公共建筑采光學科起源

環(huán)境光學是在、心理物理學、物理光學、建筑光學等學科的上發(fā)展起來的。環(huán)境光學的定量分析以光度學、色度學為基礎；在研究光與視覺的關系上主要借助于生理光學及心理物理學的實驗和評價方法。

天然光環(huán)境的光源是太陽，日光穿過大氣層時被大氣中的氣體分子、云和塵埃擴散，使天空具有一定的亮度。地球上接受的天然光就是由直射日光和天空擴散光形成的。通常以地平面照度、天空亮度和天然光的色度值來定量描述天然光環(huán)境。地面照度取決于太陽高度角、天空亮度和大氣透明度。

在世界不同的地區(qū)，由于氣象因素(日照率、云、霧等)和大氣污染程度的差異，光環(huán)境特性也不相同。因此須要對一個國家和地區(qū)的天然光環(huán)境進行常年連續(xù)的觀測、統(tǒng)計和分析，取得區(qū)域性的天然光數(shù)據(jù)。這是研究天然光環(huán)境的一項首要工作。

為了利用天然光創(chuàng)造美好舒適的光環(huán)境，環(huán)境光學還要研究天然光的控制方法、光學材料和光學系統(tǒng)。這方面的成果已為建筑采光普遍應用。又發(fā)展了通過定日鏡、反射鏡和透鏡系統(tǒng)，或是用光導纖維將日光遠距離輸送的設備，使建筑物的深處以至地下、水下都能得到天然光照明。

。一個世紀以來，電光源迅速普及發(fā)展。不同規(guī)格的電光源已有數(shù)千種世界年產量達百億支以上，人工照明消費的電力占電力總產量的10～15%。

人工光環(huán)境較天然光環(huán)境易于控制，能適合各種特殊需要，而且穩(wěn)定可靠，不受地點、季節(jié)、時間和天氣條件的限制。但電光源的能源利用效率很低，由電能轉換成光能的平均效率約為10%，由初級能源轉換成光能的效率則只有3%。因此，為了節(jié)約能源，不但要繼續(xù)提高現(xiàn)有電光源的光效和質量，而且要研究控制燈光強度和分布的理論及光學器件，探索合理有效的照明方法。環(huán)境光學將在后一領域發(fā)揮重要作用。環(huán)境光學研究內容的第二個方面是關于光和視覺的關系。在人的各種感官和知覺中，眼睛和視覺至關重要。人靠眼睛獲得75%以上的外界信息。圖 2說明了形成視覺的過程。光源發(fā)出的光照射在物體上,被物體表面反射,因物體形狀、質地、顏色的差異造成入射光在強弱、方向和光譜組成上的不同變化。這些光信號進入眼睛，在視網(wǎng)膜上形成圖象。圖象傳至大腦，經(jīng)過分析、識別、聯(lián)想，最后形成視知覺。由此可見，沒有光，就不存在視覺，人類也無法認識和改造環(huán)境。

叫做。眼睛區(qū)分識別對象細節(jié)的能力和辨認對比的能力，是表述視覺功能的常用指標。兩者都受照明量的影響而且彼此相關。研究視覺功能與照明條件之間的定量關系，為制訂照明標準提供依據(jù)，是環(huán)境光學的重要任務。

30年來，世界各國就視覺功能和照明對人的生理及心理影響等問題開展了大量研究工作。國際照明委員會總結各國的研究成果，先后發(fā)表《對照明在視覺功能方面進行評價的統(tǒng)一方法綱要》和《描述照明參量對視功能影響的分析模型》等文件，提出了根據(jù)視覺功能選擇照明標準的統(tǒng)一方法。中國科學工作者在實驗室條件下，對青年工人的視覺功能進行了試驗研究，結果說明了照度、視角和對比三者的相互關系。

視覺與觸覺不同。觸覺單獨感知一個物體的存在，視覺感知的卻是全部環(huán)境。因此，視覺功能不但與識別對象的照度有關，還與整個光環(huán)境的質量，包括光的表觀顏色、環(huán)境亮度、光的方向、光源的顯色性能、直射與反射眩光等有密切聯(lián)系。

優(yōu)良的光環(huán)境能提高人的工作效率，保護人的健康，使人感到安全、舒適、美觀，產生顯著良好的心理效果。所以，研究光環(huán)境的質量評價指標，同樣具有十分重要的意義。

環(huán)境光學研究內容的第三個方面是光污染及其防治方法。人類活動對光環(huán)境造成危害，使人的視覺和健康受到影響的現(xiàn)象稱為光污染。

例如，城市大氣污染嚴重，空氣混濁，云霧凝聚，造成天然光照度減低，能見度下降，致使航空、測量、交通等室外作業(yè)難以順利進行。又如城市燈光不加控制，夜間天空亮度增加，影響天文觀測；路燈控制不當，照進住宅，影響居民休息等等。

另外，大功率光源造成的強烈眩光，某些氣體放電燈發(fā)射過量的紫外線，以及像焊接一類生產作業(yè)發(fā)出的強光，對人體和視覺都有危害。為了防治光污染，需要弄清形成光污染的原因和條件，提出相應的防護措施和方法，并制訂必要的法律和規(guī)定。

公共建筑采光天然光環(huán)境

天然光環(huán)境的光源是太陽。直射日光的光強度為2.838×10坎德拉。在大氣層外，日光法線平面上的平均照度為 125.4×10勒克斯。晴天，大氣透明度T=2.75時，直射日光在地面上產生的照度按下式計算：

ES=130sinνexp(-0.2/sinν)×10(lx)

式中ES為直射日光在地面上產生的照度；ν為太陽高度角（度）；exp(-0.2/sinν)為T=2.75時采用的大氣透過率函數(shù)。

晴天天空和全陰天空光在地面上形成的照度可分別用下式計算（T=2.75時）：

晴天 Ea=(1.1 15.5sinν)×10（lx）

全陰天 Ea=(0.3 21sinν)×10(lx)

式中Ea為天空光在地面上產生的照度；ν為太陽高度角（度）。日光在可見光波長范圍內，光譜能量分布比較平衡，所以彩色物體在天然光下的顯色性能優(yōu)良。日光的色度坐標x=0.3172,y=0.3263，相應色溫為6275K。

在世界不同的地區(qū),由于氣象因素(日照率、云、霧等)和大氣污染程度的差異,光環(huán)境特性也不相同。因此，須要對一個國家和地區(qū)的天然光環(huán)境進行常年連續(xù)的觀測、統(tǒng)計和分析，取得區(qū)域性的天然光數(shù)據(jù)。這是研究天然光環(huán)境的一項首要工作。

公共建筑采光人工光環(huán)境

1879年 T.A.愛迪生發(fā)明白熾燈。一個世紀以來，電光源迅速普及發(fā)展。不同規(guī)格的電光源已有數(shù)千種，世界年產量達百億支以上。人工照明消費的電力占電力總產量的10～15%。下表列舉了室內外環(huán)境照明常用電光源的特性。

經(jīng)典案例

實例 　倫敦戴德美術館新館建于1979年，它是由21間長寬均為9米的展室組成。采用天窗采光,在天窗上方設有兩層走向互成90°的遮光百葉，上層百葉用于遮陽，下層百葉用于調節(jié)室內光線的強弱；兩層百葉均由自動控制系統(tǒng)根據(jù)太陽位置和室外照度的變化隨時調整角度，確保藝術品不受陽光直射，并使展室內的天然光保持穩(wěn)定；當天然光不足時，自動控制系統(tǒng)就調節(jié)燈光，平穩(wěn)地過渡到人工照明。

北京中國美術館建成于1960年，底層側廳用高側窗采光。這個展廳跨度達20米，層高只有7米,兩側開高窗。為了避免窗口造成的直射眩光和反射眩光，在窗下設置格柵吊頂，利用窗口側旁的傾斜反光板將天然光反射到窗下的陳列墻面上（圖2）。這樣，既提高了展品照度，又有利于消除反射映象。2100433B

為獲得良好的光照環(huán)境 ，節(jié)約能源 ，在建筑外圍護結構（墻、屋頂）上布置各種形式采光口（窗口）而采取的措施。

中文名

建筑采光

外文名

Building daylighting in

目的

良好的光照環(huán)境 ，節(jié)約能源

位置

側窗和天窗兩種

名詞解釋

建筑采光

building,daylighting in

采光口按其所在位置，可分為側窗和天窗兩種。根據(jù)建筑功能和視覺工作的要求，選擇合理的采光方式，確定采光口面積和窗口布置形式，創(chuàng)造良好的室內光環(huán)境是建筑采光的主要任務。采光標準是建筑采光設計的依據(jù)。它是由視覺工作特征決定，并以法規(guī)方式固定下來的。2100433B

本書系統(tǒng)介紹了中外建筑采光的歷史和古今中外建筑采光的佳例。全書除了較系統(tǒng)地介紹了通常建筑采光的知識和方法外，還重點介紹了動態(tài)采光計算機模擬新技術和全天候天空亮度分布等新模型，內容新穎，圖文并茂。本書的出版，將對建筑采光的理論與實踐以及綠色建筑光環(huán)境設計均具有重要的參考與指導作用。

介紹

根據(jù)工業(yè)建筑功能和視覺工作的要求，選擇合理的采光方式，確定采光口面積和窗口布置形式，創(chuàng)造良好的室內光環(huán)境。工業(yè)建筑采光設計應嚴格按照工業(yè)建筑采光標準進行。

采光設計 　根據(jù)建筑種類、工藝要求和視覺工作的特點，確定視覺工作等級和采光標準。在中國、美國、英國和德國采光標準中，列出了各類車間的視覺工作等級。另外在英國、蘇聯(lián)和美國的采光標準中，對采光質量的評價指標，如亮度分布比例、視野內最大和最小的亮度差、窗的允許亮度、眩光指數(shù)值和采光均勻度等均有規(guī)定。在蘇聯(lián)和英國的標準中,還采用了柱面照度(見建筑光學測量)評價空間照度水平。

傳統(tǒng)的采光設計以陰天天空亮度分布為前提，而不考慮晴天陽光的利用。隨著人們對各種不同天空條件下天然光變化規(guī)律的認識逐步深入，晴天采光設計的研究和實踐收到了顯著的成效。據(jù)統(tǒng)計,按晴天采光設計,約可節(jié)能15～20%，充分利用天然光已成為建筑節(jié)能的一項重要技術措施（見建筑日照）。

晴天采光設計必須弄清晴天天空亮度分布規(guī)律。國際照明委員會 (CIE)提出的晴天天空亮度分布的計算公式，為晴天采光設計提供了重要依據(jù)。近年來，在晴天采光設計標準，采光計算和陽光利用方法，以及限制晴天采光的眩光等方面所取得的成果，促進了建筑采光設計工作的發(fā)展。中國年日照率在60%以上的地區(qū)面積約達485萬平方公里，約占全國總面積的51%。因此,研究晴天采光設計，并在工業(yè)建筑中應用這種設計方法具有較大的技術經(jīng)濟意義。此外，設計時應考慮采光設備的維修問題。

采光形式 　工業(yè)建筑種類繁多，對采光的要求各不相同，而且影響采光的因素是多方面的。因此，在選擇采光形式時，應綜合考慮各種因素的影響：如側窗采光應注意室外遮擋物的擋光和反光，天窗采光應考慮工作面的位置特征、生產線方向、當?shù)丨h(huán)境條件（地勢、日照、主導風向和降雨雪量等）等，防爆車間還要考慮采光窗的泄爆作用。

單層單跨或單層雙跨工業(yè)建筑和多層工業(yè)建筑宜用側窗采光；單層三跨以上的工業(yè)建筑宜用側面采光和頂部采光相結合的混合采光方式：①矩形天窗。常用于一般視覺工作的生產車間，如一般機械加工車間。另外對生產中排出大量煙塵或空氣濕度較高的車間也采用這種形式的天窗。②鋸齒形天窗。宜用于精細視覺工作以上的并要求采光穩(wěn)定和自動調節(jié)室內溫、濕度的生產車間，如紡織廠大量使用這種天窗。③平天窗。在中國常用于精細視覺工作的生產車間。④橫向天窗和井式天窗。常用于要求排煙通風的生產車間，如冶金工業(yè)中的鑄造、冶煉和熱加工車間。

參考書目

R. G. Hopkinson, P.Petherbridge, J. Longmore,Daylighting, Heinemann, London,1966.2100433B