高校教室照明節能優化研究

王首一 吳思穎

（河北工程大學 河北邯鄲 056000）

引言

能源問題一直是我國現代化發展中所面對的重要問題。據調查，電力能源消耗在高校的各類能源消耗中占到了一半以上，其中照明系統占到了24%。由此可知，高校教室在照明節能方面還有相當大的潛力，教室照明環境的研究對校園發展具有現實意義。高等院校是培育優秀學術人才、進行學術研討活動的重要場所。高校建筑室內的照明環境緊密關系著校園內各種活動的正常進行與舉辦。教室是學生日常學習和上課的主要場所，學生一半以上的時間都是在教室中度過。舒適的教室照明環境不但可以在生理上減弱光污染對眼睛造成的負擔和頭暈、惡心等身體不適現象，同時還會舒緩心理上的厭煩情緒，增加良好的心理感覺，給學生更好的視覺體驗，提高學習積極性。

1 高校教室照明現狀調研與分析

本文擬通過對河北工程大學主校區內的教學樓照明環境進行調研，發現教室的人工照明環境存在的問題，如室內燈光亮度不夠高，光線分布不均勻，出現眩光和頻閃，光源數量不夠產生投影等問題。這些現象會對學生正常的視覺作業產生影響，同時造成資源浪費。照度、照度均勻度、亮度、色溫、眩光及光源的選擇等都是影響教室照明質量的因素。本文僅對教室照明環境質量影響較大的幾個因素進行分析。

1.1 照度和照度均勻度的影響

照度反映了被照物體的照明水平，可以用來衡量照明環境的照明質量；照明均勻度是用來度量整體照明環境的照度均勻程度的指標。GB50034—2013《建筑照明設計規范》中規定，教室在其課桌面處應有300lx 的照度值。通過使用照度計對教室內照度進行實地測量，發現大部分測試對象的照度值在180lx-220lx之間，不能滿足國家規范標準值。燈具放置的高度和排列方式會對教室的照度和照度均勻度產生影響。燈具安裝高度過低度，會使被照工作面呈現密集的光源分布，從而使室內的照度均勻度降低；過高則光線會分散，降低工作面的光照度。除此以外，兩燈布置間距過遠會使中間區域的光線較暗降低室內的照度均勻度。因此，在教室照明設計時應根據教室空間的大小和高度合理的布置燈具。

1.2 眩光因素的影響

眩光是照明環境的控制性影響因素之一，它是由照明環境中的亮度分布不均或者是出現極端亮度分布所導致的。眩光會引起使用對象的視覺不舒適從而降低視覺功效，不僅會給使用者的視力健康帶來損傷，還會影響其視覺作業的舒適性。眩光的發生與桌面材質選擇、燈具排列方向和燈具保護角度有關聯。由于學校建設時間較久，桌面經長時間使用已經變得光滑，學生座位區正上方燈具發出的燈光會通過桌面材質反射進入人眼，引發眼部的不適。橫向布置的燈具，光線會更容易直射進入學生眼內，刺激眼部肌肉的頻繁收縮，導致視疲勞。燈具保護角的設計是避免燈管產生的光線向四周散射，控制光線的輸出方向。黑板區是教師授課，學生注意力集中的區域，黑板燈的保護罩角度過小，反射光線增多會增加該區域的照度，射入學生眼內會形成不舒適眩光，進入教師眼內的反射光線還會影響正常教學活動。教室照明應滿足教師正常授課，學生可以清楚地觀看事物的基本需求，這就需要在照明設計階段控制產生眩光的影響指標。

1.3 光源的影響

經調查，現有的教學樓內普遍使用的是直管型熒光燈，大部分教室采用燈管支架和熒光燈組合的照明方式，部分教室采用格柵燈架搭配熒光燈的照明方式。相比傳統的白熾燈，熒光燈的顯色性能和照明效果已有顯著提高。但是熒光燈使用半年就會老化，照明光通量減少，教室中新更換的燈管與使用時間長的燈管亮度對比明顯，影響照明質量。格柵燈盤可以減少外漏的光源，但當光源不穩定發生頻閃現象時，柵格的鋁質材料會發生鏡面反射，加重頻閃效應。此外熒光燈管的實收壽命短且其鎮流器功率損耗大，燈管內含有水銀、熒光粉等重金屬，一旦破裂會給人體帶來巨大危害，教室更換下來的廢棄燈管也會污染環境，教室照明應該尋找更加高效節能的光源。

2 教室照明優化方法

《照明設計手冊》中規定要提高教室內的照度均勻度，教室頂部兩燈之間的距離L 與燈到工作面表面的高度H 的比值，即距高比不大于所選用燈具所允許的最大距高比L/H。龍麗娟在《教育建筑之教室照明設計》 中指出進行教室的燈具布置時，只有在最大允許距高比的范圍內安裝燈具，才可以滿足被照工作面照度均勻性的需求。

要避免眩光帶來的影響，可以縱向布置照明燈具，使燈具的長軸學與生的視線平行，讓光線從兩側進入眼睛，減少直射光的刺激。對于新建教學樓，教室桌面宜選用淺色、無光澤的材料，老舊校區可在桌面張貼反射系數低的保護膜來減少眩光。為減少黑板燈對教師和學生帶來的眩光干擾，黑板燈應避免布置在教師站在講臺上水平視線45°角的范圍內。工業技術的發展讓照明領域存在的許多問題迎刃而解，雙反射器黑板燈的發明可以有效提高黑板的照度均勻度，減少了眩光對師生的干擾。

LED 作為新型光源，具備綠色環保、高效節能、使用周期長的優點，可作為未來照明光源的首選。其中LED 面板燈平面發光均勻，光線柔和并且照度高，具有環保和功率損耗小的特點，很適合應用在教室照明中。邵曉萍在DIALux 軟件中通過對熒光燈和LED 兩種不同類型照明光源的教室進行模擬，改變了燈具的布置方式、高度和配光曲線來獲取照明環境的相關參數。結果表明，LED 比熒光燈更適合應用在教室照明中。曾平通過軟件對中小學教室進行仿真分析，研究表明LED 長條面板燈不僅可以提高學生的視覺舒適性，還可以節約30%的照明用電，以上研究說明了LED 面板燈在教室中應用的可行性及其節能的性能。

隨著智能技術的發展，人工照明環境的管理模式由手動控制逐步向智能照明控制系統轉變。在現有教室照明系統中加入照度感應模塊，當照度值低于規范要求的300lx 時，照明系統自動提高燈具的亮度；時鐘模塊和紅外感應模塊可以根據輸入的時間和紅外線感知的教室剩余人數自動開關燈具，減少人力資源的浪費。這種照明系統設置雖然簡易，但經過長時間的積累可以給教學樓節省大量電能。陳曉云以某辦公樓為例，將使用空間分為辦公區域、輔助區域和輔助控制區域，并分別設置了相對的照明控制方式和照明方案。研究表明照明控制系統的設置相比之前可節能33.7%。林朝陽將此理論運用到教室中，將教室劃分為若干區域，每一區域安裝可檢測人員情況的傳感器，通過人員的變動來控制燈具開關，使系統可根據情景自動調節明暗。研究表明該系統有助于減輕高校的用電浪費現象，延長燈具的使用壽命。智能照明系統在校園節電節能方面發揮者重要作用。

結語

我國是教育大國，隨著國家對教育事業的投入增大及對科研人才重視程度的加深，高校對教室數量的需求也逐步加深。做好教室照明設計和管理工作，不僅節省學校的資金，還可縮小能源消耗，促進校園的可持續發展。盡管LED 燈具具有高效節能的特點，并在公共建筑中廣泛應用。但是在教室照明中因其亮度高、容易產生眩光的問題還需要后期更加深入的研究來克服。