Архитектурно-строительная светотехника

1. Нормативные документы

• СНиП 23-05-95
«Естественное и искусственное освещение»
• СП 23-102-2003
«Естественное освещение
жилых и общественных зданий»
• СП 52.13330.2011 СВОД ПРАВИЛ
«ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ
ОСВЕЩЕНИЕ»
Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*
Дата введения 2011-05-20

2. Нормативные документы

• СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03
«Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещенному освещению
жилых и общественных зданий»
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10
«Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещенному освещению
жилых и общественных зданий»
Изменения и дополнения 1
к СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03

3. СанПин 2.2.1/2.1.1.1076-01

Гигиенические требования
к инсоляции и солнцезащите
помещений жилых и общественных зданий и
территорий.

4. Архитектурно строительная светотехника

Использование
лучистой энергии
оптической области спектра
в строительстве и архитектуре

5.

Оптическая часть спектра лучистой энергии
1 нм – 380-400 нм – ультрафиолетовое
излучение
380-400 нм – 760-780 нм – видимое
излучение
760-780 нм – 1 мм
– инфракрасное
излучение

6. Свет – излучение оптической области спектра, вызывающее зрительные реакции

Поток излучения, попадая в глаз, производит в нем ощущение света.
Световое ощущение – психо-физиологическое явление.
Глаз воспринимает лучистую энергию, соответствующую длинам волн
от 400 нм до 750 нм

7. Монохроматическое излучение – однородное излучение, характеризующееся узкой областью частот или длин волн, которое может быть определен

Монохроматическое излучение –
однородное излучение,
характеризующееся узкой областью частот или длин волн,
которое может быть определено
одним значением частоты или длины волны
Однородное или одноволновое (монохроматическое) излучение
воспринимается глазом как свет того или иного цвета
Цвет – особенность зрительного восприятия, позволяющая наблюдателю
распознавать излучения, различающиеся по спектральному составу

8. Длины волн монохроматических излучений

9. Белый свет

Видимые излучения примерно одинаковой мощности
при совокупном действии
(совокупность монохроматических излучений)
воспринимаются глазом как белый свет
Дневной свет – сплошное и равномерное излучение
на всем видимом участке спектра

10. Световая среда

- совокупность излучений,
генерируемых источниками
естественного и искусственного света
Световая среда
воспринимается по распределению
света и цвета в пространстве

11. Скорость света. Частота колебаний

Скорость распространения света в вакууме
c 2,997 10 8 м / с
Скорость света в среде
c
обратно пропорциональна ее показателю преломления
n
Длина волны излучения в среде
0
n
где 0 - длина волны этого излучения в вакууме
Число полных колебаний в секунду (частота)
c
0
Соотношение длины волны и частоты колебаний света
400 нм
750 нм
7,5 1014 Гц
4,0 1014 Гц

12. Лучистый поток (поток излучения) – мощность оптического излучения (Вт)

dW
F
dt
W
Fср
t
W – энергия, испускаемая, передаваемая или получаемая
в виде излучения.

13. Линейчатый спектр

14. Сплошной спектр

15. Спектральная интенсивность

При сплошном спектре излучения
распределение лучистого потока характеризуется
спектральной интенсивностью лучистого потока
dF
( )
d
Лучистый поток
F ( ) d

16. Кривые зависимостей спектральной интенсивности излучения от длины волны для источников, имеющих различную температуру

17.

18. Иллюзия Вундта 1896

19.

20.

21. Иллюзия Перельмана Буквы на самом деле параллельны друг другу

22. Явление иррадиации: светлые предметы на темном фоне кажутся увеличенными

23. Иллюзия Эббингауза 1902.

24. Иллюзия Мюллера-Лайера 1889 (перенесение свойств целой фигуры на ее отдельные части)

25.

26.

27.

28.

29. Спектральная чувствительность глаза характеризуется функцией относительной спектральной световой эффективности излучения

30. Световые величины

вводятся для описания и выражения
действия лучистой энергии на глаз,
на создание ощущения света,
которое зависит от мощности лучистой энергии
и ее спектрального состава
Световые единицы по своей природе
являются физико-психо-физиологическими,
используются только для видимого света

31. Световой поток -

Световой поток поток лучистой энергии (лучистый поток),
оцениваемый по световому ощущению,
т.е. по действию на сетчатку глаза, спектральная чувствительность
которого определяется функцией относительной спектральной
световой эффективности излучения.
Световой поток характеризует мощность световой энергии.
1лм – световой поток, излучаемый с поверхности
абсолютно черного тела площадью 0,5305 мм2
при температуре затвердевания платины 2046 К

32. Световой поток Ф , соответствующий монохроматическому излучению

Световой поток Ф , соответствующий
монохроматическому излучению
Ф = c k( ) F
F – лучистый поток монохроматического излучения
c = 683 лм/Вт – коэффициент, учитывающий единицы измерения
k( ) -
относительная спектральная световая эффективность излучения
Ф = 683 k( ) F
при = 555 нм и F = 1 Вт
имеем k( ) = 1 и Ф = 683 лм

33. Световой поток сложного излучения

Ф = 683 (F 1 k( 1) + F 2 k( 2) + …)
Ф = 683 k( ) ( ) d
Где
( ) – спектральная интенсивность лучистого потока
dF
( )
d
Ф = 683 k( ) dF
dF - лучистый поток в интервале длин волн от до +d

34.

Световой поток,
соответствующий монохроматическому излучению
Ф = 683 F k( )
F – лучистый поток монохроматического излучения
Ф = 683 лм при = 555 нм и F = 1 Вт
Световой поток сложного излучения
Ф = 683 (F 1 k( 1) + F 2 k( 2) + …)
Ф = 683 k( ) dF

35. Световая энергия

Представляет собой
действие светового потока в течение некоторого времени
W = Ф dt

36.

Сила света источника в данном направлении –
пространственная плотность светового потока, т.е.
I = d / d , кд
d – световой поток (лм), исходящий от источника
и равномерно распределенный внутри телесного
угла d (ср), содержащего заданное направление
1кд – сила света, излучаемая
в перпендикулярном направлении
плоской поверхностью абсолютно черного тела
площадью 1,67 мм2
при температуре затвердевания платины 2046 К

37. Телесный угол  = S / r2, d = dS / r2

Телесный угол
= S / r2,
d = dS / r2

38. Кривые распределения силы света

строят в полярных координатах
для представления о распределении
светового потока, излучаемого источником,
в пространстве

39.

40.

Освещенность – поверхностная плотность
светового потока излучения,
падающего на поверхность, т.е.
E = d / dS, лк
d – световой поток (лм),
равномерно распределенный по поверхности
площадью dS (м2)

41. Значения освещенности

на поверхности земли в лунную ночь – 0,2 лк
на поверхности земли при высоком стоянии
солнца – 100 000 лк
требуемая освещенность на поверхности
стола (для чтения) – 300 лк

42. Если направление силы света от точечного источника перпендикулярно к поверхности, то освещенность поверхности равна силе сета, деленной н

Если направление силы света от точечного источника
перпендикулярно к поверхности,
то освещенность поверхности
равна силе сета,
деленной на квадрат расстояния от источника до поверхности
dФ
I
d
dФ I d
dS
d 2
r
dS d r
dФ
E
dS
2
I d
I
E
2
2
d r
r
I
E 2
r

43. Закон квадратов расстояний освещенность вдоль луча света изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света

E1
E2
I
r1
2
I
r2
2
2
E1 r2
2
E 2 r1

44.

dФ
E
dS
dФ I d
dS cos
d
r2
d
2
dS r
cos
I d cos I cos
E
2
r d
r2
I cos
E
2
r

45. Закон косинусов для освещения поверхности с изменением наклона поверхности по отношению к освещающему лучу освещенность ее изменяется пр

Закон косинусов для освещения поверхности
с изменением наклона поверхности
по отношению к освещающему лучу
освещенность ее изменяется пропорционально косинусу угла
между перпендикуляром к поверхности и лучом света
I cos
E
2
r

46. Закон аддитивности

Если на участок поверхности
падают лучи от нескольких источников,
освещенность этого участка равна сумме освещенностей,
созданных каждым источником в отдельности.

47.

Яркость – поверхностная плотность силы света
в заданном направлении, т.е.
отношение силы света в заданном направлении,
к площади проекции светящейся поверхности на плоскость,
перпендикулярную рассматриваемому направлению
B = I / S, кд/м2
B = I / S Cos , кд/м2
S – площадь светящейся поверхности (м2)
I – сила света, излучаемая в направлении,
перпендикулярном к поверхности (кд)
I – сила света, излучаемая в направлении (кд)
2
dI
d Ф
B
dS cos d dS cos

48. Яркость поверхности в данном направлении - отношение светового потока, идущего от поверхности к какой-либо точке на этом направлении, к тел

Яркость поверхности в данном направлении
- отношение светового потока,
идущего от поверхности к какой-либо точке на этом направлении,
к телесному углу, в котором он заключен,
и к площади проекции поверхности на плоскость,
перпендикулярную рассматриваемому направлению
2
dI
d Ф
B
dS cos d dS cos
Ф
B
S cos

49.

50. Поверхности, яркость которых во всех направлениях одинакова называются равнояркими (идеально матовыми)

B B
dI
dI
dS cos dS
dI dI cos
I I cos

51. Закон косинусов или закон Ламберта для светящихся или рассеивающих свет поверхностей

Сила света в каком-либо направлении
равна силе света в направлении перпендкуляра к поверхности,
умноженной на косинус угла
между перпендикуляром и рассматриваемым направлением
I I cos

52.

Светимость – поверхностная плотность
светового потока, излучаемого
равнояркими поверхностями, т.е.
R = d / dS, лм/м2
d – световой поток (лм), излучаемый равнояркой
поверхностью площадью dS (м2)

53. Связь светимости и яркости равнояркой поверхности

R
B

54. Освещенность внутренней поверхности шара в некоторой произвольной точке S

dI cos
dE
2
l
dI dI cos B dS 0 cos
l 2 l 0 cos
dE
B dS 0 cos
2
2 l0 cos
2
B dS 0
4 l0
2

55.

• Здесь должна быть картинка, которую
пока-что рисую на доске: элемент
поверхности окружаем шаром, чтобы
посчитать излучаемый световой поток

56. Световой поток, испускаемый равнояркой поверхностью dS0 и падающий на внутреннюю поверхность шара площадью S

dФ dE S dE 4 l 0
dE
2
B dS 0
dФ
4 l0
2
B dS 0
4 l0
2
4 l 0 B dS 0
2

57. Связь светимости и яркости равнояркой поверхности

R = d / dS0 , лм/м2
- cветимость
d – световой поток (лм), излучаемый равнояркой поверхностью dS0 (м2)
dФ B dS 0
dФ
R
B
dS 0
R B
R
B

58. Для поверхности конечных размеров, имеющей одинаковую яркость во всех точках

Ф B S0 I
Ф I

59.

= + +
– световой поток, падающий на поверхность тела
– отраженный световой поток
– поглощенный световой поток
– световой поток, проходящий сквозь тело
= /
– коэффициент отражения
= / – коэффициент поглощения
= / – коэффициент пропускания

60.

Значения коэффициентов
отражения, поглощения и пропускания
Оконное стекло
Молочное стекло
(тонкая бумага)
Зеркало
= 0,08 = 0,02 = 0,9
= 0,45 = 0,15 = 0,4
= 0,85 = 0,15
-

61. Рассеянное (диффузное) отражение (от оштукатуренной поверхности) пропускание (через молочное стекло)

62. Направленное отражение (от зеркала) Направленное пропускание (через оконное стекло)

63. Направленно-рассеянное отражение (от поверхности, окрашенной масляной краской) Направленно-рассеянное пропускание (через матовое стекло)

64.

При направленном отражении
Яркость B отражающей поверхности в направлении отраженного луча
зависит от яркости B излучающей поверхности и пропорциональна ей
0 =B / B – коэффициент направленного отражения или 0 =I / I
При рассеянном и направленно-рассеянном отражении
яркость отражающей поверхности зависит от ее освещенности
и не находится в прямой зависимости
от яркости излучающей поверхности
Источники света разной яркости, но одинаковой силы света,
создают одинаковую яркость освещаемой поверхности
при условии одинаковой освещенности

65. Связь светимости и яркости равнояркой поверхности

R
B

66. Для поверхности конечных размеров, имеющей одинаковую яркость во всех точках

Ф I

67. Связь яркости и освещенности идеально матовой (равнояркой) отражающей поверхности

Ф
Ф
Ф Ф
Ф I B S
Ф Е S
B S E S
B E
E
B

68. Светимость отражающей поверхности

Ф
R
E
S
S
Ф
R E
R
B

69. Фотометрическая поверхность (или кривая)

70. Коэффициент яркости

Распределение отраженного (или иногда испускаемого) света
в случае рассеянного и направленно-рассеянного отражения
характеризуют коэффициентом яркости
B
r
B0
B
- яркость данной поверхности в направлении
B0
- яркость идеальной матовой поверхности (равнояркой)

71. Коэффициент яркости различен для разных направлений, зависит от направления падения света, может быть больше 1

rOB
OB
OA
rOC
OC
OD
rOM
OM
ON

72. Связь яркости и освещенности идеально рассеивающей поверхности

Ф
Ф
Ф Ф
Ф I B S
Ф Е S
B S E S
B E
E
B

73. Светимость рассеивающей поверхности

Ф Ф
R
E
S
S
R E
R
B

74. Коэффициент пропускания для данного направления

Распределение прошедшего сквозь среду света характеризуют
коэффициентом пропускания для данного направления
I
I
B
B
I , B
- в данном направлении после прохождения среды
I
- перед вступлением света в среду
,
B

75. Для поверхностей диффузно отражающих свет или идеально рассеивающих свет коэффициент яркости одинаков по всем направлениям и численно ра

Для поверхностей диффузно отражающих свет
или идеально рассеивающих свет
коэффициент яркости одинаков по всем направлениям
и численно равен коэффициентам отражения или пропускания
B
r
B0
E
B0
1 или 1
r E
B
E
B
E
B

76. Поглощение света

Данная толщина слоя поглощает одну и ту же часть проходящего
светового потока независимо от его абсолютного значения
Закон Бугера
Ф (Ф Ф ) e
Ф Ф(1 ) e
Ф Ф Ф Ф Ф(1 )(1 e
(1 )(1 e
(1 e
)
)
)

77. Спектральные коэффициенты отражения или поглощения, или пропускания определяются для одноволнового света той или иной длины волны

Поверхность, одинаково отражающая свет всех длин волн,
называется
белой (коэффициент отражения более 0,65),
серой (коэффициент отражения менее 0,65)
Среда, одинаково пропускающая свет всех длин волн,
называется
бесцветной
серой (при коэффициенте пропускания менее 0,5-0,7)

78.

Цветные поверхности
обладают наибольшим коэффициентом отражения
в соответствующих по цвету областях спектра
Цветные светофильтры
обладают наибольшим коэффициентом пропускания
в соответствующих по цвету областях спектра