第七章光污染及其控制ppt课件.ppt

第七章 光污染及其控制,主要内容,（一）光环境的定义,（二）光环境的影响因素,（三）光环境中光的效果,（一）光环境的定义,（一）光环境的定义,（二）光环境的影响因素,（三）光环境中光的效果,光的方向：顺光、侧光、逆光、顶光、底光。,顺光 侧光 逆光,（1）光的方向性效果,光的方向性效果： 增强室内空间的可见度， 增强或减弱光和阴影的对比 增强或减弱物体的立体感在室内光环境中只要调整光源的位置和方向，就能 获得所要求的方向性效果。 光的方向性效果对建筑功能、室内表面、人物形象及人们的心理反应都起重要作用。,（1）光的方向性效果,光的造型立体感效果 ：物体表面上由于光的 明暗变化所产生的立体感效果，简称立体感。在光环境中室内外表面 的细部、浮雕、雕塑等 都会出现光的立体感效 果，使人们获得美好的 感受。,（2）光的造型立体感效果,光的表面效果：室内空间中光在各表面上的 亮度分布或有无光泽。表面亮度：室内空间中光在各表面上的反射程度 取决于表面与背景之间的亮度比。适宜的亮度比 有利于视觉功效与工作行为相协调，并能降低室 内眩光。表面光泽：在室内空间中光照射到表面时，由于 反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质。,（3）光的表面效果,光的色彩效果：在室内光环境中，光的照射 使材料表面呈现出的色彩效果。 光和色彩：对室内光环境二者不可分开，可见光 的反射比越大，色彩的明度也越大（表7-1）。色彩效果：在光环境中，光照射到各种材料表面 会呈现出不同色彩效果。通过光的色彩效果可获 得知觉效果，还可获得感情、联想等心理效果。,（4）光的色彩效果,光源,自然光源人工光源,日光月光,热辐射光源气体放电光源其他光源,激光光源场致发光光源半导体光源化学光源,(一)热辐射光源,热辐射光源：依靠电流通过灯丝发热到白炽灯程度而发光的电光源。类型： 1. 白炽灯 2. 卤钨灯,1. 白炽灯,优点：显色性好、光谱连续、结构简单、易于制造、价格低廉、使用方便。缺点能量转换效率低，大部分 能量转化为红外辐射损失，可见光不多，发光效率低，使用寿命短,1. 白炽灯,发光效率高长寿命,涂白白炽灯氪(Kr)气白炽灯红外反射膜白炽灯,白炽灯的改进：,涂白白炽灯,2.卤钨灯,卤钨灯：灯泡内含一定比 例卤化物的改进型白炽灯。卤钨灯内形成卤钨再循环过 程，防止钨沉积在玻璃内壳 上，降低灯丝的老化速度。卤钨灯与普通白炽灯相比发光效率提高约30；高质量的卤钨灯寿命可 提高3倍左右。,（二）气体放电光源,（二）气体放电光源,1.荧光灯（日光灯）,粗管灯（直径38mm）细管灯（直径26mm）,直管型荧光灯,直管荧光灯,灯管内壁涂料,卤磷酸盐荧光粉,三基色荧光粉,能把紫外线转换成更多的可见光，发光效率高,环管型荧光灯,紧凑型荧光灯,镇流器和灯管一体化的新型电光源。,2.高压汞灯,2.高压汞灯,3.金属卤化物灯,3.金属卤化物灯,金属卤化物灯结构与高压汞灯相似。,4.高压钠灯,利用高压钠蒸气放电发光的电光源。,5.低压钠灯,利用低压钠蒸气放电发光的电光源。,定义：过量光辐射对人们的生活、工 作环境以及人体健康产生不利影响的 现象称为光污染。 主要指由人工光源导致的违背人的生 理与心理需求或有损于生理与心理健 康的现象。,类型： 眩光污染 射线污染 光泛滥 视单调 视屏蔽 频闪,特点： 局部性污染； 随距离增加而迅速减弱； 在环境中无残余物，光源消失，污染即 消失。,1.玻璃幕墙形成光污染,条件（1）使用大面积高反射率镀膜玻璃。（2）在特定方向和特定时间下产生。（3）光污染的程度与玻璃幕墙的方向、 位置及高度密切相关。,玻璃幕墙相对太阳照射的方向，或与人所成的特定角度。,太阳对地球的相对位置总是在不断变化，因此，产生特定角度也是有特定时限的。,人的视角在2m高左右150夹角之内影响最大；光反射的强度与反射物到人眼的距离的平方成反比；直射日光的反射光的产生方向取决于玻璃面对太阳的几何位置关系。,2.夜景照明形成的光污染,3.室内光污染的成因,下述原因导致室内产生严重的眩光污染,人工白昼,（一）光通量,（二）发光强度,（六）明度,（三）照度,物理量,（四）亮度,（五）曝光量,(7-1),（一）光通量 （简称光通）,定义：以人眼的光感觉量为标准评价光的辐射通量。单位： lm (流明)计算式：,式中： 波长为的光通量，lm； 波长为的辐射通量，w； 波长为的光谱光效率，由图7-1给出； 最大光谱光效率，对明视觉，在=555nm 处，其值为683lm/w。,2-明视觉,1-暗视觉,图7-1 相对光谱效率曲线V(),（一）光通量 （简称光通）,多色光的光通量为各单色光之和,(7-2),光通量的意义：表明某一光源向四周发射出的光能总量。不同光源发出的光通量在空间分布是不同的。,【例7-1】已知钠光发出的波长为589 nm单色光,其辐射通量为10.3w，试计算所发出的光通量。,解：从图7-1的光谱光效率曲线中查得，对应 于波长589 nm处的V = 0.78 则该单色光源发出的光通量为,定义：光通量的空间密度 。单位：cd (坎德拉) 计算：光源在某一方向的发光强度为,（二）发光强度 I,式中： 光通量，lm； 立体角，sr； I发光强度，cd (坎德拉)。,(7-4),发光强度平均值,（二）发光强度 I,发光强度的意义： 光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量，表示光源在1 sr立体角内发射出1 lm的光通量，即,（二）发光强度 I,定义：被照面上的光通量密度，即被照面单位面积S上所接受的光通量数值，用以表示被照面的照射程度。定义式：单位：lx（勒克斯，简称勒），1勒克斯等于1流明的光通量均匀分布在1平方米的被照面上。,（三）照度E,(7-6),1. 照度形式,（三）照度E,平面照度只说明光通量在某一平面上的密度，不能反映照度在整个空间的分布情况。如一房间具有暗色墙壁和天棚（表面反射系数很低），即使水平照度很高，仍会感到房间很暗常采用的照度形式。,2. 照度和光强的关系,（三）照度E,点光源垂直入射的照度基本公式 距离平方反比定律,式(7-7)表明，入射角为零时，表面照度与点光源在垂直方向上的光强I成正比，与表面距点光源距离的平方r成反比。,(7-7),2. 照度和光强的关系,（三）照度E,点光源与表面的法线成角入射的照度公式,式(7-8)表明，光线与表面法线成角处的照度，与光线至点光源距离的平方成反比，与光源在方向的光强和入射角的余弦成正比。,(7-8),解：40w带搪瓷伞形罩的白炽灯下的发光强度I=73cd，由图及式(7-8)得,在点1处,在点2处,定义：发光体在视线方向单位面积上的发光强度 单位：nt (尼脱) （SI制）意义：1表面积上，沿法线方向(0)产生lcd的发光强度，即 1 nt =1cd/m2,（四）亮度 La （也称辉度 ）,【说明】：有时也用另一较大单位sb (熙提)，lsb104nt；意义：1c面积上发出lcd的发光强度。,计算式：或,（四）亮度 La （也称辉度 ）,(7-9),(7-10),定义：受照表面的照度E对被照时间t的积分称为该表面的曝光量，符号为H。 计算式单位lxs (勒克斯秒)或lxh (勒克斯小时),（五）曝光量H,(7-11),（六）明度,光源色、反射光或透射光能够在 视觉中显示出某一种单色光特征 的色彩序列。可见光谱中的红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫基本色及其混合色都 属于有彩色系。 基本参量：明度、色调和饱和度,光源色、反射光或透射光未能在 视觉中显示出某一种单色光特征 的色彩序列。黑色、白色及二者按不同比例混合 所得的深浅各异的灰色系列等基本参量：明度,（六）明度,定义：色彩的明暗程度，也称色阶、光度或色度。 内容,颜色本身的明度 黄色明度最高，紫色明度最低，其它各色 基本处于灰与深灰之间，属中间明度；,同一色相的颜色具有不同的明度红颜色的明度：桔红、朱红较深红、玫瑰 红亮，大红、土红则介于中间值；,某种颜色由于光照强弱不同，产生不同明 暗变化,（六）明度,计算基准：灰度测试卡（国际通用）孟塞尔色彩体系：0l0之间等间隔地分为9个阶层，黑色为0(几乎不反射光)，白色为10(几乎反射全部光)有彩色或无彩色各自的明暗度在灰度测试卡上都对应着一定的位置值。明度具有较强的对比性的效果。,1.发光效率,2.光源寿命,3.光源颜色,4.光源启动性能,1.发光效率,定义：电光源发出的光通量和所用电功率之比，简称光效。单位： lm/W (流明/瓦)是评价电光源用电效率最主要的技术参数。光通量越大，光效越高。,灯开始点燃至灯的光通量衰减到额定光通量的某一百分比（一般7080）时所经历的点灯时数。,一组试验样灯从点燃至其中50的灯失效时所经历的点灯时数。,2.光源寿命,寿命是评价电光源可靠性和质量的主要技术参数；寿命长表明其服务时间长，耐用度高，节电贡献大。,当光源的发光颜色与把黑体加热到 某一温度所发出的光色相同时的温 度，称为光源的色温。色温是灯光颜色给人直观感觉的度 量，与光源的实际温度无关。不同色温给人不同的冷暖感觉。,3.光源颜色,光源照射到物体后，与参照光源相 比对颜色相符程度的度量参数。是衡量光源显色性优劣或在视觉上 失真程度的指标。参照光源的显色指数定为100，其他 光源的显色指数均小于100。Ra越小，显色性越差，反之越好。,黑体：能全部吸收光能的物体。,参照光源：一般以日光或接近日光的人工光源为参照光源,色温与感觉的关系（表7-3）,低照度下采用底色温的光源会感到温馨快活；高照度下采用高色温的光源则感到清爽舒适；比较热的地区宜采用高色温冷感光源；比较冷的地方宜采用低色温暖感光源。,显色性的等级标准 （表7-4）,国际照明委员会（CIE）用显色指数把光源的显色性分为优、 良、中、差四组作为判别光源显色性能的等级标准。显色性是择用光源的一项重要因素对显色性要求很高的照明用途，如，美术品、艺术品等的展示销售，为避免颜色失真，不宜采用显色性差的光源。显色性要求不高，而要求彩色调节的场所，可利用显色性的差异来增加明亮提神的气氛。,白炽灯及卤钨灯显色指数为100，显色性极好，但发光效率很低。,显色指数为负值，几乎无显色性相反，发光效率最高。,4.光源启动性能,光源的启动性能是指灯的启动和再启动特性，用启 动和再启动所需要的时间来度量。热辐射电光源的启动性能最好，能瞬时启动发光，也 不受再启动时间的限制；气体发电光源不能瞬时启动。除荧光灯能快速启动外， 其他气体放电灯的启动时间至少在4min以上，再启动 时间最少也需要3min以上。,(一) 采光系数 C,定义：室内某点的天然光照度（En）与同一时间室内无遮挡的天空在水平面上产生的照度（Ew）之比。 定义式：,(7-12),(二) 采光系数标准,注：1、表中所列采光系数标准值适用于我国类光气候。采光系数标准值是根据室外临界照度为5000lx制定的。 2、亮度对比小的、级视觉作业，其采光等级可提高一级采用。,适宜的照度：在具体工作条件下，大多数人都感觉比较满意且保证工作效率和精度均较高的照度值。满意人数最大百分比的照度约15003000lx不同工作性质的场所对照度值的要求不同,(一) 适当的照度水平,在一个维护周期内照度变化 曲线的中间值。西欧一些国家采取使用照度 标准。,1.照度标准,是必须更换光源或在预期清 洗灯具和清扫房间周期终止 前，或者同时进行上述维护 工作时所应保持的平均照度。通常维护照度不应低于使用 照度的80%。美国、我国采用此标准。,CIE建议的照度等级(1x)在照度标准中以1.5左右的等比级数划分 照度等级，而不采取等差级数。如，20、 30、50、75、100、150、200、300、500、 750、1000、1500、2000、3000、5000。,民用建筑照明设计标准(GBJl331990)工业企业照明设计标准(GB500341992),2.照度均匀度,定义：工作面最小照度与平均照度之比。意义：表示给定平面上照度分布的量。,工作面：规定照度的平面（参考面）即为工作面。通常假定工作面是由室内墙面限定的距地面高 0.700.80m高的水平面。照度均匀度不得低于0.7，CIE建议值为0.8。,定义：在空间一点的一 个假想小圆柱体侧面上 的平均照度。圆柱体的轴线与水平面 相垂直，且不计圆柱体 两端面上接受的光量。意义：代表空间一点的 垂直面平均照度。,3.空间照度,舒适的亮度比和亮度分布是对工作面照度的重要补充。 亮度比：视看对象与人眼周围视野物体的亮度水平和亮度对比构成人眼周围视野的适应亮度。亮度分布：房间主要表面的平均亮度，形成房间明亮程度的总印象，亮度分布使人产生不同的心理感受。,(二) 舒适的亮度比和亮度分布,(二) 舒适的亮度比和亮度分布,(三) 适宜的光色,色表与显色性的关系：光源的颜色质量常用这两个性质不同的术语来同时表征；二者都取决于光源的光谱组成，但不同光谱组成的光源可 能具有相同的色表，而其显色性却大不相同；同样，色表 完全不同的光源可能具有相等的显色性。,对室内光环境来说，遇到的基本上都是不舒适眩 光。只要将不舒适眩光控制在允许限度以内，失 能眩光也就自然消除了。,(四) 避免眩光干扰,眩光是评价光环境舒适性的一个重要指标。,英国 眩光指数(BGI)法,美国 视觉舒适概率(VCP)法,德国 亮度曲线法,澳大利亚标推协会(SAA) 灯具亮度限制法,CIE 眩光指数(CGI)公式,(四) 避免眩光干扰,眩光指数CGI是定量评价不舒适眩光的尺度。计算条件：观测者坐在房间中线上靠后墙的位置；平视；则，该房间内照明装置的眩光指数,CIE：眩光指数(CGI)公式,(7-13),全部照明装置在观测者眼睛垂直面上的间接照度。,全部照明装置在观测者眼睛垂直面上的直接照度。,观测者眼睛同一个灯具构成的立体角,该灯具在观测者眼睛方向上的亮度。,考虑灯具与观测者视线相关位置的系数,眩光指数CGI是定量评价不舒适眩光的尺度。计算条件：观测者坐在房间中线上靠后墙的位置；平视；则，该房间内照明装置的眩光指数,CIE：眩光指数(CGI)公式,(7-13),CGI式与英国眩光指数(BGI)法计算结果十分接近。可以用与BGI相同的评价尺度说明不舒适眩光的主观效应与 控制标准（表7-7）。,表7-7 眩光指数与不舒适眩光感觉的关系表,1.矢量/标量比（E/Es）,2.平均柱面照度与水平照度之比(Ec/Eh),3.垂直照度与水平照度之比(Ev/Eh),用照度矢量（E）与标量照度（Es）之比定量表示照明的方向性效果。E/Es数值在04之间。一般E/Es=1.21.8造型立体感效果比较好（表7-8）,1.矢量/标量比（E/Es）造型指数,表7-8 造型指数（E/Es）与照明方向性质量评价,0.3Ec/Eh3时，可获得较好的造型立体感效果。以Ec/Eh作为造型立体感的评价指标，不用另外规定光的照射方向。因为给出的量值已包含光线方向的因素，即当光线从上方向下直射时Ec =0，Ec/Eh =0；当光线仅来自水平方向时，Eh0， Ec/Eh。,2.平均柱面照度与水平照度之比(Ec/Eh),是最简单的一种表达照明方向性效果的指标。在主要视线方向上，Ev/Eh至少为0.25，造型效果可接受 ；Ev/Eh为0.50，获得满意的效果。,3.垂直照度与水平照度之比(Ev/Eh),可见光污染中危害最大的是眩光污染。,眩光的影响因素,图7-4 需要限制亮度的照明器发光区域,控制光源在角为4590范围内的亮度。,采用透明、半透明或不透明的格栅或棱镜将光源封闭起来，控制可见亮度，减弱眩光。,控制光源的直射光，做到完全看不见光源，有时也可把灯安装在梁背后或嵌入建筑物等。,控制直接眩光的其他方法,增加眩光源的背景亮度或作业照度的方法顶棚表面应有较高的反射比，可减小灯具发光表 面与邻近顶棚间的亮度差别，适当降低亮度对比 度，如倒伞形悬挂式灯具，使灯具有足够的上射 光通量，经过一次反射后使室内亮度分布均匀。浅色饰面通过多次反射能明显地提高房间上部表 面的照度。,高亮度光源被光泽的镜面材料或半光泽表面反射，会产生干扰和不适。在作业范围以外的视野中出现时，称反射眩光；在作业内部呈现时，称光幕反射。,当视野内若干表面上都出现反射眩光时，就构成了眩光区。,1.光源的亮度应比较低 光源的亮度应比较低，与工作类型和周围环境相适应，使反射影像的亮度处于容许范围，可采用在视线方向反射光通量小的特殊配光灯具。,2.灯具布置在反射眩光区以外 根据光的定向反射原理，将灯具妥善布置布置 在反射眩光区以外。若灯具的位置无法改变，可以采取变换工作面 位置,使反射角不处于视线内。通常是不把灯具布置在与观察者的视线相同的 垂直平面内，力求使工作照明来自适宜的方向。,3.增加光源的数量，提高照度 增加光源的数量，使引起反射的光源在 工作面上形成的照度在总照度中所占的 比例减少。,4.适当提高环境亮度，减少亮度对比 对小空间，用局部照明亮度接近或超过 反射影像,可弥补有害反射造成的损失。精心设计物体的饰面使材料表面无光泽。,墙面不使用反光太强的材料。尽可能减少干扰区来的光,加强干扰区以 外的光,以增加有效照明。尽量避开在干扰区布置灯具。使作业区避开来自光源的规则反射。,【干扰区】指顶棚上的一个区域，在此区域内光源发射的光线经由作业表面规则反射后均可能进入观察者视野内。,(一)采取必要的安全防护措施应加强管理和制度建设；对紫外消毒设施定期检查灯罩破损立即更换；确保在无人状态下进行消毒；杜绝将紫外灯作为照明灯使用。对产生红外线的设备要定期检查和维护， 严防误照。,(二)加强个人防护措施配戴不同类型的防护镜和面罩 。反射型、吸收型、反射吸收型光化学反应型爆炸型光电型变色微晶玻璃型，等,(一)要尽快制定光污染防治的法规目前我国还没有专门防治光污染的法律法规,也没有相关部门负责解决灯光扰民的问题。对玻璃幕墙的建设已经制定了一些规范,并且也 取得了一定的防治光污染的效果。大量其他光污染源仍无明确的法律法规来约束。,(二)加强光环境建设、设计管理 合理的城市规划和建筑设计可有效减少光污染。限建或少建玻璃幕墙建筑，并尽可能避开居民区。装饰外墙、室内环境及日用产品尽量避免使用 刺眼颜色。选择反射系数较小的材料。加强城市绿化。对夜景照明加强生态设计,加强灯火管制。,