大学教室照明改造前后的光环境分析

2020-11-09庄金迅高新月谢武华

光源与照明 2020年8期

庄金迅于睿高新月谢武华

1 辽宁科技大学（辽宁鞍山 114051）

2 广州市光圣照明科技有限公司（广东广州 510445）

0 引言

教室是学校教学活动的重要场所，教室的照明状况直接影响学生的身体健康和学习效率。目前，中国青少年近视发病率居世界第一，且呈低龄化和普遍化特征[1]。不良的教室照明环境是造成青少年近视的重要原因之一，还会影响学生身体的昼夜节律，即影响学生的夜间休息和白天的精神状态[2]。教室照明使用的荧光灯存在难以察觉的频闪，这会引起学生头痛并损害其视觉功能[3]。国际照明委员会（CIE）曾做过调查和研究，发现学校光照效果的好坏，对学生智力的发挥起着重要作用。有充分的实例说明，一个教室光线分布的好坏会直接影响学生的记忆力、逻辑思维能力以及学生注意力的集中程度[4]。相关研究表明，温暖而明亮的光环境能够改善人的自我控制能力[5]。例如，在生产环境中，我国成年人的劳动生产率随照度的提高而提高，如图1 所示[4]。在教育环境中，室内照明质量的提高将直接提高学生和教师的生产率和机敏性，并对教育设施的能效产生非常重要的影响[6]。学生在教室内的视觉工作，包括书本上的阅读和书写、黑板上的阅读和书写、看教师、看投影等。除了要完成大量不同形式的阅读，还要连续不断地完成一些书写作业，要不断地转换长距离阅读（黑板）和短距离书写（笔记本），这就要求学生的眼睛不断地看远看近，看明看暗，不断地调节眼睛的机能，以适应教室的视觉环境。该种视觉作业的特征，要求教室的光环境设计不仅要做到光照的数量充足，照明质量也要足够好，使师生有一个可以减少视觉疲劳和感觉舒适愉快的光环境[4]。

1 大学教室照明现状

教室照明中最基本的任务包括如下方面：（1）满足学生看书、写字、看黑板等要求，保证视觉目标水平和垂直照度要求；（2）满足学生间面对面交流的要求；（3）引导学生将注意力集中到教学或演示区域；（4）适应不同的演示和教学情景，并考虑自然光的影响；（5）满足显色性要求，控制眩光，保护视力，构建健康舒适的光环境。除此之外，教室照明还应做到安全、可靠，方便维护与检修，并与环境协调[7]。

图1 劳动生产率和视疲劳与照度的关系

因此，教室应该有适合视觉需求的照明条件。然而，目前国内不少大学的教室照明情况不尽如人意，根据对辽宁省三个城市多所大学教室照明情况的调研[8]，以及陈钢[9]对重庆大学新旧校区多间教室照明的调研，可知调研的教室中大多数教室的桌面平均照度及其均匀度均不理想，远没达到健康舒适的要求。不少教室的桌面照度只有100 lx，有的甚至不足100 lx，距离国家标准教室桌面照度不低于300 lx 的要求相差甚远[10]。而照度低、照度均匀度差等问题会影响学生的学习效率。目前，大多数教室照明采用无格栅的支架式直管荧光灯，该种灯存在眩光、频闪等问题，这会加剧学生的视觉疲劳。

2 改造前后大学教室照明状况分析

2019 年下半年，辽宁科技大学对2 号教学楼的部分教室进行了照明改造。文章随机选取其中一间经过照明改造的教室，分析其改造前后的光环境变化，以探讨教室照明改造的意义。其他教室照明改造前后的光环境变化情况也基本相同。文章所选的教室净空间大小为长10.8 m、宽6.2 m、高3.7 m，黑板长2.5 m、宽1.2 m，下边沿距离地面0.95 m，上边沿距离顶棚1.55 m，内表面为白色粉刷表面，地面为米白色瓷砖。

2.1 改造前教室照明状况

该教室照明改造前课桌面照明所用灯具为9 盏无格栅双管荧光灯，灯管长1.2 m，单管功率为36 W，每盏灯的总功率为80 W（包括镇流器的耗电功率），如图2所示。9 盏灯垂直黑板布置成3 排，每排3 盏，中间一排灯布置在顶棚正中间，左右两边排的灯与中间一排的距离均为2.0 m；灯与灯的中心纵向间距为3.0 m，后面灯中心距离后墙1.8 m，前面灯中心距离前墙3.0 m，灯距离桌面高度为2.4 m。黑板照明用2 盏1.2 m 长的单管荧光灯，每盏灯的功率为40 W（包括镇流器的耗电功率），灯与黑板墙面的距离为1.0 m，灯与灯的中心间距为2.8 m，灯距离地面3.1 m，如图3 所示。该教室课桌面照明总能耗为720 W，照明功率密度为10.8 W/m2。

该教室光环境现场实测：课桌面测点间距为0.5 m，共测220 个点，桌面最高照度为306 lx，最低照度为204 lx，平均照度为273 lx，照度均匀度为0.75；黑板面测点间距约0.25 m，共测45 个点，黑板面最高照度为155 lx，最低照度为110 lx，平均照度为131 lx，照度均匀度为0.84；顶棚的平均照度为49 lx，照度均匀度为0.88。

图2 教室照明用双管荧光灯

图3 黑板照明用单管荧光灯

2.2 改造后教室照明状况

该教室的照明改造所用灯具中，桌面照明采用的是LED 格栅半直接型教室灯具，该灯具的耗电功率为40 W，光通量为3 560 lm，发光效率为89 lm/W，如图4 所示；黑板照明采用的是LED 格栅防眩偏光黑板灯，该灯具的耗电功率为36 W，光通量为2 700 lm，发光效率为75 lm/W，如图5 所示。该次桌面照明改造采用原位替换的方式，黑板照明灯具的安装位置有变化，灯与黑板墙面的距离为0.6 m，灯与灯的中心间距为0.35 m，灯距地面高度为2.45 m。

照明改造后该教室光环境现场实测：课桌面测点间距为0.5 m，共测220 个点，桌面最高照度为515 lx，最低照度为289 lx，平均照度为397 lx，照度均匀度为0.73；黑板面测点间距约0.25 m，共测45 个点，黑板面最高照度为981 lx，最低照度为519 lx，平均照度为642 lx，照度均匀度为0.81；顶棚的平均照度112 lx，照度均匀度为0.9。

图4 LED 格栅半直接型教室灯具

图5 LED 格栅防眩偏光黑板灯

2.3 照明改造实测与分析

该教室在照明改造前后，经过实测与计算，各项指标的对比情况如表1 所示。由表1 可见，照明改造后教室课桌面、黑板面和顶棚的平均照度有显著提高，光源的显色性明显改善，新的教室照明灯具基本感觉不到眩光存在，即光环境质量有明显提升，可照明能耗大约是原来的一半，且各项指标都达到了《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）的要求。