北京市某區(qū)縣中小學(xué)教室照明現(xiàn)狀的研究

楊 杰，翟小木，李 佳，武立榮，郭曉萍

(1.北京市海淀區(qū)學(xué)校后勤管理中心，北京 100080；2.教育部教育裝備研究與發(fā)展中心，北京 100080)

北京市某區(qū)縣中小學(xué)教室照明現(xiàn)狀的研究

楊 杰1，翟小木1，李 佳1，武立榮1，郭曉萍2

(1.北京市海淀區(qū)學(xué)校后勤管理中心，北京 100080；2.教育部教育裝備研究與發(fā)展中心，北京 100080)

研究采用實地測量的方式對北京市某區(qū)縣44間中小學(xué)教室黑板照度及學(xué)生桌面照度進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)學(xué)校照明水平校際差異大；黑板面照度及照度均勻度偏低，黑板面照度及照度均勻度合格率分別為22.73%和11.36%；學(xué)生課桌面照度水平較高但照度均勻度偏低，學(xué)生桌面照度及照度均勻度合格率分別為63.64%和29.55%。問卷調(diào)查從教室照明燈具類型、設(shè)計布局、配光方式、功率、色溫、顯色指數(shù)、更換機制、師生照明習(xí)慣8個維度對學(xué)校教室照明設(shè)計及管理方案進(jìn)行調(diào)查，針對學(xué)校教室照明重照度輕色溫及顯色指數(shù)等參數(shù)、缺乏統(tǒng)一安裝規(guī)范、安裝設(shè)計不合理、照明燈具更換不及時等影響照明效果的因素，建議采用完善及更新教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范、建立教室照明監(jiān)測與管理機制，加強后勤裝備人員培訓(xùn)等方式保障中小學(xué)教室照明效果。

中小學(xué)；教室照明；照明現(xiàn)狀

引言

教室是學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境中最重要的場所之一，其照明質(zhì)量的好壞直接影響到學(xué)生的身體健康[1-4]。 為全面了解北京市某區(qū)縣中小學(xué)教室照明現(xiàn)狀及其影響因素，不斷改善中小學(xué)校照明環(huán)境，為相關(guān)政策及規(guī)劃的制定提供參考依據(jù)，本研究采用實地測量及問卷調(diào)查的方式對該區(qū)縣中小學(xué)教室照明現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與研究。

1 研究設(shè)計

1.1 研究對象

研究采用分層抽樣的方式選取北京市某區(qū)縣20所中小學(xué)(含小學(xué)8所，中學(xué)12所)，每所學(xué)校抽取2～3間教室，共選取44間教室，對教室黑板照度及學(xué)生桌面照度進(jìn)行實測；采用等距抽樣的方式選取該區(qū)縣65所中小學(xué)，對后勤校長和教師進(jìn)行教室照明設(shè)計及管理方案問卷調(diào)查。本研究的最終樣本包括20所中小學(xué)的44間教室，65所中小學(xué)的65名后勤校長和372名中小學(xué)教師。

1.2 研究方法

本研究采用實地測量的方法調(diào)研中小學(xué)校教室的照明水平，通過問卷調(diào)查了解影響照明效果的各種因素。實地測量時依據(jù)GB 5700—2008《照明測量方法》規(guī)定的中心布點法進(jìn)行布點、檢測。將測量區(qū)域劃分為若干矩形網(wǎng)格，在網(wǎng)格中心測單點照度值(圖1)，將所有照度值求平均即為平均照度。教室課桌面的測點高度為桌面位置，測點間距為2.0 m×2.0 m；黑板的測點高度為黑板面(垂直面)，測點間距為0.5m×0.5m。所有數(shù)據(jù)均在9:00—15:00之間，全部窗簾遮光，開啟所有照明燈，無學(xué)生狀態(tài)下測量。實地檢測數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用平均數(shù)、最大值、最小值及標(biāo)準(zhǔn)差等指標(biāo)描述教室照明現(xiàn)狀，采用T檢驗、方差分析、秩和檢驗等方法進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)檢驗。問卷調(diào)查從教室照明燈具類型、設(shè)計布局、配光方式、功率、色溫、顯色指數(shù)、更換機制、師生照明習(xí)慣8個維度對學(xué)校教室照明設(shè)計及管理情況進(jìn)行調(diào)查，問卷數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行頻次統(tǒng)計與分析。

2 實地測量結(jié)果分析

學(xué)習(xí)是一項長時間的視覺活動，對于照度的要求是比較嚴(yán)格的，照度水平的高低直接影響人的視力，適宜的照度可以保持足夠的觀察能力、降低閱讀疲勞、提高學(xué)習(xí)效率。國際照明委員會(CIE)和部分國家對教室課桌面和黑板面的照度標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示[5]。照度的均勻度是指照度在一個室內(nèi)空間中的均勻程度，良好的照度均勻度有利于減少亮度對比太大給眼睛帶來的不適感，保護(hù)視力，提高閱讀效率。本研究將教室照明分為黑板區(qū)照明和桌椅區(qū)照明兩部分，分別測量黑板表面和學(xué)生桌面的照度，計算照度均勻度，分析各區(qū)域的照度水平及照明均勻程度。

表1 普通教室照明標(biāo)準(zhǔn)比較

2.1 黑板面照度水平及分布

44間教室黑板面平均照度值分布如圖2所示，最大值932.83lx,最小值96.06lx,均值為402.40lx,標(biāo)準(zhǔn)差157.35，數(shù)據(jù)離散程度很大。依據(jù)GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，平均照度合格教室有10間(≥500lx)，合格率為22.73%，如圖3所示。其中，小學(xué)教室平均照度為387.16lx,合格率為13.64%；中學(xué)教室平均照度為411.10lx,合格率為9.09%。經(jīng)t檢驗，中小學(xué)黑板平均照度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=-0.48,P=0.63>0.05)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，受測學(xué)校黑板照明水平不高，各教室黑板面平均照度普遍低于國家標(biāo)準(zhǔn)，合格率較低，各教室黑板面照度水平差異較大。

圖2 各教室黑板面照度分布圖Fig.2 Illuminance distribution of blackboard in different classrooms

圖3 黑板表面照度達(dá)標(biāo)情況Fig.3 Illuminance up to standard of the blackboard

2.2 黑板面照度均勻度水平及分布

44間教室黑板面照度均勻度分布如圖4所示，最大值為0.84，最小值為0.36，均值為0.64，標(biāo)準(zhǔn)差為0.12，數(shù)據(jù)離散程度較小。依據(jù)GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，黑板照度均勻度合格教室有5間(≥0.8)，合格率為11.36%，如圖5所示。其中，小學(xué)黑板平均照度均勻度為0.71,達(dá)標(biāo)率為4.55%；中學(xué)黑板平均照度均勻度為0.60,達(dá)標(biāo)率為6.82%。經(jīng)秩和檢驗，中小學(xué)黑板照度均勻度差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-2.83,P=0.005<0.01)，小學(xué)黑板照明均勻情況要略好于中學(xué)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，44間教室黑板面照度均勻度普遍低于國家標(biāo)準(zhǔn)，合格率較低，數(shù)據(jù)離散程度很小，說明各教室黑板照度均勻度差異不大，普遍存在黑板面照明不均勻的情況。

圖4 各教室黑板照度均勻度分布圖Fig.4 Illuminance uniformity distribution of the blackboard in different dassrooms

圖5 黑板照度均勻度合格率Fig.5 Illuminance uniformity acceptability of the blackboard

本次抽檢結(jié)果，44間受測教室黑板面平均照度(≥500lx)及照度均勻度(≥0.8)二項指標(biāo)同時達(dá)標(biāo)的教室僅有1間，達(dá)標(biāo)率僅為2.27%，受測學(xué)校普遍存在黑板照度水平低、照明不均勻的情況，中小學(xué)黑板照明狀況亟待改善。

2.3 課桌面照度水平及分布

44間教室學(xué)生桌面平均照度值分布如圖6所示，最大值600.15lx，最小值211.45lx,均值為374.65lx，標(biāo)準(zhǔn)差為106.13，數(shù)據(jù)離散程度很大。依據(jù)《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，學(xué)生桌面平均照度值合格教室有28間(≥300lx)，合格率為63.64%，如圖7所示。其中，小學(xué)教室學(xué)生桌面平均照度為384.33lx,達(dá)標(biāo)率為25.00%；中學(xué)教室學(xué)生桌面平均照度為369.12lx,達(dá)標(biāo)率為38.64%。經(jīng)t檢驗，中小學(xué)學(xué)生桌面平均照度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.45,P=0.65>0.05)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，44間教室學(xué)生桌面平均照度均值高于國家標(biāo)準(zhǔn)，合格率較高，但數(shù)據(jù)離散程度很大，說明各教室學(xué)生桌面照明水平差異較大，照明水平參差不齊。

圖6 各教室學(xué)生桌面平均照度分布圖Fig.6 Average illuminance distribution of the desktop in different classroom

圖7 學(xué)生桌面照度合格情況Fig.7 Illuminance acceptability of the desktop

圖8 各教室學(xué)生桌面照度均勻度分布圖Fig.8 Illuminance uniformity distribution of the desktop indifferent classrooms

2.4 課桌面照度均勻度水平及分布

44間教室課桌面照度均勻度分布如圖8所示，最大值為0.84，最小值為0.17，均值為0.63，標(biāo)準(zhǔn)差為0.16，數(shù)據(jù)離散程度較小。依據(jù)GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，學(xué)生桌面照度均勻度合格教室有13間(≥0.7)，合格率為29.55%，如圖9所示。其中，小學(xué)教室桌面平均照度均勻度為0.68,合格率占20.45%；中學(xué)教室桌面平均照度均勻度為0.60，合格率占9.09%。經(jīng)t檢驗，中小學(xué)桌面照度均勻度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=1.65,P=0.11>0.05)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生桌面照度均勻度均值低于國家標(biāo)準(zhǔn)，合格率較低，各教室桌面照度均勻度差異不大，普遍存在學(xué)生桌面照明不均勻的情況。

圖9 學(xué)生桌面照度均勻度合格情況Fig.9 Illuminance uniformity up to standard of the desktop

依據(jù)抽測結(jié)果，44間教室學(xué)生桌面照度(≥300lx)及照度均勻度(≥0.7)二項指標(biāo)同時達(dá)標(biāo)的教室有11間，占檢測教室總數(shù)的25%?？傮w來說學(xué)生桌面照明水平較高，但均勻度較差，普遍存在照明分布不均勻的情況。

3 問卷調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)本次調(diào)研結(jié)果，除兩間教室(科學(xué)教室改建為普通教室)無黑板照明系統(tǒng)外，其余平均每間教室裝有兩組黑板燈，黑板照明區(qū)均配有可調(diào)燈罩燈管，燈管平行黑板安裝，平均功率密度14.75W/m2。平均每間教室裝有19支照明燈用于學(xué)生課桌面照明，平均功率密度11.48W/m2，高于《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)節(jié)能要求的平均照明功率密度標(biāo)準(zhǔn)值(9W/m2)。桌椅照明區(qū)不小于三排兩列燈具，燈管均長軸垂直于黑板面安裝，無裸燈照明現(xiàn)象，燈距學(xué)生課桌面懸掛高度均值為2.19m，符合GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》燈桌距離不小于1.7m的要求。根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果，影響目前教室照明效果的因素如下：

3.1 照明設(shè)備老化，沒有合理的照明燈具更換機制

在功率密度較大的情況下，教室照明照度及均勻度達(dá)標(biāo)率仍較低，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)照明設(shè)備老化，不能定期更換燈管，導(dǎo)致光通量降低是影響照明水平的主要因素之一。根據(jù)國標(biāo)GB/T 10682—2010《雙端熒光燈性能要求》相關(guān)參數(shù)，三基色熒光燈在點亮2 000小時后，光通量可降低20%左右。樣本校教室燈具主要為2～3年前項目集中更換，燈管普遍使用時間較長，自然衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致整體照度水平下降。根據(jù)本次問卷調(diào)查結(jié)果， 52.3%的學(xué)校只有在燈不亮的情況下才會更換燈管； 44.6%的學(xué)校在燈的亮度明顯降低后才會更換燈管，3.1%的學(xué)校以月為更換周期定期更換燈管，沒有學(xué)校根據(jù)使用時數(shù)和使用壽命更換燈具，更換不及時，照度水平低；新舊燈管交叉使用，又造成了照均勻度過低。

3.2 缺少專業(yè)指導(dǎo)，照明設(shè)計不科學(xué)

照明設(shè)計不科學(xué)也是影響照明水平的重要因素之一。對黑板照度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)黑板面明暗不均規(guī)律明顯：上半部分照度要遠(yuǎn)高于下半部分，中間部分照度要遠(yuǎn)高于兩側(cè)照度且中央有明顯低值，形成雙峰分布，如圖10所示。根據(jù)本次問卷調(diào)查結(jié)果，40%的學(xué)校黑板燈安裝在黑板上框或在上框之下，照明燈安裝位置與配光方式不合適，導(dǎo)致黑板上半部分的光線主要來自于燈管的直射和燈罩的反光，而黑板下半部分的光線主要來自于燈管的斜射和燈罩的反光。直射和斜射光照強度相差很大，即造成了板面照度上高下低，上下均勻度差；燈下照度高，旁邊照度低，左右均勻度差。

圖10 典型黑板照度分布圖Fig.10 Typical blackboard illuminance distribution

多媒體教學(xué)與照明標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾是學(xué)校照明設(shè)計與改造不易攻克的技術(shù)難點，多數(shù)學(xué)校為保障多媒體教學(xué)效果，會忽視照明效果。根據(jù)問卷統(tǒng)計結(jié)果，當(dāng)多媒體教學(xué)與采光與照明出現(xiàn)矛盾時，48.9%的老師有關(guān)掉黑板燈的情況，59%的老師有關(guān)掉前排照明燈的情況，8.7%的老師甚至?xí)P(guān)掉教室內(nèi)所有照明燈；66.9%的老師會拉上前排窗簾，19.9%的老師甚至?xí)纤写昂焷肀Ｕ隙嗝襟w的教學(xué)效果。本次調(diào)研，對33間教室多媒體屏幕區(qū)域黑板面照度進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，照度最大值為637.75lx,最小值41.25lx,均值150.99lx，標(biāo)準(zhǔn)差112.38。多媒體屏幕區(qū)域黑板面照度水平偏低，樣本差異較大，照度均值(150.99 lx)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本次抽測的黑板照度均值(402.40x)，這也是影響黑板面照度水平及照度均勻度水平的重要因素之一。

3.3 學(xué)校教室照明重照度，輕色溫及顯色指數(shù)等參數(shù)

色溫及顯色指數(shù)是重要的照明質(zhì)量參數(shù)，適宜的色溫及顯色指數(shù)有利于減輕視覺疲勞，保護(hù)視力，提高照明舒適度及學(xué)習(xí)效率[1，10]。根據(jù)本次調(diào)研情況，學(xué)校有較強改善照明亮度及功率的意識，但對色溫、顯色指數(shù)等參數(shù)不加重視，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，僅有13.8%的學(xué)校有照明燈色溫參數(shù)，但均不在《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》建議的3300 K～5500 K范圍內(nèi)；僅有3%的學(xué)校有照明燈的顯色指數(shù)參數(shù)，其余樣本校均未關(guān)注該參數(shù)。學(xué)校照明光源選型缺少專業(yè)指導(dǎo)，隨機性比較大。

3.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善或更新不及時，缺少政策依據(jù)與保障機制

《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)、《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7793—2010)、《學(xué)校建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) (GB 50099—2011)》等標(biāo)準(zhǔn)對光環(huán)境提高了要求，但沒有配套修訂相應(yīng)的安裝技術(shù)方案，有部分學(xué)校在進(jìn)行照明改造時仍然按照《學(xué)校衛(wèi)生監(jiān)督綜合評價》(GB /T 18205—2000)有關(guān)條款進(jìn)行照明燈具安裝，無法達(dá)到新國標(biāo)的要求。根據(jù)文獻(xiàn)研究，照度太低或太高都會使眼睛感到不適,增加視覺疲勞,影響視覺健康，但上述照明標(biāo)準(zhǔn)只設(shè)定了照度的下限，卻沒有設(shè)定照度上限，因此也會出現(xiàn)照明效果校際差異較大的情況。此外，目前照明標(biāo)準(zhǔn)缺少教室照明燈具配光技術(shù)規(guī)范相關(guān)內(nèi)容，本次調(diào)研56.9%的學(xué)校教室照明燈具采用網(wǎng)格格柵配光，40.0%的學(xué)校教室照明燈具采用開敞式出光口配光，3.1%的學(xué)校教室照明燈具采用透明罩(玻璃或塑料)配光，根據(jù)文獻(xiàn)研究結(jié)果，不同的配光形式，燈具的光效率、光質(zhì)量都會有較大不同[11]，形成較大校際差異。另外，根據(jù)本次照明方案問卷調(diào)研結(jié)果，中小學(xué)照明以熒光燈為主，但也有14.1%的學(xué)校已采用LED照明，目前也缺少教室用LED照明光環(huán)境及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校方案差異較大，照明效果也差異較大。

4 結(jié)論與建議

通過對中小學(xué)教室照明現(xiàn)狀的實測與問卷調(diào)查研究,可以得出如下結(jié)論：

1)中小學(xué)教室整體照明水平不高，校際差異較高。學(xué)生桌面照度尚可，但照度均勻度較差，黑板照度及照度均勻度普遍較低。中小學(xué)教室照明普遍存在忽視色溫及顯色指數(shù)的情況。

2)照明設(shè)備老化、沒有合理的更換機制、照明標(biāo)準(zhǔn)不完善、安裝技術(shù)規(guī)范更新不及時、照明方案設(shè)計不合理等原因是影響中小學(xué)教室照明效果的主要因素。

基于上述研究，為促進(jìn)中小學(xué)教室照明環(huán)境的改善和提升，本研究提出如下建議：

4.1 完善及更新教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

建議相關(guān)部門科學(xué)論證教室照明標(biāo)準(zhǔn)照度上限、多媒體顯示區(qū)域的照度等參數(shù)，進(jìn)一步完善教室照明光環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并配套光環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對燈具布局、配光形式、維護(hù)方式等進(jìn)行技術(shù)規(guī)范，改善目前中小學(xué)教室照明水平參差不齊、黑板照明效果整體不佳、學(xué)生桌面照明均勻性較差等問題。按照教育部《關(guān)于新形勢下進(jìn)一步做好普通中小學(xué)裝備工作的意見》，經(jīng)過危害性測試及教學(xué)適應(yīng)性評價的技術(shù)與產(chǎn)品方可進(jìn)入學(xué)校，考慮LED照明已在中小學(xué)教室中應(yīng)用的現(xiàn)狀，建議相關(guān)部門在危害性測試及教學(xué)適應(yīng)性評價的基礎(chǔ)上，論證LED教室照明及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺的可行性，保障教室用LED燈的照明效果及照明安全。

4.2 建立教室照明監(jiān)測及評價機制，保障照明質(zhì)量

合理的監(jiān)測與管理照明系統(tǒng)，是保障教室照明效果的有效手段。目前中小學(xué)尚未引入系統(tǒng)的照明監(jiān)測與評價機制，建議相關(guān)部門充分論證各類燈具的照明參數(shù)，科學(xué)構(gòu)建教室照明評價指標(biāo)體系，系統(tǒng)引入光環(huán)境檢測的方法、工具及手段，定期監(jiān)測教室照明光環(huán)境，清理照明效果不佳的燈具，改善由于燈具老化、用燈習(xí)慣不良等因素造成的照度水平下降等問題，改善教室照明只關(guān)注燈的亮度水平，不關(guān)注顯色指數(shù)及色溫等光環(huán)境等問題。

4.3 加強培訓(xùn)，提高后勤裝備人員的專業(yè)能力

目前中小學(xué)師生安全照明意識比較淡薄，教室用燈一般不壞不換，或者僅憑目測效果更換燈具，燈管功率、型號、安裝位置、配光方式選擇有較大隨機性。建議相關(guān)部門加強后勤裝備人員的照明技術(shù)培訓(xùn)，綜合了解照明知識及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，科學(xué)的管理與維護(hù)教室照明環(huán)境，為師生提供健康安全的教學(xué)環(huán)境。

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Classroom Lighting Situation in the Primary and Secondary School in the One County of Beijing

YANG Jie, ZHAI Xiaomu, LI Jia, WU Lirong, GUO Xiaoping

(1.Beijing Haidian District School Logistics Management Center, Beijing 100080, China;2.Educational EquipmentResearch&DevelopmentCentre,MinistryofEducation,Beijing100080,China)

In the research, we measure the blackboard illumination level and the student’s desktop illumination value in the primary and secondary schools with the method of field measurements. We found a great difference in the level of illumination among schools, including low illumination uniformity and illumination value on blackboard surface, low illumination uniformity on student’s desktop and other issues. Considering the factors affecting lighting effect such as the school lighting design and the unscientific management, we suggest that classroom illumination standards and the technical manuals should be improved and updated, the classroom illumination monitoring and management mechanism should be established and support staff training should be strengthened to guarantee primary and secondary school classroom lighting effect.

primary school and secondary school； classroom lighting； lighting situation

全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃教育部重點課題“運用現(xiàn)代教育技術(shù)裝備促進(jìn)基礎(chǔ)教育實踐教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新研究”(項目編號：DCA110195)之子課題“智慧教室的設(shè)計研究”

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2016.06.004