【建筑光学】是建筑设计中不可或缺的一部分,涉及到如何利用光与色彩创造出适宜的室内环境,以满足人们的生理和心理需求。光环境(Luminous environment)是人们通过视觉感知的环境,大约80%的信息来自于光和视觉。建筑师需要考虑如何在设计中平衡自然光和人工光,以达到节能、舒适和美观的效果。
光环境设计包括天然光环境设计和人工光环境设计。天然光环境设计强调充分利用日光,以提高视觉功效,节省能源,同时考虑日光的渲染效果。人工光环境设计则关注如何在夜间或特定场合提供适宜的照明,确保建筑无论昼夜都能保持功能性和美观性。
眼睛是视觉感知的主要器官,其构造类似于照相机,包括瞳孔(类似光圈)、晶状体(类似透镜)和视网膜(类似胶卷)。眼睛具有不同的视觉特性,如视野范围、明视觉(强光下的视觉)和暗视觉(弱光下的视觉)、颜色感觉以及光谱光视效率。
光度量是描述光环境的重要工具。光通量(φ)是表示光源发出的光能被视觉感知的量,单位为流明(lm)。发光强度(I)是单位立体角内的光通量,单位为坎德拉(cd),用于衡量光源的亮度。照度(E)是被照面单位面积接收到的光通量,单位为勒克斯(lx),用来评估光照强度。发光强度与照度之间遵循平方反比定律,即距离光源的距离平方与照度成反比。
亮度(L)是表面发光或反光的强度,单位为坎德拉每平方米(cd/m²),反映了物体表面的物理特性。物理亮度和表观亮度的区别在于,表观亮度还会受到环境明暗的影响。
在实际应用中,建筑师需要结合这些光度量概念,通过计算和设计,确保建筑内部的光环境既满足功能需求,又能创造舒适的视觉体验。例如,通过调整窗户的大小、位置和形状,可以改变室内自然光的分布和强度;而人工照明的设计要考虑灯具类型、功率、位置以及控制方式,以实现理想的光分布和亮度水平。
建筑光学是一门涉及多个学科的综合领域,包括建筑学、物理学、美学、生理学、心理学等,要求设计师具备全面的知识和技能,以创造出既科学又艺术的光环境,同时考虑经济效益和能源利用效率。