木材环境学特性.ppt

第7章 木材的环境学特性,本章主要介绍了木材的环境学特性：,木材的视觉特性,木材的触觉特性,木材的湿度调节,木材空间声学性质,木材的生物体调节特性,7.1 木材的视觉特性（The Visible Characteristics of Wood）,7.1.1 木材的视觉物理量与视觉心理量,7.1.2 木材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性,7.1.3 节疤对木材视觉特性的影响,7.1.4 透明涂饰对木材视觉特性的影响,7.1.1 木材的视觉物理量与视觉心理量,木材的视觉特性:由木材表面视觉物理量与视觉心理量来描述，它们主要由木材的材色、光泽度、图案纹理等物理量参数以及与人类视觉相关并可定量表征的心理量组成。,7.1.1.1 木材颜色,木材颜色是反映木材表面视觉特性最为重要的物理量，人们习惯于用颜色的三属性即明度、色调和色饱和度来描述木材的材色。,7.1.1.1 木材颜色,色调值主要分布在2.5Y9.0R(浅橙黄灰褐色)，以5YR10YR(橙黄色)居多；明度值主要分布在58之间；色饱和度值主要分布在36之间。针叶树材与阔叶树材的对比表明，针叶树材的材色偏重于明度较高的橙黄色和浅黄白色，而阔叶树材的材色测量值则分布在一个较宽的空间范围内。,7.1.1.1 木材颜色,木材的视觉心理量与木材材色物理量有着密切的关系。心理感觉随着明度值的升高而增大，明度高的木材使人感到明快、华丽、整洁、高雅和舒畅；明度低的木材使人有深沉、稳重、肃雅之感，说明了材色明度值的改变对心理感觉产生影响。“温暖”心理量与木材的色调值之间具有较强的正相关。,7.1.1.1 木材颜色,用主观评价的方法测得木纹颜色值与视觉心理量“温暖感”之间的关系，表明了材色中属暖色调的红、黄、橙黄系能给人以温暖之感。色饱和度值则与一些表示材料品质特性的词联系在一起，木材色饱和度值高则给人以华丽、刺激之感；木材色饱和度值低则给人以素雅、质朴和沉静的感觉。,7.1.1.2 木材表面纹理,木材表面纹理（木纹）是天然生成的图案，它是由生长轮、木射线、轴向薄壁组织等解剖分子相互交织，且因其各向异性而当切削时在不同切面呈现不同图案。,7.1.1.2 木材表面纹理,木纹给人以良好感觉的原因：(1)在色度学上，绝大多数树种的木材表面纹理颜色都在YR（橙）色系内，呈暖色，是产生“温暖”视觉感的重要原因。,(2)图形学上，木纹是由一些平行但不等间距的线条构成的，给人以流畅、自然、轻松、自如的感觉；赋予了木材以“华丽”、“优美”、“自然”、“亲切”等视觉心理感觉。,(3)在生理学上，木材纹理沿径向的变化节律暗合人体生物钟涨落节律。木材构造所呈现的功率谱符合的1/f分布方式。,7.1.1.2 木材表面纹理,木材色调、纹理、年轮间隔的这种 1/f谱分布形式与人的生理指标1/f的谱分布形式均相吻合。给人以“运动的”、“生命的”韵律感及“和谐的”、“流畅的”自然感。,目前学者们正在运用计算机视觉与数字图像处理的知识对木材表面纹理进行定量化描述和分析，探求与视觉心理量积极相关的木材表面纹理特征参数，尝试运用特征参数预测纹理的视觉心理效果，指导木材的应用，已取得一些积极的进展。,7.1.1.2 木材表面纹理,7.1.1.3 木材表面光泽感,光泽的最大峰值都出现在反射角为60时，但不同材料的波峰大小有很大差别。人眼感到舒服的反射率为40%60%。,几种材料的光泽特性1.平行于纤维方向入射，涂饰；2.垂直入射，涂饰；3.平行入射，未涂饰；4.垂直入射，未涂饰,木材具有较柔和的表明光泽特性的原因:木材具有独特的微观构造，木材是多孔性材料，木材表面是由无数个微小的细胞构成，细胞切断后就是无数个微小的凹面镜，在光线的照射下，木材具有各向异性的内层反射现象，会呈漫反射或吸收部分光线，这样不但会使令人眩晕的光线变得柔和，而且凹面镜内反射的光泽还有着丝绸表面的视觉效果。,7.1.1.3 木材表面光泽感,7.1 木材的视觉特性,7.1.1 木材的视觉物理量与视觉心理量,7.1.2 木材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性,7.1.3 节疤对木材视觉特性的影响,7.1.4 透明涂饰对木材视觉特性的影响,7.1.2 木材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性,紫外线(330nm以下)；红外线(780nm以上)是肉眼看不见的。强紫外线刺激人眼会产生雪肓病；人体皮肤对紫外线的敏感程度高于眼睛。图中：木材可以吸收阳光中的紫外线，减轻紫外线对人体的危害；同时木材又能反射红外线，这一点与人对木材有温暖感有直接联系。木材率的高低与人的温暖感、稳静感和舒畅感有着密切的关系。,几种室内装修材料的分光反射曲线 1、3、4、5未涂饰的木材；2、6涂饰的木材；7-13为其它材料,7.1 木材的视觉特性,7.1.1 木材的视觉物理量与视觉心理量,7.1.2 木材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性,7.1.3 节疤对木材视觉特性的影响,7.1.4 透明涂饰对木材视觉特性的影响,7.1.3 节疤对木材视觉特性的影响,适当的节疤会起到一定的装饰效果，给人纯朴、自然的感觉。节子的视觉心理感觉因东西方人生活环境而异。过去东方人认为节子有缺陷、廉价的感觉；西方人则对节子情有独衷，认为它有自然、亲切的感觉。,7.1 木材的视觉特性,7.1.1 木材的视觉物理量与视觉心理量,7.1.2 木材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性,7.1.3 节疤对木材视觉特性的影响,7.1.4 透明涂饰对木材视觉特性的影响,7.1.4 透明涂饰对木材视觉特性的影响,涂饰的优点:涂饰对木材具有一定的保护和装饰效果，不透明涂饰会掩盖木材的视觉效果，而透明涂饰则可提高木材的光泽度，使光滑感增强；增强木材纹理的对比度，使纹理线条表现得更清晰、更具动感和美感。涂饰的缺点:会减弱木材的温暖感，减弱木材表面的柔和光感效果，从而降低了木材的质感，并且由于清漆本身都不同程度地带有颜色，涂在木材表面也会使木材颜色变深。木材的视觉特性是多方面因素在人眼中的综合反映，总体反映了木材的美感、质感、价值感与实用感。,7.2 木材的触觉特性,木材给人以冷暖感、粗滑感、软硬感、干湿感、轻重感等，一般常以冷暖感、粗滑感、软硬感综合评价某种物体的触觉特性。木材的触觉特性与木材的组织构造，不同树种的木材，其触觉特性也不相同。木材的触觉特性反映了木材表面的非常重要的物理性质。,7.2 木材的触觉特性,木材表面的冷暖感,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2.3 木材表面的软硬感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,7.2.1 木材表面的冷暖感,木材的导热系数能够影响热量在木材中的热流量密度、热流量速度，影响皮肤-木材界面间的温度、温度的变化，归根到底影响木材的接触冷暖感。,木材冷暖感与木材导热系数之间的关系,导热系数小的材料,其触觉特性呈温暖感，导热系数大的材料,则呈凉冷感觉。，所以木材的纵切面比横断面的温暖感略强一些。(由于木材顺纹方向的导热系数一般为横纹方向的22.5倍),手接触试件后手指温度因所用的材料不同而异,温度以不同方式变化。对于聚苯乙烯泡沫和轻木，其温度极为缓慢地增加，对于混凝土和密度高的木材，如栎木其温度在缓慢地降低；对于中等密度的木材，如落叶松其温度保持相对稳定。,7.2.1 木材表面的冷暖感,7.2 木材的触觉特性,木材表面的冷暖感,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2.3 木材表面的软硬感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,7.2.2 木材表面的粗滑感,粗糙感是指粗糙度和磨擦刺激人们的触觉。木材细胞组织的构造与排列赋予木材表面以粗糙度。,7.2.2 木材表面的粗滑感,木材表面粗糙度与粗糙感的关系在针、阔叶树材之间有差异。粗糙感的分布范围针叶树材比阔叶树材树材的窄。对于阔叶树材来说，主要是表面粗糙度对粗糙感起作用，木射线及交错纹理有附加作用。而针叶树材的粗糙感主要来源于木材的年轮宽度。,木材表面粗糙度的物理尺度和心理尺度,影响表面粗糙度的主要因子:摩擦阻力的大小及其变化。日本学者研究各种材料得出:摩擦阻力小的材料其表面感觉光滑。在顺纹方向针叶树材的早材与晚材的光滑性不同。晚材的光滑性好于早材。木材表面的光滑性取决于木材表面的解剖构造，如早、晚材的交替变化、导管大小与分布类型、交错纹理等。,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2 木材的触觉特性,木材表面的冷暖感,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2.3 木材表面的软硬感,7.2.1.1 木材表面的冷暖感,7.2.1.1 木材表面的冷暖感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,7.2.3 木材表面的软硬感,树种不同木材表面的硬度也不同。多数针叶树材称为软材；多数阔叶树材称为硬材。国产材的端面硬度平均为53.5MPa：针叶树材平均为34.3MPa；阔叶树材平均为60.8MPa。针、阔叶树材端面径面弦面约为10.800.83。不同树种、同一树种的不同部位、不同断面的木材硬度差异很大，因而有的触感轻软，有的触感硬重。,7.2 木材的触觉特性,木材表面的冷暖感,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2.1.1 木材表面的冷暖感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,7.2.3 木材表面的软硬感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,人与木材接触时，人的生理指标是有一定的变化，如人体血压略有升高，但幅度不大，且很快恢复到原位；心跳间隔略微减小，交感神经活动略增强，但副交感神经的活动并未有多大的减弱，甚至有增强趋势；脑电的波减少、波增加，显示兴奋性增强。,7.2 木材的触觉特性,木材表面的冷暖感,7.2.2 木材表面的粗滑感,7.2.3 木材表面的软硬感,7.2.4 木材触觉特性的生理反应,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,一般常以冷暖感、软硬感、粗滑感这三种感觉特性加以综合评定。如果以W、H、R分别代表这三种感觉特性的心理量，则可形成一个直角坐标空间(简称为WHR空间)。在WHR空间位置上越接近的材料，其触觉特性越相似。,7.2.5 木材触觉特性的综合分析,木材及各种材料触觉特性综合分析,7.3 木材的室内环境湿度调节特性,7.3.1 室内环境的湿度变化,7.3.2 木材的湿度调节功能,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,7.3.1 室内环境的湿度变化,相对湿度：H为相对湿度，P为实际水蒸汽压力，P0为饱和蒸汽压。室内环境相对湿度的变化主要来源于两个方面：一是由于温度的变化使室内空气中水蒸汽的饱和蒸汽压（P0）发生变化；二是由于开门、窗等产生水分的流入或流出，使室内空间的实际水蒸汽量发生变化，从而引起实际水蒸汽压力（P）发生变化。,在一个密闭空间内，假设所有材料都不产生吸湿或解吸，结果在一定的绝对湿度下，相对湿度的对数log H(T)随着温度T的升高呈线性下降趋势。对于不同的绝对湿度，直线的斜率十分接近。,7.3.1 室内环境的湿度变化,不同绝对湿度条件下相对湿度的对数logH(T)和温度T之间的关系,7.3 木材的室内环境湿度调节特性,7.3.1 室内环境的湿度变化,7.3.2 木材的湿度调节功能,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,7.3.2 木材的湿度调节功能,大气环境的温度和绝对湿度随着季节的变化不断变化。冬季和夏季的一天内外界温度和相对湿度的变化：在用5mm厚的木质胶合板装饰的房间内（没有冷暖气），相对湿度的变化与外界的湿度变化相比，饰有木材的室内的相对湿度处于比较稳定的状态。,饰有5mm木质胶合板的室内与外界一天内的温湿度变化比较,相对湿度的对数与温度之间呈近似的线性关系，直线的斜率定义为B值。木材的湿度调节能力一般可以用B值来衡量。如果材料的吸放湿特性可以使相对湿度在温度下保持恒定值，那么log H(T)和T之间的关系曲线的斜率为0，即B值为0-1。相反，如果材料完全没有湿度调节功能，斜率（B值）达到最小值。该值约为-0.0245-1。,7.3.2 木材的湿度调节功能,7.3 木材的室内环境湿度调节特性,7.3.1 室内环境的湿度变化,7.3.2 木材的湿度调节功能,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,7.3.3.1 气积比 是指空间内装饰材料的表面积（A）与室内空间的体积（V）之间的比值（A/V）。随着气积比的增加，木材对室内环境的湿度调节能力呈上升趋势。,对于任何树种的木材来说，B值随着气积比的变化趋势十分一致，即，在低气积比范围内，B值随着气积比的增加迅速增大；在高气积比范围内，B值的增大幅度减缓，随着气积比逐渐向0-1趋近。,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,不同树种的木材的B值与气积比A/V之间的关系,7.3.3.2 树种 B值随着密度的增大呈线性增长趋势。并且，在气积比低的状态下，B值随着密度的增长趋势愈加明显。7.3.3.3 木材厚度 对较长周期内木材的湿度调节能力：木材越厚，湿度调节能力越持久。所以如果想使室内湿度在长时期内保持较稳定的状态，用于室内装饰的木材的厚度必须达到一定的值。,7.3.3 木材的湿度调节能力的影响因素,7.4 木材空间声学性质,木材的空间声学特性，是指木材(或木质材料)作为建筑内装材料或特殊用途材料时，对室内空间声学效果(建筑声学、音乐声学)以及对房屋之间隔音效果的影响、调整作用。它与木材的吸音、反射、透射特性和声阻抗等物理参数有关。木材的声阻抗居于空气和其它固体材料之间，较空气高而比金属等其它建筑材料低。,7.4 木材空间声学性质,7.4.1 木材的声吸收特性,7.4.2 木材的声反射与室内混响,7.4.3 木材的声透射与隔声,通常坚硬、光滑、结构紧密的材料吸声能力差；粗糙松软、具有相互贯穿内外微孔的多孔材料吸声能力好。,7.4.1 木材的声吸收特性,当声波作用于木表面时：一部分被反射回来；一部分被木材本身的振动所吸收；还有一部分被透射。声波的吸声系数（）为吸收能量、透射能量之和与入射总能量之比。反射能量=入射总能量与材料吸收、透射能量之差。反射能量的大小，取决于反射界面两侧介质声阻抗的差异程度，差异越大，则反射越强。,7.4.1 木材的声吸收特性,普通的木板吸声系数较小。木材的吸声系数不仅与声阻抗、表面平整程度等因子有关，还与固定方式、后部空气层的深度有关，明显地表现出吸声的频率特性。木材为多孔性吸声材料，用木质材料做墙壁的屋子，回声小，混响时间适当，比混凝土、砖等结构的室内感到安静，主要归结于木材的吸声性能。,7.4.1 木材的声吸收特性,7.4 木材空间声学性质,7.4.1 木材的声吸收特性,7.4.2 木材的声反射与室内混响,7.4.3 木材的声透射与隔声,7.4.2 木材的声反射与室内混响,木材声阻抗明显高于空气声阻抗，能够将入射到其表面的声能大部分地反射回声源空间。木材还具有密度低、强重比高和便于加工的优点，安装、悬吊都比较方便。注意：用作反射的木板必须具有一定的厚度。木质地板、天花板和木制家具在控制环境混响时间、抑制环境噪声方面比较有利，能创造较好的室内声环境，人处于其中，比在混凝土、砖等材料结构的室内感到舒适。,7.4 木材空间声学性质,7.4.1 木材的声吸收特性,7.4.2 木材的声反射与室内混响,7.4.3 木材的声透射与隔声,7.4.3 木材的声透射与隔声,透射墙壁的能量大小，取决于初始的声强、隔墙的质量(惯性)、隔墙的刚性(弹性)和隔墙的支承方式。常采用木材与其声阻抗差异很大的材料进行组合，例如用胶合板加以蜂容状松散材料夹层来提高门的隔声性能。木质地板可使其噪音减低10分贝。,7.5 木材的生物体调节特性,7.5.1 对动物体的影响调节,7.5.2 对人体的影响调节,7.5.1 对动物体的影响调节,对动物体的生长、发育、繁殖的影响：7.5.1.1 不同饲育箱对小白鼠的生长、发育的影响不同 木质饲养箱的小白鼠成活率高；木质饲养箱内的小白鼠的体重高于铝皮与混凝土箱的小白鼠；脏器数值，木质饲养箱脑重量高于其它饲养箱。7.5.1.2 不同饲育箱对小白鼠的生殖、繁殖能力影响不同 木质饲养箱的小鼠繁育器官发育良好。7.5.1.3 不同饲育箱中小白鼠的行为学表现 木质饲养箱中的小白鼠活泼好动、毛色均匀发亮、比较健康，而混凝土箱体中生长的小白鼠存活率低，铝皮饲养箱中大多数小白鼠生长状况一般。,7.5 木材的生物体调节特性,7.5.1 对动物体的影响调节,7.5.2 对人体的影响调节,7.5.2 对人体的影响调节,7.5.2.1 木材对人的心理影响 木材率与视觉心理量之间的关系：（1）木材率与温暖感之间的关系：随木材率增加，温暖感的下限值逐渐上升，而冷感逐渐减少；当木材率低于43%，温暖感的上限随木材率的上升而增加，但当木材率高于43%时反而会下降。（2）木材率与稳静感之间的关系：稳静感的下限值随木材率上升而提高，但其上限值与木材率无明显关系。（3）木材率与舒畅感之间的关系：随木材率上升，舒畅感下限逐渐升高。,7.5.2.2 木材对人的生理影响 无论是在精神层面还是在生理层面上，木质环境均能营造对人有利的自然舒适感。7.5.2.3 木质环境对人的健康影响 经调查：木造住宅的小孩出生率较高，人的平均年龄也较高，长期居住在木造住宅中可以延长寿命，死亡年龄的平均值较钢筋混凝土造住宅高911岁。木造率较高时，肺癌、食道癌、乳癌、肝癌、子宫癌等引起的死亡率降低。7.5.2.4 木质环境的可居住性 木造住宅比混凝土住宅具有较佳的居住性,7.5.2 对人体的影响调节,本 章 结 束,