浅议教学楼照明设计

陈志刚 刘虎

摘 要：教学楼是学校的主要教学场所，其照明质量对教学效果及师生视力会产生重大影响。按照现行国家及行业相关法律、标准的要求，结合实际工作经验，针对教学楼这一类建筑，对教室、楼道、卫生间等场所，提出教学楼照明方式、节能控制措施。利用红外传感和光敏检测器件，通过检测教室内人员、落座位置和室内光照度，自动控制教室灯具开启，智能调节灯具功率，方便实用。对提高教室用电效率，建设绿色照明校园具有非常重要的意义。

关键词：教学楼;照明设计;节能控制

中图分类号：TM923  文献标识码：A

Abstract：Teaching buildings are major places of instruction in the school，the illumination quality of which exerts a vital impact not only on the effectiveness of instruction but on teachers and students eyesight.According to current laws and standards of the nation and profession，in combination with practical working experiences，propose illumination arrangement of teaching buildings，with measures for energy-saving control.With the aid of infrared sensors and photosensitive detectors，the system turns lamps on automatically and regulates power of lamps intelligently by detecting indoor figures，occupied seats and interior luminosity，which is convenient and useful.It has great significance for improving power consumption efficiency and constructing green lighting campus.

Key words：Teaching building;lighting design;energy-saving control

日前，教育部與国家卫健委共同发布《综合防控儿童青少年近视实施方案（征求意见稿）》，方案明确规定，到2030年，全国儿童青少年新发近视率明显下降。有统计数据显示，目前我国近视患者近6亿人，青少年近视率高居世界第一。高中生和大学生的近视率均超七成，小学生的近视率近40%。[1]学校教学楼是师生进行教学的主要场所，教学楼照明的主要目的是为学生和教师提供教学过程所必需的照明，满足师生的视觉作业要求，并营造舒适宜人氛围，保护视力。目前教学过程由纸笔向多媒体教学转变，对照明质量提出了更高的要求，教室照明不仅需要满足学生视觉功能上的需求，而且还应有助于提高学生学习效率和促进学生身心的健康。

1 教学楼照明主要技术指标

随着教学手段的多样化，学生的视觉任务也越来越复杂，对照明的要求也越来越高。高质量的照明可以改善学生的注意力、学习能力和身心健康。下面几个因素对照明质量的好坏起着重要作用。

1.1 照度

在其他条件不变的情况下，视觉功能会随照度水平的变化而变化。视觉及照明专家对此进行了深入的研究，大量研究结果表明，随着工作面照度水平的提高，文字的易读性也随之提高，但如果要达到最高的易读性，需要的照度非常高，这对于节能是非常不利的，也完全没有必要。更高的照度水平（500lx）与正常照度（300lx）相比，学生的阅读、数学能力有很大提高。通常高的照度会让人更满意，更能激发人们的注意力并减少疲劳。因此在考虑节能的基础上，可适当提高教室照度水平，以营造更优秀的照明环境。

1.2 色温和显色指数

光源色温高低反映了光源光谱中的蓝光成分的高低，而蓝光的非视觉效应会影响教师和学生的精神状态及昼夜节律。低色温的光线能够得到暖和的、安定的和温馨的气氛;高色温的光线，不仅有凉爽的感觉，而且还有清澈的活泼气氛。教育设施应采用中高色温光源。光源的显色指数反映光源对颜色显现能力的指标，显色指数越高，颜色显现能力越高，一般显色指数大约80，一些绘画、艺术品的场合需要显色指数达到90。

教室中的亮度及颜色不仅与光源有关，而且与室内各表面的反射率有很大关联。教室推荐采用饱和度不高的浅色表面，以提高教室的整体亮度，也可以使教室感觉更加宽敞。尽量不要采用光泽表面，光泽表面容易产生反射眩光。为达到所要求的反射比，并考虑到年龄的因素，各表面的颜色推荐如下：顶棚白色，墙面低年级教室为浅黄、浅粉红色等，高年级教室为浅蓝、浅绿、白色等，成人用教室为白色、浅绿色等。地面为不刺眼、耐脏的颜色。

1.3 亮度均衡

当人们在房间里时，眼睛聚焦经常在远处（墙）和近处（作业面）之间移动，当这两个区域亮度差异比较大时，人眼需要不断地重新适应，这会使人眼很容易疲劳，影响视觉功能，并且会分散人们的注意力。但不应使得亮度分布过于均匀，以免使环境呆板，使室内人员感觉无聊、无生气。

1.4 眩光控制

眩光是影响照明质量的主要因素之一。眩光是由于视野中亮度分布不适当，或亮度变化太大，或空间、时间上存在着极端的对比，以致引起不舒适或降低观察物体能力的现象。眩光引起视觉对比、视力、识别速度等视觉功能下降，严重时可使人晕眩，造成工伤事故或损伤眼睛。同时，眩光对人们心理也有明显影响，会使工作人员情绪烦躁、反应迟钝等。控制直接眩光除了可以通过限制灯具的表面亮度和表观面积外，还可通过改变灯具的安装位置和悬挂高度、保证必要的保护角，以及增加眩光光源的背景亮度或作业照度等方法降低眩光。

防止反射眩光，光源的亮度应比较低，使反射影像的亮度处于容许范围，可采用视线方向反向光通小的特殊配光灯具。光幕反射是阅读、书写时经常遇到的眩光干扰。当阅读带有光泽的书籍时，灯具或高亮度表面会在书籍上面形成镜像，影响阅读效果，增加视觉疲劳。现行有效的部分教室照明标准要求汇总见下表。

2 教学楼照明设计

2.1 照明方式的选择

在教学楼各房间内一般采用均匀设置双条LED 20W灯的方式提供一般照明，部分房间（如卫生间）和楼梯间、走廊采用LED吸项灯，提供一般照明。疏散照明一般在各楼层出口装设出口标志灯，使人员在楼内各通道处能看见，如果由于拐弯、遮挡或距离太远而看不见出口标志时，应在疏散通道的适当位置装设指向标志灯，把人员引向出口。同时，在主通道装设疏散照明灯，保证人员看得见向出口疏散。

2.2 优先使用自然光

日光是一种独特的光源，与其他光源不同，它的光谱和空间分布是变化的，日光包括太阳光和天空光。自古以来，人们就习惯于在日光下工作、学习和生活，与人工照明相比，人们更喜欢日光，人工照明是自然光的补充。合理采用日光，不但可以营造出更舒适的环境，而且可以节约大量的能源。教室照明首先考虑的因素就是天然光的利用，这样不仅可以节约能源，而且可以达到较好的照明效果。精心设计的开窗系统可以提高足够的工作面照度，可以使眼睛能够注视远方，缓和眼睛肌肉紧张，提高心理舒适度。但考虑到天然采光的不稳定性，人工照明所产生的照度必须达到视觉任务所要求的标准。同时，天然采光要考虑对太阳的眩光的限制。若教室为单侧采光，光线宜由学生座位左侧照入;对于双侧采光教室，教室左侧应设主采光窗;教室墙壁和顶棚宜选用白色或浅色，玻璃采用无色透明;教室采光玻地比（窗的透光面积与室内地面面积之比）不得低于1∶6（新建教室采光玻地比应达到1∶4）。

2.3 教室照明设计

教室照明设计分为学生课桌照明与黑板照明二类。

2.3.1 学生课桌照明

采用双条LED18W带反射灯具，每条光通量相当于28W荧光灯。灯管外壳应为铝管，利于散热，灯罩选用乳白色漫透射PC材料。教室是应用最为普遍的教学场所，教室照明需要为教学任务提供灵活、高效、低眩光、亮度平衡的光环境。高质量的照明可以改善学生的心情、行为、注意力等，进而提高学生的学习效率。长时间待在照度偏低的光环境下，人眼会主动适应光照强度，在无意识的情况下过度使用眼睛。照度不足可引起犯困、眼疲劳现象，严重影响视力。实验表明教室照明的最佳光环境为色温4000K、照度750lx左右，黑板区域色温宜为2700K。[3]

在常规教室中，课桌呈规律性固定排列，主要的视觉方向是黑板和课桌。此类教室大多有开窗系统，照明设计需要重点考虑天然光与人工照明的相互融合。某些教室需要实现更多功能，桌椅排布格局需经常变换以适应不同的功能和场景。此类教室没有固定的视觉方向和讲台位置，因此天然光的引人及人工光源布置需要进行精心设计、以满足各种视觉功能要求。同时，此类教室照明中需要重点考虑各墙壁照明及亮度平衡。为满足各方向的视觉舒适度，需要将整个空间墙壁照亮，特别是常规教室中的后面墙壁部分。[4]由于视线方向不固定，此类教室眩光控制要更加严格，可采用间接照明方式降低眩光。

2.3.2 黑板照明

黑板照明在教室照明中至关重要，高质量的黑板照明可以提高可见度水平，也可以帮助老师吸引学生的注意力。黑板照明应避免在黑板上产生光幕反射及阴影，否则会降低可见度，引起视觉疲劳。通常表面越亮、越容易吸引人们注意力，因此黑板的亮度要足够高，以提高吸引力。

由于黑板是垂直安装的，只有顶棚的一般照明无法满足黑板照明要求，需增加非对称灯具洗墙照明来弥补黑板照度的不足。另外，黑板的亮度不仅会影响可见度，而且也会影响亮度均衡，从而降低视觉舒适度。黑板的照度一般应不低于桌面的照度，特别是对于深色的黑板;同时，也不应该超过作业面亮度的5倍。黑板照度均匀性也是黑板照明效果的重要指标，为达到理想视觉效果，黑板最低照度应不低于平均照度的0.7。实验表明，黑底白字的视觉功能最好，但其视觉舒适度并不是最好，因此目前大部分采用深绿色黑板。黑板尽量选择漫反射材料，以消除光幕反射，特别是开窗的光幕反射。对于白色黑板，由于其较高的反射率，更容易引起反射眩光，因此灯具布置时需要更为注意。

黑板局部照明灯具多安装在黑板的上側，距离黑板0.85～1.3m。为不遮挡教师和学生的视线，并且直接眩光不干扰教师上课，应精确设计黑板高度。阶梯教室一般设有上下两层黑板（上下交替滑动），由于两层黑板的高度较高，仅一组黑板专用灯具很难达到照度及均匀度的要求。推荐对上下两层黑板采用两组专用灯具分别照明。提高黑板均匀度的方法是照明灯具的投射角取55°（最大光强指向黑板的最下端）。[5]为改善黑板的照明效果，可对两组灯具内的光源容量做不同的配置。黑板的灯具应单独设置独立开关。

3 节能控制

教学楼灯具多采用手动控制方式，尤其在室内。经常出现“灯比人多”或室外阳光灿烂室内依然灯亮的现象。细细想来，粗放的监管模式是主要因素，单纯依赖人的自觉性是理想主义。人们在上课或工作中对光线的变化不敏感，忘记关灯实属正常。[6]对于由此造成的巨大的能源浪费，必须通过选择合理的监管方式和智能控制方案解决。

3.1 优先使用LED光源

LED作为固态光源，近年来光效不断提高，而价格却不断下降。LED与传统光源相比，具有体积小、环保、易调光、高光效、寿命长等诸多优点。LED灯具在保证光照舒适性前提下，灯具的效能已明显超过了传统的三基色荧光灯具，研究表明，与传统光源相比，节电可达60%。民众照明知识的不足及部分商家别有用心的宣传，一段时间人们谈蓝光色变，对LED灯具望而却步。但科学研究证明，无论是自然光抑或人工生产的三基色光源，都包含蓝光。甚至可以说没有蓝光，就没有白光。生活在高纬度地区的人，冬季由于得不到足够太阳光照明，部分人会产生季节性忧郁症，如果补充高照度且富含蓝光的光照明，季节性忧郁症可以明显改善甚至能治愈。

通常我们听到的“蓝光危害”是指光源的400—500nm蓝光波段，如果辐射亮度过高，眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤。由此可见，蓝光问题实质是亮度、和时间的共同作用。仅从光谱上看，高色温LED光源光谱的蓝光比例也相应增加，但其与荧光灯光谱的蓝光相比并无特别之处，同色温LED的蓝光安全亮度上限跟荧光灯差不多。[7]慎重起见，标准要求室内照明LED光源色温不超过4000K，以减少蓝光比重。

3.2 合理规划照明控制方式

随着科学技术的发展，可以通过声音、遥控等控制照明设备，根据不同的场所，采取相应的控制方式，达到自动控制的效果，可以有效的减少能源的损耗。走道吸顶灯宜用光敏及微波控制，当检测光照度不足且有人时，灯开启，人远离后灯延时灭;卫生间吸顶灯宜采用光敏与红外控制;教室选用热释电人体感应模块，当传感器检测到有人进入教室时，启动光照度检测电路，由光检测电路测试室内光的强度，若照度不足则该区域灯亮，未检测到人的区域灯不亮。照明电路启动后，传感器继续检测室内有无人体存在，当检测到室内无人员存在时，照明持续一段时间（时间长短可以根据实际情况调节），自动切断照明控制电路，从而实现光弱时“人在灯亮、人离灯熄”;[8]当教室光的强度大于设定值时，即便是人在教室，也不会启动照明装置，实现节能目的。

在白天的室内，自然光主要照在近窗处，为了使房间深处的照度达到与近窗处的照度相平衡，灯具应与窗户平行的方向排列，近窗处自然光较强时，近窗的第一列灯具可以熄灭或调为较暗，第二列灯具稍亮些，第三列灯具较亮;当近窗处自然光较弱时，近窗的第一列灯具调为稍暗些，第二、三列灯具点亮。靠窗处安装日光照度传感器以探测室内日光的变化，从而控制各列灯具的工作状态。这样不仅可以保证室内的照明质量，还可以节省电能。

4 结语

教学楼照明设计关系师生的教学环境，在设计的过程中，首先要充分利用太阳光，必须要选择绿色环保且能耗低、光效高的照明设备。同时要在师生中大力宣传，做到“人走灯灭”。更要利用技术手段，控制灯具的点亮时间，才能达到节能减排的目的，为师生创造一个安全可靠的学习环境。本文对教学楼照明设计进行了有益的探讨，对同类设计有一定的指导意义。

参考文献：

[1]努斯热提，等.教学楼照明设计的探讨[J].新疆石油科技，2006，16（4）.

[2]俞安琪.LED灯具在教室照明中的优势及应用[J].光源与照明，2016（1）.

[3]贾山山，等.大学教室照明的现状分析与优化[J].光源与照明，2017（3）.

[4]周太明，等.照明设计-从传统光源到LED[M].复旦大学出版社，2015.

[5]俞丽华.电气照明（第四版）[M].同济大学出版社，2014.

[6]王春玲，等.基于ZigBee的高校教学楼照明管控系统设计[J].电子技术，2016.12.

[7]林燕丹.关于教室照明能否使用LED光源的讨论[J].照明工程学报，2018，29（3）.

[8]裴桐松，等.高校教室照明节电自动开关研究与设计[J].交通职业教育，2015（6）.

课题：江苏省高职院校教师专業带头人高端研修，2018TDFX002，江苏省教育厅

作者简介：陈志刚（1971-），男，硕士，主要研究方向为EDA设计与半导体照明技术应用;刘虎（1999-），男，常州工业职业技术学院光电技术应用专业2017级学生。