大学教室照明的现状分析与优化——以辽宁科技大学教学楼教室为例

贾山山，肖 俊，张如意，孙 雪，庄金迅

(辽宁科技大学 建筑与设计学院，辽宁 鞍山 114051)

大学教室照明的现状分析与优化
——以辽宁科技大学教学楼教室为例

贾山山，肖 俊，张如意，孙 雪，庄金迅

(辽宁科技大学 建筑与设计学院，辽宁 鞍山 114051)

通过对辽宁科技大学教学楼教室照明情况的问卷调查以及实地测量，发现大学教室照明存在诸多问题。经分析，改变教室灯具型号、灯的控制方式等方法不仅可以改善教室照明情况，而且还能节约能源。在此基础上进一步研究，并对原有黑板灯上适当改造，以解决现今黑板灯存在的照度不均等问题。

教室照明；节能；健康；黑板灯

教室照明的目的就是创造良好的环境，为学校教育的视觉工作提供保障，满足学生和教师的视觉作业要求，保护视力，提高教学效率。然而，大多数高等院校还没有意识到教室照明方面存在的诸如教室照度不足、照明效率较低、能源浪费严重等问题。基于现存问题，小组成员对其调研并分析，寻求合理、高效、简单的方法，以解决这些问题，并提出一种新型黑板灯，解决黑板灯照度不均且不足的问题。

1 大学教室照明环境现状调研及分析

1.1 教室照明环境现状

所有教室学习区域均采用吊式灯管，内装40 W的 T8 直管型日光灯和电子镇流器，光通量为1 670 lm。灯管长轴平行于黑板方向布置，与外窗垂直，学生在学习时，灯光从右侧打来，手会在桌面投下阴影，妨碍学习。另外，T8日光灯寿命短，大多数教室都有损坏灯具，且损坏的灯具闪烁情况严重，不利于教室照明。

灯具控制为手动和红外线感应2种方式。手动控制按行分组控制，控制方式如图1(a)，阴雨天时远离窗户的一侧课桌面照度不足，但只能打开教室全部灯管，浪费电能。红外线感应在运动量很小或处于静止状态时检测度很低，而实际上学生学习时一般都是静止坐在座位上，教室灯管因感应不到运动而自动关闭，造成不便。

图1 灯具控制方式

教室黑板灯的位置和角度布置非常随意，并且固定在教室顶棚上，不能随黑板的移动而调节灯光，黑板灯的大多灯光都照在黑板上方的墙上而不是在黑板上。另外，黑板灯也对教室多媒体幕布的使用造成干扰，黑板灯与多媒体不能同时使用，影响教学进度。

1.2 教室照明环境满意度调研

调研对象为辽宁科技大学一到四年级在校学生，随机发放问卷共200份，收回有效问卷145份，其中男生67份，女生78份。对大学教室照明情况的调查，包括明亮程度、光的明暗状况(照度均匀度)、光环境对学习效率的影响、灯具维护情况、自觉关灯与否、自控灯具现状、黑板灯使用情况、整体满意程度等8方面。调查结果统计如图2～图5所示。

图2 光环境对学习效率影响程度

图3 灯具维修情况

图4 自觉关灯与否

图5 对教室照明情况满意程度

由图2、图5可知，78%的学生认为教室灯光环境对学习效率有很大影响。但70%的学生认为此时教室灯光照度适中，而在实际测量中，测得的教室灯光照度只有100 lx多，距离国标300 lx相距甚远。由此可见，长时间待在照度偏低的光环境下会主动适应光照强度，在无意识的情况下过度使用眼睛，大家都没有意识到自己学习环境的灯光照度不足。而照度不足可引起犯困、眼疲劳现象，视力也受到了严重的影响。据统计，中国大学生近视率已达到91%。节约能源不能以牺牲学生的健康为代价，应在满足光照强度的前提下节约能源。

分析所有数据，结合教室照明现状发现，平均照度越高的教室，学生满意度也越高。但学生对教室眩光较不满意，对黑板板书的清晰满意度一般，这主要与教室的灯管裸露及黑板照度不足有关。此外，多数学生认为冬季或阴雨季节教室照明环境应更亮些，说明照明效果对学生心理感知的影响很重要。

2 大学教室光环境测量

2.1 教室照明测量对象

教室照度数据测量选取辽宁科技大学1号楼A103、A211、A307、A312和2号楼A213、A209、A207、C422教室，黑板灯照度数据测量选取辽宁科技大学1号楼A310、A407和2号楼A209教室。

2.2 教室照明测量方法

实验测量使用XYI—Ⅲ全数字照度计、卷尺、相机等工具，教室完全采用人工照明时进行测量，教室测量方法采用中心点法照度测量，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，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，将教室内部平面空间划分为边长1.5 m的矩形，在每个矩形的中心处选取测量点，以保证测量数据的质量，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0.70 m作为工作面。

教室内测点分布如图6所示。将教室划分为2 m×2 m的正方形网格，在与课桌面水平的网格中心点测量照度，同时记录教室面积、灯具型号和数量、灯具维修及损坏情况。黑板灯测量方法采用四点法照度测量，将黑板及黑板上方分为50 cm×50 cm的正方形方格，在方格的顶点测量黑板灯的照度，其中○为场内点，△为边线点，□为四角点，黑板上测点分布如图7所示。

图6 教室测点分布

图7 黑板上测点分布

2.3 教室照明测量结果

2.3.1 教室课桌面测量结果

为使测量结果具有代表性，教室课桌面照明情况取辽宁科技大学22号楼C422教室为测量对象。教室平均照度为137.74 lx，功率密度为6.842 W/m2。其灯具布置情况如图8，灯具数量为11组，其中有一组已坏，待维修。图9为教室等照度曲线，图10为教室课桌布置情况。

图8 灯具布置情况

图9 教室等照度曲线

图10 教室课桌布置情况

2.3.2 教室黑板灯测量结果

教室黑板照明选取1号楼A310教室。图11为黑板等照度曲线，图12为黑板尺寸和测量照度。计算得出黑板平均照度为67.8 lx。

图11 黑板等照度曲线

图12 黑板尺寸和测量照度

2.4 教室照明现状评价

测量所得数据显示，教室的平均照度只有130 lx左右，远低于《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)中最低水平照度300 lx的规定和满足眼睛不疲劳的最低照度500 lx的要求。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)。

此外，现在高等院校普遍使用的黑板灯固定在教室顶棚不能随黑板的上下移动而移动，黑板在上下移动时灯光打在黑板外侧，造成严重浪费。另外，黑板灯与投影仪同时使用时会产生干扰，从而不得不在使用多媒体时放弃黑板灯的使用，而且各种新型黑板灯的实际成本较高，应用不广泛。

3 提高大学教室照明效率的措施

3.1 灯具布置与课桌布置相结合

以斜照型配光代替蝙蝠翼配光，同时教室课桌分布方式由靠墙两边分布，中间为过道，改为全部桌子靠右布置。这样光的方向主要来自于人的左侧，与自然光方向一致，同时能克服写字时右手挡光的现象。另外，在白天自然光照下，若靠墙布置课桌，窗台的遮挡会使该列课桌的照度变差，课桌离左侧墙一段距离也正好改善这个状况。

3.2 更换节能灯具

严永红通过数据综合得出，教室照明的最佳光环境为色温4 000 K、照度750 lx左右，黑板区域色温宜为2 700 K。黄海静通过研究得出，教室照明要达到相同视觉功效，色温6 500 K的荧光灯需要产生的亮度最低，耗电量最少。为达到较好的光环境且节约能源，可采用色温6 500 K灯具。

节能灯具与传统灯具数据对比如表1。

表1 不同灯具的比较

节能灯具与传统灯具照度对比如表2。

表2 不同灯具的照度比较

在相同照度下，LED灯比传统T8日光灯节省60%能源，且LED灯的耐用性是传统T8日光灯的3.75倍以上。传统T8日光灯频闪噪音情况严重，寿命短且不可回收。若按每天开灯8 h计算，传统T8日光灯每支每年用电量为116.8 kW·h，而18 W T8 LED灯每支每年用电量为52.56 kW·h，每支LED灯每年节约64.24 kW·h电。在大学教室里，灯具使用数量非常多，由18 W T8 LED代替传统T8日光灯，不仅节能环保，每年还可以为学校节省很大一笔费用。

3.3 更换灯具控制方式

图1(a)为教室原来的灯具控制方式，黑板灯一个开关，与黑板平行方向灯具每行一组一个开关，这种控制方式浪费电能。在阴雨天气或傍晚时分，临近窗户一侧的照度足够，而远离窗户一侧照度不够，需要灯光补充时，全部教室的灯具都会被打开。图1(b)为改进后教室灯具的控制方式，当教室的灯具控制方式改为与窗户平行，垂直于黑板方向为一组控制以后，阴雨天气或傍晚时分，当远离窗户的一侧照度不足时，只会打开远离窗户的那侧灯具，从而节约能源。

另外，由于红外线感应自动控制技术并不成熟，对于运动量较小或静止状态检测精度较低，造成灯具频繁启动，加速灯具的老化，不但严重影响节能效益，而且对在教室学习的学生造成很大干扰，学生刚静止在座位上学习几分钟以后不得不起来走动使教室灯具重新启动。因此，在大学教室，手动控制的方式比红外线感应自动控制方式更加合理和人性化。

3.4 新型黑板灯

为解决黑板照度不足和黑板灯与投影幕的冲突问题，研发了一种新型黑板灯(图13)。黑板灯控制开关设在黑板旁，方便教师在教学过程中控制灯光。灯具固定在黑板上方，无论黑板上下移动与否，黑板灯始终照在黑板上，不会将电能浪费在黑板以外的墙面。当使用多媒体时，多媒体一侧的黑板灯可以收缩回黑板的上方并关闭，另一侧的黑板灯能够正常使用且灯光不会打到多媒体上，避免对多媒体屏幕造成干扰。此外，新型黑板灯结构简单，成本低廉，可直接安装，根据使用与否收缩或打开，操作简单，使用方便，且便于维修。

图13 新型黑板灯

3.5 维修保护

照明灯具需要定期保养维护(包括擦拭、修理、更换等)，这一点在照明设计里同样很重要。灯具在使用一段时间以后，其上会积一层灰尘，由于污染物的挡光作用，灯具照明的效率会明显下降，所以灯具的保养维护非常重要。

4 结 论

大学教室灯光照明设计应以学生的用眼健康为前提，不能以牺牲学生的视力为代价。充分考虑实际应用情况，加强节能环保的宣传和教育，使学生主动参与其中。LED灯比普通日光灯光效好，更舒适，且节约60%的能源，寿命长，可回收，从长远方面考虑，能为高校节约费用，因此，由LED灯替换日光灯的可行性高。教室红外线感应自动控制，在实际应用中并不理想，可将红外线感应自动控制改为人工控制，同时学校加强对学生节能环保的宣传力度，做到人走灯灭。教室灯具要定期清洁和维护，以斜照型配光代替蝙蝠翼配光，教室课桌布置向右靠，避免书写时右手对灯光的遮挡，黑板灯改造成本低且效果明显，解决了黑板照度不足且不均的问题，值得推广。

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TheStatusQuoAnalysisandOptimizationoftheUniversityClassroomLighting：TakingaClassroomofTeachingBuildinginLiaoningUniversityofScienceandTechnologyasanExample

JIAShanshan，XIAOJun，ZHANGRuyi，SUNXue，ZHUANGJinxun

(College of Architecture and Design,Liaoning University of Science and Technology，Anshan 114051，Liaoning,P.R.China)

We found that there were many problems in college classroom lighting through questionnaire survey and field survey of classroom lighting in our school building and analysis of data. In our study, we found that by changing the classroom lighting model, lamp control methods and other methods can not only improve the classroom lighting, but also save energy. On this basis, we further study, and in the original blackboard lights on the appropriate transformation to solve the current blackboard lights exist uneven illumination and lack of problems.

classroom lighting;energy saving;health;blackboard lights

2017-04-23

贾山山，辽宁科技大学建筑与设计学院。