寢室采光照明的改進

摘要：對上海海洋大學生宿舍的布局和采光照明情況進行分析，發現存在照明不均衡問題。設計可調節高度的日光燈，以便按照學生需求調節日光燈的高度，從而調節照明的側重位置。

關鍵詞：大學宿舍采光照明日光燈設計

人對光環境的需求可謂至關重要，合理的采光與照明對生產的效率，安全和衛生都有重要的意義。大學宿舍是大學生活中學生呆的最久的一個地方，在宿舍里除了睡覺休息以外，還要進行看書，寫作業，上網等一系列的活動。如果寢室的采光和照明不合理，將會對眼睛造成很大的傷害，所以，研究室內采光與照明非常具有現實意義。

1 寢室布局和照明狀況分析

上海海洋大學寢室內設有電腦桌，儲物柜等設施，每個寢室配有陽臺。寢室主體長約5米，寬約3米，寢室高約3米，寢室大致被分為4個格局（具體如圖）。

圖1寢室布局每個寢室配有兩盞熒光燈供同學們讀書以及生活。兩盞熒光燈懸掛在寢室的頂端的正中央，距頂部約50cm左右，燈罩的角度約為45度，燈到桌子的距離約為180cm，桌子的面積90cm*58cm=5220。

上海海洋大學寢室為4人間，有4個床鋪并且以上下鋪的形式，上面睡覺，下面是電腦桌供學生看書、學習、上網等。室內有兩盞日光燈，從圖中可以看出，當兩盞燈都完全打開時，由于上下鋪的床擋住了日光燈光線，只有一小部分光照到電腦桌上，電腦桌上的光強太弱，這嚴重影響了同學們的學習，對同學們的視力造成一定的損害。

2 寢室亮度的分析

光環境分為自然光和人工光，由于自然光很受時間地點的限制，很難改變，而且學生們白天大部分白天有課，也是晚上上完課后才回到寢室，主要采用人工照明，所以我們主要分析人工光照。

寢室主要是學生的生活學習場所，學生主要在書桌上完成大部分活動作業，如：閱讀，書寫，使用電腦等等，因此，對于書桌上的視覺亮度應用尤其重要。書面的視覺照度是不均勻的，越往里越暗，則物體表面亮度也越往里越暗，視覺亮度也是如此。

寢室房間基本接近于一個矩形，墻壁統一漆成白色，可利用的墻壁反光提高的背景亮度已為最大。寢室日光燈統一裝兩根與床鋪平行，大致在兩對床中間，寢室大都設計成書桌在下，床鋪在上，很大程度上床鋪阻擋了大部分的日光燈發出的光，讓其不能直接或者更強更均勻的散射到桌面。

由于床鋪之間兩兩固定，我們只有改變光照，來改變視覺亮度，讓視覺亮度受到的影響更小。

3 可調節高度日光燈設計

為了保證日光燈的燈光可以充分滿足寢室內讀書以及寫字的需求，這里采取將改變日光燈高度的方法，使日光燈與寢室床鋪高度相同，從而日光燈的光線不被寢室床鋪所遮擋。但是單純降低日光燈高度的話，不易于行走，因此采用高度可變式日光燈。

3.1調節高度部分

改變高度的方法有很多，我們采用的是電動推桿的方式。此種方式操作簡單，只需操控遙控按鈕就能實現日光燈的升降。電動推桿又叫做電動缸及線性制動器、推桿電機（Linear Actuator），所用的電動推桿為成品，其型號為FTR—14[1]。

圖2電動推桿其參數如下：

電壓12VDC

推力750N（大約為75KGS）

速度常規為10MM/S

操作溫度-20～60攝氏度

防護等級IP54

其速度也可以按照需求進行改變，推薦的工作時間是工作兩分鐘，休息十八分鐘。在此裝置中，推桿的工作時間以10mm/s的速度，完成一次升降的時間是20s。推桿的正視圖及側視圖如下。

圖3推桿的正視圖及側視圖由于寢室的高度較高，單靠一根伸縮桿的長度是遠不夠的，因此在伸縮桿的基礎上，通過加長桿來進行傳動。日光燈兩端則用鐵鏈將

其固定，使日光燈最低離地高度大于185cm。利用微型電動推桿固定裝置講電動推桿固定于日光燈中央上端的墻頂上，墻頂固定裝置如下圖所示。

圖4墻頂固定裝置電動推桿下緣用鐵鏈與日光燈中間固定。當電動推桿達到最長的時候，即電動推桿總長達到224.5mm時，鐵鏈長度達到最長700mm，使日光燈與床面大約齊平，同時離地高度大于185cm。中國男性身高的平均值為178.45mm，女性身高平均值為164.75cm，相比于我們的最低離地高度，除了一些特別高的男同學，基本是碰不到的，所以可以滿足要求，就算有特別的搞得男同學，也只需要將鐵鏈稍作調整就完全可以滿足需求。大概的整體結構示意圖如下圖所示。

圖5整體結構示意圖藍色的是日光燈，黃色的是鐵鏈，藍色的是電動推桿，白色的是墻頂。以上就是電動推桿的工作原理以及執行器執行動作的大致流程。

3.2 電動推桿的附件單元

電動推桿的控制器大致有一下幾種[2]：

（1）編碼器：利用脈沖數精準反饋馬達主軸轉動圈數，從而精確計算電動推桿伸縮的變化，使控制十分的精確。

（2）電位計：用來反饋電機電阻的大小，從而反映推桿所在的行程位置，最終達到控制推桿在行程中間任一位置停止的目的。

（3）手搖裝置：部分蝸輪蝸桿結構及齒輪結構的推桿可以安裝手搖出軸，在斷電的情況下，接上手搖扳手后就能通過手搖達到讓推桿調整位置的作用。

（4）霍爾反饋：馬達軸上安裝霍爾線路板，通過霍爾原理能夠準確反饋馬達旋轉圈數，以實現對推桿進行精確控制的目的。

（5）PLC控制：可提供PLC接入端口，達到過程實時控制。

（6）控制器：又稱變壓器，分為控制單臺，2臺，3臺及多臺的控制器。將AC220V電壓變成DC12/24/36V等電壓，并將1-n個電動推桿與操作器串聯在一起。

（7）操作器：又稱手控器，分為功能單排，2排，3排及多排的操作器。連于控制器至上。

由于我們不需要進行精準的控制，我們不需要用控制器，完全可以利用船型開關來控制，如圖所示。

圖6船型開關采用的是六腳三檔如圖6所示的開關，接線圖如下圖所示。

圖7接線圖電機連接中間2根接線柱，其他4個端子對角線連接。要注意的是，我們的寢室的電源是220VAC的民用電，而電動推桿則是12VDC，因此，我們需要先進行電壓轉換，再連接上船型開關。

4、結束語

本文對上海海洋大學的寢室布局和采光情況進行了分析，發現寢室內的兩盞日光燈照射到書桌上的亮度很小，提出設計可調節日光燈的想法，對設計的具體內容和結構進行介紹，從而提高寢室的燈光照射效果。

參考文獻：

[1]賈米娜、郭峰.實用電動推桿.機械管理開發，2006，4（89）：58-59.

[2]鄭秀峰.圖解電動推桿的結構與維修.衛星電視與寬帶多媒體，2008（7）：70-72.

[3]趙建平，張紹綱，李景色，任元會.《建筑照明設計標準》主要修訂內容介紹.建筑電氣，2005，2 （24）：19-21.

[4]史榮利.基于室內照明藝術的幾點思考.湘南學院學報，2007，2（28）：50-51.

基金項目：2013年上海市大學生創新活動計劃項目：寢室采光照明的改進。