高校教室照明节能优化研究

王首一 吴思颖

（河北工程大学 河北邯郸 056000）

引言

能源问题一直是我国现代化发展中所面对的重要问题。据调查，电力能源消耗在高校的各类能源消耗中占到了一半以上，其中照明系统占到了24%。由此可知，高校教室在照明节能方面还有相当大的潜力，教室照明环境的研究对校园发展具有现实意义。高等院校是培育优秀学术人才、进行学术研讨活动的重要场所。高校建筑室内的照明环境紧密关系着校园内各种活动的正常进行与举办。教室是学生日常学习和上课的主要场所，学生一半以上的时间都是在教室中度过。舒适的教室照明环境不但可以在生理上减弱光污染对眼睛造成的负担和头晕、恶心等身体不适现象，同时还会舒缓心理上的厌烦情绪，增加良好的心理感觉，给学生更好的视觉体验，提高学习积极性。

1 高校教室照明现状调研与分析

本文拟通过对河北工程大学主校区内的教学楼照明环境进行调研，发现教室的人工照明环境存在的问题，如室内灯光亮度不够高，光线分布不均匀，出现眩光和频闪，光源数量不够产生投影等问题。这些现象会对学生正常的视觉作业产生影响，同时造成资源浪费。照度、照度均匀度、亮度、色温、眩光及光源的选择等都是影响教室照明质量的因素。本文仅对教室照明环境质量影响较大的几个因素进行分析。

1.1 照度和照度均匀度的影响

照度反映了被照物体的照明水平，可以用来衡量照明环境的照明质量；照明均匀度是用来度量整体照明环境的照度均匀程度的指标。GB50034—2013《建筑照明设计规范》中规定，教室在其课桌面处应有300lx 的照度值。通过使用照度计对教室内照度进行实地测量，发现大部分测试对象的照度值在180lx-220lx之间，不能满足国家规范标准值。灯具放置的高度和排列方式会对教室的照度和照度均匀度产生影响。灯具安装高度过低度，会使被照工作面呈现密集的光源分布，从而使室内的照度均匀度降低；过高则光线会分散，降低工作面的光照度。除此以外，两灯布置间距过远会使中间区域的光线较暗降低室内的照度均匀度。因此，在教室照明设计时应根据教室空间的大小和高度合理的布置灯具。

1.2 眩光因素的影响

眩光是照明环境的控制性影响因素之一，它是由照明环境中的亮度分布不均或者是出现极端亮度分布所导致的。眩光会引起使用对象的视觉不舒适从而降低视觉功效，不仅会给使用者的视力健康带来损伤，还会影响其视觉作业的舒适性。眩光的发生与桌面材质选择、灯具排列方向和灯具保护角度有关联。由于学校建设时间较久，桌面经长时间使用已经变得光滑，学生座位区正上方灯具发出的灯光会通过桌面材质反射进入人眼，引发眼部的不适。横向布置的灯具，光线会更容易直射进入学生眼内，刺激眼部肌肉的频繁收缩，导致视疲劳。灯具保护角的设计是避免灯管产生的光线向四周散射，控制光线的输出方向。黑板区是教师授课，学生注意力集中的区域，黑板灯的保护罩角度过小，反射光线增多会增加该区域的照度，射入学生眼内会形成不舒适眩光，进入教师眼内的反射光线还会影响正常教学活动。教室照明应满足教师正常授课，学生可以清楚地观看事物的基本需求，这就需要在照明设计阶段控制产生眩光的影响指标。

1.3 光源的影响

经调查，现有的教学楼内普遍使用的是直管型荧光灯，大部分教室采用灯管支架和荧光灯组合的照明方式，部分教室采用格栅灯架搭配荧光灯的照明方式。相比传统的白炽灯，荧光灯的显色性能和照明效果已有显著提高。但是荧光灯使用半年就会老化，照明光通量减少，教室中新更换的灯管与使用时间长的灯管亮度对比明显，影响照明质量。格栅灯盘可以减少外漏的光源，但当光源不稳定发生频闪现象时，栅格的铝质材料会发生镜面反射，加重频闪效应。此外荧光灯管的实收寿命短且其镇流器功率损耗大，灯管内含有水银、荧光粉等重金属，一旦破裂会给人体带来巨大危害，教室更换下来的废弃灯管也会污染环境，教室照明应该寻找更加高效节能的光源。

2 教室照明优化方法

《照明设计手册》中规定要提高教室内的照度均匀度，教室顶部两灯之间的距离L 与灯到工作面表面的高度H 的比值，即距高比不大于所选用灯具所允许的最大距高比L/H。龙丽娟在《教育建筑之教室照明设计》 中指出进行教室的灯具布置时，只有在最大允许距高比的范围内安装灯具，才可以满足被照工作面照度均匀性的需求。

要避免眩光带来的影响，可以纵向布置照明灯具，使灯具的长轴学与生的视线平行，让光线从两侧进入眼睛，减少直射光的刺激。对于新建教学楼，教室桌面宜选用浅色、无光泽的材料，老旧校区可在桌面张贴反射系数低的保护膜来减少眩光。为减少黑板灯对教师和学生带来的眩光干扰，黑板灯应避免布置在教师站在讲台上水平视线45°角的范围内。工业技术的发展让照明领域存在的许多问题迎刃而解，双反射器黑板灯的发明可以有效提高黑板的照度均匀度，减少了眩光对师生的干扰。

LED 作为新型光源，具备绿色环保、高效节能、使用周期长的优点，可作为未来照明光源的首选。其中LED 面板灯平面发光均匀，光线柔和并且照度高，具有环保和功率损耗小的特点，很适合应用在教室照明中。邵晓萍在DIALux 软件中通过对荧光灯和LED 两种不同类型照明光源的教室进行模拟，改变了灯具的布置方式、高度和配光曲线来获取照明环境的相关参数。结果表明，LED 比荧光灯更适合应用在教室照明中。曾平通过软件对中小学教室进行仿真分析，研究表明LED 长条面板灯不仅可以提高学生的视觉舒适性，还可以节约30%的照明用电，以上研究说明了LED 面板灯在教室中应用的可行性及其节能的性能。

随着智能技术的发展，人工照明环境的管理模式由手动控制逐步向智能照明控制系统转变。在现有教室照明系统中加入照度感应模块，当照度值低于规范要求的300lx 时，照明系统自动提高灯具的亮度；时钟模块和红外感应模块可以根据输入的时间和红外线感知的教室剩余人数自动开关灯具，减少人力资源的浪费。这种照明系统设置虽然简易，但经过长时间的积累可以给教学楼节省大量电能。陈晓云以某办公楼为例，将使用空间分为办公区域、辅助区域和辅助控制区域，并分别设置了相对的照明控制方式和照明方案。研究表明照明控制系统的设置相比之前可节能33.7%。林朝阳将此理论运用到教室中，将教室划分为若干区域，每一区域安装可检测人员情况的传感器，通过人员的变动来控制灯具开关，使系统可根据情景自动调节明暗。研究表明该系统有助于减轻高校的用电浪费现象，延长灯具的使用寿命。智能照明系统在校园节电节能方面发挥者重要作用。

结语

我国是教育大国，随着国家对教育事业的投入增大及对科研人才重视程度的加深，高校对教室数量的需求也逐步加深。做好教室照明设计和管理工作，不仅节省学校的资金，还可缩小能源消耗，促进校园的可持续发展。尽管LED 灯具具有高效节能的特点，并在公共建筑中广泛应用。但是在教室照明中因其亮度高、容易产生眩光的问题还需要后期更加深入的研究来克服。