重慶市部分中小學校教室光環(huán)境調查與分析

陳小琴 姚加飛，2

(1.重慶大學輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室，重慶 400044;2.重慶大學建筑設計研究院，重慶 400045)

1 引言

2004年第六次全國學生體質健康調研結果表明:我國小學、初中和高中學生的近視率分別為32.5%，59.4%，77.3%。同2000年相比，各階段學生的近視率均有不同程度的上升，尤其是近視越來越呈現(xiàn)“低齡化”的趨勢，小學年齡段近視檢出率明顯升高，中學生發(fā)病率較高，大城市學生近視患病率顯著提高［1，2］。

學校是學生學習和進行各種活動的主要場所，教室光環(huán)境直接影響學生和教師的視覺作業(yè)完成效果，良好的光環(huán)境可以提高學習效率和減少視覺疲勞，保護青少年學生的視力。然而許多中小學教室都或多或少存在著某種天然采光及人工照明不合理的現(xiàn)象，學生們長期在不良的學習環(huán)境下學習，是導致我國中小學生視力不良發(fā)生率居高不下的原因之一［3］。

近幾年，國內學者與專家也開始關注學校光環(huán)境的調查與分析，如李春會［4］等調查分析了廣州市中小學教室采光照明現(xiàn)狀，提出了簡單的建議，孟超［5］調查分析了北京市部分學校的采光照明現(xiàn)狀，陳亢利［6］等對蘇州新老兩個中學的教室光環(huán)境調查分析比較，指出了學校光環(huán)境方面存在的不足。但對于重慶這個多霧的特殊城市，還未有學者進行調查研究。本文綜合了大量文獻，完善了調查項目，選取重慶市區(qū)的10所中小學25間教室進行教室光環(huán)境的實地測量，分析重慶市學校教室照明光環(huán)境的現(xiàn)狀以及存在的問題，發(fā)現(xiàn)重慶市學校教室采光和黑板照明問題十分嚴重，人工照明也不理想，與國家新標準有一定差距。針對部分問題，本文提出幾點行之有效的改善途徑。

2 調查結果與分析

采光測量時間選取在中午11:50～14:00;人工照明測量選取在晚上7:00之后。依據(jù) 《中小學校教室采光和照明衛(wèi)生標準》 (GB 7793—87)，對教室采光及燈管安裝等情況進行評價。由于該標準對教室內典型工作面照度的要求過于陳舊，故在照度的評價時選用2004年新頒布的 《建筑照明設計標準》(GB 50034—2004)，即教室課桌面平均照度值不應低于300lx，黑板面平均照度值不應低于500lx，兩者的均勻度不應低于0.7。

2.1 采光現(xiàn)狀分析

1)實測的學校僅一所為雙側采光，其余學校均采用單側采光。單側采光的教室，光線均從座位的左側入射，符合規(guī)范［7］要求。但有一間教室的窗戶安在后側，這樣布局的教室，采光狀況極差，嚴重違反規(guī)范。教室玻地比均大于1∶6，但單側采光的教室，玻地比大于1∶5的僅12間，占54.5%。除一所學校窗臺安裝高度為1.1m外，其余學校均在規(guī)范要求的0.8～1m之間。學校A5的教室沒有安裝窗簾，其他教室均使用拉合式窗簾，不用時收起的部分遮住了窗邊部分座位的光線，對采光造成了一定的影響?？梢娊淌医ㄖ闆r大部分符合規(guī)范要求。如表1所示。

2)實測的大多數(shù)學校，在教學樓前普遍有花圃、樹木、或高或低的建筑，尤其學校A1的教學樓采光側有一棟民用建筑，導致低樓層的部分光線被阻擋，采光現(xiàn)狀很差，即使教室的玻地比很高，采光系數(shù)也很難達標?？梢姌菍由愿叩慕淌遥晒猬F(xiàn)狀比低樓層的好。

3)采光系數(shù)大于1.5%的教室只有11間，占44%，采光系數(shù)大于2% (重慶為多霧地區(qū)，采光系數(shù)要求為2%)只有1間，如圖1所示。采光系數(shù)最大值4.5%出現(xiàn)在雙側采光教室，采光系數(shù)較大的值均出現(xiàn)在高樓層及玻地比較高的教室;而教室1的采光系數(shù)僅為0.21%。從表1中可知，該教室處于一樓，玻地比也是最低值?？梢姌菍痈叩?、玻地比大小和采光方式均會影響采光系數(shù)的大小。

4)實測的學校中，桌面反射比達標的共有17間教室，占68%;地面反射在標準范圍外的只有兩間教室;墻面反射比普遍偏高;黑板的反射比普遍偏低。

5)自然采光時，桌面平均照度達到標準值300lx的有20間教室，占80%，部分教室甚至遠大于標準值。教室10采用后側采光，照度值最小，僅為171.7lx。與桌面相比，黑板的照度現(xiàn)狀很差，沒有一間教室達到新標準500lx，達到舊標準200lx僅有10間教室，占40%;由圖2可知，每間教室的黑板照度都比桌面照度低很多。這種現(xiàn)狀造成學生要在散射光的照射下注視黑板，增大了學生自身視力的調節(jié)度，令學生更容易出現(xiàn)疲勞。

表1 教室建筑情況匯總表

圖1 采光系數(shù)匯總圖

6)由圖3可知，桌面的照度均勻度很差，普遍在0.1～0.5之間，遠達不到標準要求。雙側采光(教室13～15)的照度均勻度要比單側采光的高，單側采光的照度均勻度極差。調查發(fā)現(xiàn)，靠窗的座位照度較高，而靠內墻的課桌照度較低，在室外照度偏低的時候，常常達不到標準;而照度均勻度低也導致同一教室內形成較大的亮度差。當視線由亮度較高的區(qū)域移到另一個亮度較低的區(qū)域時，需要一段調整時間以適應新的亮度水平，亮度差太大時更容易引起學生視疲勞。此外，在光線太強的環(huán)境下讀書寫字，也會損害學生的視力。而黑板的照度均勻度狀況要好些，照度均勻度大于0.7的有8間，占32%。

2.2 人工照明現(xiàn)狀分析

1)實測的25間教室內均安裝了6支以上的熒光燈，有3間教室有1至2支燈管不能點燃。燈管懸掛高度符合規(guī)范要求的有19所，占76%。教室內均安裝了1～3支黑板燈，除4間教室黑板燈使用嵌入式安裝外，其余黑板燈安裝高度和教室普通照明的熒光燈安裝高度一樣。熒光燈燈管排列的長軸垂直于黑板的教室有22間，占88%;另外3間教室的燈具使用了不規(guī)則排列，有部分燈長軸平行于黑板。教室安裝的熒光燈普遍是光效較低的T8和T12，僅一所學校使用了光效較高的T5。除B3、B4兩所學校使用嵌入式格柵燈外，教室均使用簡易懸掛式燈具;只有B2、A7、A8三所學校使用專用黑板照明燈具。設備情況如表2所示。

圖2 自然采光時實測照度

圖3 自然采光時照度均勻度

2)由圖4可知，采用人工照明時桌面平均照度達到舊標準150lx的教室為100%;達到新標準300lx的教室僅2間，而這兩間教室均使用了效率較高的T5熒光燈。黑板平均照度達到舊標準200lx僅8間教室，這8間教室都是使用了黑板專用照明燈具，但沒有教室達到新標準500lx。使用混合照明后，黑板照度普遍能達到200lx，但達到500lx的教室僅3間。可見，教室使用高效光源，可使桌面照度得到很大改善;使用黑板專用照明燈具后，黑板照度得到很大改善。

3)由圖5可知，采用人工照明時桌面的照度均勻度較自然采光時要好，普遍大于0.5;但達到標準0.7的教室僅5間，占20%;其中有兩間教室使用格柵式燈具，另外兩間則使用的是4×4多行多列的燈具布置方式。黑板的照度均勻度比桌面照度均勻度好，有19間教室達到0.7，占76%?？梢娙斯ふ彰鞯淖烂嬲斩染鶆蚨纫廊徊荒苓_到國家標準的要求。

表2 教室設備調查匯總表

圖4 人工照明實測照度

4)結合現(xiàn)場記錄的光源參數(shù)及燈具參數(shù)，對每個教室的照度進行了粗略的估算［8］。發(fā)現(xiàn)小學最初設計的平均照度均大于200lx，中學最初設計的平均照度均大于300lx，而現(xiàn)場測試的照度比計算照度低50～100lx。除了現(xiàn)場測試人員可能出現(xiàn)的測量誤差因素外，還與教室光源長久未更換導致光源光效降低較多、燈具積塵較多未進行擦洗導致維護系數(shù)減小、有燈管損壞未進行更換導致有效光源減少等因素有關。

3 分析建議

圖5 人工照明實測照度均勻度

現(xiàn)有的中小學校普遍建于2004年之前，依據(jù)的是舊標準 《中小學校教室采光和照明衛(wèi)生標準》(GB 7793—87):課桌面的平均照度值不低于150lx，黑板面平均照度值不低于200lx。調查結果表明，按照舊標準評價，學校桌面平均照度均能達標。新標準頒布之后，由于新修訂的標準要求提高，需要進行教室的照明改造，涉及因素很多，實施有一定的困難;另外一方面，新修訂的國家標準的宣傳和監(jiān)督不夠，各個學校沒有及時進行照明設施改造;此外部分學校和相關部門對教室的照明問題沒有引起足夠的重視，因此在對照明的達標改造等實施方面的工作沒有到位。綜合調查結果分析，本文針對桌面照度水平，照度均勻度，黑板照明幾個方面提出幾點行之有效的建議。

3.1 桌面照度水平

1)增加人工照明的數(shù)量是提高照明水平的最直接途徑，可以通過增加燈管的數(shù)量，或者換用功率更大的光源，但是這種方法的不足在于不利于節(jié)能，會導致用電量增加。

2)提高照度水平，還可通過使用高效的光源。調查中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的教室普遍都是使用T12或T8的熒光燈。而T5相對于上述的幾種熒光燈，光效明顯提高，可達到100lm/W，并且體積更小，便于燈具設計。

3.2 桌面照度均勻度

3.2.1 燈具方面

從調查結果分析可知，人工照明狀態(tài)下，桌面的照度均勻度達標的較少。改變照度均勻度，可以從燈具排列方式著手。在調查中發(fā)現(xiàn)，在采取相同數(shù)量和光效的燈管時，采用單管的多行多列排列方式比雙管或者3管的排列，照度均勻度要高。在布燈時，盡量考慮課桌椅的排列，不要出現(xiàn)有的桌面在燈具的正下方，有的桌面則離燈具很遠的情況。

使用格柵燈具也可增大桌面的照度均勻度，且可限制眩光。

3.2.2 合理控制回路

在調查學校光環(huán)境現(xiàn)狀的同時，對中小學生進行了現(xiàn)場的問卷調查，調查時間是夏天，日光也比較充足，發(fā)現(xiàn)大部分教室桌面平均照度都符合要求，但學生依然選擇在白天時開啟教室所有照明燈具，這樣造成很大的資源浪費。雖然在大部分單側采光的教室中，內墻側在室外光線不足時，達不到標準300lx，但是近窗側的桌面一般都能達到標準。因此，可通過良好的回路設計及控制，使教室室內光線均勻。

實測的學校中，學校B2的教室照明回路采取分列控制。教室7中共有4列燈，每列燈獨自一個回路，分別為S1、S2、S3、S4，如圖6所示。白天光線較充足時，近窗的S3、S4回路關閉，只開啟遠窗的S1、S2回路。記錄下各個測量點的照度 (測量點見圖7)，對每一列測量點的照度取算術平均值，并與自然采光時的每列照度算術平均值進行比較，如圖8所示。由于靠窗1列的照度很大，為便于圖表觀看，圖中未標出。

由于教室在一樓，當自然采光時遠窗的3、4、5列都沒有達到標準300lx，且每列的照度差異較大，照度均勻度低;進行分列控制之后，只有遠窗第5列沒有達到300lx，且每列的照度差異變小，照度均勻度提高。

因此建議學校設計照明回路時，盡量采用分列控制，每一列燈設計獨立的回路控制。在內墻照度不足時，及時開啟對應回路的燈，補充照明。

但此方法的缺陷是必須進行人工調節(jié)，且對于室外照度變化引起室內照度變化時，不能進行連續(xù)的調節(jié)。下一步的研究，是利用感光元件，使燈具能夠根據(jù)室內照度變化智能的調節(jié)照度。

圖6 教室照明控制回路

圖7 測量點分布

圖8 合理控制回路效果

3.2.3 利用鎮(zhèn)流器的設置達到多級控制目的

對于熒光燈，通過合理的線路和使用多燈鎮(zhèn)流器，可以實現(xiàn)多級的照明控制，產(chǎn)生多種照度水平。這種多級開關控制一般通過兩個開關就可以實現(xiàn)了。如圖9所示，將四燈燈具和三燈燈具中的光源分別與相對應的鎮(zhèn)流器連接，通過開關的不同的閉合狀態(tài)，可以產(chǎn)生多種照明水平。對于三燈系統(tǒng)，邊上兩個燈管可以獨立于當中一根燈管被點亮。這就使得照明控制的可能性增加了一倍，而不是簡單的開和關，這些燈具可以是全關、1/3開、2/3開和全開。同理，四燈可以產(chǎn)生全關、1/2開和全開三種照明水平。采用此種控制方式，配線簡單，使用方便，無需特殊維護。

圖9 鎮(zhèn)流器的設置

3.3 黑板照明

1)增加黑板燈數(shù)量，或換用功率更大的光源，此方法優(yōu)缺點同3.2.1所述。

2)白天盡量使用自然采光加人工照明的混合照明。從調查結果可知，自然采光時，黑板照度很難達到新標準，因此需要開啟黑板燈來補充照明，同時黑板燈應該設計獨立的一條回路控制。

3)實測的學校大部分使用簡易懸掛的下照式燈具，大量燈光不能投射到黑板上，導致黑板照度過低。因此，建議使用專用的燈具對黑板進行照明。同時，建議使用配光為不對稱的斜照型燈具，這種燈具的特點為整體光分布較窄，配光不對稱，光投向黑板，能夠在黑板上產(chǎn)生均勻、足夠的垂直照度，同時嚴格控制其他方向的光通量，避免產(chǎn)生眩光。

4)應該合理的選擇燈具安裝的位置。

4 結論

總體來說，被調查的中小學教室具有較好的照明條件，但是采光較差，總體符合規(guī)范要求的教室不多。問題主要集中在 (1)多數(shù)教室采用單側采光，采光系數(shù)沒有達標，而且教室的照度均勻度很差 (2)人工照明的照度不能達到新標準的要求(3)黑板照明的照度遠遠不能達到新標準的要求。

學校應對教室光環(huán)境引起足夠的重視，及時根據(jù)新標準要求對學校進行照明達標改造。同時學生自身應養(yǎng)成良好的用眼習慣，通過開啟部分日光燈、使用窗簾等途徑及時對光環(huán)境進行調節(jié)，為自己創(chuàng)造一個良好舒適的學習環(huán)境。

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