高校教室照明節(jié)能優(yōu)化研究

王首一 吳思穎

（河北工程大學 河北邯鄲 056000）

引言

能源問題一直是我國現(xiàn)代化發(fā)展中所面對的重要問題。據(jù)調查，電力能源消耗在高校的各類能源消耗中占到了一半以上，其中照明系統(tǒng)占到了24%。由此可知，高校教室在照明節(jié)能方面還有相當大的潛力，教室照明環(huán)境的研究對校園發(fā)展具有現(xiàn)實意義。高等院校是培育優(yōu)秀學術人才、進行學術研討活動的重要場所。高校建筑室內的照明環(huán)境緊密關系著校園內各種活動的正常進行與舉辦。教室是學生日常學習和上課的主要場所，學生一半以上的時間都是在教室中度過。舒適的教室照明環(huán)境不但可以在生理上減弱光污染對眼睛造成的負擔和頭暈、惡心等身體不適現(xiàn)象，同時還會舒緩心理上的厭煩情緒，增加良好的心理感覺，給學生更好的視覺體驗，提高學習積極性。

1 高校教室照明現(xiàn)狀調研與分析

本文擬通過對河北工程大學主校區(qū)內的教學樓照明環(huán)境進行調研，發(fā)現(xiàn)教室的人工照明環(huán)境存在的問題，如室內燈光亮度不夠高，光線分布不均勻，出現(xiàn)眩光和頻閃，光源數(shù)量不夠產生投影等問題。這些現(xiàn)象會對學生正常的視覺作業(yè)產生影響，同時造成資源浪費。照度、照度均勻度、亮度、色溫、眩光及光源的選擇等都是影響教室照明質量的因素。本文僅對教室照明環(huán)境質量影響較大的幾個因素進行分析。

1.1 照度和照度均勻度的影響

照度反映了被照物體的照明水平，可以用來衡量照明環(huán)境的照明質量；照明均勻度是用來度量整體照明環(huán)境的照度均勻程度的指標。GB50034—2013《建筑照明設計規(guī)范》中規(guī)定，教室在其課桌面處應有300lx 的照度值。通過使用照度計對教室內照度進行實地測量，發(fā)現(xiàn)大部分測試對象的照度值在180lx-220lx之間，不能滿足國家規(guī)范標準值。燈具放置的高度和排列方式會對教室的照度和照度均勻度產生影響。燈具安裝高度過低度，會使被照工作面呈現(xiàn)密集的光源分布，從而使室內的照度均勻度降低；過高則光線會分散，降低工作面的光照度。除此以外，兩燈布置間距過遠會使中間區(qū)域的光線較暗降低室內的照度均勻度。因此，在教室照明設計時應根據(jù)教室空間的大小和高度合理的布置燈具。

1.2 眩光因素的影響

眩光是照明環(huán)境的控制性影響因素之一，它是由照明環(huán)境中的亮度分布不均或者是出現(xiàn)極端亮度分布所導致的。眩光會引起使用對象的視覺不舒適從而降低視覺功效，不僅會給使用者的視力健康帶來損傷，還會影響其視覺作業(yè)的舒適性。眩光的發(fā)生與桌面材質選擇、燈具排列方向和燈具保護角度有關聯(lián)。由于學校建設時間較久，桌面經長時間使用已經變得光滑，學生座位區(qū)正上方燈具發(fā)出的燈光會通過桌面材質反射進入人眼，引發(fā)眼部的不適。橫向布置的燈具，光線會更容易直射進入學生眼內，刺激眼部肌肉的頻繁收縮，導致視疲勞。燈具保護角的設計是避免燈管產生的光線向四周散射，控制光線的輸出方向。黑板區(qū)是教師授課，學生注意力集中的區(qū)域，黑板燈的保護罩角度過小，反射光線增多會增加該區(qū)域的照度，射入學生眼內會形成不舒適眩光，進入教師眼內的反射光線還會影響正常教學活動。教室照明應滿足教師正常授課，學生可以清楚地觀看事物的基本需求，這就需要在照明設計階段控制產生眩光的影響指標。

1.3 光源的影響

經調查，現(xiàn)有的教學樓內普遍使用的是直管型熒光燈，大部分教室采用燈管支架和熒光燈組合的照明方式，部分教室采用格柵燈架搭配熒光燈的照明方式。相比傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈的顯色性能和照明效果已有顯著提高。但是熒光燈使用半年就會老化，照明光通量減少，教室中新更換的燈管與使用時間長的燈管亮度對比明顯，影響照明質量。格柵燈盤可以減少外漏的光源，但當光源不穩(wěn)定發(fā)生頻閃現(xiàn)象時，柵格的鋁質材料會發(fā)生鏡面反射，加重頻閃效應。此外熒光燈管的實收壽命短且其鎮(zhèn)流器功率損耗大，燈管內含有水銀、熒光粉等重金屬，一旦破裂會給人體帶來巨大危害，教室更換下來的廢棄燈管也會污染環(huán)境，教室照明應該尋找更加高效節(jié)能的光源。

2 教室照明優(yōu)化方法

《照明設計手冊》中規(guī)定要提高教室內的照度均勻度，教室頂部兩燈之間的距離L 與燈到工作面表面的高度H 的比值，即距高比不大于所選用燈具所允許的最大距高比L/H。龍麗娟在《教育建筑之教室照明設計》 中指出進行教室的燈具布置時，只有在最大允許距高比的范圍內安裝燈具，才可以滿足被照工作面照度均勻性的需求。

要避免眩光帶來的影響，可以縱向布置照明燈具，使燈具的長軸學與生的視線平行，讓光線從兩側進入眼睛，減少直射光的刺激。對于新建教學樓，教室桌面宜選用淺色、無光澤的材料，老舊校區(qū)可在桌面張貼反射系數(shù)低的保護膜來減少眩光。為減少黑板燈對教師和學生帶來的眩光干擾，黑板燈應避免布置在教師站在講臺上水平視線45°角的范圍內。工業(yè)技術的發(fā)展讓照明領域存在的許多問題迎刃而解，雙反射器黑板燈的發(fā)明可以有效提高黑板的照度均勻度，減少了眩光對師生的干擾。

LED 作為新型光源，具備綠色環(huán)保、高效節(jié)能、使用周期長的優(yōu)點，可作為未來照明光源的首選。其中LED 面板燈平面發(fā)光均勻，光線柔和并且照度高，具有環(huán)保和功率損耗小的特點，很適合應用在教室照明中。邵曉萍在DIALux 軟件中通過對熒光燈和LED 兩種不同類型照明光源的教室進行模擬，改變了燈具的布置方式、高度和配光曲線來獲取照明環(huán)境的相關參數(shù)。結果表明，LED 比熒光燈更適合應用在教室照明中。曾平通過軟件對中小學教室進行仿真分析，研究表明LED 長條面板燈不僅可以提高學生的視覺舒適性，還可以節(jié)約30%的照明用電，以上研究說明了LED 面板燈在教室中應用的可行性及其節(jié)能的性能。

隨著智能技術的發(fā)展，人工照明環(huán)境的管理模式由手動控制逐步向智能照明控制系統(tǒng)轉變。在現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)中加入照度感應模塊，當照度值低于規(guī)范要求的300lx 時，照明系統(tǒng)自動提高燈具的亮度；時鐘模塊和紅外感應模塊可以根據(jù)輸入的時間和紅外線感知的教室剩余人數(shù)自動開關燈具，減少人力資源的浪費。這種照明系統(tǒng)設置雖然簡易，但經過長時間的積累可以給教學樓節(jié)省大量電能。陳曉云以某辦公樓為例，將使用空間分為辦公區(qū)域、輔助區(qū)域和輔助控制區(qū)域，并分別設置了相對的照明控制方式和照明方案。研究表明照明控制系統(tǒng)的設置相比之前可節(jié)能33.7%。林朝陽將此理論運用到教室中，將教室劃分為若干區(qū)域，每一區(qū)域安裝可檢測人員情況的傳感器，通過人員的變動來控制燈具開關，使系統(tǒng)可根據(jù)情景自動調節(jié)明暗。研究表明該系統(tǒng)有助于減輕高校的用電浪費現(xiàn)象，延長燈具的使用壽命。智能照明系統(tǒng)在校園節(jié)電節(jié)能方面發(fā)揮者重要作用。

結語

我國是教育大國，隨著國家對教育事業(yè)的投入增大及對科研人才重視程度的加深，高校對教室數(shù)量的需求也逐步加深。做好教室照明設計和管理工作，不僅節(jié)省學校的資金，還可縮小能源消耗，促進校園的可持續(xù)發(fā)展。盡管LED 燈具具有高效節(jié)能的特點，并在公共建筑中廣泛應用。但是在教室照明中因其亮度高、容易產生眩光的問題還需要后期更加深入的研究來克服。