微氣候及光照環(huán)境對教學(xué)效率的影響*

羅龍輝，李廣慧，沙 金，卜喬彬

(廣東海洋大學(xué))

微氣候及光照環(huán)境對教學(xué)效率的影響*

羅龍輝，李廣慧，沙 金，卜喬彬

(廣東海洋大學(xué))

基于人因工程學(xué)基本理論，分析目前學(xué)校教室的微氣候和環(huán)境對人身心健康的影響，提出合理控制教室微氣候中的溫度、濕度，合理布置教室的光照設(shè)施，可以提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效率，為今后科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)高校的教室環(huán)境提出了可靠依據(jù).

人因工程學(xué);微氣候;光照環(huán)境;教學(xué)效率

0 引言

教室是學(xué)校進(jìn)行教育和學(xué)習(xí)的場所，師生的大部分學(xué)習(xí)和生活時(shí)間在這里渡過.21世紀(jì)以來，隨著教學(xué)內(nèi)容的變化及教學(xué)方法的多樣化，教室逐漸改成多媒體教室和電腦室，具有多功能.但是能否充分發(fā)揮多媒體課室的作用，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)知識(shí)，提高教師的教學(xué)效率，這就需要從設(shè)計(jì)上以人為本，考慮教室內(nèi)微氣候和光照環(huán)境的影響，提出能夠使人身心獲得健康發(fā)展的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.

1 教室微氣候和光照環(huán)境的形成

教室的微氣候和光照環(huán)境主要指教室的局部氣候環(huán)境條件和室內(nèi)設(shè)備布置，前者顯性指標(biāo)表現(xiàn)在對環(huán)境舒適度影響上，主要包括室內(nèi)溫度、濕度和新風(fēng)量;后者包括教室內(nèi)安裝的風(fēng)扇、門窗、電燈和墻壁等.由于構(gòu)成微氣候和光照環(huán)境的若干條件的共同作用結(jié)果產(chǎn)生對人體的影響，所以必須綜合評價(jià)若干條件.教室的微氣候與光照環(huán)境與倍受關(guān)注的環(huán)境問題一樣，不僅影響學(xué)生和教師的健康、情緒和主觀的舒適感受等，而且在很大程度上影響師生疲勞程度和工作效率.人體感覺是評價(jià)微氣候和光照環(huán)境的主要依據(jù)之一，幾乎所有微氣候環(huán)境和光照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都是在研究人的主觀感覺的基礎(chǔ)上判定的.

2 學(xué)校教室現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 教室微氣候調(diào)查

研究采取問卷調(diào)查、現(xiàn)場測量和統(tǒng)計(jì)分析方法，用干球溫度計(jì)、濕度計(jì)、風(fēng)速儀等，對廣東海洋大學(xué)的典型教室進(jìn)行干球溫度、相對濕度、氣流速度測量，通過干、濕球溫度和最低風(fēng)速，由有效溫度圖查得最低風(fēng)速下的對應(yīng)的有效溫度值見表1.

表1 最低風(fēng)速下有效溫度

通過測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，課室空氣溫度比較高，夏季教室平均氣溫為29.0℃，最高測量值為29.8℃;室內(nèi)氣流最大值出現(xiàn)在每個(gè)風(fēng)扇位的正下方，為1.2 m/s，最小氣流速度值為0.10 m/s;由于氣流速度的空間區(qū)域差異，使得有效溫度也有一定的差異.平均有效溫度為25.63℃;相對濕度平均值為59.4%RH.

從人因工程學(xué)理論看，腦力作業(yè)人體有效溫度的舒適值是15.5～18.3℃.不舒適溫度最大值為26.7℃，此時(shí)人體會(huì)明顯感覺到不舒適，需以出汗的方式進(jìn)行正常的溫度調(diào)節(jié)，大腦皮層興奮過程減弱，條件反射的潛伏期延長，注意力不易集中.這無疑會(huì)給學(xué)習(xí)和教學(xué)效率帶來不良影響，也是許多學(xué)生在炎熱的夏天上課時(shí)精神總是萎靡不振的原因之一.

2.2 教室光照環(huán)境調(diào)查

光照環(huán)境調(diào)查主要針對個(gè)人對白天/夜晚課室內(nèi)光照的直接主觀感受，根據(jù)實(shí)地測量，以課桌面作為測量平面.

白天教室普遍存在照度分布不均，且差異相當(dāng)大，靠近采光窗戶的區(qū)域照度普遍偏高，最高可達(dá)2000 lx以上，可是離窗遠(yuǎn)的內(nèi)部區(qū)域卻普遍照度不足，最小值在100 lx左右.這主要由自然光的變化、門窗的設(shè)置和課室座位的分布所導(dǎo)致的，其中自然光的變化為主導(dǎo)因素，而門窗和燈光不能隨自然光的變化時(shí)刻改變，靠窗一邊的照度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他位置，這會(huì)照成位于中間區(qū)域的位置照度不足而靠門窗的地方照度過高.

晚上以燈照明為主，所測教室照度平均值在124.37 lx，最小值為 76 lx，最大值也只有 155 lx，這與教室的照度標(biāo)準(zhǔn)值(300 lx)仍有相當(dāng)大的差距.照度分布與燈具的布置情況相對應(yīng)，距離燈具較遠(yuǎn)處的靠角落位置，照度明顯低于中間靠近燈具分布的區(qū)域，且前燈會(huì)對后面部分區(qū)域的位置造成眩光.在低照度環(huán)境下閱讀看書，人會(huì)很快地疲勞，學(xué)習(xí)效率低，效果差，長期下去還會(huì)引起視力下降，不利于學(xué)生的視力健康.

3 改善方案與建議

3.1 教室微氣候環(huán)境的改善方法

可從微氣候包含的四個(gè)方面(空氣溫度、空氣濕度、氣流速度及熱輻射條件)著手，最理想的方案是為每個(gè)課室配置空調(diào)，但由于其使用成本太高，目前大多數(shù)學(xué)校只能實(shí)現(xiàn)部分課室安裝，不能普及每一個(gè)課室，所以可以從以下方面進(jìn)行改善.

(1)合理布置吊扇及壁扇

通過實(shí)驗(yàn)研究表明當(dāng)室內(nèi)氣流速度在0.6 m/s以下時(shí)，氣流速度每增加 0.1 m/s，就相當(dāng)于氣溫下降0.3℃;氣流速度在0.6～1.0 m/s之間時(shí)，氣流速度每增加 0.1 m，氣溫降低0.15 ℃.

由于吊扇使用費(fèi)用低，目前被大多數(shù)學(xué)校作為教室的主要通風(fēng)散熱工具.因此安裝吊扇間隔不宜過大，高度要合適，一般以扇葉距地面2.5～3.0 m，與天花板的距離以400～500 mm 為宜.離地面太近容易傷人，距天花板太近影響葉背氣流，降低風(fēng)量.在吊扇無法裝置的區(qū)域可適當(dāng)加裝壁扇.

(2)合理設(shè)置座位距離

人體的散熱會(huì)與周圍的環(huán)境進(jìn)行熱交換，人體對外界的熱輻射使附近空氣溫度升高，若相鄰兩人距離過近，不利于人體周圍空氣流通，而人體單位時(shí)間對流熱交換量也會(huì)因之降低.

(3)降低室內(nèi)濕度

空氣濕度對高溫下人體的舒適度有很大的影響，當(dāng)相對濕度超過50%時(shí)，人體通過蒸發(fā)散熱的機(jī)能就顯著降低，有測量數(shù)據(jù)表明，夏季課室濕度一般在55% ～60%之間浮動(dòng).因此可在課室裝置通風(fēng)槽或抽風(fēng)機(jī)，并且保持門窗常開，促進(jìn)空氣流通.

3.2 光照環(huán)境的改善方法

光照環(huán)境的設(shè)置要根據(jù)教室的功能而定，即安全可靠地滿足學(xué)生看書、學(xué)習(xí)、交流等要求，又要控制眩光和保護(hù)學(xué)生視力.

(1)燈具的選擇

教室應(yīng)盡量采用有一定保護(hù)角(燈罩邊沿至燈絲連線和水平構(gòu)成一定的角度，一般30°～45°)或者帶格柵、漫射罩的燈具，不宜直接采用裸燈.

(2)燈具的布置

普通教室為了不引起的直接眩光，教室不宜采用裸燈照明.燈管排列宜采用其長軸垂直于黑板面，在頂棚上均勻布置的方式.由于燈具安裝過高照度下降;安裝過低均勻度下降，眩光增加，可見燈具安裝高度對效果很大的影響.所以燈具距課桌面的最低懸掛高度不應(yīng)低于1.7 m，距課桌面宜1.7～2.1 m.燈具距地面安裝高度宜2.5～2.9 m，階梯教室燈具宜采用吸頂或嵌入方式安裝，采用吊掛安裝方式時(shí)，應(yīng)注意前排燈具的安裝高度不應(yīng)對后排學(xué)生產(chǎn)生直接眩光.有條件的可以配合棚頂設(shè)計(jì)，在燈具布置處的后沿設(shè)置凸起擋住向后射的光線并將其反射回前方投射，如圖1所示.

圖2 階梯教室燈具布置圖

(3)燈具亮度的控制

為改善教室的亮度分布，教室靠外窗區(qū)域的燈具與內(nèi)部區(qū)域的燈具應(yīng)分開控制，可以按靠采光窗的距離進(jìn)行分組，分別設(shè)置獨(dú)立開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)人工對天然采光變化的調(diào)節(jié)功能.

(4)黑板燈的設(shè)置

根據(jù)國家黑板燈照度標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生部頒發(fā)的《教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，一般教室應(yīng)該安裝黑板燈，保證黑板上的垂直照度和均勻度，安裝形式如圖2所示.

圖2 黑板照明燈具的安裝形式

圖3 黑板照明燈具安裝位置示意圖

黑板燈的照度不宜過亮，不應(yīng)對教師產(chǎn)生直接眩光，也不應(yīng)對學(xué)生產(chǎn)生反射眩光.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定燈具的安裝高度及與黑板墻面的距離.燈具安裝布置在教師站在講臺(tái)上水平視線45°仰角以內(nèi).為確保黑板有足夠的均勻度，燈具光軸最好以55°角入射到黑板水平中心線上，或燈具光軸瞄準(zhǔn)點(diǎn)下移至距黑板底部向上1/3處更為理想，如圖3所示.

［1］郭伏，錢省三.人因工程學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］屠其非，徐蔚.學(xué)校［M］.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2004.

［3］北京學(xué)會(huì).設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國電力出版社，2006.12.

［4］王洪光.西安地區(qū)高校教室室內(nèi)熱環(huán)境研究［M］.西安建筑科技大學(xué)，2005.

［5］王立海.作業(yè)環(huán)境微氣候?qū)Ψツ咀鳂I(yè)人員及作業(yè)效率的影響［J］.森林工程，2011，4:32 －36.

［6］曹瑞林，王文星.淺析人工照明對室內(nèi)環(huán)境的影響［J］.考試周刊，2010，7.

The Influences of Microclimate and Illumination on Teaching and Learning Efficiency

Luo Longhui，Li Guanghui，Sha Jin，Pu Qiaobin
(Guangdong Ocean University)

Based on the human engineering theories，the impacts of classroom microclimate and environment on people’s physical and psychological health are researched.Considering the features of classroom microclimate and illumination，temperature and humidity of the classroom microclimate are proposed，the classroom facilities designed rationally have significant influences on improving teaching and learning efficiency.The outcome of this research provides the fundamental principles and experimental data for future classroom microclimate improvement，scientific classroom environment design and the enhancement of the teaching and learning efficiency.

Human engineering;Microclimate;Illumination;Teaching and learning efficiency

2011－05－27

*廣東省大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“人因工程在教學(xué)效率中的應(yīng)用研究”資助

(責(zé)任編輯:季春陽)