雷雪梅　馮銳

摘 要：本文針對(duì)高校教室存在照度不達(dá)標(biāo)、照度均勻度不合適、亮度不足、人少燈全亮、人走燈仍亮和照度不能自動(dòng)調(diào)節(jié)等現(xiàn)象。同時(shí)為提高階梯教室照明質(zhì)量、照明智能化程度，提出一種智慧照明改善方案。通過優(yōu)化燈源和燈具布局，以光敏傳感器檢測(cè)室內(nèi)照度與人數(shù)、設(shè)置多種場(chǎng)景模式。最后應(yīng)用DIALux仿真，驗(yàn)證了方案的可行性。

關(guān)鍵詞：階梯教室；照明質(zhì)量；智慧照明；DIALux

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

優(yōu)質(zhì)的照明環(huán)境不但可以減輕視覺疲勞，同時(shí)能提高教學(xué)效果，以滿足師生的照明舒適性需求。智慧照明應(yīng)具備以下典型的特點(diǎn)：照度、照度均勻度、統(tǒng)一炫光值等參數(shù)符合國家標(biāo)準(zhǔn)；照度值可以根據(jù)需要自行調(diào)整；區(qū)域內(nèi)的人數(shù)變化能夠準(zhǔn)確檢測(cè)；燈具的開啟與關(guān)閉能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)模式與自動(dòng)模式的綜合利用；場(chǎng)景模式能根據(jù)需要自由切換。

1 照明現(xiàn)狀分析

以我院綜合實(shí)訓(xùn)樓108階梯教室為研究對(duì)象，經(jīng)查閱土建檔案資料并實(shí)際測(cè)量確定108階梯教室室內(nèi)參數(shù)為15.55m（長）×15m（寬）×4m（高），教室共分為7級(jí)臺(tái)階，2～6級(jí)臺(tái)階大小為15m（長）×2m（寬）×0.1m（高），1級(jí)臺(tái)階大小為15m（長）×3.3m（寬）×0.1m（高），7級(jí)臺(tái)階大小為15m（長）×2.25m（寬）×0.1m（高）。依據(jù)《照明測(cè)量方法》（GB/T 5700—2008），分區(qū)域選擇課桌桌面、講臺(tái)、黑板為對(duì)象，設(shè)定桌面中心為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，用照度儀測(cè)量室內(nèi)桌面、講臺(tái)、黑板的照度。照度單位：勒克斯（Lx）。

分析桌面照度測(cè)試值可知。最小照度值Emin=162 Lx，最大照度值Emax=317 Lx，平均照度值Eave=269.42 Lx，照度均勻度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=162/269.42=0.6。桌面照度值大于等于300 Lx，集中分布在中間區(qū)域的4～10排，約占室內(nèi)面積30%，其他區(qū)域照度值均小于300 Lx。分析黑板、講臺(tái)的照度測(cè)試值可知，黑板最小照度值Emin=68 Lx，最大照度值Emax=83 Lx，平均照度值Eave=76.2 Lx，照度均勻度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=68/76.2=0.89。講臺(tái)最小照度值Emin=123 Lx，最大照度值Emax=127 Lx，平均照度值Eave=124.4 Lx。

教室使用的燈源為三雄·極光，T5高效節(jié)能熒光燈（三基色），功率28W，色溫6500K，光通量2600Lm?！督ㄖ彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 （GB 50034—2013）規(guī)定：教室桌面照度標(biāo)準(zhǔn)值為300 Lx，照度均勻度為0.6，黑板照度標(biāo)準(zhǔn)值為500Lx，照度均勻度為0.7。教室內(nèi)色溫3300K～5300K，色表為“中間”。

研究可知，課桌桌面照度值僅30%區(qū)域達(dá)到規(guī)定值；講臺(tái)桌面平均照度值只達(dá)到規(guī)定值的40%；黑板平均照度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定值。燈源色溫的色表為“冷”不符合要求。教學(xué)過程受到不同程度的影響，中后排部分學(xué)生看不清黑板字跡，前排部分學(xué)生感受的眩光效應(yīng)明顯，因而不能集中注意力學(xué)習(xí)，同時(shí)日常管理中存在人工啟停開關(guān)麻煩現(xiàn)象，“人走燈依亮”、“人少燈全亮”的浪費(fèi)現(xiàn)象。

2 智慧照明研究

教室智慧照明需滿足教學(xué)的使用性、視覺性和舒適性、引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到教學(xué)演示區(qū)域、節(jié)能、照度自動(dòng)調(diào)節(jié)、開關(guān)控制智能化、適應(yīng)不同場(chǎng)景模式等要求。

2.1 改變光源和燈具布局

為提高桌面與黑板照度值，應(yīng)用DIALux多次調(diào)試，采用直接照明方式。確定LED面板燈（產(chǎn)品編號(hào)PS120320K，照明電流3600Lm，功率20W）為桌面燈具，垂直于課桌面、平行于外窗排列；射燈為黑板專用燈具（OPPLE 140047716，照明電流3600Lm，功率18W），平行于黑板排列，照射黑板所反射出來的光應(yīng)避開進(jìn)入學(xué)生眼內(nèi)，因此經(jīng)過計(jì)算確定黑板專用燈具與黑板的水平距離不應(yīng)該大于2.2m，使學(xué)生和教師不受黑板反射眩光的干擾。

采用DIALux軟件進(jìn)行燈光照度仿真，通過DIAlux的造型功能建立教室模型，并為座椅、側(cè)墻和端墻選擇合適的材質(zhì)，導(dǎo)入燈具配光曲線的IES文件，仿真計(jì)算。結(jié)果顯示，教室課桌面平均照度達(dá)到316Lx，最小照度286Lx，最大照度380Lx，照度均勻度0.9。黑板平均照度達(dá)到504Lx，最小照度475Lx，最大照度520Lx，照度均勻度0.94。數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，滿足了教師與學(xué)生對(duì)燈光使用性、舒適性需求。

2.2 設(shè)置場(chǎng)景模式

教學(xué)投影開啟模式：此模式教師使用PPT展示教學(xué)內(nèi)容、播放視頻、演示教學(xué)軟件，同時(shí)在黑板上書寫要點(diǎn)；學(xué)生利用課桌面在書本上做筆記、勾畫重點(diǎn)；二者均需優(yōu)質(zhì)的照明環(huán)境，為避免眩光效應(yīng)，投影儀上方黑板專用照明燈具關(guān)閉，課桌第1～4排靠近投影儀處區(qū)域燈具照度值調(diào)節(jié)為200Lx，遠(yuǎn)離投影儀處黑板專用照明燈具照度值調(diào)節(jié)為500Lx，教學(xué)其他區(qū)域照度設(shè)定為300Lx。

教學(xué)投影關(guān)閉模式：此模式教師只在黑板上書寫教學(xué)內(nèi)容、展示的知識(shí)點(diǎn)繁多；離黑板15m的學(xué)生也要能看清黑板字跡，并能在課桌面做筆記、勾畫重點(diǎn)；同樣二者均需優(yōu)質(zhì)的照明環(huán)境。因此將靠近投影儀處黑板專用照明燈具照度值調(diào)節(jié)為500Lx，靠近投影儀處區(qū)域燈具照度值調(diào)節(jié)為300Lx，遠(yuǎn)離投影儀處黑板專用照明燈具照度值調(diào)節(jié)為500Lx，其他區(qū)域照度設(shè)定為300Lx。

學(xué)生自習(xí)模式：此模式滿足學(xué)生利用個(gè)人電腦瀏覽網(wǎng)頁、查閱資料、下載文獻(xiàn)，在課桌面教材或筆記本記錄資料的需求。無須開啟黑板燈具，因此學(xué)生桌面對(duì)照度要求不高設(shè)定為300Lx。

會(huì)議講座模式：教室能容納近兩百余人，常用于教學(xué)會(huì)議、學(xué)術(shù)講座等中型活動(dòng)。此模式顯著特點(diǎn)為引導(dǎo)聽眾把目光集中在演講席。演講席照度調(diào)節(jié)為300Lx，聽眾區(qū)域照度調(diào)節(jié)為150Lx。

2.3 區(qū)域人數(shù)、照度檢測(cè)

選擇光敏三極管檢測(cè)教室內(nèi)光照度，判斷是否需要開燈；選擇熱釋電紅外傳感器采集教室內(nèi)人數(shù)，確定哪部分燈具需要開啟，達(dá)到適用節(jié)能的目的。4種傳感器在某教室的分布如下：①和③為光敏三極管，分別安裝在黑板斜上方左側(cè)和右側(cè)，通過選擇不同的場(chǎng)景模式，判斷黑板專用照明燈的開啟或關(guān)閉；②為光敏三極管，安裝在教室內(nèi)，檢測(cè)教室內(nèi)的光照度，②同時(shí)嵌入紅外傳感器，檢測(cè)教室內(nèi)哪部分有人，決定相對(duì)應(yīng)區(qū)域燈的通斷情況。④為光敏三極管基于不同場(chǎng)景模式，調(diào)節(jié)④處附近燈光的照度值。

2.4 通信控制技術(shù)

利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸基于Zigbee無線傳感器匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的完整無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜托枨髸r(shí)喚醒Zigbee模塊的通信方式，系統(tǒng)的主控模塊采用80C51單片機(jī)，在無線通信模塊的有效通信距離內(nèi)，將各教室內(nèi)的Zigbee節(jié)點(diǎn)信息通過上位機(jī)傳遞到照明控制回路。

結(jié)語

智慧照明通過改善照明質(zhì)量，保證師生對(duì)燈光的舒適性要求。智慧照明通過改善照明質(zhì)量，保證了師生對(duì)燈光的舒適性要求，節(jié)約了用電成本，為新校區(qū)的照明建設(shè)提供了技術(shù)支持。

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