大學教室照明改造前后的光環境分析

莊金迅 于 睿 高新月 謝武華

1 遼寧科技大學（遼寧 鞍山 114051）

2 廣州市光圣照明科技有限公司（廣東 廣州 510445）

0 引言

教室是學校教學活動的重要場所，教室的照明狀況直接影響學生的身體健康和學習效率。目前，中國青少年近視發病率居世界第一，且呈低齡化和普遍化特征[1]。不良的教室照明環境是造成青少年近視的重要原因之一，還會影響學生身體的晝夜節律，即影響學生的夜間休息和白天的精神狀態[2]。教室照明使用的熒光燈存在難以察覺的頻閃，這會引起學生頭痛并損害其視覺功能[3]。國際照明委員會（CIE）曾做過調查和研究，發現學校光照效果的好壞，對學生智力的發揮起著重要作用。有充分的實例說明，一個教室光線分布的好壞會直接影響學生的記憶力、邏輯思維能力以及學生注意力的集中程度[4]。相關研究表明，溫暖而明亮的光環境能夠改善人的自我控制能力[5]。例如，在生產環境中，我國成年人的勞動生產率隨照度的提高而提高，如圖1 所示[4]。在教育環境中，室內照明質量的提高將直接提高學生和教師的生產率和機敏性，并對教育設施的能效產生非常重要的影響[6]。學生在教室內的視覺工作，包括書本上的閱讀和書寫、黑板上的閱讀和書寫、看教師、看投影等。除了要完成大量不同形式的閱讀，還要連續不斷地完成一些書寫作業，要不斷地轉換長距離閱讀（黑板）和短距離書寫（筆記本），這就要求學生的眼睛不斷地看遠看近，看明看暗，不斷地調節眼睛的機能，以適應教室的視覺環境。該種視覺作業的特征，要求教室的光環境設計不僅要做到光照的數量充足，照明質量也要足夠好，使師生有一個可以減少視覺疲勞和感覺舒適愉快的光環境[4]。

1 大學教室照明現狀

教室照明中最基本的任務包括如下方面：（1）滿足學生看書、寫字、看黑板等要求，保證視覺目標水平和垂直照度要求；（2）滿足學生間面對面交流的要求；（3）引導學生將注意力集中到教學或演示區域；（4）適應不同的演示和教學情景，并考慮自然光的影響；（5）滿足顯色性要求，控制眩光，保護視力，構建健康舒適的光環境。除此之外，教室照明還應做到安全、可靠，方便維護與檢修，并與環境協調[7]。

圖1 勞動生產率和視疲勞與照度的關系

因此，教室應該有適合視覺需求的照明條件。然而，目前國內不少大學的教室照明情況不盡如人意，根據對遼寧省三個城市多所大學教室照明情況的調研[8]，以及陳鋼[9]對重慶大學新舊校區多間教室照明的調研，可知調研的教室中大多數教室的桌面平均照度及其均勻度均不理想，遠沒達到健康舒適的要求。不少教室的桌面照度只有100 lx，有的甚至不足100 lx，距離國家標準教室桌面照度不低于300 lx 的要求相差甚遠[10]。而照度低、照度均勻度差等問題會影響學生的學習效率。目前，大多數教室照明采用無格柵的支架式直管熒光燈，該種燈存在眩光、頻閃等問題，這會加劇學生的視覺疲勞。

2 改造前后大學教室照明狀況分析

2019 年下半年，遼寧科技大學對2 號教學樓的部分教室進行了照明改造。文章隨機選取其中一間經過照明改造的教室，分析其改造前后的光環境變化，以探討教室照明改造的意義。其他教室照明改造前后的光環境變化情況也基本相同。文章所選的教室凈空間大小為長10.8 m、寬6.2 m、高3.7 m，黑板長2.5 m、寬1.2 m，下邊沿距離地面0.95 m，上邊沿距離頂棚1.55 m，內表面為白色粉刷表面，地面為米白色瓷磚。

2.1 改造前教室照明狀況

該教室照明改造前課桌面照明所用燈具為9 盞無格柵雙管熒光燈，燈管長1.2 m，單管功率為36 W，每盞燈的總功率為80 W（包括鎮流器的耗電功率），如圖2所示。9 盞燈垂直黑板布置成3 排，每排3 盞，中間一排燈布置在頂棚正中間，左右兩邊排的燈與中間一排的距離均為2.0 m；燈與燈的中心縱向間距為3.0 m，后面燈中心距離后墻1.8 m，前面燈中心距離前墻3.0 m，燈距離桌面高度為2.4 m。黑板照明用2 盞1.2 m 長的單管熒光燈，每盞燈的功率為40 W（包括鎮流器的耗電功率），燈與黑板墻面的距離為1.0 m，燈與燈的中心間距為2.8 m，燈距離地面3.1 m，如圖3 所示。該教室課桌面照明總能耗為720 W，照明功率密度為10.8 W/m2。

該教室光環境現場實測：課桌面測點間距為0.5 m，共測220 個點，桌面最高照度為306 lx，最低照度為204 lx，平均照度為273 lx，照度均勻度為0.75；黑板面測點間距約0.25 m，共測45 個點，黑板面最高照度為155 lx，最低照度為110 lx，平均照度為131 lx，照度均勻度為0.84；頂棚的平均照度為49 lx，照度均勻度為0.88。

圖2 教室照明用雙管熒光燈

圖3 黑板照明用單管熒光燈

2.2 改造后教室照明狀況

該教室的照明改造所用燈具中，桌面照明采用的是LED 格柵半直接型教室燈具，該燈具的耗電功率為40 W，光通量為3 560 lm，發光效率為89 lm/W，如圖4 所示；黑板照明采用的是LED 格柵防眩偏光黑板燈，該燈具的耗電功率為36 W，光通量為2 700 lm，發光效率為75 lm/W，如圖5 所示。該次桌面照明改造采用原位替換的方式，黑板照明燈具的安裝位置有變化，燈與黑板墻面的距離為0.6 m，燈與燈的中心間距為0.35 m，燈距地面高度為2.45 m。

照明改造后該教室光環境現場實測：課桌面測點間距為0.5 m，共測220 個點，桌面最高照度為515 lx，最低照度為289 lx，平均照度為397 lx，照度均勻度為0.73；黑板面測點間距約0.25 m，共測45 個點，黑板面最高照度為981 lx，最低照度為519 lx，平均照度為642 lx，照度均勻度為0.81；頂棚的平均照度112 lx，照度均勻度為0.9。

圖4 LED 格柵半直接型教室燈具

圖5 LED 格柵防眩偏光黑板燈

2.3 照明改造實測與分析

該教室在照明改造前后，經過實測與計算，各項指標的對比情況如表1 所示。由表1 可見，照明改造后教室課桌面、黑板面和頂棚的平均照度有顯著提高，光源的顯色性明顯改善，新的教室照明燈具基本感覺不到眩光存在，即光環境質量有明顯提升，可照明能耗大約是原來的一半，且各項指標都達到了《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）的要求。

表1 改造前后教室光環境各項指標比較

3 結論

該次照明改造采用的是LED 光源，因而具有高光效、長壽命、安全、環保、便于調光與控光等諸多優點。照明改造后教室的最小照度、平均照度、眩光程度和顯色指數都有明顯提升，且燈具無頻閃，同時能有效控制眩光（UGR 不超過16，無眩光感），在教室光環境明顯改善的同時照明能耗大幅下降，實現了照明節能。

在這樣的光環境中學習不容易引起視覺疲勞，而且能夠提高學習效率，有利于學生的身心健康。希望該教室的照明改造能夠對同類建筑的照明改造提供參考價值。