高校教室智慧照明研究

雷雪梅　馮銳

摘 要：本文針對高校教室存在照度不達標、照度均勻度不合適、亮度不足、人少燈全亮、人走燈仍亮和照度不能自動調節(jié)等現(xiàn)象。同時為提高階梯教室照明質量、照明智能化程度，提出一種智慧照明改善方案。通過優(yōu)化燈源和燈具布局，以光敏傳感器檢測室內照度與人數(shù)、設置多種場景模式。最后應用DIALux仿真，驗證了方案的可行性。

關鍵詞：階梯教室；照明質量；智慧照明；DIALux

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A

0 引言

優(yōu)質的照明環(huán)境不但可以減輕視覺疲勞，同時能提高教學效果，以滿足師生的照明舒適性需求。智慧照明應具備以下典型的特點：照度、照度均勻度、統(tǒng)一炫光值等參數(shù)符合國家標準；照度值可以根據(jù)需要自行調整；區(qū)域內的人數(shù)變化能夠準確檢測；燈具的開啟與關閉能夠實現(xiàn)手動模式與自動模式的綜合利用；場景模式能根據(jù)需要自由切換。

1 照明現(xiàn)狀分析

以我院綜合實訓樓108階梯教室為研究對象，經(jīng)查閱土建檔案資料并實際測量確定108階梯教室室內參數(shù)為15.55m（長）×15m（寬）×4m（高），教室共分為7級臺階，2～6級臺階大小為15m（長）×2m（寬）×0.1m（高），1級臺階大小為15m（長）×3.3m（寬）×0.1m（高），7級臺階大小為15m（長）×2.25m（寬）×0.1m（高）。依據(jù)《照明測量方法》（GB/T 5700—2008），分區(qū)域選擇課桌桌面、講臺、黑板為對象，設定桌面中心為數(shù)據(jù)采集點，用照度儀測量室內桌面、講臺、黑板的照度。照度單位：勒克斯（Lx）。

分析桌面照度測試值可知。最小照度值Emin=162 Lx，最大照度值Emax=317 Lx，平均照度值Eave=269.42 Lx，照度均勻度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=162/269.42=0.6。桌面照度值大于等于300 Lx，集中分布在中間區(qū)域的4～10排，約占室內面積30%，其他區(qū)域照度值均小于300 Lx。分析黑板、講臺的照度測試值可知，黑板最小照度值Emin=68 Lx，最大照度值Emax=83 Lx，平均照度值Eave=76.2 Lx，照度均勻度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=68/76.2=0.89。講臺最小照度值Emin=123 Lx，最大照度值Emax=127 Lx，平均照度值Eave=124.4 Lx。

教室使用的燈源為三雄·極光，T5高效節(jié)能熒光燈（三基色），功率28W，色溫6500K，光通量2600Lm?！督ㄖ彰髟O計標準》 （GB 50034—2013）規(guī)定：教室桌面照度標準值為300 Lx，照度均勻度為0.6，黑板照度標準值為500Lx，照度均勻度為0.7。教室內色溫3300K～5300K，色表為“中間”。

研究可知，課桌桌面照度值僅30%區(qū)域達到規(guī)定值；講臺桌面平均照度值只達到規(guī)定值的40%；黑板平均照度值遠遠低于規(guī)定值。燈源色溫的色表為“冷”不符合要求。教學過程受到不同程度的影響，中后排部分學生看不清黑板字跡，前排部分學生感受的眩光效應明顯，因而不能集中注意力學習，同時日常管理中存在人工啟停開關麻煩現(xiàn)象，“人走燈依亮”、“人少燈全亮”的浪費現(xiàn)象。

2 智慧照明研究

教室智慧照明需滿足教學的使用性、視覺性和舒適性、引導學生把注意力集中到教學演示區(qū)域、節(jié)能、照度自動調節(jié)、開關控制智能化、適應不同場景模式等要求。

2.1 改變光源和燈具布局

為提高桌面與黑板照度值，應用DIALux多次調試，采用直接照明方式。確定LED面板燈（產(chǎn)品編號PS120320K，照明電流3600Lm，功率20W）為桌面燈具，垂直于課桌面、平行于外窗排列；射燈為黑板專用燈具（OPPLE 140047716，照明電流3600Lm，功率18W），平行于黑板排列，照射黑板所反射出來的光應避開進入學生眼內，因此經(jīng)過計算確定黑板專用燈具與黑板的水平距離不應該大于2.2m，使學生和教師不受黑板反射眩光的干擾。

采用DIALux軟件進行燈光照度仿真，通過DIAlux的造型功能建立教室模型，并為座椅、側墻和端墻選擇合適的材質，導入燈具配光曲線的IES文件，仿真計算。結果顯示，教室課桌面平均照度達到316Lx，最小照度286Lx，最大照度380Lx，照度均勻度0.9。黑板平均照度達到504Lx，最小照度475Lx，最大照度520Lx，照度均勻度0.94。數(shù)據(jù)符合標準，滿足了教師與學生對燈光使用性、舒適性需求。

2.2 設置場景模式

教學投影開啟模式：此模式教師使用PPT展示教學內容、播放視頻、演示教學軟件，同時在黑板上書寫要點；學生利用課桌面在書本上做筆記、勾畫重點；二者均需優(yōu)質的照明環(huán)境，為避免眩光效應，投影儀上方黑板專用照明燈具關閉，課桌第1～4排靠近投影儀處區(qū)域燈具照度值調節(jié)為200Lx，遠離投影儀處黑板專用照明燈具照度值調節(jié)為500Lx，教學其他區(qū)域照度設定為300Lx。

教學投影關閉模式：此模式教師只在黑板上書寫教學內容、展示的知識點繁多；離黑板15m的學生也要能看清黑板字跡，并能在課桌面做筆記、勾畫重點；同樣二者均需優(yōu)質的照明環(huán)境。因此將靠近投影儀處黑板專用照明燈具照度值調節(jié)為500Lx，靠近投影儀處區(qū)域燈具照度值調節(jié)為300Lx，遠離投影儀處黑板專用照明燈具照度值調節(jié)為500Lx，其他區(qū)域照度設定為300Lx。

學生自習模式：此模式滿足學生利用個人電腦瀏覽網(wǎng)頁、查閱資料、下載文獻，在課桌面教材或筆記本記錄資料的需求。無須開啟黑板燈具，因此學生桌面對照度要求不高設定為300Lx。

會議講座模式：教室能容納近兩百余人，常用于教學會議、學術講座等中型活動。此模式顯著特點為引導聽眾把目光集中在演講席。演講席照度調節(jié)為300Lx，聽眾區(qū)域照度調節(jié)為150Lx。

2.3 區(qū)域人數(shù)、照度檢測

選擇光敏三極管檢測教室內光照度，判斷是否需要開燈；選擇熱釋電紅外傳感器采集教室內人數(shù)，確定哪部分燈具需要開啟，達到適用節(jié)能的目的。4種傳感器在某教室的分布如下：①和③為光敏三極管，分別安裝在黑板斜上方左側和右側，通過選擇不同的場景模式，判斷黑板專用照明燈的開啟或關閉；②為光敏三極管，安裝在教室內，檢測教室內的光照度，②同時嵌入紅外傳感器，檢測教室內哪部分有人，決定相對應區(qū)域燈的通斷情況。④為光敏三極管基于不同場景模式，調節(jié)④處附近燈光的照度值。

2.4 通信控制技術

利用GPRS網(wǎng)絡傳輸基于Zigbee無線傳感器匯節(jié)點數(shù)據(jù)的完整無線網(wǎng)絡設計，網(wǎng)絡采用星型或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲和需求時喚醒Zigbee模塊的通信方式，系統(tǒng)的主控模塊采用80C51單片機，在無線通信模塊的有效通信距離內，將各教室內的Zigbee節(jié)點信息通過上位機傳遞到照明控制回路。

結語

智慧照明通過改善照明質量，保證師生對燈光的舒適性要求。智慧照明通過改善照明質量，保證了師生對燈光的舒適性要求，節(jié)約了用電成本，為新校區(qū)的照明建設提供了技術支持。

參考文獻

[1]胡婭婭，李亞亞.基于物聯(lián)網(wǎng)的教學樓照明自動控制系統(tǒng)研究[J].河北北方學院學報（自然科學版），2017，33（3）：47-51.

[2]胡華鑫.基于DIALUX的動車組客室燈光照明仿真[J].機械工程師，2017（3）：112-113.

[3]黃香琳.基于物聯(lián)網(wǎng)的高校教室智慧照明方案研究[J].燈與照明，2015，39（4）：17-20.