建筑物理环境论文

烟台大学文经学院

建筑物理环境与设备论文

论图书馆自然采光与人工照明的合理利用

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指导老师：

二零一二年四月十六日

目录

摘要 (1)

第1章前言 (1)

第2章光概述 (2)

2 .1 自然采光 (2)

2.2 人工照明 (4)

第3章实验数据及分析 (4)

3 .1 实验数据 (5)

3 .2 数据分析 (6)

3 .3 实验结论 (6)

第4章自然采光与人工照明的合理运用 (7)

4.1建筑照明设计标准 (7)

4.2充分利用自然采光以达到节能的效果 (7)

4.3 要求使用节能灯具及镇流器 (7)

4.4合理的照明控制方式 (8)

4.5建筑的物理环境，降低建筑能耗 (8)

第5章结束语 (10)

致谢 (10)

摘要

随着教育事业的发展，文化环境的日益优化，图书馆已经成为人民大众学习生活

中不可缺少的一部分，其天然采光和人工照明效果倍受人们得广泛关注。对图书馆阅

览室光环境的研究不仅可以提出改进方法还能解决大家所关心的照明问题。而光线太强、照度过大时，不仅是一种资源的浪费，而且还会加重使用者的眼疲劳，增加不适感觉，同样损害视力，影响学习效率。因此，图书馆光环境优劣问题应引起高度重视。本文在于呼吁建筑师重视自然光和人造光合理运用的重要性，并从光的概述、光的作用、自然光与人造光弊与利、环保节能四个方面对图书馆以及室内中自然光的应用的阐述，目的在于系统阐述光在图书馆中的设计方法，对设计的影响因素，并最终运用更加科学、合理、巧妙地运用光进行图书馆光环境设计。

关键词：图书馆光环境，光的作用，自然光，人造光，

第1章前言

随着科学技术的飞速发展，多种多样的人工照明系统让我们的世界五彩缤纷。然而，自从世界能源危机之后，能源紧缺和环境保护问题受到世界的关注，而照明技术因为能源紧缺的问题受到人们更多的关注。随着节能、环保等观念的提出，采用天然光作为白天室内的主要光源，将人工光照仅用于夜间，或者作为天然光照补充的方法，越来越多地被设计师们所重视和应用。

20世纪最著名的建筑师赖特（Frank Lioyd Wright，1869-1959）说过：“给居室采光的最好的方式，就是上帝的方式。（The best way to light a home is God’s way.）”所谓“上帝的方式”，可理解为接受大自然、充分利用自然给予的一切光能资源。大自然赋予人类天然的光源，可以说是取之不尽、用之不竭的，与其他人工光能相比更加安全，更加洁净，更易于被人们所适应接受。充分利用天然光源还可以节省大量照明用电，直接节约大量能源，减少人工发电过程中工业对环境产生的污染，对自然环境起到更多的保护作用。

第2章光概述

图书馆已经进入大众生活，高校的藏书数量也成为衡量学校水平的的一个关键。图书馆光环境的设计实际是要形成一个良好的，使人舒适的，满足人们的心理、生理需求的照明环境。它是影响人类行为的最直接因素。图书馆光环境的优劣直接影响着

读者的生理和身心的健康以及读书的兴趣和效率，所以营造一个好的读书的光环境对于图书馆建设来说至关重要。

视觉生理学研究证实，在光线太弱、照度不足的环境下长时间阅读会损害使用者的视力，并影响其阅读效率；而光线太强、照度过大时，不仅是一种资源的浪费，而且还会加重使用者的眼疲劳，增加不适感觉，同样损害视力，影响学习效率。学校图书馆是师生获取信息的主要场所，因而其光环境优劣应引起足够的重视。遗憾的是，目前图书馆环境照度不适，其原因是多方面的。实际工作中，应当根据阅览桌的位置、高度，以及阅览室的空间大小，按照使用者阅读时所能获得的最佳照度，计算出所需照明灯类型、总功率、安装高度、位置和密度，从而为使用者构建一个科学的、适宜的照明环境。

2 .1自然采光

自然采光，诺曼·福斯特曾经说过：“自然光总是在不停的变化着，它可以使建筑富有特征，在空间和光影的相互作用下，我们可以创造出戏剧性的效果。”作为光环境设计中最具有表现力的因素之一，自然光日益受到重视。

通常将室内对自然光的利用，称为“采光”。自然采光，可以节约能源，并且在视觉上更为习惯和舒适，心理上更能与自然接近、协调。

图书馆这类的室内建筑因为馆藏书区比较深，距离窗户较远，书架多。窗户一般采用大窗，落地窗等，而且多方向性。

2.2 人工照明

人工照明也就是“灯光照明”或“室内照明”，它是夜间主要光源，同时又是白天室内光线不足时的重要补充。

人工照明环境具有功能和装饰两方面的作用，从功能上讲，建筑物内部的天然采光要受到时间和场合的限制，所以需要通过人工照明补充，在室内造成一个人为的光亮环境，满足人们视觉工作的需要；从装饰角度讲，除了满足照明功能之外，还要满足美观和艺术上的要求，这两方面是相辅相成的。根据建筑功能不同，两者的比重各不相同，如工厂、学校等工作场所需从功能来考虑，而在休息、娱乐场所，则强调艺术效果。人工照明不仅可以构成空间，并能起到改变空间、美化空间的作用。它直接影响物体的视觉大小、形状、质感和色彩，以至直接影响到环境的艺术效果。

人工照明有整体，局部，装饰照明三种，图书馆中应用最多的是整体照明，也就是镶嵌于天棚上的固定照明，这种照明形式使光全部直接作用于工作面上，光的工作效率很高。

第3章实验数据及分析

为了更好的感受真实的图书馆光环境，以及提供可靠的科学数据，我们对本校图书馆进行了光环境实际测量。

采用数字式照度计，对图书馆开放式阅览室中工作面上各点的水平照度和书架各点的垂直面照度进行现场测量，并按现行规范标准作了数据统计分析，为建筑光环境改造提供可行方案供管理参照。

测量状况

1.测量仪器：使用较现代测光照度计—硅光电池为光敏元件的数字式照度计。有较高灵敏度和精度。

2.测试对象：重点测量图书馆二层的自科图书馆。其主窗口朝向为南向。

3.测试方法：网格法，分51个测点在13点--20点进行测量

测点设置：距地0.8m的工作面。（以阅览区测点布置为例，见附图一，阅览室平面图。

3 .1 实验数据

图书馆光环境研究调研数据(照度/lux)

时间/测点14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 A1 1539 1900 1627 1873 512 56 68

A2 1680 1876 1376 1470 316 28 32

A3 1821 1832 1608 1417 328 42 38

A4 1912 1968 1735 1386 325 36 35

A5 1834 1903 1686 1411 289 53 49

A6 1765 1898 1798 1326 425 29 32

B1 1145 1870 1543 1220 164 69 68

B2 1378 1843 1051 1043 138 36 29

B3 1570 1800 1100 1016 186 93 80

B4 1403 1765 1396 1169 154 40 32

B5 1323 1563 1264 1024 127 75 70

B6 1120 1829 1169 986 180 89 90

C1 839 878 841 776 88 55 36

C2 936 1098 454 769 90 14 19

C3 1069 1200 900 314 70 81 85

C4 1129 1327 798 543 69 24 30

C5 1036 1172 837 423 86 75 69

C6 969 1121 541 712 78 35 32

D1 259 574 276 321 30 15 12

D2 382 576 136 296 31 15 19

D3 618 574 146 124 32 55 46

D4 689 514 126 186 32 23 22

D5 524 582 148 164 34 21 23

D6 496 686 142 224 30 45 39

E1 141 182 153 110 10 28 27

E2 164 162 112 126 13 29 26

E3 200 150 164 98 15 71 67

E4 163 182 128 86 18 32 33

E5 146 138 168 102 12 26 24

E6 136 165 136 98 11 80 76

F1 77 100 91 42 47 71 80

F2 65 94 86 36 37 32 31

F3 85 119 64 42 40 40 38

G1 73 100 49 36 28 66 59

G2 63 85 38 32 25 56 60

G3 57 71 33 25 23 55 67

H1 52 68 13 20 48 81 75

H2 47 53 8 12 47 45 39

H3 53 63 12 6 45 65 69

I1 46 46 9 8 55 46 53

I2 45 39 12 11 53 48 51

I3 36 21 17 9 57 56 49

J1 22 33 20 12 13 96 80

J2 17 18 18 9 12 85 79

J3 15 15 16 6 15 79 86

3.2数据分析

见附表1-7

由数据可见，图书馆现状在很大程度上不能满足规范要求的平均照度值300lx。分析其原因：

图书馆平面工作照度约为100 lx-200 lx-500 lx而通过实验数据可得，白天照度可以达到2000 lx而夜晚只有50左右，和要求有着相当大的差距。

1：夜间图书馆层高比较高，照明灯具距离工作台面比较大，不能产生所需照度

2：白天晴天时靠窗照度太大，又因为书架原因图书馆深处照度与靠窗照度差距太大3.3实验结论

图书馆光环境单独的自然光太强烈，需加以窗帘等遮光物体，但这样图书馆里面照度又太低，所以白天以自然光为主要光源，人造光补光。也就是自然人造相结合以达到

目的。

而夜晚应降低灯具高度，以达到节能和效率。

第4章自然采光与人工照明的合理运用气候变暖已经成为不可忽视的问题。种种的气候现象时刻发生在我们周围。联合国气候变化政府间小组发表报告承认导致气候变暖的主要原因是人类活动。节能成为我们行为的准则,然而一味地要求节能却忽视环保与人性化,则会让节能夭折。绿色照明概念的提出就是对这一原则的体现。所谓绿色照明就是节约能源从而达到保护环境的作用。因此,在建筑照明设计中,,必须遵循国家相应的法律法规,实施绿色照明。

4.1建筑照明设计标准

无论是图书馆还是其他室内建筑对光线的要求均不同，图书馆需要照度为300左右LX精密仪器工作台面是1000左右所以建筑的照明首先要满足设计的需求。

4.2. 充分利用自然采光以达到节能的效果

利用太阳光达到照明的作用无疑是最节省能源的做法,而且太阳光中所包含的色温阈值远远多于任何一种人工光。这一特性可以使被照明物体呈现出更为丰富的表面颜色和肌理。再者,太阳光中自带紫外线等多种射线,可以有效的杀灭病菌,因此太阳光的利用价值可谓无价。在室内照明设计中如何利用阳光以达到节能和环保?

1.首先房间的采光系数或采光窗的面积比应符合《建筑采光设计标准》,同时充分利用室内受光面的反射性,能有效地提高光的利用率,如白色的墙面的反射系数可达70～80%,能起到节能的作用。

2.在电气控制上也宜充分利用自然光,光线强时可以关掉靠窗的一部分灯具。

4.3. 要求使用节能灯具及镇流器

使用具有高效光源的高效灯具能有效的节省能源。高效光源指的是光视效能K,它代表光源每消耗单位电能所发出的光通量。也就是说在单位电能恒定的基础上,光视效能越大越省电。对比下列表格:

对比上述表格,我们发现白炽灯灯的光视效在15.5LM/W,而荧光灯的光视效是

69LM/W,可见,荧光灯在某种程度上要比白炽灯更为节约能源。

除了灯具的选择上能帮助我们节约能源,正确的镇流器选择也能能做到这一点。气体放电灯的镇流器分为主要分两大类:电子式镇流器和电感镇流器。电子镇流器能使灯管在高频的条件下提高灯管的光视效和降低镇流器自身损耗,有利于节能,并且发光稳定,消除了频闪和噪声,有利于提高灯管寿命。在操作中,可使荧光灯总功率下降20%。以T5细管径荧光灯配电子镇流器代替原来的T12粗管径荧光灯配普通电感式镇流器,按每天使用8小时,一年可节电23度(不包含双休日),节能效果非常可观。同时电感式的镇流器也应该选用节能型的,这样灯具的总输入功率又能再次降低20%。

4.4.合理的照明控制方式

室内的光线来源主要有两种情况,一是自然采光,二则是供电系统提供的人工光。合理地布设和控制这两项光源课可以有效地降低能耗。以下有几个原则可以用来把控：

1.在有较好自然采光的情况下,如无特殊需要尽量利用自然采光。

2.在住宅建筑的过道、楼梯间等夜间间歇需要照明的地方,安设声光控等自熄开关。

3.有两个以上光源控制的开关,不宜大于2个。

4.在开关上安装可调控灯光强度可控开关,以便光源强度调节减少电能使用量。

4.5 建筑的物理环境，降低建筑能耗

能源和环境是当前全球共同关注的焦点。照明用电随着社会的发展已占总发电量的10～20%。目前，我国照明耗电大体占全国总发电量的10～12%。2001年我国总发电量为14332.5亿千瓦小时，年照明耗电达1433.25～1719.9亿度，为在建设中的三峡水利发电工程投产后年发电能力（840亿）的两倍左右。照明用电的迅速增加，不但要增加大量的电力投资，牵制国民经济的发展，而且还要产生大量污染。

天然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭，相比其他能源具有清洁、安全的特点，充分利用天然光可节省大量照明用电，节约照明用电又可间接减少自然资源的消耗及有害气体的排放。目前我国的电能主要由燃烧化石燃料

生产，在获得电能的同时向大气排放了大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体，这些气体是造成全球各种环境问题的重要原因。1991年1月美国环保局（EPA）首先提出实施“绿色照明（Green Lights）”和推进“绿色照明工程（Green Lights Program）”的概念。1993年11月我国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程，1995

年11月16日召集八家单位研讨“中国绿色照明实施规划”，其中的一条就是倡导自然采光。因此，天然采光是绿色照明的重要方面。

长期以来，人们一直对天然光存在一种误解，认为天然光进入室内的同时带来的热量要多于人工光源的发热量。事实上，如果提供相同的照度，天然光带来的热量比绝大多数人工光源的发热量都少。也就是说，如果用天然光代替人工光源照明，可以大大减少空调负荷，有利于降低建筑物能耗。

充分利用天然采光，节约照明用电。创造良好的视觉工作环境。国外的一些国家已开发出一系列利用太阳光自然照明技术，并在学校、博物馆、办公楼、体育馆、公共厕所、垃圾处理厂等公共设施及工业与民用建筑中广泛应用，实现了白天完全或部分利用自然光，从而大大节省了电能、目前自然采光系统的技术及产品正在快速发展中，主要技术的使用方式包括：

带反射挡板的采光窗，是大面积侧面采光最常用的一种。优点是能有效的反射阳光通过顶棚反射到室内深处，提高靠内墙部位的照度，同时起到降低窗口部位的亮度，使整个室内光线分布更加均匀。

阳光凹井采光窗。是一种接受由顶部或高侧窗入射的太阳光比较有效的采光窗。通过一个内部带有光反射的上部或顶部采光口，将阳光经过反射变为间接光。窗的挑出部分和井筒特性可按日照参数进行设计，尽量提高表面的反光系数，提高窗的阳光利用效能。

现今光环境受到社会的关注——夜景照明、绿色照明、保护青少年视力。城市建设和建筑规模宏大，技术复杂，照明技术不断更新；追求良好工作环境和生活环境的大趋势；意识到“光”是环境艺术创作的重要元素。

第5章结束语

“光”作为设计要素之一，将走进建筑设计、城市规划，溶入建筑师和规划师的脑。随着经济发展，生活提高，技术进步，照明将以人文思想作为设计理念；丰富的照明手段将创造新颖的照明方式；人们的身心和视力健康将因优良的照明而获益。有志于照明事业的建筑专业年青人将走进建筑环境照明的设计队伍，加快我国照明设计专业化的进程，最终实现照明设计的职业化，规范化。使用天然采光进行室内环境照明设计是提高人们生活质量、改善舒适环境、缓解紧张生活压力的一种有效方法。正确使用天然光线还可以大量节约能源，改善自然环境。天然采光室内设计还有很大的发展和创造空间，希望在今后的设计中，可以见到更多的将天然光线同人工照明相结合而创造的舒适且富有艺术魅力的光环境。

致谢

本论文是在我们的导师董晓丽老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到实验的过程，董老师都始终给予我们细心的指导和不懈的支持。在此谨向董老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在次还要感谢各位小组成员的密切配合。