建筑物理-光学篇课件.ppt

1、建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE建筑物理光学篇(一)主讲人:班 级:建筑学时 间：2011年8月 建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE基本情况基本情况16周，周，32学时，建筑实验课学时，建筑实验课2次；次；建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE为啥学？为啥学？建筑设计息息相关。建筑设计息息相关。建筑技术的一部分，属于学科交叉的部分，大片未知领域，值得深入研究。建筑技术的一部分，属于学科交叉的部分，大片

2、未知领域，值得深入研究。注册考试的必考内容。注册考试的必考内容。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE 巴拉干巴拉干 热情的色彩热情的色彩 美化的墨西哥美化的墨西哥建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE水立方水立方 科技与建筑的结合科技与建筑的结合 人工光线的应用人工光线的应用建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE北京奥运会柔道馆北京奥运会柔道馆 光的可持续利用理念光的可持续利用理念建筑学建筑学08-1 201

3、0-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE怎么学？怎么学？兴趣兴趣观察观察应用应用建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE课程考核课程考核考试成绩考试成绩平时成绩平时成绩 建筑实例光学分析（论文或建筑实例光学分析（论文或ppt形式），课堂提问。形式），课堂提问。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE321主要内容主要内容建筑光学基本知识建筑光学基

4、本知识天然采光天然采光建筑照明建筑照明4建筑光学小专题建筑光学小专题5光学实验光学实验建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE光环境设计光环境设计光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、物理学、美学、生理学、心理学光环境设计要运用很多学科的基础理论，如建筑学、物理学、美学、生理学、心理学、人工工效等等，它既是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。、人工工效等等，它既是科学，又是艺术，同时又受经济和能源的制约。光环境设计主要包括光环境设计主要包括：（1）天然光环境设计天然光环境设计充分利用昼光照明和渲染气氛，不仅可以获得较高的

5、视觉功效，节约能源和费用，也充分利用昼光照明和渲染气氛，不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，也是人们在生理和心理上感到舒服满意的关键因素。是人们在生理和心理上感到舒服满意的关键因素。（2）人工光环境设计人工光环境设计建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用人工照明，为了使建筑物建筑物内不仅在夜间采用人工照明，有些场所，白天也要用人工照明，为了使建筑物在白天和夜晚都能同样的使用和美观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经在白天和夜晚都能同样的使用和美观，掌握一些人工光环境的设计方法和实践经验尤为重要。验尤为重要。优良人工光环境的设计要靠建筑师、室内设计师、电气工程师和设备工程

6、师密切合作优良人工光环境的设计要靠建筑师、室内设计师、电气工程师和设备工程师密切合作，但建筑设计师应发挥主导作用。，但建筑设计师应发挥主导作用。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE1.1光的本质1.2 人的眼睛与视觉1.3 光的度量单位和应用1.4 材料的光学性质第一部分第一部分 建筑光学基础知识建筑光学基础知识建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识 光的本质是一种电磁波电磁波。波长在380nm-780nm380nm-780nm

7、之间的电磁波能够引起人们的视觉，所以我们称这个范围之内的电磁波叫光。1.1光的基本知识光的基本知识建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识人类90%以上的外界信息是由眼睛通过接收外界光线获得的。1.2 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2.1人眼的基本构造 瞳孔 水晶体 视网膜 感光细胞1.2 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉建筑学建筑学08-1 2010-1

8、008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2.1人眼的基本构造 瞳孔：根据环境明暗程度，自动调节孔径。水晶体：具有自动聚焦功能，使外界景物都能在视网膜上成像。视网膜：视觉感受部分，布满感光细胞，影像在此形成。感光细胞：接收光刺激，转换为神经冲动，分为锥状细胞、杆状细胞。1.2 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉光圈透镜胶片建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2.1人眼的基本构造锥状细胞：分布在视网膜中央部位，称黄斑区域；中

9、央窝锥状细胞的密度最大；在明环境中起作用-色觉、敏锐度；对环境的明暗变化反映迅速，暗环境不起作用。杆状细胞：分布在中央以外的区域；在暗环境中起决定作用；只有明暗感觉，没有色感觉和细部感觉；对环境的明暗感觉变化，反映缓慢。1.2 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2.1人眼的基本构造1.2.2人眼的视觉特点 颜色感觉 光谱光视效率 视野范围 明暗视觉1.2 人

10、的眼睛与视觉人的眼睛与视觉 人眼在光看同样功率的可见辐射时，对于不同的波长感觉到的明亮程度不同。就是我们通常说的醒目不醒目。光谱光视效率，就是用来表示人眼睛对光谱光视效率，就是用来表示人眼睛对可见光的明亮程度的一组数值。可见光的明亮程度的一组数值。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE555nmV()=m/光谱光视效率光谱光视效率表示在特定的光度条件下，获得相同视觉感觉时，两个单色辐射通量之比。m，表示视感觉最大的单色光的辐射通，表示视感觉最大的单色光的辐射通量。量。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIA

11、NZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点 颜色感觉 光谱光视效率 视野范围 明暗视觉1.1 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉受到眼睛结构以及在面部位置的影响，眼睛的视看范围是有局限的。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点 颜色感觉 光谱光视效率 视野范围 明暗视觉1.1 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉 人双眼不动的视觉范围：水平1

12、80，垂直130，上方60，下方70。遮挡区域遮挡区域单眼视看单眼视看最大范围最大范围双眼共同双眼共同视看范围视看范围视觉清楚视觉清楚区域区域中心视场，黄斑对中心视场，黄斑对应区域，几乎没有应区域，几乎没有杆状细胞杆状细胞建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点 颜色感觉 光谱光视效率 视野范围 明暗视觉1.1 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉视野范围在建筑设计中的应用电影院观影厅设计建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2

13、010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点 颜色感觉 光谱光视效率 视野范围 明暗视觉1.1 人的眼睛与视觉人的眼睛与视觉在明环境中形成的视觉感觉，形成明视觉明视觉；在暗环境中形成的视觉感觉，形成暗视觉暗视觉；明视觉明视觉暗视觉暗视觉只有明暗感觉无颜色感觉，无法辨认物体细节；辨认物体细节，具有颜色感觉，对外界变化的适应能力强；锥状细胞锥状细胞杆状细胞杆状细胞建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE课堂视觉实验：课堂视觉

14、实验：盯住中心的黑点不动，注意两侧颜色的变化的情况，并解释原因。盯住中心的黑点不动，注意两侧颜色的变化的情况，并解释原因。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE课下思考：解释如下光学视觉现象。课下思考：解释如下光学视觉现象。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE1.1 人的眼睛与视觉1.2 光的度量单位以及相互关系1.3 材料的光学性质1.4 视度及其影响因素第一部分第一部分 建筑光学基础知识建筑光学基础知识建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JI

15、ANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位光通量 发光强度 照度 亮度L 建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.11.2.1基本光度单位基本光度单位光通量：光通量：表示光源发出光能的多少，是光源的一个基表示光源发出光能的多少，是光源的一个基本参数本参数 。它的前提是人眼对光的感觉量为基准。它的前提是人眼对光的感觉量为

16、基准。用符号用符号表示，单位：流明（表示，单位：流明（lmlm）单色光单色光 =Km *e,*V e，波长为波长为的单色辐射光通量，的单色辐射光通量，W；V 可见光光谱光视效率可见光光谱光视效率,描述人眼对不同波长单色光的视描述人眼对不同波长单色光的视亮度感受性的差异亮度感受性的差异；Km 最大光谱光视效能最大光谱光视效能,在明视觉时，在明视觉时，Km为为683lm/w。例题：已知低压钠灯发例题：已知低压钠灯发出波长为出波长为589nm589nm的单色的单色光，设其辐射量为光，设其辐射量为10.3w10.3w，试计算出它发，试计算出它发出的光通量出的光通量。解解建筑学建筑学08-1 2010-

17、1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE不同波长的相对光谱光效率不同波长的相对光谱光效率 明视觉：明视觉：V()max 对应波长对应波长555nm(黄绿光黄绿光)，光效是，光效是680lm/W。暗视觉：暗视觉：V()max 507nm(蓝绿光蓝绿光)建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系589nm0.78例题：已知低压钠灯发出波长为例题：已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，的单色光，设其辐射量为设其辐射

18、量为10.3w，试计算出它发出的光通量。，试计算出它发出的光通量。=68310.3V589 =68310.30.78 =5487lm建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位光通量复色光=Kme,iV(i)或者=Kme,V()d 建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUAN

19、GXUE发光强度发光强度立体角的概念立体角的概念 =S/r2 sr 发光圆球 =4 发光圆盘 =建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.11.2.1基本光度单位基本光度单位发光强度：发光强度：描述光通量在空间的分布密度，又叫光强描述光通量在空间的分布密度，又叫光强 。用符号用符号表示，单位：坎德拉表示，单位：坎德拉，（cdcd）=/=d/d40w40w白炽灯正下方的光强是白炽灯正下方的光强是30cd30cd，若加灯罩，若加灯罩73

20、cd73cd。？立体角立体角=/r=/r2 2建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE光通量相同，发光强度却不同光通量相同，发光强度却不同建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.11.2.1基本光度单位基本光度单位照度：照度：描述单位面积上光通量的多少描述单位面积上光通量的多少 。用符号用符号表示，单位：勒克斯，（表示，单位：勒克斯，（lxlx）=d/d =/1 lx=1

21、 lm/m2英尺烛光英尺烛光fcfc1fc1fc即等于即等于1 1流明的光通量均流明的光通量均匀分布在匀分布在1 1平方英尺的表面平方英尺的表面建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE照度照度建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE国际照明委员会国际照明委员会CIE对对不同作业和活动推荐的照度不同作业和活动推荐的照度作业或活动类型作业或活动类型 照度范围照度范围(lx)室外入口区域室外入口区域 20 30 50短暂停留交通区短暂停留交通区 50 75 100衣帽间、门厅衣帽间

22、、门厅 100 150 200讲堂、粗加工讲堂、粗加工 200 300 500办公室、控制室办公室、控制室 300 500 750缝纫、绘图、检验室缝纫、绘图、检验室 500 750 1000辨色、精密加工和装配辨色、精密加工和装配 750 1000 1500手工雕刻、精细检验手工雕刻、精细检验 1000 1500 2000手术室、微电子装配手术室、微电子装配 2000建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位发光强度

23、与照度之间的关系照度：照度：=/=/发光强度：发光强度：=/=/=/A/r=/A/r2 2=r=r2 2/A=E/A=E*r r2 2所以，所以，E=/rE=/r2 2照度与点光源在这方向的发光强度成正照度与点光源在这方向的发光强度成正比，与光源的距离平方成反比。比，与光源的距离平方成反比。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位发光强度与照度之间的关系E=/rE=/r2 2问题：前面已经知道问题：前面已经知道40w

24、40w白炽白炽灯正下方的光强是灯正下方的光强是30cd30cd，其正，其正下方下方1 1米处的照度是多少米处的照度是多少lxlx？建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE光源的发光强度与被照面的照度关系光源的发光强度与被照面的照度关系 已知点光源发光强度以及与被照已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度：者连线的被照面的照度：EnI/r2 再通过三角转换即可求得实际再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：被照面的照度：E=Ensin =(I/r2)sin 线光源是点光源的积分

25、叠加，线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。面光源是线光源的积分叠加。原理相同。原理相同。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE例题例题如图所示，在距离桌面如图所示，在距离桌面2米处挂一只米处挂一只40w白炽灯，设在白炽灯的发光强度白炽灯，设在白炽灯的发光强度I025=30cd，I2545=25cd，求灯下桌面上，求灯下桌面上1、2两两点处的照度。点处的照度。【解解】：由：由 式可得式可得1、2两点两点处的照度分别处的照度分别 cos2rIE 5.70cos230cos221rIE lxrI E4.55.26cos12

26、25cos222建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE第一部分第一部分 光学基础知识光学基础知识1.2 光的度量单位以及相互关系光的度量单位以及相互关系1.2.11.2.1基本光度单位基本光度单位亮度：亮度：发光体在视线方向上，单位投影面积发出的发光发光体在视线方向上，单位投影面积发出的发光强度。强度。物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小，就感到它越亮，即亮度越大。，就感到它越亮，即亮度越大。用符号用符号L表示，单位：熙提，表示，单位：熙提，sb L L=/Acos/Acos 太阳

27、亮度太阳亮度20万万sb，蓝天蓝天0.22.0sb，白炽灯灯丝亮白炽灯灯丝亮度度300500sb。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE亮度表达式亮度表达式 cosdSdIL 建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观所亮度反映了物体表面的物理特性；而人们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与所处环境的明暗程度有关。于是有关外，还与所处环境的明暗程度有关。于是，将亮度分为两种，

28、前者称为，将亮度分为两种，前者称为“物理亮度物理亮度(或或称亮度称亮度)”，后者称为，后者称为“表观亮度表观亮度(或称明亮度或称明亮度)”。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE亮度和照度有何区别？照了不一定亮！亮度和照度有何区别？照了不一定亮！建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE照度和亮度的关系照度和亮度的关系 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 而而 得得 所以有所以有 整个发光面在整个发

29、光面在0点形成的照度是点形成的照度是均匀亮度是有均匀亮度是有 立体角投影定律立体角投影定律 建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE光源的亮度与被照面的照度关系光源的亮度与被照面的照度关系 EL sin Acos /r2建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE例题例题在房间侧墙和屋顶上各开一个在房间侧墙和屋顶上各开一个1的窗洞，它们与室内桌子的的窗洞，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相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为1sb，试分别，试分别求出各个

30、窗洞在桌面上形成的照度求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高桌面与侧窗窗台等高)。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE解：窗洞可看作发光平面，其亮度等于窗外蓝天的亮度。侧窗：228.025.497.05.02cos122243.025.45.0cosiEw=100000.2280.243=555lx天窗：天窗：411cosiEm=100000.25i=2500lx建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE1.2.2 基本光度单位比较1.2 光的度量单位以及相互关

31、系光的度量单位以及相互关系建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE颜色颜色 度量：孟赛尔表色系度量：孟赛尔表色系 相邻色调间逐步过渡相邻色调间逐步过渡 相同黄色相同黄色Y 也有偏红黄也有偏红黄YR和偏和偏绿黄绿黄GY 之分之分 每种色调分为每种色调分为10个等级，主色调个等级，主色调和中间色调的等级均为和中间色调的等级均为 5。10Y 表示黄与黄绿的中间色，表示黄与黄绿的中间色，即淡黄绿色。即淡黄绿色。建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE孟赛尔表色系孟赛尔表色系(镜像镜像)建筑学建筑学08-1 2010-1008-1 2010-10JIANZHUWULI-GUANGXUE颜色产生的心理效果颜色产生的心理效果 情绪感觉情绪感觉 积极色：暖色调高亮度 消极色：冷色调低照度 温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果可达温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果可达34 大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重