重慶地區(qū)冬季高校教室高照度照明的主觀評價

李娟潔，楊春宇，陽佩良，梁樹英，李官未

(1.重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045；2.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

我國根據(jù)室外天然光年均總照度值將其分為I～V類光氣候區(qū)，重慶作為中國V類光氣候區(qū)的典型城市[1]，冬季總?cè)照諘r數(shù)僅有96.75 h[2]。我們通過對重慶地區(qū)冬季大學(xué)生季節(jié)行為模式和抑郁情緒量表問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近40%的大學(xué)生在秋冬季交替時，因不適應(yīng)持續(xù)陰雨天，學(xué)習(xí)效率受到季節(jié)性情緒波動的影響[3]。光與人的健康息息相關(guān)，光照的缺乏會導(dǎo)致人體生理功能紊亂[4]，在秋冬季節(jié)反復(fù)發(fā)作，并伴隨著疲倦、嗜睡等癥狀[5]。研究表明在補(bǔ)充光照的情況下癥狀可得到緩解[6,7]，并能減緩患者疲勞程度[8]。教室作為大學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間的主要場所，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要是滿足基本視覺功能需求，對缺乏日照的地區(qū)，還應(yīng)該從光生物效應(yīng)、地域性光氣候特征等方面進(jìn)行有益于健康的照明研究[9]，Sansal等[10]發(fā)現(xiàn)小學(xué)生閱讀速度、作文和算術(shù)成績隨照度升高而提升，林丹丹[11]研究表明色溫和照度水平與學(xué)生的作業(yè)正確率呈正相關(guān)。本實驗采用LED光源，通過實驗探討在滿足室內(nèi)光安全健康的前提下，能否通過提高室內(nèi)人工光環(huán)境參數(shù)，緩解重慶地區(qū)大學(xué)生冬季學(xué)習(xí)效率低下的問題。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了教室照度為300 lx，在冬季缺乏日照的V類光氣候區(qū)，提高照度值，增加光照量是否有益于緩解學(xué)生的抑郁情緒，是我們基金課題的主要研究內(nèi)容，但照度提高后的滿意度情況怎樣是需要注意的。實驗選取了8組不同的光環(huán)境進(jìn)行，對志愿者光照一周后、光照兩周后進(jìn)行卡羅林斯卡嗜睡量表(KSS)測評，結(jié)合舒適程度主觀評價，篩選出適宜的照明參數(shù)，為下一步確定光生物實驗中各照明參數(shù)提供依據(jù)。

1 實驗設(shè)計

1)實驗方法。在目前國際和國家建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，教室照度標(biāo)準(zhǔn)值最高值均控制在750 lx及以下，且現(xiàn)有室內(nèi)光照試驗照度已逐漸超過標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定[12-14]。為探究在冬季缺乏日照地區(qū)如何改善因日照不足帶來的學(xué)習(xí)效率下降等問題，試驗光照參數(shù)設(shè)定時，在保證人眼視覺功效的前提下[15,16]，參考標(biāo)準(zhǔn)中照度值分級，選取1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx和3 000 lx四種照度值，較高照度的光照環(huán)境以研究增加光照對冬季缺乏日照地區(qū)學(xué)生帶來的影響，超過標(biāo)準(zhǔn)值時光照1 000 lx的光生物效應(yīng)實驗因此，本實驗室設(shè)施條件按大學(xué)教室改建，在光源參數(shù)設(shè)置時， 色溫選擇參考《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》選取4 000 K和5 000 K兩種；采用全析因?qū)嶒灧▽⑸珳嘏c照度值交叉組成8種光環(huán)境。實驗分兩批進(jìn)行，每批15天(A：11.30—12.14；B：12.15—12.29)，每天接受相同劑量的光照(lx×h)，實驗分組見表1，實驗期間嚴(yán)格控制志愿者使用其它帶光源的電子設(shè)備以避免影響對實驗光環(huán)境的評價。

表1 實驗分組及光環(huán)境參數(shù)

2)實驗人員的篩選及分組。2017年冬季，在專業(yè)醫(yī)師的指導(dǎo)下，根據(jù)抑郁情緒量表(SDS)和季節(jié)行為模式問卷(SPAQ)[17]，排除有藥物依賴癥、酗酒抽煙、熬夜習(xí)慣以及眼部疾病等問題的志愿者，最終選出帶有季節(jié)性抑郁情緒，學(xué)習(xí)效率低下的64名志愿者，男性(n=32)和女性(n=32)，年齡在21.52 ± 1.56，實驗隨機(jī)進(jìn)行分組，每組4男4女，共8組進(jìn)行。

3)實驗量表。KSS量表是疲勞主觀自評應(yīng)用最為廣泛的量表之一[18]，將人學(xué)習(xí)工作時警覺性分為9個程度，并賦予相應(yīng)分值(表2)：被試者根據(jù)自己在填寫量表時的主觀感受選擇對應(yīng)的尺度進(jìn)行評價。得分等級越高，疲勞感越強(qiáng)烈，反之，疲勞感越輕。該量表直接、簡單、容易理解，但容易受到受試者自身主觀因素的影響，結(jié)合實驗每天對各光環(huán)境下志愿者舒適程度及狀態(tài)進(jìn)行跟蹤記錄結(jié)合綜合測評分析，以提高評價的可信度，所有量表結(jié)果采用均值±方差表示。

4)實驗環(huán)境及光照條件測定。

(a)實驗場地設(shè)置：實驗室按大學(xué)教室設(shè)置(圖1)，實驗室布置尺寸如圖2所示。

(b)實驗室光照參數(shù)測定設(shè)備：本實驗選用的人工光源有LED(4 000 K，5 000 K)，色溫及照度值采用分光輻射照度計(CL-500A)進(jìn)行測定，所有儀器檢測前均經(jīng)過校準(zhǔn)(圖3)。

表2 KSS評價量表

圖1 實驗室布局示意圖Fig.1 Schematic diagram of laboratory layout

圖2 實驗室布置尺寸圖Fig.2 Dimensions of laboratory layout

圖3 工作面照度測量Fig.3 Lighting measurement of working face

2 測評結(jié)果

2.1 KSS量表結(jié)果

分別在實驗進(jìn)行一周后(DAY7)、兩周后(DAY14)進(jìn)行KSS量表測評，測試不同光環(huán)境下志愿者的疲勞程度，被試根據(jù)自己在填寫量表時的主觀感受進(jìn)行評價，測評結(jié)果如圖4所示。

一周后KSS得分最高的是4 000 K、1 000 lx光照組，最低的是4 000 K、3 000 lx，且隨著照度水平的增加，在1 500 lx與2 000 lx間KSS得分沒有明顯的變化趨勢。比較光照一周后與兩周后KSS評分發(fā)現(xiàn)，隨著時間的增加，受試者的KSS得分越高，自我感受更疲勞。

綜合分析實驗期間不同光環(huán)境下的疲勞程度(見圖5)，色溫的影響不大，照度的作用更加明顯。4 000 K的色溫條件下，照度值在1 000～2 000 lx時受試者易感覺疲勞，當(dāng)照度超過2 000 lx后，隨著時間的累積，5 000 K色溫下條件更易感覺疲勞，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實際光照環(huán)境調(diào)節(jié)光照時長。

2.2 實驗日志結(jié)果

依據(jù)心理衛(wèi)生評定量表手冊中對評定量表的規(guī)定[19]，對志愿者每日實驗日志內(nèi)容進(jìn)行量化分析，以“非常舒適-5”、“舒適-4”、“一般-3”、“不舒適-2”、“非常不舒適-1”為評價標(biāo)準(zhǔn)。不同光環(huán)境評價結(jié)果如圖6所示，4 000 K光環(huán)境時，照度與舒適度呈正相關(guān)，且隨著時間的累積，適應(yīng)程度較好，方差顯示評價結(jié)果一致性高；5 000 K光環(huán)境下，隨著時間的增加評價感受波動較大，其中1 500 lx照度下方差波動達(dá)0.28。

圖4 不同光環(huán)境實驗一周、兩周后KSS評價結(jié)果Fig.4 KSS evaluation results of different light environment after one and two weeks of experiment

圖6 不同光環(huán)境舒適度評價Fig.6 Comfort evaluation of different light environment

對各組志愿者舒適度評價進(jìn)行分類統(tǒng)計，計算實驗期間內(nèi)各選項所占百分比，以此作為該光環(huán)境下舒適度評價依據(jù)(圖7、圖8)。提高教室環(huán)境照度，在4 000 K光環(huán)境中，舒適度最好的是2 000 lx，其視覺感受舒適率占64.29%，其次是3 000 lx，其視覺感受舒適率占61.60%，統(tǒng)計實驗日志顯示，2 000 lx照度下易使人乏困，3 000 lx易使人保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不舒適率最高的為1 000 lx,志愿者表明每日隨著時間的加長，易疲勞，學(xué)習(xí)狀態(tài)下降；5 000 K光環(huán)境中，舒適度最好的是2 000 lx。

圖7 不同光環(huán)境視覺舒適率Fig.7 Visual comfort rate of different light environments

圖8 不同光環(huán)境視覺不舒適率Fig.8 Visual discomfort rate of different light environments

3 結(jié)論與討論

我們探討了8種光環(huán)境下，疲勞程度、舒適度與照度、色溫之間的關(guān)系，測評結(jié)果顯示：

1)KSS量表測評表明，照度與色溫對志愿者疲勞程度變化均有影響，其中照度的影響最大，其次是色溫；色溫相同時，志愿者的疲勞程度在1 000～3 000 lx之間隨照度升高而降低，且4 000 K光環(huán)境下疲勞值更低，其次是5 000 K色溫光環(huán)境；照度達(dá)到3 000 lx時，志愿者的疲勞程度最低，在冬季缺乏日照地區(qū)，可選擇適當(dāng)提高室內(nèi)照度以改善使用者的工作效率，特別在對工作效率有要求的場所如工廠等區(qū)域；

2)根據(jù)志愿者每日實驗日志所記錄，在同一光照環(huán)境下，隨時間的增加，疲勞程度上升，舒適度下降；隨照度的增加，與5 000 K色溫相比，長時間在4 000 K光照環(huán)境，使用者視覺適應(yīng)程度更高，不易產(chǎn)生波動；

3)在相同色溫條件下，隨室內(nèi)光環(huán)境照度值升高，各評價指標(biāo)的滿意度均呈現(xiàn)先增后減，4 000 K色溫條件下，照度在1 500～2 000 lx之間表現(xiàn)為最適宜；5 000 K色溫條件下，則在2 000～3 000 lx之間表現(xiàn)為最適宜。高照度下4 000 K色溫平均滿意水平高于5 000 K，在冬季缺乏日照地區(qū)，高照度條件下，可適當(dāng)選用4 000 K色溫條件進(jìn)行室內(nèi)照明。

當(dāng)然，這種高照度僅作為冬季日照缺乏地區(qū)的一種實驗，并不能意味著可以成為教室照明的依據(jù)。如何使不同光氣候區(qū)的高校教室有更符合健康要求的照明光環(huán)境，還有待進(jìn)一步的研究。