星河小學(xué)教室照度調(diào)查及照明方案設(shè)計(jì)

周樂顏　左文飛

研究背景

在同一個(gè)教室里學(xué)習(xí)，有的同學(xué)認(rèn)為太暗要開燈，有的同學(xué)卻覺得夠亮了，開燈是浪費(fèi)。為什么大家的感受不一樣？仔細(xì)觀察后我發(fā)現(xiàn)，教室里各個(gè)地方亮度是不一樣的，靠窗的亮一些，靠門的暗一些。這樣不同的亮度能不能滿足同學(xué)們學(xué)習(xí)的需要呢？只靠自己的眼睛判斷行不行？能不能找到一種辦法，讓同學(xué)們清楚地知道什么情況下要開燈，要開幾盞燈？還有，教室里現(xiàn)在的燈光線路安排合理嗎？因此，我想通過調(diào)查為全校分布在不同樓上的31個(gè)教室設(shè)計(jì)出合理的照明方案。

研究方案

網(wǎng)絡(luò)資料研究。通過查閱中華人民共和國《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2013），我發(fā)現(xiàn)教室的課桌面照度標(biāo)準(zhǔn)值為3001x。照度對(duì)我們的視力有影響，改善照明條件可以減少視覺疲勞，也會(huì)提高學(xué)習(xí)效率。因此，我準(zhǔn)備測(cè)量各教室中不同位置、不同天氣、不同時(shí)間條件下的課桌面照度，設(shè)計(jì)出合理的照明方案，使教室里的每一個(gè)同學(xué)都能有良好的光照條件。

設(shè)計(jì)調(diào)查問卷。我設(shè)計(jì)了2個(gè)問題，并分別在晴天和陰天的早晨、中午、放學(xué)前走進(jìn)教室進(jìn)行調(diào)查，了解同學(xué)們對(duì)亮和暗的判斷。問題1：關(guān)上燈，你能看清書上的字嗎？問題2：你認(rèn)為這個(gè)時(shí)候需要開燈嗎？

確定測(cè)量工具。我找到了照度測(cè)量軟件luxmeter。它利用手機(jī)里的光敏三極管感受光，吸收光能轉(zhuǎn)化為電能，光照強(qiáng)電流就大。測(cè)量精度跟手機(jī)的光線傳感器敏感度相關(guān)。經(jīng)過比較，我選擇了三星的手機(jī)和平板電腦，下載軟件后就能開始測(cè)量了。

確定數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。我觀察了各教室的課桌擺放情況，把放課桌的范圍平均分成6個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)，在每個(gè)采集區(qū)的中心點(diǎn)測(cè)量（圖1）。有12個(gè)教室擁有閱讀區(qū)，課桌排列比較緊密，所以分成5個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)（圖2）。這樣做能得到比較多的數(shù)據(jù)，也不會(huì)很累。

采集每個(gè)教室的照度數(shù)據(jù)。分別在陰雨天和晴天的早晨、中午、放學(xué)前進(jìn)入各個(gè)班級(jí)測(cè)量照度。分別測(cè)量每個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)在每個(gè)時(shí)段不開燈時(shí)的照度、開一部分燈時(shí)的照度、燈全部打開時(shí)的照度。

統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)照明方案。通過進(jìn)班測(cè)量和調(diào)查，可以獲得豐富的數(shù)據(jù)，通過分析設(shè)計(jì)出合理的照明方案。

爭(zhēng)取學(xué)校支持。把研究結(jié)果和設(shè)計(jì)方案向?qū)W校匯報(bào)，引起學(xué)校的重視，使學(xué)校支持改造。

調(diào)查和測(cè)量結(jié)果

調(diào)查問卷結(jié)果分析

每個(gè)班級(jí)的同學(xué)都對(duì)亮暗和是否需要開燈有不同看法。

陰雨天的早晨和放學(xué)前、晴天的中午和放學(xué)前，同學(xué)對(duì)于是否開燈的意見比較一致；陰雨天的中午和晴天的早晨就有明顯分別。

南教學(xué)樓，坐在教室北邊的同學(xué)更想開燈；北教學(xué)樓，坐在教室南邊的同學(xué)更想開燈。

各教室照度測(cè)量結(jié)果

晴天，每個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)的照度都明顯高于陰雨天氣。中午的照度高于早晨和放學(xué)前的照度。

南教學(xué)樓教室南側(cè)的照度明顯高于北側(cè)照度。北教學(xué)樓教室北側(cè)的照度明顯高于南側(cè)照度。

開教室前排燈對(duì)教室前端照度影響較大；開后排燈對(duì)教室前端影響不大，甚至沒有提高；開全部的燈時(shí)，教室前端的照度比只開前排燈高一點(diǎn)。教室后端也是。

陰雨天開燈能把照度提升到100lx以上；晴天陽光強(qiáng)烈，開燈對(duì)照度的提高沒有多大影響。

學(xué)校照明方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)在教室的照明情況是：18盞36W熒光燈如圖3排列，南北向安裝，圈在橢圓中的3盞燈用1個(gè)開關(guān)控制。改進(jìn)措施如下。

（1）教室照明布線改成北、中、南排列。如圖4所示，學(xué)校電路改成北、中、南布線方式更好。因?yàn)榻淌艺斩群苊黠@南北不同。改變后，北邊照度不夠可以單開北邊的燈，南邊可利用窗口的光。

②把燈管改為縱向安裝。燈管與黑板垂直（如圖4所示），可以減少炫光。燈管排列在課桌之間的通道上，可以讓課桌得到2個(gè)方向的光，課桌面照度就提高了。

③降低燈管高度。教室天花板離地面有3.3米，燈離桌面越遠(yuǎn)照度就越低。建議把燈管改成懸掛式安裝，距離地面2.9米左右，讓燈離課桌更近。

④更換燈泡。18W的LED燈管比現(xiàn)在的36W熒光燈更亮，還能節(jié)約用電。

⑤增加教學(xué)樓兩端教室的燈泡數(shù)量。需要在最東邊和最西邊的教室加1盞燈。

⑥增加南樓閱讀區(qū)照明。閱讀區(qū)在教室的北邊，沒有燈光直接照射。所以，閱讀區(qū)也要加1個(gè)18W的LED燈管。

⑦安裝感光控制裝置。教室里哪里照度低，哪里的燈自動(dòng)亮起，如果照度達(dá)到設(shè)定要求，就自動(dòng)關(guān)燈。放學(xué)后不需要自動(dòng)開關(guān)燈時(shí)，可以用開關(guān)把燈關(guān)掉。這樣做不僅可以節(jié)約能源，也能隨時(shí)為同學(xué)提供合適的照明，保護(hù)視力。我在信息教師的指導(dǎo)下制作了感光控制裝置的模型。

改造效果

線路、燈管改造前，晴天時(shí)，每層樓中間的教室早晨（8：00-10：00）開全部的燈，其他時(shí)間可以不開燈。每層樓東邊、西邊的教室要在早晨、放學(xué)前（14：00-16：00）開全部燈，中午（10：00-14：00）可以不開燈。陰雨天氣時(shí)，每個(gè)教室都要在早晨、放學(xué)前開全部的燈。

線路、燈管改造后，晴天時(shí)，南樓每個(gè)教室早晨要開北邊和中間的燈，中午一般不需要開燈，放學(xué)前需要開北側(cè)的燈；北樓相反。陰雨天氣時(shí)，各教室在早晨、放學(xué)前開全部燈；中午如果要寫作業(yè)和閱讀，南樓要開北邊和中間的燈，北樓要開南邊和中間的燈。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目小學(xué)組地球環(huán)境與宇宙科學(xué)一等獎(jiǎng)

專家評(píng)語

項(xiàng)目結(jié)合生活提出問題，并基于大量親手測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提出了切實(shí)可行的解決方案，對(duì)中小學(xué)有借鑒意義。測(cè)量的方案還可以更細(xì)化和深入，建議深化和完善研究方案。