基于主觀評價與實測調查的高校多媒體教室光環境綜合評價
——以沈陽建筑大學某多媒體教室為例

楊葉欣，王奕涵，王晶晶，孫上詞

沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168

0 引言

多媒體技術在教育領域的運用與普及，帶來了比傳統黑板更加直觀、多元的教學效果，但教室的光環境卻存在許多使用行為與功能需求的矛盾。在多媒體的使用過程中，教室主要依靠人工光源提供照明，而教師往往注意不到整體照度[1]。學生在投影幕布、黑板、講臺和課桌面四者之間頻繁變動注視對象和方向，頻繁調節明暗視覺，極易導致視覺疲勞并引發近視[2]。為保證多媒體屏幕使用，需要在自然光充足的白天使用大量人工照明，這不僅不利于學生的身心健康，也造成大量的能源浪費[3]，與健康建筑理念與可持續發展目標相悖。在北方地區，自然光資源充足，應在室內采光設計中充分利用自然采光營造舒適的光環境[4]。

當前，光環境設計標準依然停留在以黑板為主的教學方式上，在國家提出“碳中和”節能減排戰略的背景之下，在要求關注青少年健康成長的“健康中國”的需求之下，文章基于主觀評價和客觀實測方法研究了高校多媒體教室的光環境，分析了多媒體教室自然光環境存在的問題，為多媒體教室采光設計與標準制定提供依據。

1 多媒體教室光環境研究方案

1.1 研究對象

沈陽建筑大學位于遼寧省沈陽市渾南區，屬于Ⅲ類光氣候區，教學樓群層數均為5層，為網格形布局，圍合形成若干庭院。通過對沈陽建筑大學所有多媒體教室的走訪調研，根據尺寸大小和開窗情況將多媒體教室歸納為5個類型：小型單側開窗教室、中型單側開窗教室、大型單側開窗教室、大型雙側開窗教室、超大型單側開窗教室。其中，大型雙側開窗多媒體教室使用頻率最高，使用人群最廣，故選取該類型教室甲2501為研究對象，甲2501教室的平面圖如圖1所示。

圖1 甲2501教室平面圖

1.2 光環境實測調查

兩次測試的時間分別為2021年6月1日15：30（夏季）和2021年11月26日15：30（冬季），測量儀器為OHSP-350BF光譜照度計。在打開所有窗簾、打開投影儀、關閉所有燈具的自然采光狀態下，測量該教室課桌面照度。測點布置采用中心布點法[5]，取每張課桌面中心點；測量高度為桌面高度。

1.3 光環境主觀評價調查

在實測數據的同時，向正在使用該教室的大學生發放問卷，調查使用者對該多媒體教室光環境的滿意度與舒適度，以調研教室的光環境問題與現狀，確定使人感到滿意與舒適的光環境條件。問卷填寫時間約45 min，問卷內容主要包括學生年齡、座位位置、視力情況等基本信息，以及對教室光環境的整體評價、對桌面光環境的滿意度、光環境問題對課堂學習的影響程度、對多媒體教室光環境的改進期望等。

2 實測數據與結果分析

2.1 采光系數與采光均勻度

通過測量同一時間、同一地點的室內外由天空漫射光產生的照度平均值，得到該多媒體教室在夏季與冬季的采光系數分別為5.816%、7.364%，采光均勻度分別為0.312、0.249，如表1所示。沈陽屬于Ⅲ類光氣候區，在光氣候系數為1.0的條件下，滿足現行《建筑采光設計標準》（GB 50033—2013）[6]所規定的“教育建筑的普通教室的采光不應低于采光等級Ⅲ級的采光標準值，側面采光的采光系數不應低于3.0%”的要求。整體上，該教室在兩個季節的采光系數較大，但采光均勻度較差。

對比夏季與冬季的測量數據與實地觀察數據，發現雖然冬季太陽輻射強度較小，但由于太陽高度角較小，更多的太陽直射光進入室內，導致其采光系數更高，整體采光效果更好，但照度均勻度比較差。

2.2 桌面照度

2.2.1 夏季桌面照度

根據表1，夏季桌面照度平均值為569 lx，滿足《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）[7]中照度平均值不小于300 lx的規定。桌面照度實測結果如圖2所示。以圖2（a）為例，可以看出，在夏季，有20%的桌面照度低于上述標準中規定的照度標準值，最低值僅178 lx，無法滿足正常閱讀、書寫的視覺要求。不滿足300 lx照度標準值的桌面位置主要分布于前排與后排的中間區域，尤其是前排區域的未達標桌面數量達到45%。

表1 教室采光與桌面照度實測數據

圖2 桌面照度實測結果（單位：lx）

在夏季，教室桌面照度均勻度為0.313，遠低于標準規定的0.6，桌面照度均勻度較差。為了更加直觀、清晰地表示照度分布情況，制作桌面平均照度實測數據的色階圖，如圖3所示。根據標準中的照度標準值分級要求，將其分為200 lx以下、200～300 lx、300～500 lx、500～750 lx、750～1 000 lx、1 000～1 500 lx、1 500～2 000 lx、2 000 lx以上八個色階等級。由于該教室為雙側采光，靠近兩側窗口的桌面照度普遍較高，向中間區域照度逐漸減小，自兩側向中間桌面照度的下降趨勢明顯，照度差達到2 200 lx，照度差別比值近1/14。下午受到太陽直射的西南側區域，最高照度值達到2 460 lx，光照刺眼，會引起視覺不適，且嚴重影響學生的正常閱讀書寫，需要采取一定的遮陽措施以降低靠窗區域照度。

圖3 夏季桌面照度色階圖

為了更好地了解各區域照度的分布情況，對教室桌面進行分區，1～4排為前排、5～8排為中排、9～11排為后排；以座位間過道為界，1～5列為西南區、6～15列為中間區、16～20列為東北區。九個區域的桌面照度統計結果如表2所示。根據表2，夏季整體上西南側靠窗的三個區的平均照度最高，其次是東北側靠窗區域，中間三區的平均照度最低，僅為323 lx，勉強達到標準要求。從前后排來看，前排由于前部墻體遮擋，平均照度相對較低，前排中間區是整個教室中采光條件最差的區域，照度平均值僅252 lx，有90%的位置低于照度標準值。中排西南區由于靠窗且部分桌面受到太陽直射，整體照度較大，但因為窗間柱影響，照度均勻度低于0.6，不滿足標準要求。前排西南區雖然平均照度適宜，但其照度最不均勻，照度均勻度僅為0.425，照度最大值與最小值相差超過2 000 lx。這主要是由于該區前部有側墻遮擋，后部又受到側窗光線直射。應采取相應的措施，在保證黑板與多媒體的清晰度的同時，提高前區照度均勻度。

表2 分區桌面照度與均勻度

2.2.2 冬季桌面照度

從表1、圖2（b）中冬季桌面照度實測結果可以看出，該多媒體教室在冬季整體桌面照度平均值為686 lx，符合標準規定。由于冬季的太陽高度角較小，進入室內的光通量增加，故冬季平均照度整體高于同一地點的夏季平均照度。在冬季晴天下午自然采光場景下，有24%的桌面照度低于《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）中的300 lx的照度標準值，最低值僅為171 lx，相較夏季不符合標準的桌面數量更多。這些桌面主要分布于前排的中間與中前排靠東北側區域，少量位于中后排偏右側，相比夏季不符合標準的區域整體向教室東北側移動。

在該場景下，教室桌面照度均勻度僅為0.249，遠低于標準中不小于0.6的規定，照度均勻度比夏季同場景更差。冬季桌面照度色階圖如圖4所示，由于下午太陽位于南偏西，且太陽高度較低，因此照度較大的高亮區域沿西側太陽入射方向分布，西南側靠窗的照度普遍較高，向北側前區照度逐漸減小。尤其是教室后排最靠西南側窗口位置，強烈的陽光直射使得桌面照度達3 000 lx以上，產生極為不舒適的光環境感受。照度差別比值達1/17，超過2 000 lx的位置占3%，超過1 000 lx的位置達25%，與照度低于300 lx的桌面數量相當。相比夏季，高照度桌面集中于兩側靠窗區域，部分高照度桌面出現在中間區域，并且與低照度桌面相鄰。如坐標（15，6）的桌面照度為1 456 lx，而鄰近坐標（15，5）的桌面照度僅為273 lx，相鄰工作面照度差近1 200 lx，產生嚴重的照度不均情況，易導致學生視覺疲勞與視力損傷。同時，從圖4中還能看到窗間柱對室內自然采光的顯著影響。在有窗間柱遮擋的區域，照度明顯下降，平均照度在420 lx左右，而與其相鄰的無遮擋區域，平均照度超過1 000 lx，形成極大的照度差，不利于視覺工作。

圖4 冬季桌面照度色階圖

從表2中冬季教室不同區域的桌面照度統計結果可以看出，各區的平均照度都達到300 lx的標準值，但各區差異較大，整體仍是靠窗區域平均照度最高，西南靠窗明顯高于東北側。從前后排來看，冬季和夏季一樣，前排平均照度相對中后排較低，但整體采光條件最差的區域由前排中間區變為前排東北區，平均照度為320 lx。此外，前排東北區由于遠離直射陽光，其照度均勻度高于標準規定的0.6，滿足要求，其他各區均勻度均在0.38～0.5，均不滿足要求。其中，后排東北區照度最不均，均勻度僅為0.310，1 000 lx以上與500 lx以下的桌面各占比47%，照度差距懸殊，均勻度很差。

總體上，冬季桌面照度均勻性更差，分布更不均，應考慮改進其空間布局，以減少窗間柱對桌面照度與均勻性的影響。

2.3 實測結果總結

結合兩次照度實測結果可知，在自然采光條件下，該多媒體教室室內整體桌面平均照度符合國家標準，但其照度均勻度較差。無論是夏季還是冬季，西南靠窗側的高亮桌面和靠北前排的照度不足桌面均占比較大。尤其是冬季，靠窗位置受到陽光直射，光照強烈，而靠北桌面照度不足，照度不均現象嚴重。

3 主觀評價調查結果與分析

調查問卷共發放240份，回收有效問卷216份（夏季94份，冬季122份），問卷有效率為90%。根據統計數據，在調查對象中有近視、散光及弱視等視力問題的大學生占比高達83%。

為便于數據統計與分析，以得到光環境滿意度與舒適度評價，將問題選項分為5個評價等級：1代表不滿意（不舒適），2代表不太滿意（不太舒適），3代表一般，4代表較滿意（較舒適），5代表滿意（舒適），并自定義4、5兩級為視覺滿意（舒適）[8]。

3.1 整體光環境滿意度與采光評價

教室整體光環境滿意度如圖5、圖6所示。在教室總體光環境滿意度評價中，有1.4%的人對整體光環境不滿意，6.9%的人不太滿意，47.7%的人認為一般，38.0%的人較滿意，6.0%的人滿意。感到視覺滿意的占比44.0%，冬季整體視覺滿意占比略高于夏季，學生對該教室在自然采光場景下的整體滿意度不高。

圖5 教室整體光環境滿意度

圖6 教室整體光環境視覺滿意占比統計結果

對教室整體采光明暗程度的評價結果如圖7所示。在關閉人工照明僅靠自然采光的教室明暗程度評價中，感覺暗與較暗的人分別占比1.85%、18.98%，感覺亮與較亮的人分別占比18.06%、4.63%，還有56.48%的人感覺明暗合適，可見近一半調查對象認為教室采光明暗程度可以改進。對比冬季與夏季，可以看到冬季認為明暗合適的人數占比高于夏季，夏季感受光照偏亮的人數占比高于冬季。

圖7 教室整體采光明暗程度評價結果

3.2 桌面光環境滿意度

教室桌面光環境滿意度如圖8所示。從圖8可以看出，有2.31%的人對桌面光環境不滿意，8.80%的人感覺不太滿意，42.59%的人認為一般，37.50%的人較滿意，8.80%的人表示滿意。因此，認為桌面視覺滿意的占比為46.30%，冬季與夏季的桌面滿意度差距不大。只有不到半數的人對該教室的桌面光環境表示滿意，說明桌面光照環境存在一定的問題。

圖8 教室桌面光環境滿意度

在課堂上，學生需要經常在桌面、多媒體屏幕與黑板間進行視線變換。對桌面與多媒體屏幕光照亮度明暗變化的評價結果如圖9所示。從圖9可以看出，超過50%的人認為一般，19%的人認為明暗變化過大，對觀看屏幕有輕微影響，夏季與冬季的主觀評價結果差距不大。對桌面與黑板光照亮度明暗變化的評價結果如圖10所示。與多媒體情況接近，有超過半數的人認為一般，在夏季認為變化不明顯的人數占比明顯高于冬季。

圖9 桌面與多媒體屏幕的光照亮度明暗變化評價結果

圖10 桌面與黑板的光照亮度明暗變化評價結果

3.3 主觀評價調查結果總結

雖然學校已經加強了對大學生的視力問題與多媒體教室的天然采光情況的重視程度，但是這次主觀評價調查所反饋的滿意度結果不盡如人意。學生對教室整體滿意度偏低，桌面滿意度略高，但仍不足50%。可見，教室光環境對學生的課堂視覺體驗與課堂效率影響很大，存在的問題亟待改善。

4 實測與主觀評價結果的綜合分析

實測的客觀數據需要服務于人的主觀感受，以提高光環境的滿意度與舒適度。教室實測采光系數均符合國家標準，但采光均勻度較差，而且根據主觀評價結果，學生對光環境整體滿意度較低，對整體明暗情況的評價較差。因此，可以認為自然采光的均勻度存在較大問題，會對學生的光環境感受產生較大影響。

學生在選擇課堂座位時受到很多因素影響，如自然采光情況、黑板與多媒體視看清晰度、聲音清晰度、燈具照明情況、個人原因等，而根據問卷結果，大多數學生會根據自然采光情況選擇座位。學生偏向于選擇照度較高、采光充足的位置，選擇西南側區域的人數多于選擇東北側的。將桌面實測照度值與桌面主觀滿意度評價結果進行對比可以發現，在夏季，有25%的學生認為300 lx以下的桌面照度比較合適，22.73%的學生認為300～500 lx的桌面照度比較合適，認為500～750 lx比較合適的占比20.45%，認為750～1 000 lx與1 000 lx以上比較合適的占比15.91%。可以看到，多數學生認為300～750 lx的中等照度比較合適。與夏季相比，在冬季認為750 lx以上的照度比較合適的學生占比明顯增加，有24%的學生認為750～1 000 lx的桌面照度比較合適，32%的學生認為大于1 000 lx的桌面照度比較合適。在冬季，讓學生感到滿意的桌面照度整體偏高，可見在一般情況下令人感到滿意的桌面照度值大于《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）中規定的300 lx，而冬季要求更高。因此，在進行教室的采光設計時，除了滿足標準的基本要求，應根據人的主觀感受適當提高桌面照度值，以提高人的視覺舒適度。

5 結束語

綜上所述，由于多媒體教室有別于傳統教室的光環境特殊性，僅滿足其各部分的照度與均勻度要求無法實現較高的視覺環境滿意度，需要合理地處理、協調桌面、黑板與投影屏幕三者之間的關系，通過對天然光的有效控制來達到光環境的平衡。為維護學生的視覺健康，提供良好的學習環境，應重視多媒體教室的采光設計，合理控制桌面的照度與分布，改進與完善相關標準，以構建舒適、健康、高效的教學光環境。