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光气候

[拼音]:guangqihou

[外文]:lighting climate

指室外天然光的自然状况,包括当地天然光的组成及其照度变化、天空亮度及其在天空中的分布状况等。影响室外天然光的因素很多,而且都处于不断变化的状态,难以用简单的公式准确地进行描述。目前各国都采用长期观测的办法,取得资料,综合分析,并整理出代表当地光气候的数据。在研究的基础上找出某些规律,为采光设计提供依据。

天然光组成

太阳是天然光的基本光源。太阳光经过大气层时形成直射阳光和天空扩散光。这两种光的组成和所占比例依不同天气状态、不同时间而异。早晚以扩散光为主,阴天全部为扩散光,晴天中午以直射阳光为主。

(1)直射阳光。透过大气层直达地面的那一部分太阳光。它具有强烈的方向性,在物体的背阳面形成阴影。直射阳光在地面上形成的照度主要受太阳高度角和大气透明度的影响。由于太阳高度随时间而变化,大气透明度随天气变化,所以直射阳光照度变化甚大,如阴天时直射阳光照度为零,夏季晴天中午照度可高达105勒克斯以上。

(2)天空扩散光。太阳光遇到大气中的空气分子、水气、粉尘等产生散射而形成的使天空具有一定亮度的光。天空扩散光没有方向性,不形成阴影,在地面上形成的照度受太阳高度角的影响较小,而受天空中的云量、云状和大气中杂质含量的影响较大。夏季晴天中午,天空扩散光照度可达(2~3)×104勒克斯左右。

天空亮度及其分布

室内采光不仅受天空亮度及其分布状况的影响,而且受室外各种反射光的影响。这些影响因素变化很大,因此采光计算按两种极端条件考虑:

(1)全云天(阴天)。天空全部被云遮挡,直射阳光照度为零。1955年国际照明委员会推荐的全云天天空亮度分布公式如下:

式中Lθ为离地面θ角处的天空亮度;Lz为天顶亮度;θ为计算天空亮度处的高度角。此公式表明阴天的天空亮度分布仅与高度角有关(图1),天顶最亮,地平线最暗。此时不同朝向房间的采光状况相差不大,但这种亮度分布与地面反射条件关系较大,当大地积雪时,天空亮度趋于均匀分布。

(2)无云天(晴天)。天空无云或少云,太阳未受遮挡。此时太阳附近区域亮度最大,离太阳愈远,亮度愈小。国际照明委员会1973年推荐的晴天天空亮度分布公式如下:

式中Lp为天空p点的亮度; Lz为天顶亮度; ε为天顶与p点间的角度;Z0为太阳的天顶角;δ为太阳与天空p点间的角度(以弧度计),见图2。

上述这两种极端天空情况并不一定能代表各地典型光气候,利用上列公式进行计算,会有较大误差。近年来,有人提出利用代表各地典型天空状况的平均天空亮度分布作为采光设计基础,但也有人提出异议。

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