大学教室照明现状分析与优化——以重庆大学第二综合楼教室为例

汪统岳，杨春宇，杨通途，胡 皓

（1.重庆大学建筑城规学院，重庆，400045；2.重庆聚华科技发展有限公司，重庆400045）

大学教室照明现状分析与优化
——以重庆大学第二综合楼教室为例

汪统岳1，杨春宇1，杨通途2，胡 皓1

（1.重庆大学建筑城规学院，重庆，400045；2.重庆聚华科技发展有限公司，重庆400045）

文章在调研大学教室照明状况的基础上，通过改变灯具布置方式和增补灯具的手段，提出了教室照明五种优化方案，并借助DIAlux evo照明设计软件进行模拟，分析比较各种方案优化效果的优劣，最终使教室平均照度显著提高，照度均匀度满足国家标准最低要求，极大地改善了教室照明质量，对教室照明设计具有一定的指导意义。

教室照明；平均照度；照度均匀度；照明软件

0 引 言

教室是学生活动的重要场所，对于大学生而言，大部分学习时间是在教室的人工光环境里度过的，所以教室的照明质量至关重要。如果教室的照明环境不好，照度均匀度达不到要求，则学生为适应不均匀的照明环境，视觉器官过度频繁调节，眼部肌肉过分紧张，容易造成视觉疲劳，长期在这种劣质照明环境中，不仅会使学生产生不适感，对学生的视力也将带来不利的影响。为此，文章主要从平均照度和照度均匀度两个方面对大学教室的照明现状进行了实地调研分析，并提出了优化方案。

图1 阶梯教室418照明现状照片

1 教室照明环境现状的测量与评价

1.1 教室照明环境现状

为使测量结果具有代表性，本次实验选取了重庆大学第二综合楼的418阶梯教室（图1）和313普通教室（图2）这两个典型教室进行照度测量，第二综合楼于2014年完成装修改造，教室内部材料维护较好，照明手法现代，可作为新型大学教室的代表。

图2 普通教室313照明现状照片

总体而言，装修后的二综教室照明环境有了很大的改善，照度普遍提高，感觉更明亮，夜间光环境更加舒适。所有教室学习区域均采用格栅灯盘，内装36 W的T8荧光灯，灯管长轴平行于黑板方向布置，阴影干扰比较小。黑板上方均设有暗藏灯槽，内装36W的T8荧光灯，既满足照度均匀度要求，又避免了眩光。教室整体环境维护良好，但也存在一定的问题，调研时发现部分教室的某些灯具损坏，亟待维修（表1）。

表1 教室照明环境现状

1.2 教室照明测量方法

实验测量使用XYI－Ⅲ全数字照度计、SYD－m60红外测距仪、卷尺、数码相机等工具，22点教室完全采用人工照明时进行测量，根据照明测量方法（GB/T5700—2008）的规定：针对气体放电灯类的光源照度，测量前保证点亮至少40 min，学校建筑课桌面水平照度测量时按照均匀布点的方法确定测点位置，采样点间距不大于2 m，以保证测量数据的质量。

教室照度测量点的选择一般是在距地面0.8 m高度的工作面上，将教室内部平面空间划分为边长1～2 m的矩形，在每个矩形的中心处选取测量点，最后取算术平均值作为整个空间的照度平均值，本次测量取课桌面高度0.75 m作为工作面。

实验测量采样的数目越多，最终的平均值跟实际值的误差越小。但过多采样既不切实际也没有必要。根据表2中室形指数RI与采样点数的关系，来确定最少的采样点数。如果灯具的个数与表2中的采样点数正好相同，则应增加采样点数。

表2 室形指数与采样点数的选择

其中，室形指数RI＝（l×w）/［h（l＋w）］，l为室内长度，w为室内宽度，h为光源至工作面的高度。

1.3 教室照明测量结果

根据测量数据绘制出教室平面布置图（图3a，图4a）和天棚平面图（图3b，图4b）。测得418阶梯教室的基本参数：长度l＝15 900 mm，宽度w＝12 100 mm，光源至工作面的高度h＝2 697 mm。代入公式求得室形指数RI＝2.6，根据表2测量采样点至少为16个。结合教室的平面形式，照明测点的网格间距取2 000 mm，共测量35个采样点，比较全面地反映了教室照度的分布情况。

图3a 418阶梯教室平面布置图

图3b 阶梯教室天棚平面图

图3c 阶梯教室测量点位图

图4a 313普通教室平面布置图

图4b 普通教室天棚平面图

图4c 普通教室测量点位图

同理，313普通教室的长度l＝9 100 mm，宽度w＝9 600 mm，光源至工作面的高度h＝2 354 mm，代入公式求得室形指数RI＝2.0，根据表2测量采样点至少为16个。但教室的灯具个数正好为16，所以照明测点的网格间距取2 000 mm，共测量25个采样点，具体分布情况见教室照明采样点分布图（图3c，图4c）。

表3 教室418照明基本数据

1.4 教室照明现状评价

根据测量所得数据（见表3）发现，第二综合楼的教室照明现状良好，照度基本符合规范要求，但照度均匀度还不够。418阶梯教室课桌面的平均照度达到了549.1 lx，远超过GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中最低水平照度300 lx的规定，且满足眼睛不疲劳的最低照度500 lx的要求。然而313普通教室课桌面的平均照度仅为294.4 lx，并未满足标准的最低要求。418阶梯教室除了①号工作面外，其余工作面均符合规范中课桌面照度均匀度不低于0.7的要求，①号工作面考虑到黑板灯和出入口的影响，且大部分地方为过道不属于学习区域，对舒适度的影响不大。但是313普通教室的照度均匀度只有0.47，远低于规范的最低要求，照明质量非常不理想，灯具的布置方式和维护状况也较差（部分损坏）。阶梯教室在教育建筑中毕竟仅占少数，更多的是类似于313普通教室的空间形式，如何改善普通教室的照明状况更值得关注。

2 运用DIAlux evo软件对教室照明现状的分析与优化

由于普通教室的平均照度尤其是照度均匀度未达到规范要求，本文利用DIAlux evo软件模拟普通教室的照明状况，通过改变灯具布置形式和更换灯具种类，提出了五种优化方案，并对各方案的利弊进行了对比。

2.1 模型与工作面

以第二综合楼313普通教室为原型进行建模，教室长宽高分别为9 100 mm，9 600 mm，3 200 mm，课桌高度750 mm，选定为工作面。白色乳胶漆墙面反射比为50%，米黄色自流平塑料涂布地面反射比为20%，轻钢龙骨硅钙板天棚反射比为30%。共有课桌41张，双管格栅式荧光灯盘16个，黑板上方暗藏灯槽内线条灯7盏，均采用三雄极光荧光灯T8 36 W/764。教室灯具采用均匀等间距排列的方式，4行4列共16个格栅灯盆，横向间距1 800 mm，纵向间距1 200 mm，灯盆尺寸为1 200×300mm，灯具高度3 200 mm。选用三雄极光嵌入式格栅灯具PAK160811。

PAK－B01－236－MI，灯具为2×36 W/T8真亮彩荧光灯管（图5），将灯具导入模型中，利用DIAlux evo软件进行照度计算，模拟出教室照明效果（图6，图7），并得出学习区域工作面上的计算结果（表4）和等照度图（图8）。

图5 选用荧光灯的技术参数

2.2 模拟现状结果分析

DIAlux软件模拟所得的教室学习区域工作面平均照度为348 lx，与实际测量求出的294.4 lx有所差距，模拟算出的照明均匀度为0.52与测得的0.47略有偏差，考虑到实际使用过程中教室的整洁程度、课桌的污损状况和灯具的维护情况，误差在可接受的范围内。

图6 普通教室照明模拟效果图

图7 普通教室照明优化效果图

2.3 教室照明优化方案

针对普通教室照明中照度偏低、照度均匀度不够的现状，通过改变灯具布置方向和布局形式，提高光源数量或功率等方式来改善照明质量。方案一通过改变灯具的布置方向，将荧光灯盘由平行于黑板方向改为垂直于黑板布置（图8b）；方案二通过改变灯具的布局形式，将荧光灯格栅灯盆平行于过道布置在其上方，希望取得更好的照度均匀度（图8c）；方案三在方案二的基础上把双管式格栅灯改为三管式格栅灯，希望提高整体的照度（图8d）；方案四在方案一的基础上把双管式格栅灯改为三管式格栅灯，希望进一步提高整体的照度（图8e）；方案五在方案四的基础上将荧光灯盘由平行于黑板布置改为垂直于黑板方向布置，希望取得更好的照度均匀度（图8f）。

图8a 工作面等照度图模拟

图8b 工作面等照度图优化一

图8c 工作面等照度图优化二

图8d 工作面等照度图优化三

图8e 工作面等照度图优化四

图8f 工作面等照度图优化五

表4 学习区域计算面水平照度计算结果（单位：lx）

2.4 优化方案结果对比分析

根据各方案学习区域工作面上的计算结果对比（见表4），方案一改变灯具的布置方向，除了让空间平均照度略有增长外，并没能提高教室的照度均匀度；方案二改变灯具的布局形式，确实取得了很好的照度均匀度，达到了国家标准0.7的要求，但是整体空间照度显著下降，远远不够工作面水平照度300 lx的要求；方案三在方案二的基础上把双管式格栅灯改为三管式格栅灯，确实提高了平均照度，但是照度均匀度的改善还不够，继续通过提高功率的手段来改善照度均匀度将会损耗更多的能源；方案四在方案一的基础上把双管式格栅灯改为三管式格栅灯，确实提高了空间的平均照度，同时也提高了照度均匀度，达到了标准的要求；方案五在方案四的基础上改变荧光灯盘的布置方向，整体平均照度略有提高，照度均匀度更加改善（图7b）；方案四、方案五均达到了优化的目的，但功率均有所提高。

3 小 结

新型的大学教室照明质量有所提高，所调研的阶梯教室照明环境普遍良好，普通教室照度偏低，照度均匀度不够，通过改变灯具布置方式和增补灯具的手段，提出了几种优化方案，并借助DIAlux evo照明设计软件进行计算，模拟教室照明优化效果，分析比较各种方案的优劣。研究得出，改变灯具的布置方式可以改善照度均匀度，但是平均照度会有所下降，只有通过增加灯具的数量或功率增大来提高整体照度，但同时能耗也会有所增加。因此，在教室照明设计中，应该考虑室内空间的形式和门窗位置，合理布置灯具，努力营造良好的照明环境。

［1］孔益平，赵云胜，刘磊.优化教室照明均匀度的模型构建与求解［J］.安全与环境工程，2012，19（2）：61～65

［2］姚远.教室照明设计的几个问题［J］.照明工程学报，2004，15（2）：59～61

［3］黄海静.大学教室照明现状及视觉环境主观评价分析［J］.灯与照明，2010，34（4）：22～26

［4］李运江，彭惠明，徐波.几种照度计算方法的比较及研究［J］.三峡大学学报，2003，25：30～32

［5］马丙戌.大学阶梯教室照度均匀度的分析与优化［J］.照明工程学报，2015，26（1）：69～74

Analysis and Optim ization for the Lighting Situation of University Classroom

WANG Tongyue1，YANG Chunyu1，YANG Tongtu2，HU Hao1
（1.College of Architecture and Urban Planning，Chongqing University；2.Chongqing Juhua Technology Co.，LTD，Chongqing 400045，P.R.China）

Basing on the research about the lighting situation of university classroom，it’s found that the lighting quality of steps classroom is good，while the common classroom is low.Five kinds of optimization schemes are put forward by changing the arrangement of lamps and styles of lanterns.Through DIAlux evo lighting design software simulation，compare the advantages and disadvantages of each optimization program.Finally，two programs have significantly increased the average illuminance and the uniformity of illumination bothmeet the requirements of national standard minimum requirementof0.7，greatly improving the quality of classroom lighting and of great guiding significance for classroom lighting design.

lighting situation；average illumination；uniformity of illumination；lighting design software simulation

2015-12-10

国家自然科学基金资助项目（51478060）

汪统岳（1993－），男，重庆大学建筑城规学院硕士研究生，主要从事建筑技术科学（光学方向）研究。