效能是营建这类光环境的主要目标。而在居住、休息、娱乐和公共活动的场合,光环境的首要作用则在于创造舒适优雅、活泼生动或庄重严肃的特定环境气氛,使光环境对人的精神状态和心理感受产生积极的影响。
建筑照明能耗在建筑能耗中也占据了重要的份额。国内外的统计数据都表明,在现代的办公建筑与大型百货商场,照明能耗均约占整个建筑能耗的三分之一左右。因此,在保证满足室内光环境要求的条件下,最大限度地降低照明能耗,对于减少建筑总能耗,降低高能耗所导致的污染排放具有非常重要的社会意义和经济效益,也是建筑设备工程专业的重要的任务。
为了创造令人满意的室内光环境,同时又要避免过高的建筑能耗,就必须充分了解不同类型的采光、照明设备与方法的性能特点与能耗特点。本章介绍了建筑光环境有关的基本概念和理论,此外,对照明、采光设备、控光材料、照明形式、计算方法等也有介绍,以期读者对光环境的设计原理有正确的了解,并初步掌握光环境的设计与控制方法。
第一节光的性质与度量
光是以电磁波形式传播的辐射能。电磁辐射的波长范围很广,只有波长在380nm至760nm的这部分辐射才能引起光视觉,称为可见光(简称光)。波长短于380nm的是紫外线、x射线、g 射线、宇宙线;长于760nm的有红外线、无线电波等等。它们与光的性质不同,人眼是看不见的(图8-1)。

图8-1 辐射波谱
不同波长的光在视觉上形成不同的颜色,例如700nm的光呈红色,580nm呈黄色,470nm
呈蓝色。单一波长的光呈现一种颜色,称为单色光。日光和灯光都是由不同波长的光混合而成的复合光,它们呈白色或其他颜色。将复合光中各种波长辐射的相对功率量值按对应波长排列联结起来,就形成该复合光的光谱功率分布曲线,它是光源的一个重要物理参数。光源的光谱组成不但影响光源的表观颜色,而且决定被照物体的显色效果。
基本光度单位及相关关系
光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明,这就需要借助于一系列的物理光度量来
描述光源与光环境的特征。常用的光度量有光通量、照度、发光强度和(光)亮度。
一、光通量
辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中可被人眼感觉可见光的能量(波长380-780nm)按照国际约定的人眼视觉特性评价换算光通量,其单位为流明(lumen,lm)。
图8-2 单色光谱光效率
人眼对不同波长单色光的视亮度感受性也不一样,这是光在视觉上反映的一个特征。在光亮的环境中(适应亮度>3cd/m2,亮度单位见后文),辐射功率相等的单色光中人眼看起来感觉波长555nm的黄绿光最明亮,并且明亮程度向波长短的紫光和长波的红光方向递减。国际照明委员会(CIE)根据大量的实验结果,把555 nm定义为同等辐通量条件下,视亮度最高的单色波长,用lm表示。将波长为lm的辐射通量与视亮度感觉相等的波长为l 的辐射通量的比值,定义为波长l 的单色光的光谱光视效率(也称视见函数),以V(l )表示。也就是说,波长555 nm的黄绿光V (l )=1,其他波长的单色光V (l )均小于1(图8-2),这就是明视觉光谱光视效率。在较暗的环境中(适应亮度<),人的视亮度感受性发生变化,以l = 510 nm的蓝绿光最为敏感。按照这种特定光环境条件确定的V (l )函数称为暗视觉光谱光视效率(图8-2)。
光视效能K(l )是描述光能和辐射能之间关系的量,它是与单位辐通量相当的光通量,最大值Km在l = 555 nm处。根据一些国家权威实验室的测量结果,1977年国际计量委员会决定采用Km = 683 lm/W,也就是波长555 nm的光源,其发射出的1W辐射能折合成光通量为683 lm。
根据这一定义,如果有一光源,其各波长的单色辐射通量为Fe, l,则该光源的光通量为:
(8-1)
式中:F——光通量,lm;
Fe,l ——波长为λ的单色辐射能通量,W;
V(l ) ——CIE标准光度观测者明视觉光谱光视效率;
Km——最大光谱光视效能=683lm / W。
在照明工程中,光通量是说明光源发光能力的基本量。例如,一只耗电40W的白炽灯发射的光通量为370 lm,而一只耗电40 W的荧光灯发射的光通量为2800 lm,比白炽灯多7倍多,这是由它们的光谱分布特特性决定的。
二、照度
照度是受照平面上接受的光通量的面密度,符号为E。若照射到表面一点面元上的光通量为dF (l