建筑物理—光学篇(2)
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第2篇建筑光学第1章建筑光学基本知识1.波长为540nm的单色光源,其辐射功率为5W,试求:①这单色光源发出的光通量;②如它向四周均匀发射光通量,求其发光强度;③离它2m远处的照度。
解:(1)对于波长为540nm的单色光其光视效率是0.96,则这个光源发出的光通量是2.一个直径为250mm的乳白玻璃球形灯罩,内装一个光通量为1179lm的白炽灯,设灯罩的光透射比为0.60,求灯罩外表面亮度(不考虑灯罩的内反射)。
解:3.一房间平面尺寸为7m×15m,净空高3.6m。
在顶棚正中布置一亮度为500cd/m2的均匀扩散光源,其尺寸为5m×13m,求房间正中和四角处的地面照度(不考虑室内反射光)。
解:4.有一物件尺寸为0.22mm,视距为750mm,设它与背景的亮度对比为0.25。
求达到辨别几率为95%时所需的照度。
如对比下降为0.2,需要增加照度若干才能达到相同可见度?解:求视角图1-1 视觉功效曲线图(辨别几率为95%)由于c=0.25,由上图可知所需照度E=70lx若对比度下降0.2,则所需照度E=125lx5.有一白纸的光反射比为0.8,最低照度是多少时我们才能看见它?达到刺眼时的照度又是多少?6.试说明光通量与发光强度,照度与亮度间的区别和联系?答:(1)光通量与发光强度的区别与联系光通量是指标准光度观察者对光的感觉量,常用光通量表示一个光源发出光能的多少。
发光强度是指特定方向上照射的光通量除以该立体角的商。
光通量与发光强度成正比。
(2)照度与亮度间的区别与联系照度是指落在其单位面积上的光通量的多少来衡量它被照射的程度。
亮度就是单位投影面积上的发光强度。
立体角投影定律示某一亮度为Lα的发光表面在被照面上形成的照度值的大小,等于这一发光表面的亮度Lα与该发光表面在被照点上形成的立体角Ω的投影(Ωcosi)的乘积。
7.看电视时,房间完全黑暗好,还是有一定亮度好?为什么?答:房间亮点好。
第二部分建筑光学第一章基本知识⏹光的基本概念⏹人眼构造及其视觉特性▲明视觉(明亮环境,锥体细胞)暗视觉(暗环境,杆体细胞)中间视觉(同时起作用)椎体细胞在明亮的环境下对色觉和视觉敏锐度起决定作用,它能分辨出物体的颜色和细部,并对环境的明暗变化作出迅速的反应。
杆体细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用,他虽能看到物体,但不能分辨其细部和颜色,对明暗变化的反应缓慢。
▲视野视野范围(视场)水平面180°,垂直面130°,上方为60°,下方为70▲光谱光视效率人眼在观看同样功率的可见光辐射时,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。
明视觉曲线——黄绿光最亮,两端暗暗视觉曲线——整体移向短波方向▲颜色感觉光的三原色(加色法)——红绿蓝色相H——各种单色光在白色背景上呈现的颜色。
明度V——①光色-亮度高低;②物体色-反射比高低彩度C(饱和度)——白色(光)的多少三原色——①光色--红(700nm)、绿(546.1nm)、蓝(435.8nm)②物体色--青(减红)、品红(减绿)、黄(减蓝)补色——两种颜色按适当比例混合,能产生白色或灰色★表色体系①CIE表色体系②孟塞尔表色体系⏹基本光度单位◆辐射通量——光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐射能量。
◆光通量Ф——人眼对光的感觉。
单位:lm(流明)光源的基本参数,表示一光源发出光能的多少。
◆发光强度I——光通量的空间分布密度。
单位:cd(坎德拉)◆照度E——在被照面单位面积上的光通量多少(被照射的程度)。
被照面上光通量的密度。
单位:lx(勒克斯)E=Ф/A◆发光强度和照度的关系——E=I/r2 距离平方反比定律计算点光源产生照度的基本公式,某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比,与它至光源距离r的平方成反比◆亮度L——发光体在视线方向上单位投影面积的发光强度。
习题1-1、构成室内热环境的四项气候要素是什么?简述各个要素在冬(或夏)季,在居室内,是怎样影响人体热舒适感的。
答:(1)室内空气温度:居住建筑冬季采暖设计温度为18℃,托幼建筑采暖设计温度为20℃,办公建筑夏季空调设计温度为24℃等。
这些都是根据人体舒适度而定的要求。
(2)空气湿度:根据卫生工作者的研究,对室内热环境而言,正常的湿度范围是30-60%。
冬季,相对湿度较高的房间易出现结露现象。
(3)气流速度:当室内温度相同,气流速度不同时,人们热感觉也不相同。
如气流速度为0和3m/s时,3m/s的气流速度使人更感觉舒适。
(4)环境辐射温度:人体与环境都有不断发生辐射换热的现象。
1-2、为什么说,即使人们富裕了,也不应该把房子搞成完全的“人工空间”?答:我们所生活的室外环境是一个不断变化的环境,它要求人有袍强的适应能力。
而一个相对稳定而又级其舒适的室内环境,会导致人的生理功能的降低,使人逐渐丧失适应环境的能力,从而危害人的健康。
1-3、传热与导热(热传导)有什么区别?本书所说的对流换热与单纯在流体内部的对流传热有什么不同?答:导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动,热量由高温向低温处转换的现象。
纯粹的导热现象只发生在密实的固体当中。
围护结构的传热要经过三个过程:表面吸热、结构本身传热、表面放热。
严格地说,每一传热过程部是三种基本传热方式的综合过程。
本书所说的对流换热即包括由空气流动所引起的对流传热过程,同时也包括空气分子间和接触的空气、空气分子与壁面分子之间的导热过程。
对流换热是对流与导热的综合过程。
而对流传热只发生在流体之中,它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动,互相掺合而传递热能的。
1-4、表面的颜色、光滑程度,对外围护结构的外表面和对结构内空气间层的表面,在辐射传热方面,各有什么影响?答:对于短波辐射,颜色起主导作用;对于长波辐射,材性起主导作用。
如:白色表面对可见光的反射能力最强,对于长波辐射,其反射能力则与黑色表面相差极小。
建筑光学1. 可见光的波长为380-780nm 。
2. 在明亮的环境中,人眼对波长为555nm 的黄绿色光最敏感3. 在较暗的环境中,人眼对波长为507nm 的蓝绿色光最敏感4. 光通量Φ:光源发出光的总量,是按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量(辐射功率)。
单位:光瓦或流明(Lm ),1光瓦=683流明。
1光瓦等于辐射通量为1W ,波长555nm 的黄绿光所产生的光感觉量。
100W 白炽灯发1250lm 的光通量,40W 荧光灯发2200lm 的光通量。
6. 光强I :光源光通量在空间的分布密度。
ΩΦ=d d I α。
单位坎德拉cd ; 光通量一定,光通量所分布的立体角不变,光强与测光点的距离无关。
7. 照度E :单位面积被照表面接受的光通量A E /Φ=。
单位Lx ;英制单位f c =10.76L x 。
i rI E cos 2α= 8. 照度标准值按0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、…、5000Lx 分21级。
9. 亮度L :光源或被照面的明亮程度。
单位是cd/m 2(nt )、asb 、sb 。
1 asb=1/πcd/m 2;1 sb=104 cd/m 2。
ααcos /A I L =;πτ/E L =。
10. 太阳亮度20万sb ;无云蓝天亮度0.2~2.0sb(2000~20000cd/m 2);荧光灯表面亮度0.8~0.9sb ;白炽灯亮度约0.15sb 。
11. 光谱光效应函数:描述人眼对不同波长单色光的视亮度感受性的差异。
12. 明视觉光谱光效应函数:将黄绿光555nm 的感觉量定为1,其余波长光的感觉量都小于1。
13. 双眼平视前方,眼球不动时,人眼的视野范围为水平180°,垂直向上为60°,向下为70°。
14. 视线周围1°~5°内物体能在视网膜中心成像,清晰度最高,这部分叫“中心视野”;目标偏离中心视野以外观看时,叫“周围视野”;视线周围30°视觉环境的清晰度较好,看起来比较清楚。
实用的建筑物理(光学)实验报告(二)引言概述建筑物理是研究建筑环境中光学现象和效果的学科,对于实际工程设计和优化非常重要。
本报告是《实用的建筑物理(光学)实验报告(二)》,旨在介绍建筑环境中光学实验的设计和实施方法,以及相关实验结果和分析。
通过本实验报告的学习,读者将了解到光学实验对于建筑物理的研究和应用的重要性,以及如何通过光学实验来优化建筑设计。
正文1. 光线传播与折射实验1.1 光线在不同介质中的传播模型1.2 折射定律及其实验验证1.3 不同介质的折射率测量方法1.4 光线传播的实际应用示例1.5 折射率对建筑材料选择的影响2. 反射与散射实验2.1 光线在平面镜的反射实验2.2 反射定律及其实验验证2.3 光线在粗糙表面的散射实验2.4 散射对建筑照明的影响2.5 光线反射与散射的应用案例3. 透明材料与色彩实验3.1 透明材料的透射率测量方法3.2 光线在透明材料中的色散实验3.3 透明材料的色彩效果分析3.4 透明材料的光线利用率评估3.5 透明材料与建筑整体效果的关系4. 照明设计与日照实验4.1 照明设计的基本原则与方法4.2 光线在建筑内部的分布实验4.3 日照模拟实验与评估4.4 光线对建筑室内舒适度的影响4.5 照明设计与日照优化的例子5. 建筑物面色实验5.1 建筑物外观颜色的实验测量5.2 色度值与颜色感知的关系5.3 建筑物颜色对环境的影响5.4 耐候性与颜色衰减实验5.5 建筑物颜色选择的建议与经验总结总结通过本实验报告的学习,我们了解了建筑物理(光学)实验的重要性以及设计和实施方法。
在光线传播与折射实验中,我们学习到了光线在不同介质中传播的规律和折射定律,并了解了光线传播对建筑设计的影响。
反射与散射实验展示了光线在平面镜和粗糙表面上的行为,并探讨了其在建筑照明中的应用。
透明材料与色彩实验提供了关于透明材料的透射率、色散和色彩效果的测量方法和分析。
照明设计与日照实验强调了照明设计原则、光线分布和日照评估对建筑室内舒适度的重要性。