大學教室照明現(xiàn)狀分析與優(yōu)化
——以重慶大學第二綜合樓教室為例

汪統(tǒng)岳，楊春宇，楊通途，胡 皓

（1.重慶大學建筑城規(guī)學院，重慶，400045；2.重慶聚華科技發(fā)展有限公司，重慶400045）

大學教室照明現(xiàn)狀分析與優(yōu)化
——以重慶大學第二綜合樓教室為例

汪統(tǒng)岳1，楊春宇1，楊通途2，胡 皓1

（1.重慶大學建筑城規(guī)學院，重慶，400045；2.重慶聚華科技發(fā)展有限公司，重慶400045）

文章在調研大學教室照明狀況的基礎上，通過改變燈具布置方式和增補燈具的手段，提出了教室照明五種優(yōu)化方案，并借助DIAlux evo照明設計軟件進行模擬，分析比較各種方案優(yōu)化效果的優(yōu)劣，最終使教室平均照度顯著提高，照度均勻度滿足國家標準最低要求，極大地改善了教室照明質量，對教室照明設計具有一定的指導意義。

教室照明；平均照度；照度均勻度；照明軟件

0 引 言

教室是學生活動的重要場所，對于大學生而言，大部分學習時間是在教室的人工光環(huán)境里度過的，所以教室的照明質量至關重要。如果教室的照明環(huán)境不好，照度均勻度達不到要求，則學生為適應不均勻的照明環(huán)境，視覺器官過度頻繁調節(jié)，眼部肌肉過分緊張，容易造成視覺疲勞，長期在這種劣質照明環(huán)境中，不僅會使學生產(chǎn)生不適感，對學生的視力也將帶來不利的影響。為此，文章主要從平均照度和照度均勻度兩個方面對大學教室的照明現(xiàn)狀進行了實地調研分析，并提出了優(yōu)化方案。

圖1 階梯教室418照明現(xiàn)狀照片

1 教室照明環(huán)境現(xiàn)狀的測量與評價

1.1 教室照明環(huán)境現(xiàn)狀

為使測量結果具有代表性，本次實驗選取了重慶大學第二綜合樓的418階梯教室（圖1）和313普通教室（圖2）這兩個典型教室進行照度測量，第二綜合樓于2014年完成裝修改造，教室內部材料維護較好，照明手法現(xiàn)代，可作為新型大學教室的代表。

圖2 普通教室313照明現(xiàn)狀照片

總體而言，裝修后的二綜教室照明環(huán)境有了很大的改善，照度普遍提高，感覺更明亮，夜間光環(huán)境更加舒適。所有教室學習區(qū)域均采用格柵燈盤，內裝36 W的T8熒光燈，燈管長軸平行于黑板方向布置，陰影干擾比較小。黑板上方均設有暗藏燈槽，內裝36W的T8熒光燈，既滿足照度均勻度要求，又避免了眩光。教室整體環(huán)境維護良好，但也存在一定的問題，調研時發(fā)現(xiàn)部分教室的某些燈具損壞，亟待維修（表1）。

表1 教室照明環(huán)境現(xiàn)狀

1.2 教室照明測量方法

實驗測量使用XYI－Ⅲ全數(shù)字照度計、SYD－m60紅外測距儀、卷尺、數(shù)碼相機等工具，22點教室完全采用人工照明時進行測量，根據(jù)照明測量方法（GB/T5700—2008）的規(guī)定：針對氣體放電燈類的光源照度，測量前保證點亮至少40 min，學校建筑課桌面水平照度測量時按照均勻布點的方法確定測點位置，采樣點間距不大于2 m，以保證測量數(shù)據(jù)的質量。

教室照度測量點的選擇一般是在距地面0.8 m高度的工作面上，將教室內部平面空間劃分為邊長1～2 m的矩形，在每個矩形的中心處選取測量點，最后取算術平均值作為整個空間的照度平均值，本次測量取課桌面高度0.75 m作為工作面。

實驗測量采樣的數(shù)目越多，最終的平均值跟實際值的誤差越小。但過多采樣既不切實際也沒有必要。根據(jù)表2中室形指數(shù)RI與采樣點數(shù)的關系，來確定最少的采樣點數(shù)。如果燈具的個數(shù)與表2中的采樣點數(shù)正好相同，則應增加采樣點數(shù)。

表2 室形指數(shù)與采樣點數(shù)的選擇

其中，室形指數(shù)RI＝（l×w）/［h（l＋w）］，l為室內長度，w為室內寬度，h為光源至工作面的高度。

1.3 教室照明測量結果

根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制出教室平面布置圖（圖3a，圖4a）和天棚平面圖（圖3b，圖4b）。測得418階梯教室的基本參數(shù)：長度l＝15 900 mm，寬度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數(shù)RI＝2.6，根據(jù)表2測量采樣點至少為16個。結合教室的平面形式，照明測點的網(wǎng)格間距取2 000 mm，共測量35個采樣點，比較全面地反映了教室照度的分布情況。

圖3a 418階梯教室平面布置圖

圖3b 階梯教室天棚平面圖

圖3c 階梯教室測量點位圖

圖4a 313普通教室平面布置圖

圖4b 普通教室天棚平面圖

圖4c 普通教室測量點位圖

同理，313普通教室的長度l＝9 100 mm，寬度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數(shù)RI＝2.0，根據(jù)表2測量采樣點至少為16個。但教室的燈具個數(shù)正好為16，所以照明測點的網(wǎng)格間距取2 000 mm，共測量25個采樣點，具體分布情況見教室照明采樣點分布圖（圖3c，圖4c）。

表3 教室418照明基本數(shù)據(jù)

1.4 教室照明現(xiàn)狀評價

根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)（見表3）發(fā)現(xiàn)，第二綜合樓的教室照明現(xiàn)狀良好，照度基本符合規(guī)范要求，但照度均勻度還不夠。418階梯教室課桌面的平均照度達到了549.1 lx，遠超過GB 50034—2013《建筑照明設計標準》中最低水平照度300 lx的規(guī)定，且滿足眼睛不疲勞的最低照度500 lx的要求。然而313普通教室課桌面的平均照度僅為294.4 lx，并未滿足標準的最低要求。418階梯教室除了①號工作面外，其余工作面均符合規(guī)范中課桌面照度均勻度不低于0.7的要求，①號工作面考慮到黑板燈和出入口的影響，且大部分地方為過道不屬于學習區(qū)域，對舒適度的影響不大。但是313普通教室的照度均勻度只有0.47，遠低于規(guī)范的最低要求，照明質量非常不理想，燈具的布置方式和維護狀況也較差（部分損壞）。階梯教室在教育建筑中畢竟僅占少數(shù)，更多的是類似于313普通教室的空間形式，如何改善普通教室的照明狀況更值得關注。

2 運用DIAlux evo軟件對教室照明現(xiàn)狀的分析與優(yōu)化

由于普通教室的平均照度尤其是照度均勻度未達到規(guī)范要求，本文利用DIAlux evo軟件模擬普通教室的照明狀況，通過改變燈具布置形式和更換燈具種類，提出了五種優(yōu)化方案，并對各方案的利弊進行了對比。

2.1 模型與工作面

以第二綜合樓313普通教室為原型進行建模，教室長寬高分別為9 100 mm，9 600 mm，3 200 mm，課桌高度750 mm，選定為工作面。白色乳膠漆墻面反射比為50%，米黃色自流平塑料涂布地面反射比為20%，輕鋼龍骨硅鈣板天棚反射比為30%。共有課桌41張，雙管格柵式熒光燈盤16個，黑板上方暗藏燈槽內線條燈7盞，均采用三雄極光熒光燈T8 36 W/764。教室燈具采用均勻等間距排列的方式，4行4列共16個格柵燈盆，橫向間距1 800 mm，縱向間距1 200 mm，燈盆尺寸為1 200×300mm，燈具高度3 200 mm。選用三雄極光嵌入式格柵燈具PAK160811。

PAK－B01－236－MI，燈具為2×36 W/T8真亮彩熒光燈管（圖5），將燈具導入模型中，利用DIAlux evo軟件進行照度計算，模擬出教室照明效果（圖6，圖7），并得出學習區(qū)域工作面上的計算結果（表4）和等照度圖（圖8）。

圖5 選用熒光燈的技術參數(shù)

2.2 模擬現(xiàn)狀結果分析

DIAlux軟件模擬所得的教室學習區(qū)域工作面平均照度為348 lx，與實際測量求出的294.4 lx有所差距，模擬算出的照明均勻度為0.52與測得的0.47略有偏差，考慮到實際使用過程中教室的整潔程度、課桌的污損狀況和燈具的維護情況，誤差在可接受的范圍內。

圖6 普通教室照明模擬效果圖

圖7 普通教室照明優(yōu)化效果圖

2.3 教室照明優(yōu)化方案

針對普通教室照明中照度偏低、照度均勻度不夠的現(xiàn)狀，通過改變燈具布置方向和布局形式，提高光源數(shù)量或功率等方式來改善照明質量。方案一通過改變燈具的布置方向，將熒光燈盤由平行于黑板方向改為垂直于黑板布置（圖8b）；方案二通過改變燈具的布局形式，將熒光燈格柵燈盆平行于過道布置在其上方，希望取得更好的照度均勻度（圖8c）；方案三在方案二的基礎上把雙管式格柵燈改為三管式格柵燈，希望提高整體的照度（圖8d）；方案四在方案一的基礎上把雙管式格柵燈改為三管式格柵燈，希望進一步提高整體的照度（圖8e）；方案五在方案四的基礎上將熒光燈盤由平行于黑板布置改為垂直于黑板方向布置，希望取得更好的照度均勻度（圖8f）。

圖8a 工作面等照度圖模擬

圖8b 工作面等照度圖優(yōu)化一

圖8c 工作面等照度圖優(yōu)化二

圖8d 工作面等照度圖優(yōu)化三

圖8e 工作面等照度圖優(yōu)化四

圖8f 工作面等照度圖優(yōu)化五

表4 學習區(qū)域計算面水平照度計算結果（單位：lx）

2.4 優(yōu)化方案結果對比分析

根據(jù)各方案學習區(qū)域工作面上的計算結果對比（見表4），方案一改變燈具的布置方向，除了讓空間平均照度略有增長外，并沒能提高教室的照度均勻度；方案二改變燈具的布局形式，確實取得了很好的照度均勻度，達到了國家標準0.7的要求，但是整體空間照度顯著下降，遠遠不夠工作面水平照度300 lx的要求；方案三在方案二的基礎上把雙管式格柵燈改為三管式格柵燈，確實提高了平均照度，但是照度均勻度的改善還不夠，繼續(xù)通過提高功率的手段來改善照度均勻度將會損耗更多的能源；方案四在方案一的基礎上把雙管式格柵燈改為三管式格柵燈，確實提高了空間的平均照度，同時也提高了照度均勻度，達到了標準的要求；方案五在方案四的基礎上改變熒光燈盤的布置方向，整體平均照度略有提高，照度均勻度更加改善（圖7b）；方案四、方案五均達到了優(yōu)化的目的，但功率均有所提高。

3 小 結

新型的大學教室照明質量有所提高，所調研的階梯教室照明環(huán)境普遍良好，普通教室照度偏低，照度均勻度不夠，通過改變燈具布置方式和增補燈具的手段，提出了幾種優(yōu)化方案，并借助DIAlux evo照明設計軟件進行計算，模擬教室照明優(yōu)化效果，分析比較各種方案的優(yōu)劣。研究得出，改變燈具的布置方式可以改善照度均勻度，但是平均照度會有所下降，只有通過增加燈具的數(shù)量或功率增大來提高整體照度，但同時能耗也會有所增加。因此，在教室照明設計中，應該考慮室內空間的形式和門窗位置，合理布置燈具，努力營造良好的照明環(huán)境。

［1］孔益平，趙云勝，劉磊.優(yōu)化教室照明均勻度的模型構建與求解［J］.安全與環(huán)境工程，2012，19（2）：61～65

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［3］黃海靜.大學教室照明現(xiàn)狀及視覺環(huán)境主觀評價分析［J］.燈與照明，2010，34（4）：22～26

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［5］馬丙戌.大學階梯教室照度均勻度的分析與優(yōu)化［J］.照明工程學報，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

國家自然科學基金資助項目（51478060）

汪統(tǒng)岳（1993－），男，重慶大學建筑城規(guī)學院碩士研究生，主要從事建筑技術科學（光學方向）研究。