賈山山，肖 俊，張如意，孫 雪，莊金迅

(遼寧科技大學(xué) 建筑與設(shè)計學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

大學(xué)教室照明的現(xiàn)狀分析與優(yōu)化
——以遼寧科技大學(xué)教學(xué)樓教室為例

賈山山，肖 俊，張如意，孫 雪，莊金迅

(遼寧科技大學(xué) 建筑與設(shè)計學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

通過對遼寧科技大學(xué)教學(xué)樓教室照明情況的問卷調(diào)查以及實(shí)地測量，發(fā)現(xiàn)大學(xué)教室照明存在諸多問題。經(jīng)分析，改變教室燈具型號、燈的控制方式等方法不僅可以改善教室照明情況，而且還能節(jié)約能源。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，并對原有黑板燈上適當(dāng)改造，以解決現(xiàn)今黑板燈存在的照度不均等問題。

教室照明；節(jié)能；健康；黑板燈

教室照明的目的就是創(chuàng)造良好的環(huán)境，為學(xué)校教育的視覺工作提供保障，滿足學(xué)生和教師的視覺作業(yè)要求，保護(hù)視力，提高教學(xué)效率。然而，大多數(shù)高等院校還沒有意識到教室照明方面存在的諸如教室照度不足、照明效率較低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題?；诂F(xiàn)存問題，小組成員對其調(diào)研并分析，尋求合理、高效、簡單的方法，以解決這些問題，并提出一種新型黑板燈，解決黑板燈照度不均且不足的問題。

1 大學(xué)教室照明環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)研及分析

1.1 教室照明環(huán)境現(xiàn)狀

所有教室學(xué)習(xí)區(qū)域均采用吊式燈管，內(nèi)裝40 W的 T8 直管型日光燈和電子鎮(zhèn)流器，光通量為1 670 lm。燈管長軸平行于黑板方向布置，與外窗垂直，學(xué)生在學(xué)習(xí)時，燈光從右側(cè)打來，手會在桌面投下陰影，妨礙學(xué)習(xí)。另外，T8日光燈壽命短，大多數(shù)教室都有損壞燈具，且損壞的燈具閃爍情況嚴(yán)重，不利于教室照明。

燈具控制為手動和紅外線感應(yīng)2種方式。手動控制按行分組控制，控制方式如圖1(a)，陰雨天時遠(yuǎn)離窗戶的一側(cè)課桌面照度不足，但只能打開教室全部燈管，浪費(fèi)電能。紅外線感應(yīng)在運(yùn)動量很小或處于靜止?fàn)顟B(tài)時檢測度很低，而實(shí)際上學(xué)生學(xué)習(xí)時一般都是靜止坐在座位上，教室燈管因感應(yīng)不到運(yùn)動而自動關(guān)閉，造成不便。

圖1 燈具控制方式

教室黑板燈的位置和角度布置非常隨意，并且固定在教室頂棚上，不能隨黑板的移動而調(diào)節(jié)燈光，黑板燈的大多燈光都照在黑板上方的墻上而不是在黑板上。另外，黑板燈也對教室多媒體幕布的使用造成干擾，黑板燈與多媒體不能同時使用，影響教學(xué)進(jìn)度。

1.2 教室照明環(huán)境滿意度調(diào)研

調(diào)研對象為遼寧科技大學(xué)一到四年級在校學(xué)生，隨機(jī)發(fā)放問卷共200份，收回有效問卷145份，其中男生67份，女生78份。對大學(xué)教室照明情況的調(diào)查，包括明亮程度、光的明暗狀況(照度均勻度)、光環(huán)境對學(xué)習(xí)效率的影響、燈具維護(hù)情況、自覺關(guān)燈與否、自控?zé)艟攥F(xiàn)狀、黑板燈使用情況、整體滿意程度等8方面。調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計如圖2～圖5所示。

圖2 光環(huán)境對學(xué)習(xí)效率影響程度

圖3 燈具維修情況

圖4 自覺關(guān)燈與否

圖5 對教室照明情況滿意程度

由圖2、圖5可知，78%的學(xué)生認(rèn)為教室燈光環(huán)境對學(xué)習(xí)效率有很大影響。但70%的學(xué)生認(rèn)為此時教室燈光照度適中，而在實(shí)際測量中，測得的教室燈光照度只有100 lx多，距離國標(biāo)300 lx相距甚遠(yuǎn)。由此可見，長時間待在照度偏低的光環(huán)境下會主動適應(yīng)光照強(qiáng)度，在無意識的情況下過度使用眼睛，大家都沒有意識到自己學(xué)習(xí)環(huán)境的燈光照度不足。而照度不足可引起犯困、眼疲勞現(xiàn)象，視力也受到了嚴(yán)重的影響。據(jù)統(tǒng)計，中國大學(xué)生近視率已達(dá)到91%。節(jié)約能源不能以犧牲學(xué)生的健康為代價，應(yīng)在滿足光照強(qiáng)度的前提下節(jié)約能源。

分析所有數(shù)據(jù)，結(jié)合教室照明現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，平均照度越高的教室，學(xué)生滿意度也越高。但學(xué)生對教室眩光較不滿意，對黑板板書的清晰滿意度一般，這主要與教室的燈管裸露及黑板照度不足有關(guān)。此外，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為冬季或陰雨季節(jié)教室照明環(huán)境應(yīng)更亮些，說明照明效果對學(xué)生心理感知的影響很重要。

2 大學(xué)教室光環(huán)境測量

2.1 教室照明測量對象

教室照度數(shù)據(jù)測量選取遼寧科技大學(xué)1號樓A103、A211、A307、A312和2號樓A213、A209、A207、C422教室，黑板燈照度數(shù)據(jù)測量選取遼寧科技大學(xué)1號樓A310、A407和2號樓A209教室。

2.2 教室照明測量方法

實(shí)驗(yàn)測量使用XYI—Ⅲ全數(shù)字照度計、卷尺、相機(jī)等工具，教室完全采用人工照明時進(jìn)行測量，教室測量方法采用中心點(diǎn)法照度測量，根據(jù)《照明測量方法》(GB/T5700—2008)的規(guī)定：針對氣體放電燈類的光源照度，測量前保證點(diǎn)亮至少40 min，課桌面水平照度測量時按照均勻布點(diǎn)的方法確定測點(diǎn)位置，將教室內(nèi)部平面空間劃分為邊長1.5 m的矩形，在每個矩形的中心處選取測量點(diǎn)，以保證測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，最后取算術(shù)平均值作為整個空間的照度平均值，本次測量取課桌面高度0.70 m作為工作面。

教室內(nèi)測點(diǎn)分布如圖6所示。將教室劃分為2 m×2 m的正方形網(wǎng)格，在與課桌面水平的網(wǎng)格中心點(diǎn)測量照度，同時記錄教室面積、燈具型號和數(shù)量、燈具維修及損壞情況。黑板燈測量方法采用四點(diǎn)法照度測量，將黑板及黑板上方分為50 cm×50 cm的正方形方格，在方格的頂點(diǎn)測量黑板燈的照度，其中○為場內(nèi)點(diǎn)，△為邊線點(diǎn)，□為四角點(diǎn)，黑板上測點(diǎn)分布如圖7所示。

圖6 教室測點(diǎn)分布

圖7 黑板上測點(diǎn)分布

2.3 教室照明測量結(jié)果

2.3.1 教室課桌面測量結(jié)果

為使測量結(jié)果具有代表性，教室課桌面照明情況取遼寧科技大學(xué)22號樓C422教室為測量對象。教室平均照度為137.74 lx，功率密度為6.842 W/m2。其燈具布置情況如圖8，燈具數(shù)量為11組，其中有一組已壞，待維修。圖9為教室等照度曲線，圖10為教室課桌布置情況。

圖8 燈具布置情況

圖9 教室等照度曲線

圖10 教室課桌布置情況

2.3.2 教室黑板燈測量結(jié)果

教室黑板照明選取1號樓A310教室。圖11為黑板等照度曲線，圖12為黑板尺寸和測量照度。計算得出黑板平均照度為67.8 lx。

圖11 黑板等照度曲線

圖12 黑板尺寸和測量照度

2.4 教室照明現(xiàn)狀評價

測量所得數(shù)據(jù)顯示，教室的平均照度只有130 lx左右，遠(yuǎn)低于《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)中最低水平照度300 lx的規(guī)定和滿足眼睛不疲勞的最低照度500 lx的要求。照明質(zhì)量非常不理想，燈具的布置方式和維護(hù)狀況也較差(部分損壞)。

此外，現(xiàn)在高等院校普遍使用的黑板燈固定在教室頂棚不能隨黑板的上下移動而移動，黑板在上下移動時燈光打在黑板外側(cè)，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。另外，黑板燈與投影儀同時使用時會產(chǎn)生干擾，從而不得不在使用多媒體時放棄黑板燈的使用，而且各種新型黑板燈的實(shí)際成本較高，應(yīng)用不廣泛。

3 提高大學(xué)教室照明效率的措施

3.1 燈具布置與課桌布置相結(jié)合

以斜照型配光代替蝙蝠翼配光，同時教室課桌分布方式由靠墻兩邊分布，中間為過道，改為全部桌子靠右布置。這樣光的方向主要來自于人的左側(cè)，與自然光方向一致，同時能克服寫字時右手擋光的現(xiàn)象。另外，在白天自然光照下，若靠墻布置課桌，窗臺的遮擋會使該列課桌的照度變差，課桌離左側(cè)墻一段距離也正好改善這個狀況。

3.2 更換節(jié)能燈具

嚴(yán)永紅通過數(shù)據(jù)綜合得出，教室照明的最佳光環(huán)境為色溫4 000 K、照度750 lx左右，黑板區(qū)域色溫宜為2 700 K。黃海靜通過研究得出，教室照明要達(dá)到相同視覺功效，色溫6 500 K的熒光燈需要產(chǎn)生的亮度最低，耗電量最少。為達(dá)到較好的光環(huán)境且節(jié)約能源，可采用色溫6 500 K燈具。

節(jié)能燈具與傳統(tǒng)燈具數(shù)據(jù)對比如表1。

表1 不同燈具的比較

節(jié)能燈具與傳統(tǒng)燈具照度對比如表2。

表2 不同燈具的照度比較

在相同照度下，LED燈比傳統(tǒng)T8日光燈節(jié)省60%能源，且LED燈的耐用性是傳統(tǒng)T8日光燈的3.75倍以上。傳統(tǒng)T8日光燈頻閃噪音情況嚴(yán)重，壽命短且不可回收。若按每天開燈8 h計算，傳統(tǒng)T8日光燈每支每年用電量為116.8 kW·h，而18 W T8 LED燈每支每年用電量為52.56 kW·h，每支LED燈每年節(jié)約64.24 kW·h電。在大學(xué)教室里，燈具使用數(shù)量非常多，由18 W T8 LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)T8日光燈，不僅節(jié)能環(huán)保，每年還可以為學(xué)校節(jié)省很大一筆費(fèi)用。

3.3 更換燈具控制方式

圖1(a)為教室原來的燈具控制方式，黑板燈一個開關(guān)，與黑板平行方向燈具每行一組一個開關(guān)，這種控制方式浪費(fèi)電能。在陰雨天氣或傍晚時分，臨近窗戶一側(cè)的照度足夠，而遠(yuǎn)離窗戶一側(cè)照度不夠，需要燈光補(bǔ)充時，全部教室的燈具都會被打開。圖1(b)為改進(jìn)后教室燈具的控制方式，當(dāng)教室的燈具控制方式改為與窗戶平行，垂直于黑板方向?yàn)橐唤M控制以后，陰雨天氣或傍晚時分，當(dāng)遠(yuǎn)離窗戶的一側(cè)照度不足時，只會打開遠(yuǎn)離窗戶的那側(cè)燈具，從而節(jié)約能源。

另外，由于紅外線感應(yīng)自動控制技術(shù)并不成熟，對于運(yùn)動量較小或靜止?fàn)顟B(tài)檢測精度較低，造成燈具頻繁啟動，加速燈具的老化，不但嚴(yán)重影響節(jié)能效益，而且對在教室學(xué)習(xí)的學(xué)生造成很大干擾，學(xué)生剛靜止在座位上學(xué)習(xí)幾分鐘以后不得不起來走動使教室燈具重新啟動。因此，在大學(xué)教室，手動控制的方式比紅外線感應(yīng)自動控制方式更加合理和人性化。

3.4 新型黑板燈

為解決黑板照度不足和黑板燈與投影幕的沖突問題，研發(fā)了一種新型黑板燈(圖13)。黑板燈控制開關(guān)設(shè)在黑板旁，方便教師在教學(xué)過程中控制燈光。燈具固定在黑板上方，無論黑板上下移動與否，黑板燈始終照在黑板上，不會將電能浪費(fèi)在黑板以外的墻面。當(dāng)使用多媒體時，多媒體一側(cè)的黑板燈可以收縮回黑板的上方并關(guān)閉，另一側(cè)的黑板燈能夠正常使用且燈光不會打到多媒體上，避免對多媒體屏幕造成干擾。此外，新型黑板燈結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可直接安裝，根據(jù)使用與否收縮或打開，操作簡單，使用方便，且便于維修。

圖13 新型黑板燈

3.5 維修保護(hù)

照明燈具需要定期保養(yǎng)維護(hù)(包括擦拭、修理、更換等)，這一點(diǎn)在照明設(shè)計里同樣很重要。燈具在使用一段時間以后，其上會積一層灰塵，由于污染物的擋光作用，燈具照明的效率會明顯下降，所以燈具的保養(yǎng)維護(hù)非常重要。

4 結(jié) 論

大學(xué)教室燈光照明設(shè)計應(yīng)以學(xué)生的用眼健康為前提，不能以犧牲學(xué)生的視力為代價。充分考慮實(shí)際應(yīng)用情況，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保的宣傳和教育，使學(xué)生主動參與其中。LED燈比普通日光燈光效好，更舒適，且節(jié)約60%的能源，壽命長，可回收，從長遠(yuǎn)方面考慮，能為高校節(jié)約費(fèi)用，因此，由LED燈替換日光燈的可行性高。教室紅外線感應(yīng)自動控制，在實(shí)際應(yīng)用中并不理想，可將紅外線感應(yīng)自動控制改為人工控制，同時學(xué)校加強(qiáng)對學(xué)生節(jié)能環(huán)保的宣傳力度，做到人走燈滅。教室燈具要定期清潔和維護(hù)，以斜照型配光代替蝙蝠翼配光，教室課桌布置向右靠，避免書寫時右手對燈光的遮擋，黑板燈改造成本低且效果明顯，解決了黑板照度不足且不均的問題，值得推廣。

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TheStatusQuoAnalysisandOptimizationoftheUniversityClassroomLighting：TakingaClassroomofTeachingBuildinginLiaoningUniversityofScienceandTechnologyasanExample

JIAShanshan，XIAOJun，ZHANGRuyi，SUNXue，ZHUANGJinxun

(College of Architecture and Design,Liaoning University of Science and Technology，Anshan 114051，Liaoning,P.R.China)

We found that there were many problems in college classroom lighting through questionnaire survey and field survey of classroom lighting in our school building and analysis of data. In our study, we found that by changing the classroom lighting model, lamp control methods and other methods can not only improve the classroom lighting, but also save energy. On this basis, we further study, and in the original blackboard lights on the appropriate transformation to solve the current blackboard lights exist uneven illumination and lack of problems.

classroom lighting;energy saving;health;blackboard lights

2017-04-23

賈山山，遼寧科技大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院。