建筑环境学-6光环境

光环境建设与城市经济城市建筑共生共荣倪孟麟李树华（天津市华彩电子科技工程有限公司）1 光环境建设是城市整体规划的重要组成部分随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，城市基础设施建设与城市环境保护在城市总体规划中占有着越来越重要的位置，当前世界科技发展趋势的核心之一是追求环境质量的改善和未来可持续的发展，衡量一个城市是否现代化，关键是看城市基础设施建设是否现代化，是否重视城市环境保护。

因此如何进一步改善城市环境质量是体现以人为本的重要举措，也是构成城市整体规划的重要组成部分。

城市环境包括生态环境、大气环境和物理环境等方面，几者之间互相联系、互相制约。

生态系统指生物群与非生物群环境所构成的整体。

城市生态系统是以城市人群为主体，包括自然环境和经济社会环境之间相互作用、制约依赖的复合系统。

其目的就是在现实可行的基础上协调经济社会发展与城市生态环境之间的矛盾，抑制和防止生态环境的破坏和污染，提高环境质量，维护生态平衡，实现城市可持续发展的目标。

它包括城市绿化系统，城市空间布局结构与形态，城市景观环境、城市大气环境、水环境、声环境等的保护与治理。

城市生态与环境保护规划的最终目标是要建设生态城市，要把城市建设成为一个可以自动组织和调节的自然、城市与人共生共容的系统，要讲究生态伦理，树立生态意识。

“建筑环境”一词的含义相当广泛，它既包括物理的、化学的、生物的因素，也包含社会的、文化的和心理的精神因素。

这些因素交织在一起，构成了人类所处的环境空间。

物理环境包括光、热、色、声等物理因素，这些因素与人们的身心健康、工作效率、生活质量息息相关，人类的生存离不开这些物理因素。

科学实验证明人类接受外界信息中，80%以上来自视觉器官，因此城市的光环境建设更应占有极为突出的位置。

城市光环境的建设应包括白天景观的建设与夜间灯光景观的建设。

我们认为要创造夜景的美，首先要不断的创造出灯光下载体的美，建筑物的美，在此基础上才能创造出多种形式美好的夜景。

1、通过非透光围护结构热传导和通过非透光围护结构得热前者是考虑在内外扰动以及整个房间所有围护结构相互作用下通过一堵墙体的实际传热量后者是把一堵墙体割裂开来，仅考虑在内外扰动作用下通过一堵墙体的传热量目的在于把房间每一堵墙体的得热求出来，然后进行叠加，以求得通过整个房间围护结构的总得热量。

是一些简化手工工程算法的需要。

2各种得热进入空气的途径潜热得热、渗透空气得热，得热立刻成为瞬时冷负荷通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室内显热源散热对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存在延迟。

3、得热与冷负荷的关系冷负荷与得热有关，但不一定相等决定因素：1、空调形式送风：负荷＝对流部分辐射：负荷＝对流部分＋辐射部分热源特性：对流与辐射的比例是多少？围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果内表面完全绝热呢？房间的构造（角系数）注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！4、室外空气综合温度人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？室外空气综合温度与什么因素有关？高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气综合温度是否相同？请试算一下盛夏太阳下的室外空气综合温度比空气温度高多少？5、两种积分变换法总结谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。

为了便于手工计算，均把内外扰通过一个板壁形成的冷负荷分离出来，作为一个孤立的过程处理，不考虑与其它墙面和热源之间的相互影响。

只是在一定程度上反应了得热和冷负荷之间的区别，对辐射的影响作了很多简化。

如果房间与简化假定相差较远，则结果的误差较大，如内表面温度差别大、房间形状不规则、室内空气控制温度随时间变化等。

6、影响人体与外界热交换的因素环境空气温度：对流换热环境表面温度：辐射换热水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换高温环境：增加热感低温环境：增加冷感！风速：对流热交换和对流质交换吹风感：Draught，冷感和对皮肤的压力冲击服装热阻：影响所有换热式7、热舒适方程与PMV指标特点总结舒适程度由对热中性的偏移程度确定，与偏移的时间长短没有关系，与人体原有的热状态无关，与人体热状态的变化无关。

《建筑环境学》课程教学大纲一、课程的基本情况课程中文名称：建筑环境学课程英文名称：Built Environment课程代码：0811010课程类别：专业基础课课程性质：必修课总学时：36 讲课学时：34 实验学时： 2 课程学分：2分授课对象：建筑环境与设备工程专业的本科生前导课程：工程热力学，流体力学，传热学二、教学目的本课程是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课。

课程目的在于使学生了解和掌握：人和生产过程需要的室内物理环境；各种外部和内部的因素如何影响建筑环境；改变或控制建筑环境的基本方法及原理。

同时通过本课程的学习，为今后学习各门专业课程以及研究生课程打下理论基础。

另外，由于这是一门非常前沿的课程，因此在课程中除了采用了国内外公认的成熟的定论以外，还大量介绍了国内外最新的有关研究成果。

通过本课程的学习，使学生正确掌握有关建筑物理环境的基本概念，掌握构建、分析、评价建筑环境的基本理论与方法，了解建筑环境学科研究的最新发展动态。

三、教学基本要求第一章绪论基本要求：1.了解建筑环境学在人类生产、生活以及可持续发展中的地位和作用。

2.了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。

重点与难点：本章重点是了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。

本章无难点。

复习要点：1建筑环境学的概念，面临的两个急待解决的问题。

2建筑环境学研究的主要内容。

第二章建筑外环境基本要求：1.了解太阳与地球运动的基本规律。

熟悉室外气候的基本特性。

2.掌握太阳辐射的规律（包括太阳常数与太阳辐射的电磁波谱、大气层对太阳辐射的吸收、臭氧层与太阳辐射的关系影响、日照的作用与效果）。

3.了解室外气候（温湿度的年和日变动，风、雨、雪等）。

4.了解城市微气候的特点。

5.掌握我国气候分区的方法与各气候区的特点。

重点与难点：本章重点是太阳辐射的规律与我国气候分区。

本章无难点。

复习要点：1太阳辐射：大气层对太阳辐射的吸收，日照的作用。

2室外气候：1)室外气温的定义，变化规律，有效天空温度。

建筑光环境设计在建筑设计中，光环境的创造是提升空间品质、营造氛围和提高使用舒适度的关键因素之一。

良好的光环境设计不仅能够节约能源，还能对人们的身心健康产生积极影响。

本文将探讨建筑光环境设计的基本概念、原则及其在现代建筑设计中的应用。

基本概念建筑光环境设计是指在建筑设计过程中，通过合理规划和设计自然光和人工照明系统，以达到适宜的光照水平、光色温度和光线分布，从而满足人们视觉舒适性、健康和功能性的需求。

它包括自然采光设计和人工照明设计两个重要组成部分。

设计原则- 充分利用自然光：自然光是最理想的光源，它能够提供动态变化的光照效果，同时减少能源消耗。

设计时应考虑窗户的大小、位置和遮阳设施，以优化自然光的使用。

- 平衡光照强度：避免过强或过弱的光照，以免造成视觉不适或能源浪费。

合理的光照强度有助于提高工作效率和生活质量。

- 考虑光色温度：不同场合需要不同色温的光源。

例如，办公室适合使用接近日光的色温以保持警觉性，而住宅区则适合使用较暖色温以营造温馨氛围。

- 避免眩光和阴影：设计时应注意避免直接或间接眩光，同时考虑室内外物体的阴影对光环境的影响，确保光线均匀分布。

应用实例自然采光设计在现代办公建筑设计中，通过设置天窗和采用透光材料，可以将自然光引入室内深处，减少对人工照明的依赖。

例如，某绿色办公大楼采用了可调节遮阳系统，根据日照角度自动调整，既保证了充足的自然采光，又避免了强烈日照带来的不适。

人工照明设计在商业空间设计中，通过分区照明和场景模式设置，可以创造出多样化的光环境，满足不同功能区域的需求。

比如，商店入口区域采用高亮度照明吸引顾客，而休息区则使用柔和的灯光营造出放松的氛围。

结论建筑光环境设计是一门综合性很强的学科，它要求设计师不仅要有艺术感和创新意识，还需要掌握相关的技术知识。

通过精心设计的光环境，可以极大地提升建筑空间的品质和使用者的体验。

随着科技的发展和人们对健康生活品质的追求，建筑光环境设计将持续成为建筑设计领域的一个重要研究方向。

建筑环境学作业（1）一：名词解释经纬度：经纬度是经度与纬度的合称组成一个坐标系统。

所谓经度，是本初子午线所在的平面与某地所在子午线的夹角；纬度是地球表面某地的本地法线（地平面的法线）与赤道平面的夹角，是在本地子午线上度量的。

太阳高度角、方位角：太阳位置可以用两个角表示，即高度角、方位角。

高度角β是指太阳光线与水平面的夹角；方位角A为太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影与当地子午线（南向）的夹角，太阳偏东为负，偏西为正。

二、太阳常数定义在地球大气层外，太阳与地球的年平均处，与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射照度为I。

=1353W/㎡,被称为太阳常数。

三、为什么太阳高度角接近0℃和90℃时，垂直面的日射量都最小？太阳高度角接近0℃，太阳刚刚升起，太阳斜射，日射量被分散；太阳高度角接近90℃，能照到地面面积较少，因此，太阳高度角接近0℃和90℃时，垂直面的日射量都最小。

四、描绘太阳辐射照度与朝向（参考书本第14页图2-11）五、我国将大气透明度分为几段，其中最透明盒最不透明分别在那些地区？大气透明度指地球大气容许天体辐射通过的百分率。

我国将其分为1--6个等级，1级最透明，其中最透明在新疆准噶尔盆地一带，为2级，最不透明在四川盆地，为6级。

建筑环境学作业（2）一：名词解释a标准大气压(包括量值）答：物体表面单位面积所受的大气分子的压力成为大气压强或者气压。

其中海平面的的大气压力称作标准大气压，为101325Pa或760mmHg。

b日较差；年较差；空气温度答：日较差：一日内气温的最高值和最低值的差称为气温的日较差，通常用来表示气温的日变化。

年较差：一年内最热月与最冷月的平均气温差叫做气温的年较差。

我国各地气温年较差自1南到北，自沿海到内陆逐渐增大。

空气温度：空气温度也就是气温，是表示空气冷热程度的物理量二：论述题A简述空气温度出现局部效应的原因。

答：在微气候范围内的空气层温度随着时间和空间的改变会有很大的变化。

第六章光环境分析6.1 LEED和绿标简介下面我们主要从绿色建筑标识和LEED两个认证的方向来讲模拟光环境分析。

首先介绍一下这两个认证LEED 绿标6.1.1 绿标绿色建筑标识是我国对绿色建筑的国内标准，是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能，节地，节水，节材），保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

（摘自《绿色建筑评价标准》GB 50378）一下简称绿标。

6.1.2 LEEDLEED（Leadership in Energy and Environmental Design）是一个评价绿色建筑的工具。

宗旨是：在设计中有效地减少环境和住户的负面影响。

目的是：规范一个完整、准确的绿色建筑概念，防止建筑的滥绿色化。

LEED由美国绿色建筑协会建立并于2003年开始推行，在美国部分州和一些国家已被列为法定强制标准。

6.2 分析前的准备我们选取二十五层的模型为例，进行光环境模拟分析，如图6-1，这是已经完成了的25层的模型。

图 6-16.2.1 添加分析网格1)点击绘图窗口右侧的按钮，进入Analysis Grid（分析网格）面板，点击DisplayAnalysis Grid按钮，如图6-2。

图 6-22)显示分析网格如图6-3。

图 6-33)再点击Auto-fit Grid to Objects，在弹出的适配网格面板中选择Within，然后点击OK如图6-4，适配结果如图6-5所示。

图 6-4图 6-56.2.2 调整分析精度然后点击Grid Management，改变分析网格的疏密程度。

越密越精确，但是模拟时所花费的时间也就越长。

推荐值：X/Y轴网格数等于显示的GridSize数值除以500；如图6-6图 6-6在2D Slice Position中，如果是绿标模拟，将模拟平面高度定为地板高度+800，如果是LEED模拟，则地板高度+760，如图6-7。

《建筑环境学》第一部分建筑外环境1.1 地球绕日运动的规律地球与太阳之间的几何关系和定量描述模型。

1.2 太阳辐射太阳常数与太阳辐射的电磁波谱；地球表面上的太阳辐射能与各种影响因素之间的关系以及其能量的组成成分；太阳辐射作用与地球的热平衡关系；日照的作用。

1.3 室外气候自然室外气候形成特点和影响因素。

1.4 城市微气候由于人工的建设活动导致的城市微气候特点和影响因素，包括热岛效应、城市和小区风场、建筑物的布局与日照效果的关系。

1.5 我国气候分区特点我国两个主要的气候分区法以及不同区域的气候特点。

1.6 基本概念太阳时、太阳常数、太阳辐射、太阳辐射照度、太阳直射辐射、太阳散射辐射、有效天空温度、大气层消光系数、热岛效应。

第二部分建筑热湿环境2.1 太阳辐射对建筑物的热作用围护结构外表面所吸收的太阳辐射热；透明和半透明材料对太阳辐射的作用。

2.2 建筑围护结构的热湿传递与得热通过非透明围护结构和透明围护结构的热、湿传递特征；不同材料和结构的门窗和墙体的热过程特点；围护结构不稳定传热过程和传湿过程的数学模型。

2.3 以其他形式进入室内的热量和湿量室内产热产湿和空气渗透带来的得热的特点和定量描述方法。

2.4 冷负荷与热负荷负荷与得热的关系。

2.5 典型负荷计算方法原理国内外负荷计算方法的发展；不同类型负荷计算方法的适用条件；目前国内外典型的建筑热过程与负荷模拟分析软件。

2.6 基本概念维护结构、室外空气综合温度、夜间辐射、遮阳系数、得热、太阳得热系数、冷负荷、热负荷。

第三部分人体对热湿环境的反应3.1 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础人体的热平衡、人体的温度感受系统、人体的体温调节系统、热感觉、热舒适等原理和理论体系。

3.2 人体对稳态热环境反应的描述热舒适方程、预测平均评价、有效温度和 ASHRAE 舒适区等，人体对稳态热环境反应的描述方法。

3.3 人体对动态热环境的反应人体对动态热环境的反应的研究历史与发展。

建筑环境学光环境光环境是建筑环境学中的重要组成部分，也是对用户空间体验产生影响的关键因素之一。

了解建筑环境学光环境有助于我们更好地设计和建造空间。

光环境与建筑建筑环境学中的光环境包括室内和室外的自然光、室内照明和建筑元素的反射与折射光等。

对于建筑师和室内设计师来说，光环境是设计和构建建筑空间的重要元素之一。

光环境不仅会影响建筑内的基本功能，如工作和学习，还会直接影响人们的情绪、视觉体验和生活质量。

因此，充分理解光环境对于建筑的设计和构建至关重要。

光环境良好的建筑空间不仅可以让人们更加愉悦地生活和工作，还可以提高建筑的可持续性和效率。

光环境的要素光环境的要素主要包括光的颜色、强度、分布、质量和空间关系等。

这些因素会直接影响人们的视觉和情感体验。

光的颜色光的颜色是光环境的一个重要要素。

我们对任何一个物体的颜色感受都来源于这个物体反射、吸收和折射的光线中的色光。

在建筑室内和室外，对于人们的视觉感知，不同颜色的光有不同的效果，可以产生不同的情感体验。

因此，我们需要在设计和建筑中选择合适的颜色光源。

光的强度光的强度是指光的亮度和光照强度。

它直接影响人们的视力和情感体验。

光强过弱会影响人的视力和工作效率，而光强过强会刺激人的视神经，引发视觉疲劳和不适感。

光的分布光的分布是指光在建筑空间中分布的均匀程度。

光的分布不均会影响人们的视觉和情感体验，而均匀的光线分布可以给人带来更加舒适自然的感受。

光的质量光的质量包括色温、色彩还原指数、光源寿命等等。

这些因素都是影响光的质量的关键因素。

色温和色彩还原指数直接影响到人们对于光源色彩的感知和舒适度。

空间中的光空间中的光是指光与空间的关系。

在建筑设计和建造中，我们需要根据不同建筑的特点、功能和使用者的需求来选择合适的光学方案，以达到更好的空间效果。

建筑光环境的设计和控制建筑光环境的设计和控制是建筑环境学中的关键问题之一。

设计和控制好光环境可以提高建筑空间的可持续性和效率，同时也可以增强用户视觉体验和情感体验。

《建筑环境学》课后习题答案第一章：绪论1．所谓建筑环境学就是指在建筑空间内，在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门科学。

根据使用功能的不同，从使用者的角度出发，研究室内的温度、湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、噪声和音响效果等及其相互间组合后产生的效果，并对此作出科学评价，为营造一个舒、健康的室内环境提供理论依据。

有等解决问题是：①如何解决满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾；②如何解决“建筑病综合症”（Sick Building Syndrome –“SBS”）的问题。

2．研究的主要内容包括：建筑外环境、室内空气品质、室内热湿环境与气流环境，建筑声环境和光环境（即包含了建筑、传热、声、光、材料及生理学、心理学和生物学等多门学科的内容。

基于建筑环境学内容的多样性，相对独立性和应用的广泛性，人们是从各个不同学科的角度对其内容进行研究，研究室内各种微气候环境所形成的机理及其与人的生活环境、工作环境等相互间的关系。

第二章：建筑外环境1．与太阳的光辐射，气温、湿度，风和降水等因素有关。

2．以太阳通过某地区的子午线时为正午12点来计算一天的时间为平均太阳时；以本初子午线处的平均太阳时作为世界标准时（世界时）；以东经120℃的平均太阳时为中国标准（称为北京时间）。

3．相对位置可用纬度，太阳赤纬d，时角h，太阳高度角和方位角A表示，其中前三个参数、d、h是直接影响和A的因素，因为是表明观察点所在位置，d表明季节（日期）的变化；h是表明时间的变化。

当太阳离地球最远时，太阳光是垂直于直射地面的，具有很高的辐射强度，所以最热而形成了夏至，当太阳距地球最近时，太阳光是斜射地球表面的，其辐射强度很弱，因此最寒冷导致了冬至。

4．一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一部分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与散射辐射之和称为太阳对地面的总辐射。

辐射能量的强弱取决于太阳辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水粒对阳光的反射，散射和吸收共同影响。

第八章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、 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。