火灾应急疏散照明-毕业设计

河北建筑工程学院

成人教育学院

本科毕业设计（论文）

题

火灾应急疏散照明

目

学科专业电气工程及其自动化

班级

姓名刘欢

指导教师祁增慧

指导教师职称教授

论文提交日期2016年9月30日

成绩

本论文从应急和火灾情况下的照明入手，分析了明视觉、暗视觉、中间视觉情况下，人眼对不同波长的光的灵敏度；分析了烟雾条件下烟雾粒子的光学特性得出烟雾条件下光的透雾性和烟雾在不同建筑空间的走向。在系统分析消防应急照明和疏散指示系统的发展现状与趋势的基础上，应用先进的计算机技术对传统的消防应急灯具进行了重大改进，确定了火灾时照明和指示灯的选择和布置，得出了明暗程度是对消防疏散是有影响的，灯具根据烟雾走向如何布置，根据照度亮度如何布置。改进了火灾前期烟雾条件下疏散指示及照明的功能，利用光电技术改进了消防应急标志灯在火灾条件下的可视和引导性能，极大地减少了疏散时间，避免盲目逃生。

关键字：中间视觉、烟雾粒子、光学特性、透雾性、火灾应急照明

第1章绪论

1．1论文的研究背景

1．1．1 问题的提出 (1)

1．1．2选题目的及意义 (1)

第2章基于火灾条件下的烟雾粒子光学特性分析

2.1 火灾烟雾

2.1.1 火灾烟雾的定义 (2)

2.2微小颗粒光散射基础理论

2.2.1概述 (2)

2.2.2火灾烟颗粒光散射研究 (3)

2.3火灾条件下光源发光光强的透雾性 (4)

2．3．1 Mie散射各参数对散射光强的影响 (6)

2.3.2烟雾光透过率测试 (7)

2.4烟雾粒子光学特性 (7)

2.4.1 火灾条件下烟雾粒子凝团的形成 (7)

2.4.2 火灾条件下烟雾粒子光学特性 (8)

2.5本章小结 (8)

第3章人眼的中间视觉特性分析

3.1视觉环境 (9)

3.2可见度及其分析 (9)

3.3视觉与中间视觉 (9)

3.3.1 中间视觉研究现状 (9)

3.3.2明视觉、暗视觉和中间视觉 (10)

3.3.3 中间视觉状态下入眼视觉功能的光谱响应特性研究 (11)

3.4明适应暗适应及适应时间 (12)

3.5 视觉变化与疏散照明的关系 (14)

3.6本章小结 (14)

第4章烟雾在建筑空间的走向分析

4.1火灾烟气的危害及危险状态的判定 (15)

4.1.1 烟气的危害 (15)

4.2建筑火灾烟气流动的分析 (17)

4．2．2着火房间门窗开启时的气流流动 (18)

4．3影晌烟气流动过程的基本要素 (19)

4．3．1烟气的质量生成率 (19)

4.3.2温度及其分布情况 (19)

4.3.3建筑系统 (19)

4.4火灾烟气的运动规律 (20)

4.5本章小结 (22)

第5章基于火灾疏散照明的系统构思

5.1着火房间和走道能见度的变化 (24)

5.2火灾应急照明灯的布置 (25)

5.3 火灾应急照明电源的选择 (26)

5.3.1 火灾应急照明电源种类 (26)

5.3.2 火灾应急电源转换时间 (27)

5.3.3 火灾应急照明持续时间 (27)

5.4 设置安全疏散的诱导系统 (28)

5.4.1听觉诱导 (28)

5.4.2视觉诱导 (28)

5.5 本章小结 (29)

第6章总结与展望 (25)

参考文献 (31)

致谢 (28)

第1章绪论

论文的研究背景

1．1问题的提出

随着社会经济的快速发展，特别是近年来大量高层建筑，大型地下商业街，地铁等建筑物越来越多，现代楼宇自动化，智能建筑火灾有其自身特色：1）复杂的施工环境，装饰材料，现代建筑室内装饰的多样化使用大量的易燃或可燃材料。

2）复杂和集中的人员现代建筑一般可容纳几十万甚至几万人，这些建筑物在发生火灾时，火灾现场人员在这些建筑物中混淆这些建筑物的渠道，渠道复杂，地板和更多的人不熟悉的建筑物，它很可能造成伤亡，疏散难度增加，不利于安全疏散。

根据现代建筑的特点，可以看出，现代建筑安全对消防安全系统的要求越来越高。这是现代建筑物消防安全设计的主要目标之一，以确保在紧急情况下人员的安全疏散。虽然目前火灾报警系统的发展已经达到了较高的水平，不仅可以敏感地快速检测到火灾的发生，而且大多数火灾报警系统本身已经具有快速的灭火能力等防灾功能。然而，随着社会对人类生活的关注和人们对自身安全意识的逐渐增强，现在人们的防火安全性能和消防安全问题已不再只停留在使用外部防灾和消防，而是越来越关注关于场景是否可以活跃在火灾逃生中，主动逃避自己。然而，一方面，由于火灾现场的恶劣环境，如烟雾，雾，火等;另一方面在火灾现场逃避自己的恐慌等自我原因等诸多因素。两者都有可能导致撤离人员失去他们在飞行中的良好时间，从而增加伤亡。 1．2选题目的及意义

一些火灾案例从以前的观点来看，相当一部分的现场在火灾中，因为不可能准确地识别撤离的方向，不能准确到达安全出口，使得在时间上逃离现场直到最后火灾的受害者。即使在一般建筑中也会发生人们无法识别安全疏散通道的情况此外，现代建筑越来越复杂，规模大，因此如果建筑没有相对完整的智能疏散系统，将无法确保人员在火灾等紧急情况下疏散安全性，及时性。

第2章基于火灾条件下的烟雾粒子光学特性分析

2.1 火灾烟雾

2.1.1 火灾烟雾的定义

根据美国试验和材料协会，烟被定义为在材料的燃烧或热解过程中悬浮在空气中的固体和液体颗粒与气态物质的混合物。根据火灾科学的简要教导，火灾由较高温度的均匀混合物组成，包括气相燃烧产物，不完全燃烧液体，固相分解产物和固相分解产物（Fan，Cheng，Wang，和Jiang等，1995）。冷凝微粒，以及未燃烧的可燃蒸气和大量的夹带空气夹带。在本文中研究的气溶胶主要针对构成气溶胶的固体和液体颗粒，即气溶胶颗粒，而不是空气和其他气态物质。

在燃烧中，容易与烟雾 - 炭黑混淆的另一个词通常是指由当碳氢燃料未完全燃烧时产生的纯元素碳制成的颗粒。通常烟的概念包含炭黑，也就是说，炭黑是某些烟雾的主要成分之一。例如，在烃燃料的燃烧中，主要由炭黑产生黑烟，而通过聚合物的阴燃热解产生的一些无烟煤通常具有低的炭黑含量。在燃烧领域，已经对炭黑在火焰中的形成和炭黑辐射和热传递的机理进行了大量的研究，但本文的研究对象将主要集中在已经与燃烧反应区分离。

此外，炭黑，炭黑（BC），炭黑这些概念的区别。炭黑通常用于燃烧领域，严格地说，在气相燃烧期间产生的纯碳颗粒，但是通常也用于类似的燃烧过程。黑碳通常用于大气环境，是大气气溶胶的重要组成部分，主要是化石燃料，生物质和其他不完全燃烧排放。炭黑与BC的概念密切相关，区别主要在于炭黑燃烧过程是指新一代炭黑颗粒，而BC产生后排入大气中参与大气循环的炭黑。炭黑通常用于工业应用和材料科学，通常是指通过一定量的碳颗粒生产过程，具有高表面积/体积比，在气体吸附中，橡胶工业有应用。

2.2微小颗粒光散射基础理论

2.2.1概述

火烟颗粒的光散射现象基本上是电磁波在不均匀介质中的传播。如果平行单色光束在真空中传播，则其光强度分布和偏振态将不改变;然而，如果微小颗粒被放置在其光路中，则颗粒将对光束的传播具有影响。首先，颗粒将入射光的光能的一部分转换成颗粒的其他形式的能量，例如热，这种现象称为吸收。同时，粒子将是入射光能量的一部分，在所有方向上具有相同的频率，并且在每个方向上的光的偏振状态通常不同于入射光，这种现象被称为散射。消光是吸收和散射效应的组合，因为粒子对入射光的偏振分量的消光率可能不同，即所谓的二色性，导致入射光通过粒子的效应，消光效应，偏振态变化。可以看出，传播介质的非均匀性是电磁波散射的来源。

如果从电磁场的角度分析粒子光的散射过程，则平行单色光可以被认为是振荡平

面的电磁波，并且粒子是由大量离散基本电荷组成的聚集体。粒子中的基本电荷被电磁场激发，这使得它以相同的频率振荡并辐射二次波。颗粒中所有次级电荷的叠加构成了总散射场。当粒子中的基本电荷的次级电荷被激发以产生受激发射时，需要在实际计算中重复迭代。此外，所有次级波的叠加需要考虑相位差，并且相位差随不同的入射和散射方向瞬时变化。总散射场与颗粒中的基本电荷的散射方向有关。因此，从电磁散射颗粒的实际解决方案的角度来看，当复合物脱落时。另外，即使在宏观微米尺寸的颗粒中包含的基本电荷的数量非常大，也难以通过直接叠加受激辐射的所有被激发的次级波来解决总散射场，即使使用具有高速计算能力。因此，通常通过宏观电磁场的概念来分析和解决微小颗粒的电磁散射的问题，即大量的基本电荷聚集体被认为是具有一定

折射率分布的宏观物体，通过求解方程式在某些边界条件下散射场外。在解决过程中的一般假设如下：

表2.1 满足不相关散射的颗粒粒径与浓度对应表

颗粒直径，μm 0.1 1.0 10 100 1000

浓度，p/cm31013101010710410

（1）入射电磁场的幅度是恒定的或者随时间的变化的幅度远低于时间因子，这里是角频率，t是时间：

（2）微小颗粒的电磁散射不发生频移，即电磁波和入射电磁波的散射具有相同的频率，这与拉曼散射和布里渊散射不同;

（3）介质周围的微小颗粒具有均匀，线性，各向同性和非吸收特性。

2.2.2火灾烟颗粒光散射研究

不相关的散射和相关散射

不相关散射是指分散在均匀介质中的小颗粒的分散。当颗粒之间的距离足够大时，每个单个颗粒的散射不受其它颗粒的存在的影响。在这种情况下，可以研究每个单个颗粒的散射行为，而不管其他颗粒的存在，称为不相关散射。严格来说，由相同入射光散射的不同粒子在相同方向的散射光仍然具有一定的相位关系，是相干的。具有不规则随机分布的小颗粒的散射的净效应是颗粒的散射强度的总和，而不涉及它们的相位关系，如同小颗粒具有非常小的位移或散射角中的非常小的变化改变它们的相位关系。不同粒子的散射光是不相关的。另一方面，当颗粒彼此接近时，必须考虑颗粒之间的相互作用。这种散射称为相关散射。相关散射的数学处理比不相关散射复杂得多。

Kerker在1969年指出，粒子间距离大于粒径的三倍，可以保证不相关的散射。

在许多实际的散射问题中，由于颗粒之间的大距离，可以被看作是不相关的散射。为了保证不相关的散射，介质中的颗粒浓度不应大于表2.1中给出的值。在工程中遇到的大多数实际问题可以被认为是不相关的散射。例如，即使非常浓的雾也由直径约1mm的水滴和约一滴水以立方厘米构成。颗粒之间的距离是直径的约10倍，并且可以被认为是不相关的散射。

马绥华在2006年的测量表明，EN54标准测试的火烟颗粒在浓度范围内产生，颗粒的直径在几百纳米，完全有可能烟颗粒的光散射与散射无关。2.单散射与复散射对于不相关的单散射，作为散射中心粒子群的N个相同粒子的散射强度是单粒子散射强度的N倍，并且其数学处理非常简单。然而，对于复杂散射，散射光强度和散射的颗粒数目之间的简单比例关系不再存在。在数学上处理这样的问题是更复杂的。

介质的光学厚度可以用作用于判断是否满足单次散射的基础。光学厚度根据Lieberlberg定律定义：

(2-1) I=I0exp(?τL)

I为光通过介质后的光强，I0为初始光强，τ称为介质的浊度，L是光波通过介质的距离，T=τL称为介质中光波传播方向的光学厚度。

3.散射与消光

如上所述，在不均匀介质中的入射光的作用下，振荡偶极子产生二次能量，并且还将入射能量的一部分转换成其他形式的能量，例如热能。这个过程称为光吸收。由于存在散射和吸收现象，当光通过颗粒时与介质不均匀，光能衰减，这种现象通常被称为消光：

消光=散射+吸收。

颗粒的消光与颗粒的物理性质有关。当颗粒是非耗散介质时，消光完全由散射引起;另一方面，当颗粒是耗散介质时，存在散射和吸收。由于烟颗粒是耗散的，因此存在散射和吸收。

在光散射现象的研究中，经常引入散射截面，吸收截面，消光截面来描述物理现象的散射。

2.3火灾条件下光源发光光强的透雾性

在火灾的情况下，可见光在烟雾中的蔓延，由于散射和吸收的作用，使能见度不利于疏散。烟对不同波长的光吸收是不同的，因此有必要通过雾来研究光源的不同颜色。 2008年，中国计量学研究所Lvzheng等人研究了最佳波长的光穿透，比较了相同距离下的光信号在雾，雾，雾中的传播情况，发现LED最佳使用波长作为灯为578nm。如在实际照明中，绝大多数光源是复杂的彩色光，所以研究复杂的光通过雾更具实用

价值。 2009年，ZAINI，MFb采用主观评价方法，在不同浓度的烟雾中，不同的单色光源对人眼进行观察和评分，通过最佳光线获得橙色雾。作为人眼直接观察主观因素的结果，实验结果不是客观的。 2011年，关学峰选择红，黄，绿，蓝四种单色LED 作为测试光源，测量不同烟密度下的照度值，得到任意浓度的四种单色光，其次是红光，通过雾是最差的绿色和蓝色，但彼此的区别不是。

实验程序

（1）打开LED并调整LED的位置，使光学头处于光点的中心区域，记录LED的位置;打开钨丝灯并调整钨丝灯的位置，也使光头在中心区域，灯的位置。

（2）等待30分钟，使光源稳定，分别测量LED和钨丝灯的初始光谱。

（3）打开加湿器15分钟，然后关闭加湿器，等待5分钟，使雾平均分散开始测量。钨的第一次测量，LED的第二次测量，钨的第三次重复测量等共120次测量，两次测量间隔为10s，并且LED的放置和初始记录值相同。

（4）打开黑箱，待雾化后清除黑箱内的水蒸汽。

（5）重复步骤（1） - （4）10次。

然后重复步骤（1） - （5），通过使用金属卤化物灯和高压钠灯代替钨丝灯来测量不同雾化浓度的光谱。

在黄光波长范围内，最纯净的578nm黄色或最高色纯度。这是指主波长，峰值波长不同，它不是一个纯物理量，而是物理一个心理一个物理量。红，黄，绿，蓝三色LED光源。传输数据如表2-2所示

表2.2 不同光色 LED 透雾性对比

雾浓度0% 28% 46% 73 % 91% 96%

红色100% 77.2% 50% 21.3% 6.2% 3.9%

黄色100% 95.1% 62.4% 27.8% 9.0% 4.3%

绿色100% 72.6% 48.6% 17.9% 6.7% 3.1%

蓝色100% 71.3% 49.1% 20.2% 6.3%

不同粒径d、不同波长的光散射光强分布图的比较得出，在相同的粒径下入射光的波长越大，前向散射的光强越小；波长越小，前向散射光强越大。因此，短波长的蓝、绿光散射光强大，这样最终到达人眼的可见光就会以波长较长的黄、红为主，而人眼在中间视觉条件下敏感性特征呈现对短波长的蓝、绿光灵敏度高，就会造成人眼在烟雾中对光的感知能力降低，再加上烟雾粒子对光的吸收作用，就更加严重。因此，光辐射在烟雾中传输时，将会因吸收和散射等物理过程而导致消光，从而使光源发光的透雾性降低。

2．3．1 Mie散射各参数对散射光强的影响

瑞利散射解释了气体分子在大气中的光学性质。根据瑞利，天空的蓝色是由于大气中的颗粒的散射是圆形的，均匀的，并且比周围介质更密集，并且远小于波长Caused 。瑞利散射理论基于以下假设。在这种情况下，

（1）颗粒尺寸远小于光的波长，通常r ≤0.03λ，被认为满足条件。注意，这不包括灰尘，雾度和一些其他颗粒，这些颗粒的散射特性具有其他理论支持，例如m-散射;

（2）颗粒处于非电离状态，除了大气中的电离层外，大多数区域的气氛满足这种条件;

（3）颗粒的折射率与周围介质的折射率之间的差小;

（4）满足均匀性的粒子是瑞利散射情况中最简单的，但是气氛中的N 2和O 不满足均匀性。这也是简单的瑞利散射理论和观察到的结果之间的差异的原因。

（5）光的频率不能引起粒子共振，如果光的频率能引起粒子共振，则散射光的强度将非常大。这个问题不存在于大气中的可见和长波，因为大多数粒度不满足这个条件，但是对于一些稀有气体，这发生。

火烟粒度适合米氏散射。

（1）尺度参数对散射光强度的影响。波长越小，波长越小。波长越小，前向散射光强度越大。

（2）粒径对入射光波长的影响。不同波长下的散射强度分布随着粒径的增加而增强。随着波长的增加，散射强度的差异减小。这是因为尺度参数减小，导致前后散射间隙减小。

（3）入射光波长对散射光强度的影响。波长变化对散射光的影响在相关等式中通过比例参数和相对折射率找到。另一方面，散射光强度的分布受复折射率的影响，复折射率由粒度与尺寸参数的相互作用决定。

随着折射率的实部增加，散射光的强度相应增加，但随着折射率的虚部的增加，烟介质的吸收强度减小，但差异不明显。根据研究，复合折射率的烟雾在可见光波段使用m = 1.57?0.56i 。这已经被广泛认识到，烟雾颗粒对光吸收的散射的作用。

米氏散射特点：

散射光强与偏振特性随散射粒子尺寸变化I(θ)n 1λ∝

散射光强随波长的变化规律是与波长的较低幂次成反比，即，其中n 的具体取值取决于微粒尺寸。

（3）散射光的偏振度随r/λ的增加而减小，r 为散射粒子的线度,λ是入射光波长。

（4）当散射粒子的线度与光波长靠近时，散射光强度对于光矢量振动平面的对称性被破坏，随悬浮微粒线度增大，沿入射光方向的散射光强将大于逆入射光方向的散射光强。当微粒线度约为1/4波长时，前向后向散射差别不明显，当微粒线度继续增大时前向散射占优势。

2.3.2烟雾光透过率测试

烟雾的光衰减原理

烟的主要成分是固体，液体颗粒和人工气溶胶。当光束通过烟雾时，烟雾吸收并散射光束 - 吸收衰减光的能量，并且散射起到消散光的作用。烟对束辐射的衰减效应是烟颗粒中光吸收和散射的相互作用的结果，并且最终减少了初始光路上的光能。

在经典振荡器理论中，烟雾中的每个原子和分子可以被认为是在其平衡位置附近的振动器。当光束通过烟雾时，如果辐射频率和振荡器频率相同或振子的分子偶极矩发生变化，振荡器会吸收光束的光能并进入自身的动能，这是原理的吸收。

此外，当光束进入烟雾时，光束的电矢量的振动导致烟雾中的粒子共振并产生次声。由于次声的电磁波不同于初始方向，而是辐射到周围环境，对能量衰减，这是散射的原理。烟雾的衰减机制非常复杂。上述吸收和散射与烟分子的组成，烟组分，性质，浓度，分子光学性质，气溶胶颗粒浓度，颗粒尺寸和分布，颗粒形状，表面性质，双折射率和入射辐射的波长有关，以及其他因素，此外，环境条件下的烟雾也被认为是条件。比尔 - 朗伯定律的物理意义是当光通过均匀介质时，介质吸收光的能量。当光从介质穿透时，能量减小并且强度降低。对于单色光和非辐射均匀介质，随着介质密度和光在光程内介质中的增加，光衰减效应，吸光度和介质浓度以及光程长度关系越明显，公式如下：

其中，A 为吸光度，I 0为初始光强，It 为经过介质衰减后的光强，T 为介质透过率，k 为介质的吸收系数，l(cm)为光线在介质中的光程长度，也就是介质的厚度，C(g/L 或mol/ L)为介质的浓度。

2.4烟雾粒子光学特性

2.4.1 火灾条件下烟雾粒子凝团的形成

早期的火烟上升到天花板形成屋顶喷流，烟层增厚，烟雾上升和扩散过程，运动速度慢，表层烟雾夹带空气，局部小涡流，因此湍流强度非常小 ，含高

浓烟层小颗粒烟颗粒集中在上部空间，主要是褐色凝结效应。 万一发生火灾。 烟颗粒的形成是一个动态过程，从许多小的单个母颗粒开始。 主要粒径通常在30?c l k 1log log 10t 010

??===T I I A （2-2）

50nm的范围内。几种燃烧烟雾颗粒，其在通过扫描电子显微镜的实际火焰检测中是有代表性的，具有球形形状并且粒径变化很小。由于布朗运动，烟颗粒逐渐形成烟雾凝结物分形结构，每个凝结物中主要颗粒的数量在200?2000个。

2.4.2 火灾条件下烟雾粒子光学特性

烟颗粒和光之间的相互作用主要反映在烟颗粒的反射，折射，散射和吸收中。光散射是指非均匀介质中的光偏离其原始传播方向并在所有方向上扩散的现象。在均匀介质中，光沿着原始方向传播而没有散射。烟颗粒是不均匀的介质。光在烟雾颗粒中的传播将产生光辐射的衰减，即光辐射的散射和吸收。由于存在散射和吸收现象，当光通过烟颗粒时这种非均匀介质，光的衰减能量，这种现象通常被称为消光。

根据粒径和入射光波长比的关系，即尺度参数。可以看出，光对空气的散射是瑞利散射，强度非常小;烟颗粒的散射是米氏散射。严格米氏理论只适用于球形颗粒的散射计算。目前，非球形粒子的光散射理论主要是通过T矩阵法和离散偶极近似法（DDA）来研究的。由于几种燃烧烟颗粒的主要颗粒的球形形状，我们主要研究基于球形颗粒凝结的烟颗粒的分形结构。颗粒的复合散射和单颗粒散射之间的关系与不相关的单散射相一致，这取决于颗粒尺寸和气溶胶颗粒的浓度。由各种燃烧过程产生的烟的颗粒尺寸通常在几百纳米的范围内，并且气溶胶颗粒的质量分数通常在十的范围内。当颗粒尺寸在1um范围内时，只要颗粒质量分数不大于10，就能够满足不相关的单散射的要求。显然，标准火烟颗粒的质量分数远小于这个极限。因此，可以认为烟颗粒颗粒的散射属于不相关的单散射，散射波强度是相加的，作为散射中心的N 颗粒的散射强度是单颗粒散射强度的N倍。

2.5本章小结

首先基于火灾条件下的烟雾粒子光学特性分析，先了解了火灾烟雾的定义，分析了微小颗粒光散射基础理论和火灾条件下光源发光光强的透雾性，做了烟雾光透过率测试，得出了烟雾粒子光学特性。

第3章人眼的中间视觉特性分析

3.1视觉环境

视觉是人体中最重要的感官之一。人们依靠眼睛获得来自外部世界的87％的信息，75％-90％的人类活动由视觉控制。对于不同的视觉环境，人类视觉识别的能力是不一样的。国际照明委员会在1924年和1951年基于光谱效率曲线的视觉效率和人眼视网膜杆细胞基于光效率曲线的暗视觉光谱开发了作为光的函数的人眼视网膜锥形细胞。相应地，在以下视觉环境中评价10cd /㎡的亮度和高于0.001cd /㎡的亮度。根据CIE法规，将光度单位定义，设备和设备安装以及照明设计用作评价依据。然而，在暗视觉和暗视觉之间的中间视觉中，CIE尚未制定用于评价该视觉环境的均匀光谱光效率函数曲线，因为锥形和视杆光感受器细胞一起工作。在实际环境中，在视觉条件中有许多情况。

3.2可见度及其分析

人们看到对象的视觉水平，除了自己的视觉条件，主要是与对象及其环境的物理条件。为了定量和准确地表达这种清晰度，引入了也称为屈光度或可见度的可视性评价标准。

一个对象可以看到，它必须有一定的大小（透视），一定的照度，和一定程度的对比度（对象及其背景之间的亮度）。当上述条件之一恶化到一定程度时，使得对象仅仅能够看到并且刚好看不到，对象处于临界状态。在其临界条件之上的可见度越高，可见度越大。

可见性是人眼对物体的存在，形状或大小的识别困难。客观地说，就是看对象的清晰度。

3.3视觉与中间视觉

3.3.1 中间视觉研究现状

当前的光度标准基于国际照明学会（CIE）推荐的两个光谱光效率函数，即暗视觉函数V'（）和亮视觉函数V（）。 V（λ）是在不同颜色中产生相同亮度感觉所需的能量的倒数，V（λ）是相应波长λ的光谱亮度函数值; E（λ）是波长λ的单色光能量。电流广义V（λ）函数是K的平均值。吉布森和E.P.T. Tyndall使用步进法和W.Koblenz和W.B.Emerson的闪烁测量。 1924年为国际照明委员会（以下简称CIE）通过。在555nm的峰。根据国际照明学会的规定，亮度水平在几个2cd / m以上称为视觉（Photopic视觉），亮度水平为0.0012cd / m以下的视力称为暗视觉（Scotopic vision）之间的明亮和暗视觉之间称为中间视力（中视视觉）。在中视中，视锥细胞和视杆细胞同时发挥作用，但两者的活动程度随亮度的变化也会改变。

通常认为中间视觉亮度的范围包括0.001?32cd / m，并且相应的频谱效率函数是一系列曲线。对应于最大灵敏度的峰值波长逐渐从555nm移动到507nm，并且相同和暗的视觉光谱效率函数曲线收敛。

3.3.2明视觉、暗视觉和中间视觉

由于存在于人眼中的两个感光细胞（棒状细胞和锥体细胞）的不同特征，棒状细胞和锥形细胞的作用在不同亮度水平上是不同的，两种细胞具有其自己不同的光谱灵敏度曲线，对应于光效率曲线V'（）（对应于视觉效率曲线V（）的明视觉光谱的暗视觉光谱）的棒状细胞，因此通过它们的组合效果的人眼相对光谱灵敏度曲线会随之变化，随着亮度的下降，短波方向的移动，这是柱状细胞的作用继续加强的性能，即环境光和阴影的变化，人类眼睛的视觉状态也根据以下三种视觉中定义的人眼光谱效率的变化的亮度而变化：

视觉：在亮度大于几cd / m 2（通常大于3d cd /㎡）的环境中，视觉主要由锥体细胞组成，并且在蓝绿色区域中的最大视觉响应为555nm光谱。在人眼的瞳孔的视觉状态下是小的，是中心视觉，可以区分对象的细节，还有颜色的感觉。

黑暗视觉：当环境亮度低于10cd /㎡时，棒状感光细胞的主要作用，光谱的光谱效率为峰值约507nm。在这个时候看目标，瞳孔必须放大，从而周边视觉。虽然你可以看到对象的近似形状，但是不能区分细节，不能区分颜色。

亮度，中间视觉，暗视觉，以及对应于图3-1所示区域的亮度的棒状细胞和锥形细胞，即中间视觉的亮度范围基本上对应于杆和锥细胞的工作一起的亮度范围。

图3-1明视觉、中间视觉、暗视觉以及杆状细胞和锥状细胞对应的亮度区域

锥形和棒状细胞同时作用，并且随着亮度水平的变化，参与视觉成像的杆状细胞的比例增加，当从明亮视觉范围的亮度水平下降到过程的暗视觉范围时，人眼光谱的光效会随着短波方向的亮度移动而降低，这种现象被称为浦肯野现象。发现在高光下，红色物体将比蓝色物体更亮，并且在低光下，相同的蓝色物体看起来比红色物体更亮。

第一标准光谱发光效率函数由CIE 在1924年定义为可视光谱发光效率曲线V （）的定义，Gibson KS 的曲线，在1912-1923年期间使用闪烁和逐步比较法获得测量结果。后来，许多研究人员质疑这条曲线的正确性，并进行了一系列互补性研究，CIE 也进行了若干调整，如着名的1978年Judd 校正曲线V （）和1983年的视野角度为10°。目标来测量曲线V （）。

暗色视觉光谱发光效率曲线V'（）由CIE 在1951年提出，并基于1949年的Crawford 和1945年的Wald 进行的实验。直到现在曲线已经被工业工人大量采用， （CIE 1978）。如图3-2所示

锥体细胞和棒状细胞表现出不同的视觉功能，前者是视觉器官，是暗视觉器官。 1912年，J.Yon Kries 根据实验提出了视觉双重功能的理论，该视觉具有两个功能：中心视网膜“锥体细胞视觉”和“杆状细胞视觉”的视网膜边缘，清晰视力和黑暗视力。两者之间的亮度称为“中间视力”，中间视觉是锥体细胞和棒状细胞同时发挥的作用。

中视：亮视和暗视之间的区域，通常被视为O. 001cd /㎡-3cd /㎡亮度范围。在中间视觉状态下，人眼的锥体细胞和棒状细胞一起工作，人眼的视觉灵敏度函数将随亮度变化。当亮度降低时，中央窝中的锥体细胞的绝对灵敏度逐渐降低，而相对灵敏度也将改变，直到暗视觉进入状态。在周边视觉区域，棒状细胞逐渐发挥主要作用，这导致颜色视觉和分辨率逐渐恶化，而光谱灵敏度逐渐向短波方向。锥体细胞和棒状细胞的相对光谱灵敏度。显然，这两个感光细胞的灵敏度非常不同，棒状细胞比锥体细胞更敏感，特别是在短波区域。

3.3.3 中间视觉状态下入眼视觉功能的光谱响应特性研究

中间视觉状态下人类视觉功能的光谱响应特性和影响因素：

图3-2．常见的光谱光视效率函数

1）人眼在中间视觉状态下的光谱响应度与明亮视觉状态的光谱响应度不同。我们的实验表明，在明视光度测定的基础上定义的亮度和亮度对比值在视觉状态的中间视觉功能中不能准确地反映人眼。

2）随着亮度减小或偏心率增加，人眼对短波方向的光谱灵敏度发生偏移，这与浦肯野移动现象一致。

3）视场角的增加使人眼对短波目标（480nm）比其他波长更敏感，并且需要从清晰视觉变为暗视觉。

4）人眼对目标的灵敏度低于在560nm区域的正常条件下通过亮度匹配方法获得的灵敏度。在620nm区域的情况下，可见度低于通过匹配方法获得的可见度。结果相对较大。这种现象在较大的视场角时更为明显。

基于视觉函数法和亮度匹配法，光谱的频谱效率函数本质上是一致的。它们都反映了由于亮度降低引起的浦肯涅效应。视觉功能方法也反映了人类视觉信息处理中的色通道效应。使用单色光谱的视觉目标，我们可以基于视觉函数导出中间视觉状态中的光谱的光谱效率函数。因此，本文的研究证明，选择视觉功能方法建立中间视觉光度模型是合理的。

虽然文章到目前为止已经得出了一些结论，限于我的能力，以及实验条件，我觉得本文的研究还有很多缺点，我希望老师能给我指导。鉴于本文对疏散照明产业的发展具有重要意义，特别期待着以下几点：

1.降低由于错误测量和评估抽真空照明水平而产生的错误率。这是值得我们的研究工作者进一步深入研究理论和实践中有重大意义的课题。

2.视觉功能方法的独特之处在于它比视觉亮度匹配方法的扩展空间大，根据实验或实际的需要，从相对简单的实验条件到复杂条件的应用条件，各种视觉功能测量，以便更直接地评估实际情况，为中间视觉状态下的照明提供可行的评价依据。另外，当使用对象的颜色和光谱颜色而不是单色光谱时，可以有效地解决附加颜色。因此。在本文中，进一步研究应正式应用于国家科研项目，场景照明示例的选择，在相关单位的协助下，以场景测量为例，使实际应用更具指导性。

考虑到人类视觉系统视觉信息处理的神经机制，认为基于视觉功能的方法包括由视觉信息处理的亮度变化和颜色通道效应引起的浦肯野效应，这可以更客观地评价人眼中间视觉状态的视觉能力。目前，国际照明工程协会已经成立了一个中间视觉工作委员会，中国应加强与国际社会的沟通与合作，特别是建立一个新的中间视觉光度系统，考虑彩色信息处理通道对人的视觉功能。我们的角色。

4.可以使用合理的光度系统来计算在中间视觉状态下人眼的真实视觉功能的光度测量。当人眼对目标具有相同的检测能力时，光测量与目标波长无关。

5.视觉功能法难以研究单色光谱的工作响应时间比亮度匹配法大得多，难以分析

全波长效应的响应，所以当光谱的详细性质分析，亮度匹配法得到更详细的结果：作为亮度匹配法获得中间的光谱响应特征的视觉分析已经很熟悉，难以超越的结果。中国相关科研人员应在中国照明工程学会的有关工作委员会的领导下，建立一个新的中间视觉光度测量系统，应该进行深入全面的考虑。

3.4明适应暗适应及适应时间

当人在黑暗中长时间进入明亮的地方，最初感觉到明亮的光线，看不到物体，只等待一段时间才恢复视觉，这被称为适应，锥体适应过程非常快，使适应时间非常短，大约几秒钟即可完成。

暗适应是视网膜适应黑暗或低光强度和出现的现象的表观敏感性。在黑暗中，人眼锥细胞不工作，只有杆状细胞在工作。杆状细胞在视紫红质中，在黑暗中可以合成，对低光敏感。在黑暗中5分钟，可以产生60％的视紫红质，可以产生约30分钟。当环境光强度降低时，暗适应视力增加。

当亮度水平从明亮视觉下降到黑暗视觉时，通过棒状细胞和锥形细胞的视觉信息的处理改变，导致在中间视觉强度范围内的许多视觉能力，例如空间分辨率，对比度识别力，立体感知深度，自适应调节反应和反应速率与清晰视觉相比有不同程度的下降。目前，许多实际照明应用没有考虑到这些变化，而是直接使用清晰的视觉函数V （）来计算和测量，这使得撤离照明设计的所有方面都与色度和光度测定有一些根本性的缺陷，To疏散火灾造成隐患，极大地阻碍了人类照明方案的高效发展。自适应问题是一个常见的问题，每个人都有环境光变化引起的适应性问题的经验。例如，半夜起床的时刻，因为人眼不能立即适应亮度的变化，会处于暂时失明的状态。人眼需要一定的时间来恢复最大灵敏度，并恢复识别对象的微妙特征的能力，这是我们通常所说的暗适应，如图3-2所示。

图3-2暗适应曲线

3.5 视觉变化与疏散照明的关系

现代建筑，学校或办公空间非常大，所以设计照明也是最高的走廊和楼梯空间相对较小，设计的照明相对较低，但作为必要的逃生路线，我们必须结合人眼视觉特点分析了不同明亮空间疏散照明设计。

一般工作人员逃离是从明亮的办公室或住宅区进入相对黑暗的疏散通道，本身有一个生理的黑暗适应时间，加上心理混乱，本能会使它在明亮的逃逸方向。所以这些相对较小的空间疏散照明设计与同等水平的照明标准工作。

在光条件下，锥细胞可以区分颜色和对象细节。当视网膜中央凹的刺激，最高视力，高中间凹5°，视力几乎减少一半，偏离中央凹40-50°，其中视力仅为1/20。视网膜不同部位视力的鉴别与视锥细胞的分布一致。根据锥形膜锥的数量决定视敏度的灵敏度。杆细胞仅在黑暗条件下起作用，适合于低光视觉，但不能区分颜色和细节。基于上述事实，J.V.Keith提出了双重功能视觉理论，该视觉具有两个功能：中心视网膜“视锥”和视网膜“视杆细胞视觉”的边缘。

不同波长的光刺激在两个亮度范围内对视觉器官的作用和视觉现象。光刺激亮度约为3坎德拉（cd）以上，主要由人眼锥体细胞获得视觉视觉或视锥细胞;视觉刺激的亮度约为10-3 nit，即在黑暗中适应主要通过称为暗视觉或视杆细胞视觉的棒状细胞获得的视力情况。人视网膜中央凹金字塔细胞在大多数视网膜边缘仅有少数锥体细胞掺杂在杆细胞中。杆细胞主要分布在视网膜的边缘，在中心凹细胞中没有杆，远离中央凹20°，单位面积的杆细胞密度。明视觉主要是中心视觉，而黑暗视觉是视觉的边缘。所以在低光条件下，如果你想找到星星的昏暗光线，保持目标在视觉中心的视觉，但不如视觉观察的边缘那么清晰。

在明亮的视觉的情况下，人眼可以区分对象的细节，而且还能区分颜色，但不同波长的可见光的灵敏度是不同的，因此不同光色的相同能量显示不同的亮度。一般来说，在光谱两端的最亮，红色和紫色的黄绿色看起来更暗。不同波长的光的相对发光效率通常被称为光谱相对亮度函数（V（λ）函数）或相对发光效率函数，视觉函数等，并且可以由光谱相对视觉亮度曲线，见图3-3。

3.6本章小结

通过对人眼的中间视觉分析，了解了视觉环境，视觉与中间视觉和中间视觉研究现状，得知了明视觉、暗视觉和中间视觉的关系，还对中间视觉状态下入眼视觉功能的光谱响应特性研究，做了明适应暗适应及适应时间的工作，得出了视觉变化与疏散照明的关系。根据视觉变化与疏散照明的关系来分析烟雾对疏散照明的影响。

第4章 烟雾在建筑空间的走向分析

4.1火灾烟气的危害及危险状态的判定

建筑火灾会产生大量的高温烟气，这不仅加速了火灾的蔓延，而且具有自身的毒性，对撤离人员生命的所有威胁和降低火灾的可见度，影响疏散。烟道气是由气体燃烧产生的可燃物质，并漂浮在由混合物组成的固体和液体颗粒中。它由三种类型的物质组成：高温蒸汽和有毒气体的分解，未燃烧物质的分解和冷凝，火焰加热的作用被带入空气的上升气流部分。本研究由于吸入有毒气体导致窒息造成内部火灾的主要死因，此外，高温烟气的快速流动和作用的蔓延也将促进火灾的发展，如何有效控制火灾烟雾移动，在很大程度上确定安全撤离行动能否成功。

4.1.1 烟气的危害

建筑火灾，火灾产生的烟雾，无论是在心理上还是物理上在建筑物中都会对人员造成重大的伤害，从而直接影响人们在火灾疏散逃生能力的发展。大量的火灾统计数据表明，火灾烟雾排放的影响主要表现在以下几个方面：

火焰气体的物理性质和危害

（1）烟雾的阴影

图3-3 光谱相对视亮度曲线

烟气浓度通常由遮光率计算。设置一组在接收器的固定距离处接收的固定值的平行光，例如光束被烟雾阻挡，S1的阴影率可以表示如下：

在真实的火灾情况下，当你伸出来，可见度只有10，这种情况意味着“沥青”，没有可见性。撤离要求的最小可见度值应不小于5，如果烟雾浓度变为可见度，则需要新鲜空气体积的50倍来稀释烟道气。烟气中火灾的浓度，一般为质量浓度，颗粒浓度和光学浓度，如表4-1所示

烟气的不透明性是指可见光被火烟中的烟雾颗粒阻塞。当烟气分散时，烟雾阻挡效应大大降低了建筑物室内的可见度，并且对人眼的刺激也使得人们难以打开烟气中的眼睛，严重影响逃生和道路的选择和选择，判断。通过烟层的可见光被烟的光学集中减弱，也就是说，通过降低光的表达系数，可见度是人们可以实现视觉范围，也称为视线。火在火中充满烟雾，会大大降低环境的可见度。

火灾烟气不仅从气体中，而且从悬浮固体或颗粒吸附在粉尘物质上，尸检大部分死亡，发现在气管和支气管中存在大量的烟灰沉积物，高浓度的无机金属。但在这方面的实验数据非常缺乏。烟气的不透明度主要测量光密度，消光系数，不透明度百分比和可见度，表4-2所示的表达式

表4-2 衡量遮光性的物理量 浓度表示

方法

物理意义 表达式 质量浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子

的质量 S S V s

m =

? 粒子浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子

的数目 S S

V N =n

减光系数

表征烟气消光能力 L I I K O /)lg(

= 遮光度

表征烟气对光线的阻挡程度 100-1t ?=）（I I S O 物理量

表达式 备注 D —光学密度（1/m ）

）（I I D O log = 0I ：离开测量空间的强度 K —减光系数 L I I K /)lg(o =

表4-1 烟气浓度的表示方法