廣州地區小學教室光環境調研分析

0 引言

在我國的教育體制背景下，6～12 歲的少年兒童需要在小學接受教育，他們全天的大部分時間都在小學建筑中度過。明亮的教室能夠保護學生的視力、提高學生的學習效率，因此，營造良好的小學教室光環境非常重要。

然而，許多教學樓為了造型效果，忽視了教室天然采光環境的營造，致使教室不得不增加人工照明來補充采光，照明能耗也隨之增長[1]。發現、分析和解決小學教室天然采光環境質量問題，對降低照明能耗和提高學生學習效率都有重要意義。

本文選取了廣州地區某一典型小學，運用實驗儀器對教室室內的光環境進行測試，并獲得一系列參數，同時，給學生發放問卷對其光環境感受進行調查，綜合二者結果，對廣州地區小學教室內的光環境做出詳細評價。

1 研究方案

1.1 研究對象

我國幅員遼闊，不同地區的海拔、日照時數會產生較大不同，因此，依據照度標準，我國被劃分為Ⅰ～Ⅴ類光氣候區。Ⅰ類光氣候區照度最高，Ⅴ類照度較低，廣州地處Ⅳ類光氣候分區。本研究以問卷與實測相結合的方式，對該城市一所典型小學的光環境進行綜合評價。

該學校教學樓是一幢5 層的單體建筑（圖1）。教室均為北向，并由南外廊串聯；1 個班級45～48 個學生；其外部輪廓近似“凹”型，建筑體量貼合校園北部邊界，南部留出運動場；教室的走廊側窗下部采用磨砂玻璃，其他部位均采用單層透明玻璃；教室對外側窗采用了混凝土材質的綜合遮陽；同時，兩個外側窗之間留有較寬的窗間墻；教室頂棚和墻面為大白粉刷材質，墻裙為白色瓷釉面磚，地面鋪有白色瓷磚。

1.2 光環境測試

本文光環境測試依據《采光測量方法》（GB/T 5699—2017）[2]進行，時間安排在2020 年1 月2 日。一天中共安排6次測試，分別于8:00、9:30、12:00、14:00、16:00、21:00 進行。

光環境測試的測點分別為LD-01（四4 班）、LD-02（六3 班）、LD-03（三2 班）這三間教室（LD為測試學校名稱縮寫，數字為測試教室編號），如圖2 所示。

使用TES 1330A 照度計測量每張課桌面中心點的照度、黑板面5 點的照度，均為手動記錄數據（圖3）。8:00～16:00 的5 次測試分別測量天然采光（白天、不開燈、拉開窗簾）和混合照明（白天、開全部燈、拉開窗簾）兩種工況的照度；21:00 的1次測量人工照明（夜間、開全部燈、拉窗簾）工況的照度。另外，同樣使用照度計測量頂棚、墻面、黑板、桌面、地面的反射照度和入射照度，也均為手動記錄數據。

1.3 問卷調查及班主任訪談

在光環境測試的同時，給測試班級內的小學生發放問卷，調查他們對光環境的主觀感受。問卷主要包括四部分：學生的年齡性別等基礎信息；學生的光感覺（5 級標尺）及光偏好（3級標尺）；眩光情況（包括間接眩光和直接眩光）；學生對教室內光環境的滿意度（5 級標尺）。

此外，對相應班級的班主任進行訪談，了解班主任在長期執教過程中發現的光環境問題。

圖1 學校信息

圖2 測點分布圖

圖3 課桌面及黑板面的測點

2 調研結果統計分析

2.1 評價標準

對比近10 年來有關教室光環境的設計標準[3-6]可以發現，對普通教室光環境的要求在逐步提高，并且也由靜態評價方法向全年動態評價方法靠近。本文選取《中小學校教室采光和照明衛生標準》（GB7793—2010）[3]中的窗地比（即≥1:5）和反射比（表1）作為建筑現狀評價標準；選取[3]中課桌面和黑板的平均照度、照度均勻度（表2）及《建筑采光設計標準》（GB 50033—2013）[5]中室內天然光照度（即≥450 lx）作為天然采光評價標準；選取[3]中課桌面和黑板的平均照度、照度均勻度（表2）作為混合照明和人工照明的評價標準。

2.2 光環境水平

2.2.1 建筑現狀分析

2.2.1.1 窗地比

該次測試中，小學教室的窗地比為1/4.8，略高于標準要求。但老師為防止學生在上課期間向走廊上觀望，在走廊側窗戶下部貼有磨砂貼紙，阻擋了一部分光線，此時窗地比變為1/5.29，略低于標準要求。因此，學校應采取其他有效措施，既保證足夠的窗地比，又能促進學生集中注意力。

2.2.1.2 反射比

計算教室各表面反射比，如表3所示。頂棚和黑板均無法滿足標準要求。由于學生喜歡用手去觸摸墻體，學校在1.2 m 以下學生能接觸的高度范圍貼了白色瓷磚以便清潔，1.2 m以上范圍全部刷以白色涂料，而前墻、側墻和后墻未做區分，這就造成前墻的反射比偏大，而側墻、后墻的反射比偏小。

2.2.2 天然采光分析

2.2.2.1 平均照度

在自然采光環境中，測量三間教室內的課桌面和黑板面照度，整理如圖4 所示。

對于課桌面，位于2 層的LD-03教室，在8:00～16:00 的各個時間段平均照度都無法達到300 lx；位于5層西側的LD-01 教室，只有16:00 的平均照度無法達到300 lx；位于5 層中部的LD-02 教室，14:00 和16:00時的平均照度均無法達到300 lx；只有位于5 層的LD-01、LD-02 兩間教室在9:30、12:00 時可以達到450 lx。2 層的層數較低，導致該層教室桌面全天都無法達到標準；同是位于5 層的西側和中部教室，自然采光比2 層要強很多，由于下午太陽方位角較大，西側教室的采光更好；測試時間為冬季，測試學校的教室為南外廊，主要采光面為北向，且北向窗戶采用綜合遮陽，因此，各個班級全天都很少能達到450 lx。對于黑板面，只有LD-01 在12:00、LD-02 在9:30、12:00 時可以達到500 lx，必須開啟人工照明。

表1 教室表面反射比評價標準[3]

表2 平均照度及均勻度評價標準[3]

表3 教室各表面反射比

圖4 教室課桌面和黑板面照度（自然采光）

以LD-02 教室為例，計算每張桌面在全天時間內的平均照度，制作色階圖如圖5 所示。教室北側窗間墻寬1.3 m，南側窗間墻寬0.8 m，A 處，即北側窗間墻旁的兩排課桌，平均照度明顯低于其前后位置桌面的平均照度；B處，即南側窗間墻旁的兩排課桌，平均照度也比其前后位置低，說明窗間墻對室內照度影響較大。此外，照度自靠窗兩側向教室內部下降明顯，雖然是南外廊布局，南面的照度仍比北面要高。

2.2.2.2 照度均勻度

在自然采光環境中，三間教室課桌面和黑板面的照度均勻度整理如圖6 所示。課桌面的照度變化較大，均勻度大多在0.3～0.5 之間，全天無一間教室均勻度達到標準規定的0.7，需要開啟人工照明提高照度均勻度；黑板面受自然光影響較小，全天只有LD-03 教室的黑板在12:00 和16:00均勻度未能達到0.8，顯然位于低樓層的教室均勻度較差。

圖5 LD3-02 教室課桌面平均照度色階圖

2.2.3 混合照明分析

2.2.3.1 平均照度

當自然采光無法滿足標準要求時，通常開啟人工照明以輔助教室的光環境。開啟教室內所有人工照明設備，再次測量三間教室內的課桌面和黑板面照度，整理如圖7 所示。

對于課桌面，LD-03 教室在8:00、16:00，LD-01、LD-02 教 室在16:00 仍無法達到300 lx。對于黑板面，雖然與自然采光相比有大幅提升，但平均照度無法達到500 lx 的仍然是LD-03 教室的全天、LD-01 教室的16:00、LD-02 教室的14:00 和16:00。這是因為2 層樓層較低以及下午日落導致。對低樓層的教室，應當適當增強人工照明，減少遮陽裝置，以提高其平均照度。

2.2.3.2 照度均勻度

在混合照明環境中，三間教室課桌面和黑板面的照度均勻度整理如圖8 所示。課桌面的照度均勻度有大幅提升，但僅有16:00 時的兩間教室達到0.7；黑板的照度均勻度反而比自然采光環境有所下降，LD-03 在8:00和16:00、LD-01 在14:00 和16:00均未能達到0.8，這是局部照明設備投射在黑板上的照度不均勻所致。

2.2.4 人工照明分析

2.2.4.1 平均照度和照度均勻度

測試當日晚上21:00，選取LD-02 教室，測試純人工照明環境的照度。課桌面的平均照度為211 lx，照度均勻度為0.54；黑板面的平均照度為423 lx，照度均勻度為0.89。與標準相比，該校教室的人工照明不夠理想，照度不足且均勻度不夠高，需要提升人工照明水平，以更好地輔助日間采光環境。

2.2.4.2 照明設備

圖6 教室課桌面和黑板面的照度均勻度（天然采光）

圖7 教室課桌面和黑板面照度（混合照明）

圖8 教室課桌面和黑板面的照度均勻度（混合照明）

教室內照明設備如圖9 所示。燈管均為普通熒光燈，外部都有燈罩。3 列教室燈均沿長軸垂直黑板布置，符合規范要求。3 列教室燈采用“按列控制”進行開啟，根據教室內自然光照度的分布情況，靠窗兩側桌面照度較高，內部桌面照度較低，此種開關方式有利于結合自然光照度靈活控制，更利于提高照度均勻度和節能。

2.3 光環境評價

統計問卷中的光感覺投票和光偏好投票，結果如圖10、11 所示。有60.5%的學生感覺光環境適中，34.32%的人感覺亮或暗，5.19%的人感覺太亮或太暗；66.44%的學生認為光環境可保持不變，24.77%認為需要再亮一些，8.78%認為需要暗一些。整體來看，學生基本都對教室的光環境比較滿意，期望教室變亮的更多。結合班主任訪談，教室內很少靠純粹的自然采光，燈通常全天都開，可見室內照度不足是有待解決的問題。

統計問卷中關于直接眩光和間接眩光的投票，如圖12 所示。24.32%的學生認為存在間接眩光，即上課時黑板上出現明顯的“反光板”導致看不清黑板；17.79%的學生認為存在直接眩光，即窗口過亮直接照射進眼睛。班主任在訪談中也表達過，坐在教室第一排左右兩個靠窗位置的學生常反映“反光”，且“反光”通常出現在14:00～16:00，需要拉窗簾或者關門才能解決。

3 結語

本文采用現場實測結合問卷調研的方法，選取廣州地區一所典型小學，對該校教室內的光環境做了詳細的研究，獲得了該地區小學教室的光環境特征并做出評價。主要結論如下。

（1）從建筑現狀、天然采光、混合照明、人工照明四方面，重點分析了室內課桌面和黑板面的平均照度、照度均勻度的情況。僅采用天然采光時，室內照度普遍較低、均勻度較差；輔助人工照明后，室內照度和均勻度都有所提升；純人工照明不夠理想，照度不足且均勻度不夠高。

（2）存在窗間墻對周邊位置照度影響較大、低樓層教室照度始終過低、北向窗口遮陽過度等問題。

（3）雖學生整體對教室的光環境比較滿意，但同時更期望教室變亮；直接和間接眩光問題普遍存在，有待解決。

總體而言，盡管該學校教室室內光環境參數與標準規定的有所差異，但學生的主觀評價結果仍較好。考慮到學生的健康及舒適度，應適當提升室內人工照明照度，減小窗間墻寬度，適當減少外窗遮陽，并通過改變黑板面材質與增加室內照度的方法減少眩光。

圖9 教室的照明設備

圖10 光感覺投票分布

圖11 光偏好投票分布

圖12 眩光投票分布