建筑物理光学篇

建筑物理光学光学一、光学基本知识1、可见光的波长范围2、光谱光是效率的概念3、视度及其影响因素（眩光概念、产生原因、解决方式）4、光通量、发光强度、照度、亮度的概念，单位，计算公式5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系（距离平方反比定律和立体角投影定律）1、可见光的本质是一种电磁波，波长在380～780nm之间2、光谱光是效率：在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，两个单色辐射通量之比vλ=?m ?vλ<1m：视觉感觉最大的单色光的辐射能量3、视度及其影响因素视度：看清物体的程度影响因素①亮度：物体越亮看的越清楚，但不能超出适应范围（10?5asb～16sb）②物体尺寸：大而近的物体才能看清楚③对比：观看对象与背景之间亮度差异，差异越大，视度越高④识别时间：物体越亮，识别时间越短⑤眩光⑥光污染眩光概念：眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒服感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。

产生原因：①直接眩光：直接眩光是由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光②反射炫光：反射眩光是由视野中的反射所引起的眩光，特别是在靠近视线方向看见反射像所产生的眩光。

解决方式：直接眩光①限制光源亮度②增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比③减少形成眩光的光源视看面积④尽可能增大眩光源的仰角反射眩光①尽量使视觉作业的表面为无光泽表面，以减弱规则反射而形成的反射眩光②应使视觉作业避开或远离照明光源同人眼形成的规则反射区域③使用发光表面积大、亮度低的光源④使引起规则反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减小，从而减少反射炫光的影响4、光通量、发光强度、照度、亮度光通量：人眼对光的感觉量为基准的光的能量单位发光强度：光通量的空间密度分布照度：对于被照面而言，常用落在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度，它表示被照面上的光通量密度亮度：单位投影面积上的发光强度5、照度与发光强度，照度与亮度之间的关系E=Icosαr2α：射束截面法线与射束方向间的夹角距离平方反比定律：某表面的照度与电光源在这方向的发光强度（和入射角的余弦）成正比，与它到光源距离的平方成反比，这就是计算点光源产生照度的基本公式，即距离平方反比定律。

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。

第七章 建筑光学基本知识1、 基本光度单位①光通量:光源在单位时间内发射出得以人眼感觉为基准得能量。

光通量Φ由下式计算:d ()V()d d e m K λλλλ∞ΦΦ=⎰(7-1) 式中,Φ——光通量,单位为流明(lm);d ()d e λλΦ——辐射通量得光谱分布(W);V()λ——光谱光视效率,可由图7-4或附表1中得y()λ查出。

m K ——最大光谱光视效能,在明视觉时为683 lm/W 。

计算时,光通量通常采用下式得到:e,V()m K λλΦ=Φ∑ (7-2)式中,,e λΦ——波长为λ得辐射通量(W)。

单位: 光瓦或流明(lm) 1光瓦= 683 lm②发光强度:空间中得光得分布状况,就就是光通量得空间密度,常用符号I α来表示。

单位为坎德拉,符号为cd 。

立体角:2A cos d d rαΩ= 光源在给定方向上得发光强度就是该光源在该方向得立体角元d Ω内传输得光通量d Φ除以该立体角之商,发光强度得符号为I α。

点光源在某方向上得立体角元d Ω内发出得光通量为d Φ时,则该方向上得发光强度为:d I d αΦ=Ω当角α方向上得光通量Φ均匀分布在立体角Ω内时,则该方向得发光强度为:I αΦ=Ω(7-4) ③照度: 对于被照面而言,常用落在其单位面积上得光通量多少来衡量它被照射得程度,这就就是照度。

符号为E 。

它表示被照面上光通量得密度。

表面上一点照度就是入射在包含该点面元上得光通量d Φ除以该面元面积A d 之商,即:Ad E d Φ= 当光通量Φ均匀分布在被照表面A 上时,则此被照面各点得照度均为AE Φ= (7-5)照度单位为勒克斯,符号为lx,等于1 lm 得光通量均匀分布在1m 2得被照面上。

④发光强度与照度得关系:1.点光源垂直入射到被照表面。

如左图,根据A E Φ=、I αΦ=Ω与2Ar Ω=可得:2A I I E rααΩ== (7-6) 上式表明,某表面得照度E 与点光源在这方向得发光强度I α成正比,与距光源得距离r 得平方成反比。

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。

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。

建筑物理光学实验报告建筑物理光学实验报告引言：建筑物理光学是研究光在建筑物中传播、反射、折射和吸收等现象的学科。

通过对建筑物的光学性能进行研究，可以为建筑设计提供科学依据，使建筑物能够更好地利用自然光，提高室内照明效果，节约能源。

本实验旨在通过测量光的透射、反射和折射等参数，对建筑物的光学性能进行评估和分析。

实验一：透明材料的透射特性在实验中，我们选择了几种常见的透明材料，包括玻璃、塑料和亚克力等，用来研究它们的透射特性。

首先，我们使用光源照射透明材料，通过测量透射光的强度和角度，得到透射率和透射系数等参数。

实验结果显示，不同材料的透射特性存在差异，其中玻璃的透射率最高，而塑料的透射系数较低。

这些结果对于建筑物的采光设计具有重要意义。

实验二：反射特性的研究建筑物的外墙和屋顶通常会选择具有一定反射能力的材料，以提高室内光照亮度。

在实验中，我们选取了不同材料的反射率进行测量，并比较它们的反射性能。

实验结果显示，金属材料的反射率较高，而石材和木材的反射率较低。

这些结果可以为建筑物的外墙材料选择提供参考，使得建筑物能够更好地反射阳光，提高室内光照质量。

实验三：折射特性的研究折射是光线从一种介质进入另一种介质时发生的现象。

在建筑物中，我们经常会遇到光线从室外进入室内的情况，因此了解光线在不同介质中的折射特性对于室内照明设计至关重要。

在实验中，我们使用不同材料的透明板进行折射实验，并记录光线的入射角和折射角。

实验结果显示，不同材料的折射率存在差异，其中光线从空气进入玻璃的折射率最高。

这些结果可以为建筑物的窗户材料选择提供参考，使得室内光线能够更好地传播。

实验四：光照度的测量光照度是指单位面积上接收到的光线的强度，它是评估建筑物室内光照质量的重要指标。

在实验中，我们使用光照度计对不同位置的建筑物进行测量，并比较室内和室外的光照度差异。

实验结果显示，建筑物内部的光照度普遍较低，而阳光直射的地方光照度较高。

这些结果可以为建筑物的采光设计提供依据，使得室内光照质量得到改善。