南京市學(xué)校教室天然采光初步研究之問卷調(diào)查

吳 蔚，曹慶艷

(南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 南京 210093)

引言

彼得·博斯(Peter Boyce)在他的《光環(huán)境中的人為因素》(Human factors in Lighting)一書中就提到:采光照明不僅僅意味著可視，它還賦予了室內(nèi)環(huán)境一個(gè)特定印象，并且還影響著人們的行為(Lighting can do more than just make things visible. It can impart a particular impression to an interior and influence people’s behaviour)[1]。天然光作為長(zhǎng)期惟一的光源，在人類進(jìn)化、生產(chǎn)、生活過程中，對(duì)其生理和心理上的影響是不可忽視的[2-3]。因此在以天然光為主要光源的學(xué)校中，如果僅僅研究教室光環(huán)境中的照度值高低，而忽視學(xué)生對(duì)天然光的主觀感覺，顯然是不夠深入全面的[4]。

國(guó)際能源協(xié)會(huì)(International Energy Agency)在其第21個(gè)工作目標(biāo)“建筑與社區(qū)中的節(jié)能(Task 21：Energy Conservation in Building and Community Systems)”在匯總多個(gè)專家的意見后，建議使用“使用后評(píng)估技術(shù)(Post-Occupancy Evaluation techniques)”來研究天然光環(huán)境，國(guó)際上一般以POE簡(jiǎn)稱該評(píng)估體系。POE評(píng)估包括“量化評(píng)估”和“質(zhì)化評(píng)估”兩方面，量化評(píng)估就是通過傳統(tǒng)的實(shí)地測(cè)量，利用數(shù)據(jù)客觀分析室內(nèi)光環(huán)境。而‘質(zhì)化研究’更為復(fù)雜一些，借鑒了很多社會(huì)學(xué)、心理學(xué)的研究方法，包括研究人員的實(shí)地走訪和觀察、對(duì)使用者的訪談以及問卷調(diào)查三個(gè)部分。POE評(píng)估體系因要求評(píng)估應(yīng)在建筑物使用后開展，強(qiáng)調(diào)主要關(guān)注點(diǎn)不是建筑物，而是建筑物的使用者，故被稱之為“使用后評(píng)估技術(shù)”。國(guó)外研究人員很早就開始利用POE技術(shù)研究室內(nèi)光環(huán)境[5-6]。近十幾年來，我國(guó)研究人員也開始嘗試?yán)迷撛u(píng)估體系分析光環(huán)境[7]，而蘇州科技學(xué)院陳亢利等在研究蘇州中學(xué)光環(huán)境時(shí)，就在物理測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行了問卷調(diào)查[8]。

本次初步研究也是利用POE技術(shù)嘗試全面評(píng)估我國(guó)學(xué)校的天然光環(huán)境。本文僅介紹對(duì)2所江蘇省南京市中學(xué)的300個(gè)學(xué)生所進(jìn)行的問卷調(diào)查研究，量化研究詳見筆者已發(fā)表論文“南京市學(xué)校教室天然采光初步研究之實(shí)地測(cè)量”[9]。筆者希望本次問卷調(diào)查可以初步了解我國(guó)學(xué)校學(xué)生對(duì)他們教室光環(huán)境的滿意程度和訴求，并為我國(guó)學(xué)校天然采光研究、以及采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善起到一定的推動(dòng)作用。

1 問卷設(shè)計(jì)及調(diào)查方法

利用問卷調(diào)查來研究光環(huán)境的關(guān)鍵就是問卷設(shè)計(jì)。博伊斯(Boyce)曾就如何設(shè)計(jì)光環(huán)境問卷調(diào)查做了專門的討論，他建議使用標(biāo)準(zhǔn)化的室內(nèi)光環(huán)境問卷[10]，但一些學(xué)者認(rèn)為天然光環(huán)境情況復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化問卷并不定適用[11]。因?yàn)橛绊憣W(xué)校天然光環(huán)境的因素很多，根據(jù)既往研究，主要直接影響因素可以概括為：采光口和所視景觀、采光量、可見度、亮度、眩光和直接陽光[12-14]。次要直接因素有：教室內(nèi)的人工輔助照明情況、個(gè)人因素如個(gè)人視覺健康程度、年齡、性別等。此外，地理、氣候等的大環(huán)境因素、以及教室室內(nèi)熱、聲小的環(huán)境因素，也都會(huì)影響人對(duì)光環(huán)境主觀感受。理想狀態(tài)下，問卷設(shè)計(jì)需要考慮到上述所有因素，但由于現(xiàn)實(shí)情況的限制較難實(shí)現(xiàn)，需要根據(jù)研究對(duì)象和目標(biāo)因地制宜。

本次問卷的設(shè)計(jì)主要是以筆者以前為中國(guó)香港地區(qū)某中學(xué)天然光環(huán)境研究所開展的問卷調(diào)查為基礎(chǔ)[15]，并根據(jù)中國(guó)大陸學(xué)校的特殊情況，對(duì)問卷進(jìn)行了較大的簡(jiǎn)化。如“所視景觀質(zhì)量(View Quality)”本應(yīng)當(dāng)是天然采光問卷中較為重要的問題，但實(shí)地走訪和調(diào)查顯示出兩所被調(diào)查學(xué)校都在室外景觀上較為同質(zhì)，具有一般中國(guó)城市中學(xué)的特色，因此取消了該類問題。

問卷僅為2頁共24個(gè)問題，4個(gè)開放式問題、2個(gè)雙向選項(xiàng)、15個(gè)五個(gè)回應(yīng)等級(jí)的李克特選項(xiàng)，3個(gè)位置選項(xiàng)問題(見表1)。問卷分為三大部分：第一部分是詢問學(xué)生的個(gè)人狀況如性別、年齡、是否近視等。第二和第三部分主要詢問學(xué)校教室的兩個(gè)主要工作面的采光質(zhì)量：垂直工作面“黑板”和水平工作面“學(xué)生課桌”。在第二、三部分的問題集中在四個(gè)大方向：(1)采光量是否足夠；(2)可見度；(3)眩光；(4)滿意度。此外，問卷也詢問了有人工照明時(shí)的情況。

本次調(diào)研的學(xué)校是南京梅園中學(xué)和南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初中(后簡(jiǎn)稱新城中學(xué))兩所中學(xué)。梅園中學(xué)包括初中部和高中部，梅園高中教學(xué)樓為單內(nèi)廊雙面教室，即單側(cè)采光教室。梅園初中教學(xué)樓為我國(guó)較具代表性的南廊北教室布局，雙側(cè)采光，其中一樓梯在教學(xué)樓南側(cè)，對(duì)對(duì)面教室有一定遮擋。梅園高中和初中都是20世紀(jì)90年代建設(shè)的，為正南北朝向，兩個(gè)教學(xué)樓采光狀況良好，前后都無高層建筑或樹木等高大遮擋物。新城初中教學(xué)樓為2005年新建，也為南廊北教室布局，雙側(cè)采光，由于基地關(guān)系，教學(xué)樓為南偏西45°。教學(xué)樓一層架空，教室主要集中在二三四層，場(chǎng)地采光狀況良好。有關(guān)這兩所學(xué)校的具體介紹詳見筆者另一文[9]。

發(fā)放問卷的對(duì)象主要針對(duì)有進(jìn)行光學(xué)測(cè)量教室的學(xué)生群體，或與被測(cè)教室光學(xué)特性較相似的教室學(xué)生，學(xué)生樣本為簡(jiǎn)單隨機(jī)抽取。本次問卷共發(fā)放問卷600份，收回問卷323份，有效問卷320份。其中梅園中學(xué)高中部發(fā)放80份，初中部發(fā)放220份，新城初中發(fā)放300份。為保證問卷調(diào)查的有效性，筆者在為學(xué)生做問卷時(shí)，記錄學(xué)生回答問卷時(shí)的時(shí)間、天氣狀況、風(fēng)扇開啟與否、電燈開啟與否、室內(nèi)的溫度與濕度。并在有條件的情況下，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的照度水平，以作學(xué)生問卷分析的參考。

表1 問卷調(diào)查問題匯總Table 1 Summary of Questions in the Questionnaire Survey

2 調(diào)查結(jié)果與分析

由于問卷調(diào)查的三座教學(xué)樓在朝向、面積、布局各不相同，需對(duì)三個(gè)學(xué)校的調(diào)查問卷進(jìn)行橫向比較，以了解三種教學(xué)樓建筑在采光方面有何異同。此外，由于文章篇幅問題，本文僅就較為重要的問題進(jìn)行討論。

首先是關(guān)于黑板采光量問題，首先詢問當(dāng)僅有天然光，黑板上采光量是否足夠？其次是在有人工照明的情況下，黑板上采光量是否足夠？上述兩個(gè)問題的五個(gè)回應(yīng)等級(jí)的李克特選項(xiàng)：(1)很足夠；(2)足夠；(3)適中；(4)不夠；(5)完全不夠。

黑板采光量調(diào)查詳見圖1。盡管實(shí)地測(cè)量表明大部分黑板沒有滿足我國(guó)現(xiàn)行的學(xué)校采光照明規(guī)范，但出乎意料的是，在三所被調(diào)查的學(xué)校里，都有超過半數(shù)的被調(diào)查學(xué)生認(rèn)為黑板上的天然光是足夠的。反映最差的是梅園高中，有18%表示被調(diào)查學(xué)生反映黑板上的天然采光不夠。問卷結(jié)果與筆者對(duì)教室內(nèi)光環(huán)境的實(shí)測(cè)與調(diào)研結(jié)果是相符合的，梅園高中為單側(cè)采光，照度均勻度較低，近內(nèi)走廊的一側(cè)光照度很低，全陰天時(shí)黑板平均照度僅為150lx左右。

人工照明對(duì)梅園高中和新城初中的改善較大。有人工輔助照明后，有59%梅園高中學(xué)生表示足夠了，比僅有天然采光的黑板采光量增加了24%。而新城初中則增加了29%，即有80%的學(xué)生認(rèn)為黑板上的采光足夠了。梅園初中則完全沒有改善。在實(shí)地走訪中，梅園初中的人工照明設(shè)施是三個(gè)學(xué)校中最差的。

對(duì)于黑板眩光調(diào)查，也是分別詢問僅在天然采光情況和有人工輔助照明兩種情況下。上述兩個(gè)問題的五個(gè)回應(yīng)等級(jí)的李克特選項(xiàng)分別為：(1)嚴(yán)重反光；(2)較嚴(yán)重反光；(3)有反光；(4)較小反光；(5)完全無反光。

圖2為黑板眩光調(diào)查結(jié)果。從圖2可以看出學(xué)生對(duì)黑板眩光問題反映較大，這與研究小組實(shí)地走訪結(jié)果相符。在完全是天然采光的情況下，三所學(xué)校平均有70%的學(xué)生反映黑板有反光問題，其中67%學(xué)生認(rèn)為黑板眩光已經(jīng)妨礙了他們的閱讀。在3所中學(xué)中，以單側(cè)采光的梅園高中問題最為嚴(yán)重，82%學(xué)生表示黑板有反光問題。雙側(cè)采光的教室在黑板眩光問題上略為改善。但值得注意的是，采光口較大的新城初中則有71%的學(xué)生認(rèn)為黑板有反光，而采光口較小的新城初中僅有57%學(xué)生反映黑板有眩光。很多既往研究都顯示出過大的采光口往往是造成黑板眩光的主要原因之一。

圖1 黑板采光量調(diào)查Fig.1 Ratings of lighting amount on the blackboards in the different schools (Percentage)

圖2 黑板眩光調(diào)查Fig.2 Ratings of glare on the blackboards in the different schools (Percentage)

本次問卷顯示出人工照明對(duì)黑板眩光問題對(duì)改善不大，總體只提高了3個(gè)百分點(diǎn)。而梅園初中的黑板人工照明甚至是加重了黑板眩光。當(dāng)僅有天然采光時(shí)，57%梅園初中學(xué)生表示有反光，而有人工輔助照明時(shí)，則有67%反映黑板有反光。

教室水平面的采光照明調(diào)查中，由于絕大部分學(xué)生反映水平面的采光量都足夠，因此，本文僅介紹比較說明問題的滿意度調(diào)查。問卷調(diào)查分別詢問在僅有天然采光情況和有人工輔助照明的兩種情況，學(xué)生是否滿意課桌上的采光照明。上述兩個(gè)問題的五個(gè)回應(yīng)等級(jí)的李克特選項(xiàng)為：(1)非常滿意；(2)滿意；(3)一般；(4)不滿意；(5)非常不滿意。

學(xué)生對(duì)教室水平面采光照明滿意度調(diào)查結(jié)果見圖3。在僅有天然采光的情況下，梅園高中的學(xué)生對(duì)課桌采光的滿意度最低，僅有27%的學(xué)生滿意其課桌采光。梅園高中因其單側(cè)采光，室內(nèi)照度分布極度不均，其滿意度最低是可以理解。然而，三所學(xué)校中滿意度最高并不是量化分析中表現(xiàn)最好的新城初中，其實(shí)地測(cè)量的室內(nèi)課桌上的照度基本都在1000lx以上，平均照度均勻度都在0.67，但學(xué)生的滿意度為49%，反而低于建于90年代的梅園初中的55%滿意度，是一個(gè)值得商榷的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為引起新城初中滿意度低于梅園初中主要有兩個(gè)原因是：(1)新城初中采光口面積過大。新城初中的窗墻比為1∶2.6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于梅園初中的1∶4，該中學(xué)的采光口面積是3所中學(xué)中最大。很多既往研究都提到，過大的采光口容易帶來大面積高亮度的天空視域，容易造成室內(nèi)照度不均、不舒適眩光等一系列問題[16]。筆者以前在香港學(xué)校所做的采光照明問卷調(diào)查中，也發(fā)現(xiàn)隨著學(xué)校教室窗口面積增大，學(xué)生對(duì)室內(nèi)采光的滿意度反而降低[15]。(2)由于新城中學(xué)基地關(guān)系，屬于非正南北向朝向的學(xué)校，即使采用傳統(tǒng)的“南廊”設(shè)計(jì)，教室中也有直射陽光進(jìn)入。大量的既往研究都表明教室中有直射陽光會(huì)造成很多問題，應(yīng)盡量避免[6]。

圖3 教室水平面(學(xué)生課桌)采光照明滿意度調(diào)查Fig.3 Ratings of satisfaction on desks in the different schools (Percentage)

在采用人工照明后，學(xué)生對(duì)教室內(nèi)光環(huán)境是否改善反映不一。對(duì)于梅園高中和新城初中，這兩所學(xué)校學(xué)生都認(rèn)為人工照明起到改善作用，尤其是梅園高中，提高率達(dá)了21%。新城初中也提高了15%。但如同黑板的人工輔助照明，梅園初中在加入人工照明后，學(xué)生的滿意度反而降低了。筆者在走訪教室時(shí)發(fā)現(xiàn)，梅園初中的照明設(shè)計(jì)和安裝有一定問題。首先，燈管排列并不是安裝采光照明規(guī)范所建議的其長(zhǎng)軸垂直于黑板面布置。其次，橫向排列的燈管分布不均。梅園初中僅安裝3排共6盞日光燈，因?yàn)榱旱年P(guān)系，并非等距，前后兩排各距墻1.5米左右，而中間一排日光燈距前后排日光燈約3米，這樣排布造成水平面上照明不均勻，從而產(chǎn)生眩光。在詢問室內(nèi)水平面眩光問題時(shí)，55%的梅園初中學(xué)生反映電燈光的反光對(duì)他們有影響。梅園初中教室內(nèi)室內(nèi)魚眼照明見文獻(xiàn)[9]中圖5。由此可見，不好的人工輔助照明，非但不能提高室內(nèi)光環(huán)境，反而造成更壞的影響。

對(duì)于教室光環(huán)境(含人工照明)的整體滿意評(píng)價(jià)中，新城初中滿意度最高，54%被訪學(xué)生表示滿意和非常滿意，而新城初中和新城高中的滿意度分別為41%和35%。新城高中學(xué)生滿意度低的主要原因是單側(cè)采光所造成的照度分布極度不均，室內(nèi)有眩光等一系列問題。而造成新城初中滿意度較低的原因無疑是人工照明的設(shè)計(jì)和安裝問題。

此外，在這次問卷調(diào)查中，筆者注意到我國(guó)學(xué)生近視問題不容忽視。問題最為嚴(yán)重的是新城初中，有57%的學(xué)生有近視，情況最好的則是梅園初中，僅有27%的學(xué)生有近視，而且大多為低度近視。總體而言，三所被訪學(xué)校已平均有近半學(xué)生患有或高或低的近視，可見改善和提高學(xué)校教室采光照明問題刻不容緩。

3 分析與討論

從本次問卷調(diào)查可以總結(jié)出以下幾個(gè)主要問題：

(1)黑板眩光，有超過三分之二的被訪學(xué)生反映黑板有眩光，并且黑板眩光影響到他們閱讀。單側(cè)采光的梅園高中問題最為嚴(yán)重，僅2%的學(xué)生認(rèn)為黑板完全無眩光問題。

(2)教室內(nèi)水平面照度值的高低與學(xué)生對(duì)室內(nèi)課桌采光的滿意度關(guān)聯(lián)不大，如實(shí)測(cè)時(shí)，平均水平照度值最高的新城初中，并不是滿意度最高的學(xué)校。然而，室內(nèi)照度是否均勻確會(huì)影響學(xué)生對(duì)光環(huán)境滿意度的評(píng)價(jià)。如單側(cè)采光的梅園高中，盡管實(shí)測(cè)表明室內(nèi)平均照度基本都達(dá)到規(guī)范要求，但由于室內(nèi)水平照度不均，學(xué)生對(duì)室內(nèi)采光的滿意率僅到27%。

(3)這次問卷調(diào)查再次證實(shí)，過大的采光口會(huì)對(duì)教室采光的滿意度有一定的負(fù)面影響。筆者注意到目前新建學(xué)校的窗口越開越大，很多建筑師誤認(rèn)為開窗越大采光越好，這實(shí)際是設(shè)計(jì)誤區(qū)，過大的窗口不僅會(huì)造成室內(nèi)照度分布不均、眩光等問題，更會(huì)產(chǎn)生如夏季過熱、冬季過冷、噪聲等一系列建筑節(jié)能和環(huán)境問題。

由此可見，雙側(cè)采光的教學(xué)樓、適當(dāng)大小的采光口、避免直射陽光，是創(chuàng)造良好教室天然采光的基本要求。然而，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)人員和國(guó)家規(guī)劃部門實(shí)際采用的《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50099—2011，或者我國(guó)《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033—2013都沒有一條強(qiáng)制性條款可以對(duì)應(yīng)上述基本要求。

(4)本次問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)不好的人工輔助照明，非但不能提高室內(nèi)光環(huán)境的質(zhì)量，反而會(huì)降低教室內(nèi)的采光照明質(zhì)量，其中最明顯的例子就是梅園初中。在有人工照明時(shí)，學(xué)生對(duì)黑板照明、課桌照明、教室整體滿意度都有所下降。因此，有必要加強(qiáng)規(guī)范中小學(xué)教室人工照明的設(shè)計(jì)和施工，并建立一套嚴(yán)格的監(jiān)管制度。

總體而言，本次學(xué)校天然采光的初步研究揭示出我國(guó)學(xué)校教室的采光照明還存在著相當(dāng)多的問題。這次初步研究也再次證明天然采光的研究，需要從量化和質(zhì)化研究?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行，缺一不可。然而筆者在開展這次實(shí)地調(diào)研中，深刻體會(huì)到在我國(guó)中、小學(xué)校開展一個(gè)較全面的采光照明研究非常不易，如我國(guó)中小學(xué)目前都非常注重安全問題，加之我國(guó)學(xué)生課業(yè)繁重等，學(xué)校一般不愿意研究人員走訪、觀察或過多的打擾學(xué)生。因此，筆者在此呼吁我國(guó)政府有關(guān)部門、教育工作者能夠重視學(xué)校的采光照明問題，積極改善教室的光環(huán)境，為學(xué)生提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

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