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1、“设计空间就是设计光设计空间就是设计光!”路易斯康 光光是自然的一个最基本的要素，它总是与空气、自然景观以及最美丽时刻的记忆联系在一起。人类对光有着本能的生理需求和心理依赖。如同对火的需求一样。在物质极大丰富、产品日新月异的今天，人们有条件追求更高质量的“光”，不仅要求照亮，更希望针对不同的场合对光线进行精确的控制，包括对它的数量和质量，这是功能上的要求。与此同时，人们对于光还有着越来越高的装饰和艺术感的需求。人类的生活离不开光，良好的光环境是保证人们进行正常工作、生活、学习的必要条件，它对于劳动生产率、生理与心理健康等都有直接影响。对于室内设计而言，这一观点非常重要。1 1光的基本概念光的基
2、本概念室内设计与光1光的基本概念光的基本概念 1.1 光的性质光是能量的一种存在形式光是能量的一种存在形式，当一个物体(光源)发射出这种能量，即使没有任何中间媒质，也能向外传播，这种能量的发射和传播过程，就称为辐射。当光在一种介质(或无介质)中传播时，它的传播路径是直线，称之为光线。光在传播过程中主要是显示出波动性，而在光与物质的相互作用中，主要显示出微粒性，即光具有波动性和微粒性二重性。光是以电磁波的形式进行传播的，不同的电磁波在真空中的传播速度虽然相(m)各不相同，将各电磁波按波长(或频率)依次排列，可画出电磁波波谱图(图11)。波波长长的的计计量量单单位位为纳为纳米，它等于十米，它等于十
3、亿亿分之一米，分之一米，单单位位为为nmnm。从图1-1中可以看到，可见光在其中占极狭窄的一段。可见光与其它电磁波最大的不同是它作用于人的肉眼时能够引起人的视觉。可见光的波长范围约为380380780nm780nm。不同波长的可见光会引起人的不同色觉，将可见光展开(380780nm)，依次呈现紫、蓝、青、绿、黄、橙、红色。波长约为10380nm的电磁波叫紫外线，波长约为780nm1mm的电磁波叫红外线。电磁波波谱图电磁波波谱图1光的基本概念光的基本概念 光是由很小的微粒组成的，叫光量子，简简称光称光子子。自然界中光的吸收、散射及光电效应等，都是光子与物质相互作用的结果。入射入射：光线投射到表面
4、为入射，如图1-2。反射反射：光线或辐射热投射到表面以后又返回的现象，称为反射，如图l-2。折射折射：当光线倾斜地从一个介质射入另一个介质时改变光线的方向，在两种介质中光线的传播速度不同，如图l-2。1光的基本概念光的基本概念 反射定律反射定律：当光线或声波被光滑表面反射时，人射角等于反射角，入射光线、反射光线和表面的法线都在同一平面内。入射角入射角：当光线射到表面上时，该光线与入射点处表面的法线形成的夹角，称为入射角，如图l-3。反射角反射角：反射的光线与入射点处反射表面的法线形成的夹角，称为反射角，如图1-3。漫射漫射：光经过凹凸不平表面的漫反射，或通过半透明材料的无规律的散射，如图1-4
5、。1光的基本概念光的基本概念1.1 光的性质透射系数透射系数：透过物体并由物体发射的辐射能与入射到该物体上的总能量之比，相当于1减吸收系数。反射系数反射系数：表面反射的辐射能与人射到该表面上的总辐射能之比。吸收系数吸收系数：表面吸收的辐射能与入射到该表面上的总辐射能之比。折射角折射角：折射的光线与入射点处两种介质交界面的法线形成的夹角，如图l-5。绕绕射射：当光波或声波发生弯曲绕过障碍物时，光波或声波的调整，如图1-6。1光的基本概念光的基本概念 1光的基本概念光的基本概念 不透明的：光不能穿透的。半透明的：能透射和漫射光线，但不能看清另一面的物体。透明的：能够透射光线，因此能清楚地看到前面或
6、后面的物体。1光的基本概念光的基本概念 1.2 光的度量光的度量在照明设计和评价时，必然会遇到光的定量分析、测量和计算，因此有必要了解光的一些物理量物理量。光通量光通量：光通量(1uminous flux)是光源在单位时间内发出的光的总量。它表示光源的辐射能量引发人眼产生的视觉强度。光通量的物理量符号为，单位为流明(Lm)，1Lm=l cdsr。在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量。例如，一只40W(w为电能功率的单位符号)白炽灯发出的光通量为350Lm，一只40W荧光灯发出的光通量为2100Lm一只220V,2000W溴钨灯的光通量为45000Lm。照度照度：光通量和光强主要表征光
7、源或发光体发射光的强弱，而照度是用来表征被照面上接收光的强弱，被照面单位面积上接受的光通量称为照度。符号：E，单位：勒克斯(1x)或流明平方米(1mm2)。发发光光强强度度：光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量，简称光强，或称之为光通量的立体角密度发光强度。符号：J，单位：坎德拉(cd)。亮亮度度：光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量，或称之为光通量的立体角密度发光强度简称光强。符号：J，单位：坎德拉(cd)。1光的基本概念光的基本概念1.2 光的度量光的度量立体角：以O点为原点作一射线，该射绕围绕原点在空间运动，且最终仍回到初始位置，射线扫过形成一个锥面，该锥面所包围的空间称为立体角
8、。符号：d，单位：球面度(sr)，如图1光的基本概念光的基本概念1.2 光的度量光的度量上述四个光度量有不同的应用领域，并且可以互相换算，可用专门的光度仪器进行测量。光通量表征光源辐射能量的大小。光强用来描述光通量在空间的分布密度。照度说明受照物体的照明条件(受光表面光通密度)，它的计算和测量都比较简单，在光环境设计中广泛应用这一概念。亮度则表示光源或受照物体表面的明暗差异。光通量、光强、照度和亮度的关系如下图所示。1光的基本概念光的基本概念1.2 光的度量光的度量1光的基本概念光的基本概念1.2 光的度量光的度量2视视 觉觉光射入人的眼睛后产生了视觉，使人能够看到物体的形状、色彩和物体的运动
9、，并通过光照作用所产生的明暗关系，使人感受到物体的立体感、质感、空间变化和色彩的变化。可见人是依赖于光的，并且光也要通过人的视觉而表现它的功能和作用。我们只有对光进行合理科学的设计，才能满足人的生理和心理的需求，所以应从视觉入手研究，方能得到合理光环境设计的正确依据。在完全没有光的地方，反射比再高的白色物体也不能被看见。光线射到物体上之后，或反射，或透射，才能看到。所谓照度，是射到物体表面光的数量（物体被照射的亮度），并非是进入眼 睛的光的数量。即使照度相同，如果反射比不同，则能看见的情况也是不同的。3照明质量照明质量3.1.23.1.2视觉视觉上上满满意的照度意的照度一般情况下，在需要进行视
10、觉工作的房间或区域内，需要的照明水平一方面要考虑人对视觉环境的满意程度，另一方面还取决于视觉工作的难易程度和视功能水平。而在交通区域和进行社交活动以及休息的场所，视功能要求就不那么重要，而重点是考虑视环境的满意程度。为了使照明水平适合视觉作业的功能要求，国际照明委员会(CIE)通过两条途径来进行研究，以达到上述要求。一条是在试验室研究照明水平对模拟视觉工作的亮度低限的影响，只要使照明水平超过视工作的亮度低限值，则可满足视功能的要求。另一条途径是直接研究大予亮度高限值范围的照明水平对视功能的影响，把照明水平规定在给定的视功能要求值的位置。法国巴黎国家图书馆。顶部自然采光及一般照明，满足了一般视觉
11、功能上的要求，而桌面上的局部照明则满足视觉功能的特殊要求。照度要求国际照明委员会(CIE)在室内照明指南(1975)中建议，在制定照明规范时应该推荐三种照明范围，即：20-200Lx、2002000Lx、200020000LxCIE把这三个范围再细分成许多级，得出推荐的照度水平等级,如表3-2。表3-2所推荐的照度值,是指在一定自然采光的房间中正常工作状态下所需的照度，当周围的环境使视觉工作更困难时，这些照度应该相应增加一级或几级。3照明质量照明质量3.1.23.1.2视觉视觉上上满满意的照度意的照度3.1.33.1.3最低照度最低照度值值2001x是所有工作室以及人需要在其中停留较长时间的最
12、低照度值。3.1.43.1.4交通区域的照明交通区域的照明1001x的照度水平的照明效果很好，可以认为是交通区域能接受的照明水平。在此空间中的照明可以是点状的或局部的，不必考虑均匀性。而201x的照度水平是使人的面部刚好可以识别的照度，所以把201x作为交通区域内一些不重要环境的最低照度。在交通区，照明的在交通区，照明的满满意性比意性比视视功能更重要。功能更重要。3.1.53.1.5年年龄对龄对照度的影响照度的影响青年人与老年人在识别同一物体时，青年人比老年人所需的照度要低一些。照度超过1800Lx时，老年组的满意程度会提高，而青年组会感到不舒服。而从视觉的功能来看，青年人与老年人没有太大的差
13、别。3照明质量照明质量亮度设计是光环境设计中的一个重要环节，可以说亮度设计是照度设计的补充，因为室内环境中各表面的亮度决定了整个空间光环境的质量和效果，在同样照度的前提下，各表面的反射比不同所形成的光环境也就不同。同时不同的光环境对人的生理和心理也全产生不同的影响。3照明质量照明质量3.2关于亮度关于亮度最佳照度在不同的环境中，其值基本相同，但被观察物体表面的最佳亮度不是常数，而是与其表面的反射比有关，如果反射比低，那认为被观察物体表面令人满意的亮度必然低于较高反射的那些物体表面亮度。经常提到的一个理论就是反射比降低一半时，照度应提高一倍。3照明质量照明质量最佳的墙面亮度最佳的墙面亮度 实验证
14、明，灰色、蓝色、蓝绿色和红色墙的最佳亮度随反射比的增加而增加，而黄色墙面的情况则相反，对于最常用的照度范围5001000Lx来说，普通墙的亮度应该大约在50100cdm2之间。顶棚的亮度还取决于顶棚的高度，在顶棚足够高，以致于在视觉范围之外时，它的亮度对人的舒适感没有太大的影响，这时，顶棚的亮度就可以单纯根据实际需要来选择。而顶棚高度过低，使灯具暴露在视觉范围以内，如顶棚高度在3m左右，它的亮度应该有所设计和选择，避免眩光对人的影响。走廊的照明休斯敦科斯特沃银行的走廊运用墙面开窗，使明亮的外环境映人走廊运用点状照明方式，使走廊内的光影有一种韵律感，并且能够满足照度的最低要求。图37建筑化照明伊
15、利诺斯AT8汀公司总部大堂采用建筑化照明手法，灯具的造型与建筑装修和谐地统一在一起。漫射式灯具所发出的光，使整个空间得到了均匀的照度，而灯具与地面、墙面的材料及色彩对比，形成了丰富的层次感。图3-8灯具暗装 发光灯槽是运用反射光对环境进行照明的一种理想手段，所得到的光环境也是平和的安静的。照明的均匀性照明的均匀性室内平均照度为10001x时，顶棚和墙的舒适亮度值分别约为200cdm2和100cdm2。在室内照度范围的低端(500Ix)，顶棚的最佳亮度大约是墙面最佳亮度的4倍。在室内照度范围的上端(20001x)，顶棚和墙面的最佳亮度水平几乎相等。但在照明设计中，如果使顶棚亮度和墙的亮度相等，视
16、觉效果就会感到单调，除非所用的颜色不同。办公室、阅览室等空间一般照明照度的均匀度，按最低照度与平均照度之比确定，其数值不宜小于07。分区采用一般照明时，房间内的通道和其他非工作区域，其一般照明的照度值不宜低于工作面照度值的i5。局部照明与一般照明共用时，工作面上一般照明的照度值宜为总照度值的l315，且不宜低于50Lx。总之，亮度分布的设计在应用中只限于下面的范围：作业面和它的背景，主要考虑亮度比；顶棚、墙和地面，应考虑它们的亮度范围；灯具，应考虑它的亮度限值。对于具有严格工作性质的照明设计来说，进行详细的亮度计算可能是合适的，但是对于普通光环境和要求达到特殊艺术效果的光环境来说，遵守某些简单
17、的、旨在避免不舒适的极端对比的规则就够了。如图3-9、图3-10。图3-9灯具的设灯具的选择与设置的位置都与装修风格相协调、相统一，不仅不会破坏环境的整体性，而且为增强艺术感染力而发挥了画龙点睛的作用。图310灯具的照明运用照明手段，充分表现墙面的材质肌理及雕塑感。最佳亮度值最佳亮度值最小值：人脸的最小亮度值，如刚好可以辨认出脸部特征所需要的亮度值为lcdm2；刚好可以满意地看清脸部，不特别费力就能认出脸部特征所需要的亮度值为1020cd/m2。墙50150cd/m2。顶棚100300cd/m2。作业区域100400cd/m2。人脸250cd/m2。最大值：天空和灯具的最大亮度值如下：2000
18、cd/m2的亮度值标志着天空开始引起眩光，100010000cd/m2是可以容许的灯具的最大亮度值。进深较大的有窗房间，其临窗区域接收到的日光对于进行视觉作业来说是足够的，但内部区域必须增设人工照明，以补充视觉作业所需的照明要求。人工照明必须实现双重功能，它必须提供合适的照度水平，同时又必须与目光取得令人满意的亮度平衡。经过测量得出的结果显示，天空的平均亮度大约在5000cdm2，这个数字可以作为室内自然采光和人工照明的亮度平衡设计的依据。天空平均亮度在一年的大多数时间内，并在整个工作日内出现次数最多，对于这种水平，人工照明水平应该在2005001x范围内。为了能看见背窗而立人的脸部特征，脸部
19、的亮度不应该小于背景或天空亮度的120，大多数观察者认为大于这个比例或背景、窗的亮度大于2000cdm2时，就会使观察者产生眩光。因此，天空亮度超过这个数值时可选用窗帘、百叶窗或其他遮挡装置来减弱窗的亮度。如果窗表面亮度取2000cdm2这个值，脸部亮度就至少需要100cdm2，这就要求在窗户区域有20001x的平均水平照度。日光和人工光源的亮度平衡日光和人工光源的亮度平衡自然采光 爱德华霍普l953年作小城市的办公室。对自然采光没加任何处理手段，会造成明暗对比大，并会出现眩光现象。图3-12窗前加窗纱由Tim May和John Larkin设计的德图科隆Wasserturm饭店窗前加窗纱，使
20、自然光变得柔和，配合室内的人工照明，就不会出现强烈的明暗对比、眩光以及黑影等现象。对自然采光的遮阳手法,由KPF设计的夏威夷第一银行。平衡室内亮度及光的分布有两种方法：人工光可以同自然采光同方向指向房间内部(非对称分布)；或者同自然采光同方向和反方向指向房间(对称分布)。第一种方法的优点是观察者顺自然采光方向观察房间时将会看到布光均匀的明亮区域，但是观察者如果往窗户的方向看，就会增加前面提到过的剪影现象。第二种方法有两个方面的好处，第一，它为所有的观看方向提供较好的观看条件；第二，所有的灯具可以和夜间照明用的灯具有同样对称的光分布效果。人工照明还有一个附加的功能，就是在阴天时使整个建筑的外观富
21、有生气。34立体感的表现自然采光与人工照明相结合佛罗里达迪斯尼现代胜地旅馆的过厅，自然采光作为主要照明，人工照明作为补充照明，平衡了室内的照度。立体感的表现照明的目的是使人能够看清室内的物体和色彩，如果我们合理布置光源，调整光照角度，创造一个合理的光环境，就能够使人更加清晰地、舒适地看清室内的结构、人的特征、物体的形状，就会加强人对室内情况的正确了解。当照明来自一个方向时，会出现不紊乱的阴影，这种阴影对形成好的立体感有关键性的作用，但是照明的方向性过于单一则会产生令人不快的强烈明暗对比和生硬的阴影。另一方面，照明方向性也不能过于扩散，否则物体各个面的照度一样，立体感就会消失，如图315。为了得
22、到合适的立体感，要求垂直面上的照度与水平表面上的照度比最小为14，如图316。来自前方(=0，=45。)的照明对人脸产生的立体感最好，侧边照明(=90。，=45。)对于其他物体最佳。立体感图3-17邱吉尔 从侧上方射出的光，使邱吉尔的面部及服饰都得到了很好的立体感表现，周围环境的反射光，使背光面得到了适当的补光，从而使他的表情与形体动作更加生动。图318室内空间的立体感奥地利维也纳旧屋改造是要通过光来表现室内空间的立体感。这里除了考虑光源发出的光，还应兼顾到室内各表面的反射光对表现立体感的作用。图319直射眩光现象图320反射眩光现象光源的外观尺寸越大越刺眼光源的亮度越高越刺眼 光源进入视觉范
23、围内图3-25用格片对光源进行遮挡用格片对光源进行遮挡，光透过格片可“把窒内照亮，但光源却不在人的视觉范围内，有效地避免了眩光 图326用磨砂玻璃遮挡得到了均匀柔和的光照效果光源 用磨砂玻璃遮挡光源，使光源变得不刺眼，并使整个空间光光 源源人造光源包括烛光、火炬、电灯等等，所有通过人的行为而得到的光，都可以称之为人造光源。电灯可以分成两大类。白炽灯和气体放电灯。白炽灯的光是由电流流经灯丝使灯丝达到高温而产生的。气体放电灯没有灯丝，但它的光是由两个电极间的气体激发而产生的，如图4-1。白炽灯白炽灯是由支撑在玻璃柱上的钨丝以及包围它们的玻璃外壳、灯帽、电极等组成，白炽灯的发光原理是由于电流通过钨丝
24、时，钨丝热到白炽化而发出可见光。当温度达到500左右，开始出现可见光谱并发出红光，随着温度的增加由红色变为橙黄色，最后发出白色光。白炽灯寿命在1000h左右。为了减少热损耗和钨丝的蒸发，40W以下的灯泡内抽成真空，40W以上则充以惰性气体氩、氮或氩氮混合气。白炽灯的特点如下：(1)有高度的集光性，便于光的再分配。(2)适于频繁开关，点灭对性能及寿命影响小。(3)辐射光谱连续，显色性好。(4)使用安装简单方便。(5)光效较低。(6)色温在2700-2900K，适用于家庭、饭店以及艺术照明、信号照明、投光照明等。(7)白炽灯发出的光与自然光相比较呈橙红色。(8)白炽灯灯丝温度随着电压变化而变化，当外接电压高于额定值时，灯泡的寿命显著降低，而光通量、功率及发光效率均有所增加。当外接电压低于额定值时，情况相反，为了使白炽灯泡正常使用，必须使灯泡的工作电压接近额定值。(9)磨砂玻璃壳白炽灯的光通量要降低3，内涂白色玻璃壳白炽灯的光通量要降低15，乳白色玻璃壳白炽灯的光通量要降低25。