南京市学校教室天然采光初步研究之问卷调查

吴 蔚，曹庆艳

(南京大学建筑与城市规划学院，江苏 南京 210093)

引言

彼得·博斯(Peter Boyce)在他的《光环境中的人为因素》(Human factors in Lighting)一书中就提到:采光照明不仅仅意味着可视，它还赋予了室内环境一个特定印象，并且还影响着人们的行为(Lighting can do more than just make things visible. It can impart a particular impression to an interior and influence people’s behaviour)[1]。天然光作为长期惟一的光源，在人类进化、生产、生活过程中，对其生理和心理上的影响是不可忽视的[2-3]。因此在以天然光为主要光源的学校中，如果仅仅研究教室光环境中的照度值高低，而忽视学生对天然光的主观感觉，显然是不够深入全面的[4]。

国际能源协会(International Energy Agency)在其第21个工作目标“建筑与社区中的节能(Task 21：Energy Conservation in Building and Community Systems)”在汇总多个专家的意见后，建议使用“使用后评估技术(Post-Occupancy Evaluation techniques)”来研究天然光环境，国际上一般以POE简称该评估体系。POE评估包括“量化评估”和“质化评估”两方面，量化评估就是通过传统的实地测量，利用数据客观分析室内光环境。而‘质化研究’更为复杂一些，借鉴了很多社会学、心理学的研究方法，包括研究人员的实地走访和观察、对使用者的访谈以及问卷调查三个部分。POE评估体系因要求评估应在建筑物使用后开展，强调主要关注点不是建筑物，而是建筑物的使用者，故被称之为“使用后评估技术”。国外研究人员很早就开始利用POE技术研究室内光环境[5-6]。近十几年来，我国研究人员也开始尝试利用该评估体系分析光环境[7]，而苏州科技学院陈亢利等在研究苏州中学光环境时，就在物理测量的同时进行了问卷调查[8]。

本次初步研究也是利用POE技术尝试全面评估我国学校的天然光环境。本文仅介绍对2所江苏省南京市中学的300个学生所进行的问卷调查研究，量化研究详见笔者已发表论文“南京市学校教室天然采光初步研究之实地测量”[9]。笔者希望本次问卷调查可以初步了解我国学校学生对他们教室光环境的满意程度和诉求，并为我国学校天然采光研究、以及采光设计标准的修订和完善起到一定的推动作用。

1 问卷设计及调查方法

利用问卷调查来研究光环境的关键就是问卷设计。博伊斯(Boyce)曾就如何设计光环境问卷调查做了专门的讨论，他建议使用标准化的室内光环境问卷[10]，但一些学者认为天然光环境情况复杂，标准化问卷并不定适用[11]。因为影响学校天然光环境的因素很多，根据既往研究，主要直接影响因素可以概括为：采光口和所视景观、采光量、可见度、亮度、眩光和直接阳光[12-14]。次要直接因素有：教室内的人工辅助照明情况、个人因素如个人视觉健康程度、年龄、性别等。此外，地理、气候等的大环境因素、以及教室室内热、声小的环境因素，也都会影响人对光环境主观感受。理想状态下，问卷设计需要考虑到上述所有因素，但由于现实情况的限制较难实现，需要根据研究对象和目标因地制宜。

本次问卷的设计主要是以笔者以前为中国香港地区某中学天然光环境研究所开展的问卷调查为基础[15]，并根据中国大陆学校的特殊情况，对问卷进行了较大的简化。如“所视景观质量(View Quality)”本应当是天然采光问卷中较为重要的问题，但实地走访和调查显示出两所被调查学校都在室外景观上较为同质，具有一般中国城市中学的特色，因此取消了该类问题。

问卷仅为2页共24个问题，4个开放式问题、2个双向选项、15个五个回应等级的李克特选项，3个位置选项问题(见表1)。问卷分为三大部分：第一部分是询问学生的个人状况如性别、年龄、是否近视等。第二和第三部分主要询问学校教室的两个主要工作面的采光质量：垂直工作面“黑板”和水平工作面“学生课桌”。在第二、三部分的问题集中在四个大方向：(1)采光量是否足够；(2)可见度；(3)眩光；(4)满意度。此外，问卷也询问了有人工照明时的情况。

本次调研的学校是南京梅园中学和南京师范大学附属中学新城初中(后简称新城中学)两所中学。梅园中学包括初中部和高中部，梅园高中教学楼为单内廊双面教室，即单侧采光教室。梅园初中教学楼为我国较具代表性的南廊北教室布局，双侧采光，其中一楼梯在教学楼南侧，对对面教室有一定遮挡。梅园高中和初中都是20世纪90年代建设的，为正南北朝向，两个教学楼采光状况良好，前后都无高层建筑或树木等高大遮挡物。新城初中教学楼为2005年新建，也为南廊北教室布局，双侧采光，由于基地关系，教学楼为南偏西45°。教学楼一层架空，教室主要集中在二三四层，场地采光状况良好。有关这两所学校的具体介绍详见笔者另一文[9]。

发放问卷的对象主要针对有进行光学测量教室的学生群体，或与被测教室光学特性较相似的教室学生，学生样本为简单随机抽取。本次问卷共发放问卷600份，收回问卷323份，有效问卷320份。其中梅园中学高中部发放80份，初中部发放220份，新城初中发放300份。为保证问卷调查的有效性，笔者在为学生做问卷时，记录学生回答问卷时的时间、天气状况、风扇开启与否、电灯开启与否、室内的温度与湿度。并在有条件的情况下，测量现场的照度水平，以作学生问卷分析的参考。

表1 问卷调查问题汇总Table 1 Summary of Questions in the Questionnaire Survey

2 调查结果与分析

由于问卷调查的三座教学楼在朝向、面积、布局各不相同，需对三个学校的调查问卷进行横向比较，以了解三种教学楼建筑在采光方面有何异同。此外，由于文章篇幅问题，本文仅就较为重要的问题进行讨论。

首先是关于黑板采光量问题，首先询问当仅有天然光，黑板上采光量是否足够？其次是在有人工照明的情况下，黑板上采光量是否足够？上述两个问题的五个回应等级的李克特选项：(1)很足够；(2)足够；(3)适中；(4)不够；(5)完全不够。

黑板采光量调查详见图1。尽管实地测量表明大部分黑板没有满足我国现行的学校采光照明规范，但出乎意料的是，在三所被调查的学校里，都有超过半数的被调查学生认为黑板上的天然光是足够的。反映最差的是梅园高中，有18%表示被调查学生反映黑板上的天然采光不够。问卷结果与笔者对教室内光环境的实测与调研结果是相符合的，梅园高中为单侧采光，照度均匀度较低，近内走廊的一侧光照度很低，全阴天时黑板平均照度仅为150lx左右。

人工照明对梅园高中和新城初中的改善较大。有人工辅助照明后，有59%梅园高中学生表示足够了，比仅有天然采光的黑板采光量增加了24%。而新城初中则增加了29%，即有80%的学生认为黑板上的采光足够了。梅园初中则完全没有改善。在实地走访中，梅园初中的人工照明设施是三个学校中最差的。

对于黑板眩光调查，也是分别询问仅在天然采光情况和有人工辅助照明两种情况下。上述两个问题的五个回应等级的李克特选项分别为：(1)严重反光；(2)较严重反光；(3)有反光；(4)较小反光；(5)完全无反光。

图2为黑板眩光调查结果。从图2可以看出学生对黑板眩光问题反映较大，这与研究小组实地走访结果相符。在完全是天然采光的情况下，三所学校平均有70%的学生反映黑板有反光问题，其中67%学生认为黑板眩光已经妨碍了他们的阅读。在3所中学中，以单侧采光的梅园高中问题最为严重，82%学生表示黑板有反光问题。双侧采光的教室在黑板眩光问题上略为改善。但值得注意的是，采光口较大的新城初中则有71%的学生认为黑板有反光，而采光口较小的新城初中仅有57%学生反映黑板有眩光。很多既往研究都显示出过大的采光口往往是造成黑板眩光的主要原因之一。

图1 黑板采光量调查Fig.1 Ratings of lighting amount on the blackboards in the different schools (Percentage)

图2 黑板眩光调查Fig.2 Ratings of glare on the blackboards in the different schools (Percentage)

本次问卷显示出人工照明对黑板眩光问题对改善不大，总体只提高了3个百分点。而梅园初中的黑板人工照明甚至是加重了黑板眩光。当仅有天然采光时，57%梅园初中学生表示有反光，而有人工辅助照明时，则有67%反映黑板有反光。

教室水平面的采光照明调查中，由于绝大部分学生反映水平面的采光量都足够，因此，本文仅介绍比较说明问题的满意度调查。问卷调查分别询问在仅有天然采光情况和有人工辅助照明的两种情况，学生是否满意课桌上的采光照明。上述两个问题的五个回应等级的李克特选项为：(1)非常满意；(2)满意；(3)一般；(4)不满意；(5)非常不满意。

学生对教室水平面采光照明满意度调查结果见图3。在仅有天然采光的情况下，梅园高中的学生对课桌采光的满意度最低，仅有27%的学生满意其课桌采光。梅园高中因其单侧采光，室内照度分布极度不均，其满意度最低是可以理解。然而，三所学校中满意度最高并不是量化分析中表现最好的新城初中，其实地测量的室内课桌上的照度基本都在1000lx以上，平均照度均匀度都在0.67，但学生的满意度为49%，反而低于建于90年代的梅园初中的55%满意度，是一个值得商榷的现象。笔者认为引起新城初中满意度低于梅园初中主要有两个原因是：(1)新城初中采光口面积过大。新城初中的窗墙比为1∶2.6，远远大于梅园初中的1∶4，该中学的采光口面积是3所中学中最大。很多既往研究都提到，过大的采光口容易带来大面积高亮度的天空视域，容易造成室内照度不均、不舒适眩光等一系列问题[16]。笔者以前在香港学校所做的采光照明问卷调查中，也发现随着学校教室窗口面积增大，学生对室内采光的满意度反而降低[15]。(2)由于新城中学基地关系，属于非正南北向朝向的学校，即使采用传统的“南廊”设计，教室中也有直射阳光进入。大量的既往研究都表明教室中有直射阳光会造成很多问题，应尽量避免[6]。

图3 教室水平面(学生课桌)采光照明满意度调查Fig.3 Ratings of satisfaction on desks in the different schools (Percentage)

在采用人工照明后，学生对教室内光环境是否改善反映不一。对于梅园高中和新城初中，这两所学校学生都认为人工照明起到改善作用，尤其是梅园高中，提高率达了21%。新城初中也提高了15%。但如同黑板的人工辅助照明，梅园初中在加入人工照明后，学生的满意度反而降低了。笔者在走访教室时发现，梅园初中的照明设计和安装有一定问题。首先，灯管排列并不是安装采光照明规范所建议的其长轴垂直于黑板面布置。其次，横向排列的灯管分布不均。梅园初中仅安装3排共6盏日光灯，因为梁的关系，并非等距，前后两排各距墙1.5米左右，而中间一排日光灯距前后排日光灯约3米，这样排布造成水平面上照明不均匀，从而产生眩光。在询问室内水平面眩光问题时，55%的梅园初中学生反映电灯光的反光对他们有影响。梅园初中教室内室内鱼眼照明见文献[9]中图5。由此可见，不好的人工辅助照明，非但不能提高室内光环境，反而造成更坏的影响。

对于教室光环境(含人工照明)的整体满意评价中，新城初中满意度最高，54%被访学生表示满意和非常满意，而新城初中和新城高中的满意度分别为41%和35%。新城高中学生满意度低的主要原因是单侧采光所造成的照度分布极度不均，室内有眩光等一系列问题。而造成新城初中满意度较低的原因无疑是人工照明的设计和安装问题。

此外，在这次问卷调查中，笔者注意到我国学生近视问题不容忽视。问题最为严重的是新城初中，有57%的学生有近视，情况最好的则是梅园初中，仅有27%的学生有近视，而且大多为低度近视。总体而言，三所被访学校已平均有近半学生患有或高或低的近视，可见改善和提高学校教室采光照明问题刻不容缓。

3 分析与讨论

从本次问卷调查可以总结出以下几个主要问题：

(1)黑板眩光，有超过三分之二的被访学生反映黑板有眩光，并且黑板眩光影响到他们阅读。单侧采光的梅园高中问题最为严重，仅2%的学生认为黑板完全无眩光问题。

(2)教室内水平面照度值的高低与学生对室内课桌采光的满意度关联不大，如实测时，平均水平照度值最高的新城初中，并不是满意度最高的学校。然而，室内照度是否均匀确会影响学生对光环境满意度的评价。如单侧采光的梅园高中，尽管实测表明室内平均照度基本都达到规范要求，但由于室内水平照度不均，学生对室内采光的满意率仅到27%。

(3)这次问卷调查再次证实，过大的采光口会对教室采光的满意度有一定的负面影响。笔者注意到目前新建学校的窗口越开越大，很多建筑师误认为开窗越大采光越好，这实际是设计误区，过大的窗口不仅会造成室内照度分布不均、眩光等问题，更会产生如夏季过热、冬季过冷、噪声等一系列建筑节能和环境问题。

由此可见，双侧采光的教学楼、适当大小的采光口、避免直射阳光，是创造良好教室天然采光的基本要求。然而，我国建筑设计人员和国家规划部门实际采用的《中小学校设计规范》GB 50099—2011，或者我国《建筑采光设计标准》GB 50033—2013都没有一条强制性条款可以对应上述基本要求。

(4)本次问卷调查发现不好的人工辅助照明，非但不能提高室内光环境的质量，反而会降低教室内的采光照明质量，其中最明显的例子就是梅园初中。在有人工照明时，学生对黑板照明、课桌照明、教室整体满意度都有所下降。因此，有必要加强规范中小学教室人工照明的设计和施工，并建立一套严格的监管制度。

总体而言，本次学校天然采光的初步研究揭示出我国学校教室的采光照明还存在着相当多的问题。这次初步研究也再次证明天然采光的研究，需要从量化和质化研究两个方面进行，缺一不可。然而笔者在开展这次实地调研中，深刻体会到在我国中、小学校开展一个较全面的采光照明研究非常不易，如我国中小学目前都非常注重安全问题，加之我国学生课业繁重等，学校一般不愿意研究人员走访、观察或过多的打扰学生。因此，笔者在此呼吁我国政府有关部门、教育工作者能够重视学校的采光照明问题，积极改善教室的光环境，为学生提供一个良好的学习环境。

[1] Peter Robert Boyce. Human Factors in Lighting[M]. New York: Taylor & Francis, 2003.

[2] Kuller R，Lindsten C. Health and behaviour of children in classroom with and without windows[J]. Journal of Environmental Psychology,1992, 12：305-317.

[3] Heschong L, Wright L R, Okura S. Daylighting impacts on human performance in school[J]. Journal of the Illuminating Engineering Society, 2002, 31(2)：101-114.

[4] 吴蔚.西方学校天然采光设计的发展状况[J].照明工程学报，2005, 16(2)：35-43.

[5] COLLINS B L, FISHER W, GILLETTE G, et al. Second-level Post-occupancy Evaluation Analysis[J]. Journal of the Illuminating Engineering Society, 1990, 19(2)：21-44.

[6] SANDERS P A, COLLINS B L, Post-occupancy Evaluation of the Forretal Building[J]. Journal of the Illuminating Engineering Society, 1996, 25(2)：89-103.

[7] 朱霭敏,李德富,朱云. 北京市凹槽式住宅天然光环境调查评[J]. 照明工程学报, 2000, 11(4)：49-52.

[8] 陈亢利,唐瑶. 苏州中学教室内部光环境质量调查与评价[J]. 苏州科技学院学报(自然科学版), 2009, 26(2)：67-70.

[9] 吴蔚,曹庆艳.南京市学校教室天然采光初步研究之实地测量[J].照明工程学报，2014，25(1)：40-46.

[10] Eklund N H, Boyce P R. The development of a Reliable, Valid, and simple office lighting survey[J]. Journal of the Illuminating Engineering Society, 1996,25(2):25-35.

[11] Love J A. Determination of the Daylighting factor under Real Overcast Skies[J].Journal of the Illuminating Engineering Society, 1993, 22(2):176-182.

[12] Baker N, Fanchiotti A, Steemers K. Daylighting in Architecture: a European Reference Book[M]. London: James & James (Sinence Publishers) Ltd, 1993.

[13] Ander Gregg D. Daylighting Performance and Design[M]. New York: Van Nostrand Reinhold, 1995.

[14] Tregenza P, Wilson M. Daylighting: Architecture and Lighting Design. New York: Routledge, 2011.

[15] Wu Wei, Edward Ng. Towards an Understanding of Daylighting Quality for School Buildings. PLEA 2003-The 20th Conference on Passive and Low Energy Architecture, Santiago-CHILE, 2003.

[16] 陈壬贤, 彭伦焕, 严奕,等.农村地区教室光环境现状调查研究[J].照明工程学报, 2007, 18(2)：28-32.