建筑光學(xué)材料

　　對(duì)光具有透射或反射作用的，用于建筑采光、照明和飾面的材料。建筑光學(xué)材料的主要作用是控制和調(diào)整發(fā)光強(qiáng)度,調(diào)節(jié)室內(nèi)照度、空間亮度和光、色的分布,控制眩光，改善視覺工作條件，創(chuàng)造良好的光環(huán)境。

　　古代的建筑光學(xué)材料大多是天然的，如牛角片、大理石等，后來(lái)發(fā)展使用絲綢、紙張和玻璃制品。據(jù)唐代馮贄 《云仙雜記》記載，中國(guó)唐朝紙窗已頗流行，而且已有防水窗紙。玻璃在建筑中的應(yīng)用，大約有2000年歷史，初期為不透明的彩色玻璃，主要用于宮殿、府邸和教堂建筑。19世紀(jì)以后，廣泛應(yīng)用玻璃對(duì)現(xiàn)代主義建筑的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。20世紀(jì)中葉，有機(jī)玻璃、聚氯乙烯、玻璃鋼等在建筑中應(yīng)用日益廣泛。

　　光學(xué)參數(shù) 　建筑光學(xué)材料的光學(xué)參數(shù)有透光系數(shù)、反射系數(shù)、透明度等。入射到材料上的光通量，一部分被反射，一部分被吸收后變?yōu)闊崮埽�一部分透過。這三部分光通量與入射光通量之比，分別稱為反射系數(shù)(ρ)、吸收系數(shù)(妶)、透光系數(shù) (τ)。ρ+妶 +τ=1。ρ和τ的大小與入射光的入射角有關(guān),入射角越大，ρ越大,τ越小。反射系數(shù)、吸收系數(shù)、透光系數(shù)用百分?jǐn)?shù)表示時(shí)，分別稱反射率、 吸收率和透光率。透明度(T)表示材料的透明程度。透明度的大小取決于材料表面光滑程度和材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)所造成的光擴(kuò)散。光擴(kuò)散越少，透明度越好。

　　透光材料 　按材料的光分布特性，可分為三種：

　　透明材料 　為表面光潔的透明均勻介質(zhì)，具有良好的正透射和正反射性能。材料的正反射系數(shù)和透光系數(shù)主要與材料的折射率和光的入射角有關(guān)。當(dāng)材料的折射率越高、入射角越大時(shí)，材料的反射系數(shù)越高，透光系數(shù)則越低。一般入射角大于45°時(shí)，反射系數(shù)和透光系數(shù)變化顯著(圖1)。圖中1、2分別為光線從空氣中進(jìn)入3毫米厚，折射率為 1.5的平板玻璃的透光系數(shù)曲線和反射系數(shù)曲線。無(wú)色透明材料吸收系數(shù)低，對(duì)各種色光的吸收系數(shù)相近。無(wú)色透明材料透明度和透光系數(shù)均高，適宜做觀察窗、側(cè)窗。在使用時(shí)應(yīng)防止太陽(yáng)輻射熱和眩光。有色透明材料吸收系數(shù)高，而且對(duì)光譜有選擇性，使透射光呈現(xiàn)不同顏色，可用于調(diào)節(jié)光色。但一般有色透明材料透光系數(shù)較低。此外，特種有色透明材料能吸收或反射紅外線(如吸熱玻璃或熱反射玻璃)，用于采光時(shí)可起遮陽(yáng)作用，并能降低發(fā)光體表面亮度和改善眩光。

　　擴(kuò)散透光材料 　在透明介質(zhì)中若含有大量不同折射率的粒子時(shí),光線在粒子與介質(zhì)的界面上的散射,形成擴(kuò)散透射。介質(zhì)主體與粒子的折射率差別越大，粒子的直徑與入射光的波長(zhǎng)越接近,粒子的濃度越大,則散射效果越好。乳白玻璃就是在透明介質(zhì)中混入乳濁劑而形成擴(kuò)散透光材料。此外，如氣泡、未熔透的玻璃體和表面凹凸的玻璃等也能引起散射。完全擴(kuò)散透光材料的透射光的光分布遵從郎伯定律,即：與玻璃表面法線成θ角的散射強(qiáng)度(Iθ)和最大透射光強(qiáng)度(Im)的關(guān)系為Iθ=ImCOSθ，與光的入射角無(wú)關(guān)。擴(kuò)散透光材料一般透光系數(shù)較低，能有效地降低玻璃表面亮度,防止眩光和太陽(yáng)輻射熱,提高室內(nèi)采光均勻度。半透明和半擴(kuò)散透光材料的性能介于透明材料與擴(kuò)散透光材料之間，均為混合透射性能。半擴(kuò)散透光材料的特性更接近擴(kuò)散透光材料。

　　指向性透光材料 　又稱折光材料，是表面呈有規(guī)則排列的棱鏡體透明介質(zhì)。利用光的折射原理，將光線折射到要求的方向。用于側(cè)窗時(shí)，可提高房間進(jìn)深的照度，改善采光均勻度，同時(shí)對(duì)防止眩光和減少太陽(yáng)輻射熱也有一定作用。

　　反光材料 　分為鏡反射材料、擴(kuò)散和半擴(kuò)散反射材料兩種。

　　鏡反射材料 　具有良好的正反射特性和表面光滑呈鏡面的材料。鏡反射材料的反射系數(shù)與光的入射角有關(guān)，對(duì)一般拋光的金屬面,垂直入射時(shí),其反射系數(shù)較大(圖2)。銀的反射系數(shù)最大,可達(dá)0.93，但易氧化，因而反射系數(shù)不穩(wěn)定。玻璃的反射系數(shù)約為0.08,玻璃表面鍍銀后反射系數(shù)可提高到0.85,同時(shí)又可防止銀的氧化，反射系數(shù)較穩(wěn)定。

　　擴(kuò)散和半擴(kuò)散反射材料 　絕大多數(shù)建筑飾面材料屬于這兩類。擴(kuò)散反射材料表面極粗糙，可將入射光均勻地向各個(gè)方面反射，光分布符合郎伯定律;反射光柔和，不易產(chǎn)生眩光。

　　半擴(kuò)散反射材料如有光澤的油漆面，表層為正反射，光透入內(nèi)層微粒時(shí)產(chǎn)生散射。表層的正反射特性與透明體表層反射相同，光澤度越大，反射越明顯，也越容易引起反射眩光。因此，室內(nèi)裝修、家具等宜采用無(wú)光澤或低光澤的材料。