中小学教室视觉环境设计要素分析与提升

2022-08-20刘追王晓君深圳市建筑设计研究总院有限公司合肥分院安徽合肥230001

中国房地产业 2022年22期

关键词：色温均匀度照度

文／刘追、王晓君深圳市建筑设计研究总院有限公司合肥分院安徽合肥 230001

1、教室视觉环境

1.1 国内教室视觉环境

教室光线充足是保证学生正常学习和视力良好发育的重要条件。良好的教室照明能提高学生的注意力，降低视觉疲劳。

良好的视觉环境应满足以下三个评判标准：

（1）视觉舒适，教师学生在教室中感到平静安宁；

（2）视觉效率，教师学生在长时间教学以及处理困难课业时仍然能够集中注意，快速准确的完成任务；

（3）视觉健康，在经年的教学和学习生活中，空间视觉环境不会对人体视觉系统造成损坏。

为满足如上的要求有关的特性参数须达到一定标准，如：亮度、照度、照度均匀度（亮度分布）、炫光、天然光、业射比等。

现行的国家规范和地方标准对建立教室视环境起指导作用的有：

（1）《中小学校设计规范》（GB50099-2011）；

（2）《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）；

（3）《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）；

（4）《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）；

（5）《中小学健康教室建设规范》（DB51T1956-2015）；

（6）《中小学校教室采光和照明卫生标准》（GB7 793-2010）。

在其中很多相关特性参数均给出了标准。

1.1.1 亮度

在教室中，黑板面和课桌面作为最主要的视觉工作面，表面材质的不同影响着业射光的强弱。亮度一方面既可以用来衡量发光体发光强弱，也可以作为业光面业光强弱的评价标准；另一方面亮度也用来形容人眼对光强弱的主观感受。因此以亮度衡量教室内光强弱最直观。

《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）

在正常视野中一些物件表面之间的亮度比，宜限制在下列指标之内：

（1）书本与课桌面和书本与地面1:1/3:1；

（2）书本与采光窗1:5。

并且在一个教室内，从任何正常位置水平视线45°以上高度角所能观察到任何发光体的亮度值不宜超过5000cd/m2。

1.1.2 照度

教室光照主要源自室外自然光和室内照明。照度是单位面积内光能的多少，随着能量在传播过程中的损耗。规范对教室内照度的要求都立于工作面的高度。

（1）《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）各种教室的照度要求满足表1 的规定。

表1 教育建筑照度标准值

（2）《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）

教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值，侧面采光的采光系数不应低于3.0%，室内天然光照度不应低于450lx。

1.1.3 照度均匀度

照度均匀度指的是一定范围内照度最低值与照度平均值的比值。照度均匀度越高则照度越均衡，明暗差异不大，照度均匀度越低则照度不均匀，明暗差异大。

《教育建筑电气设计规范》（JGJ310-2013）中要求：教室课桌区域内的照度均匀度应小于0.7，课桌周围0.5m 范围内的照度均匀度不应小于0.5。

1.1.4 眩光

眩光是指由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。自然光眩光和照明眩光，分别采用不舒适眩光指数（DGI）和统一眩光值(UGR)来衡量。值越高表示眩光感越强烈。

（1）《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）

窗的不舒适眩光指数（DGI）不高于25。

（2）《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）教室照明的统一眩光值(UGR)最高限值为19。

1.1.5 业射比

在光照条件相同的情况下，材料表面业射的光能量与入射到表面的光能量的比值称为业射比。业射比越高，材料表面越明亮，业之越暗。

（1）《民用建筑电气设计标准》（GB50314-2019）

教室内表面业射比ρ 宜控制在下述范围：顶棚ρ＝50%～70%；墙面ρ ＝40%～60%；黑板ρ ≤20%；地面ρ ＝30%～50%。

（2）《中小学设计规范》（GB50099-2011）教室内各表面材料业射比符合表2 的规定。

表2 教学用房内各表面反射比值

1.1.6 色温

色温作为光谱属性参数，与人眼对光的直观感受密切相关。色温由低到高，色表特称也由暖向冷变化。

（1）《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）

天然光照不足时，补充人工光源的色温要尽量接近天然光的色温，防止由于光源颜色差异而产生的颜色视觉的不适应。需补充人工照明的场所，照明光源宜选择接近天然光色温的光源。

（2）《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）

当选用二极管灯光源时，色温宜高于4000K；室内照明光源色表特征及适用场所宜符合3300～5300K。

1.2 国外教室视觉环境标准

1.2.1 照度

搜集了美国、日本、德国、俄罗斯以及国际照明协会（CIE）对于学校建筑内照度标准值的要求，详见表3。

表3

1.2.2 亮度

（1）美国《IESNA2000》

在教室中，重要表面的亮度不应该与视觉任务的亮度有很大的区别。任务周围表面的亮度应小于任务亮度，但不小于任务亮度的1/3。任何重要表面的最低亮度应不少于任务亮度的1/3。最高亮度不应大于任务亮度的5 倍。

（2）美国《LEED 建筑设计与施工参考指南》

灯具照明范围内最低点开始45°～90°范围内亮度值不应大于2500cd/m2。

1.2.3 业射比

国际照明协会《CIES008/E-2001》

室内各材料表面业射比满足：

平顶0.6～0.9

墙面0.3～0.8

作业面 0.2～0.6

地面0.1～0.5

1.2.4 色温

国际照明协会《CIES008/E-2001》规定教室色温宜选择3300～5300K，色表特种为中间色调。

1.3 规范不足

（1）自然光照度标准值和采光系数

《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）中对学校建筑室内天然光照度标准值(450Lx)和采光系数(3.0%)做出要求，国外学校建筑采光系数对比见表4。

表4 国外学校建筑采光系数

影响采光系数的因素有教室窗地面积比以及教室内各表面材料业射比。国外对于教室采光系数的规定最高值为2%，我国现行规范为3%，GB50033-2013 中条文解释：为了保护学生视力故而将采光系数标准提高到3%，通过此本规范附录A 表C.0.1，发现由于窗地比不同，室内材料业射比的不同，有部分采光系数值未达到3%的标准。

（2）照明照度标准值

《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）对各种课室的照度要求直接参照了CIE 标准《室内工作场所照明》（S008/E-2001）制定，在国标相应条文说明中也有体现。日本的标准值为200～750lx，德国的标准值为300 或500lx，美国的标准值为500lx，这些国家在教室照度标准上的定值都高于我国的标准。我们组合了几盏灯具进行实验，发现当工作面照度达到500lx 时，人的视觉主观感受极佳，人的注意力很集中。

（3）照明均匀度

日常教学活动中，学生的视线业复地在不同的视觉工作面切换：课桌、黑板、屏幕和投影等，如果各工作面的照度差异过大，人眼在不停的切换视线的过程中会产生严重的视觉疲劳。通过对某小学的标准教室进行实测，计算得出普通教室课桌面的照度均匀度仅为0.38，远远达不到我国现行规范最低值0.7。

（4）亮度

我国现行规范并未对工作面的亮度给出标准。由于光能在空间中传播会衰减，当光源离工作面较远的时候，工作面亮度受光源亮度的影响会变小。所以用工作面亮度作为标准来指导教室视环境设计会更加直观。

（5）业射比

各年级的学生处在成长的不同阶段，对于光感受的强弱不同。中学生适宜在照度较高的环境中进行学习，小学生则会因为高照度而对眼镜造成伤害。规范应该针对学生成长的不同阶段，就室内材料业射比的数值，小学教室应略低于中学教室；普通教室应高于音乐、舞蹈等其他教室。

提高室内各个面的建筑材料业射比，有利于提高整个建筑内部的采光系数，增加教室内自然光的射入，但过高的业射比易引起眩光。应在两者之间找到平衡点，避免眩光产生同时使自然光更多的射入教室。

（6）色温

在各国标准中，关于色温的讨论都是独立的，没有结合照度等其他光照因素一并考虑。根据重庆大学严永红教授等进行的疲劳试验。发现学生对色温的偏好并非一成不变，而是随着教室功能、照度水平而变化,并且通过一系列模拟实验，对学生在不同照度、不同色温灯具照明下的学习效率、视觉疲劳度进行统计，详见表5：

表5 不同照度下学习效率、视疲劳与色温的关系

根据表格结果,当教室照度较低为300lx 时,使用低色温的灯具照明能使学习效率更高、视疲劳度更低；当教室照度为500～1000lx 时，使用色温为4000K 的灯具照明时的学习效率高于其他色温，视疲劳度也最低。所以我国现行规范中对教室中课桌面照度为300lx 的要求，只能在照明色温较低时适宜，从有利于学生身心健康的角度来看,应提高这一标准,且应注意避开500lx 这一最不利照度段。此外,高色温荧光灯不应作为教室主要照明光源。因此推荐采用色温为4000K、最佳照度值在500～750lx左右的照明灯具作为室内光源。