教室物理環(huán)境舒適度調(diào)研及分析
——以重慶南開中學(xué)為例

黃海靜，王雅靜，鄭開麗，葛遠(yuǎn)鑫，陶宇霖，羅昊然，曾美琪

(1.重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045；2.南開中學(xué)，重慶 400030)

教室物理環(huán)境舒適度調(diào)研及分析
——以重慶南開中學(xué)為例

黃海靜1，王雅靜1，鄭開麗1，葛遠(yuǎn)鑫2，陶宇霖2，羅昊然2，曾美琪2

(1.重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045；2.南開中學(xué)，重慶 400030)

教室是學(xué)生日常生活與學(xué)習(xí)的主要空間，其物理環(huán)境對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及身體健康具有重要影響，因此，有必要對(duì)其物理環(huán)境的舒適度進(jìn)行深入分析和研究。文章以重慶南開中學(xué)某教學(xué)樓為例，通過對(duì)學(xué)生舒適性感受的主觀問卷調(diào)查及實(shí)地物理環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)教室的隔聲、保溫性能、照度等物理環(huán)境存在的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改善措施及建議。

中學(xué)教室；物理環(huán)境；舒適度；改善措施

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)物理環(huán)境的要求也不斷提高。教室作為學(xué)生最主要的學(xué)習(xí)活動(dòng)場(chǎng)所，其物理環(huán)境的好壞直接影響學(xué)生的身心健康和學(xué)習(xí)效率。不良的教室聲環(huán)境會(huì)造成教室語(yǔ)言清晰度差，語(yǔ)言可懂度低，從而直接影響教學(xué)質(zhì)量。教室的采光、照明條件不僅直接影響學(xué)生和教師視覺作業(yè)的完成質(zhì)量，也會(huì)對(duì)師生的視覺性能及非視覺效應(yīng)的各個(gè)方面產(chǎn)生影響，CIE研究發(fā)現(xiàn)學(xué)校光照效果對(duì)學(xué)生智力的發(fā)揮起著重要作用。此外，教室熱環(huán)境的好壞與學(xué)生的身體、心理舒適性感受同樣息息相關(guān)。

中學(xué)階段是學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)育的重要時(shí)期，學(xué)業(yè)重，用眼量大，情緒易受環(huán)境干擾。在夏熱冬冷的重慶地區(qū)，中學(xué)教室大多采用電扇、空調(diào)等減少夏季炎熱，但冬季采暖卻無(wú)保障。此外，重慶是天然光極度缺乏地區(qū)，教室主要依賴人工光源照明，教室用電能耗大。由此可見，重慶地區(qū)中學(xué)教室環(huán)境舒適性不僅影響學(xué)生身心健康及學(xué)習(xí)效果，對(duì)建筑節(jié)能也至關(guān)重要。為此，研究團(tuán)隊(duì)于2015年12月至2016年2月，在重慶氣候條件最惡劣的時(shí)期，對(duì)重慶中學(xué)教室的室內(nèi)聲、光、熱物理環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和研究。

1 調(diào)研方法及過程

團(tuán)隊(duì)采用問卷調(diào)查和實(shí)地測(cè)試相結(jié)合的方法開展研究。問卷調(diào)查目的是了解學(xué)生對(duì)教室環(huán)境的主觀感受，實(shí)地測(cè)試則是在此基礎(chǔ)上對(duì)教室物理環(huán)境的客觀分析。

1.1 問卷調(diào)查

問卷調(diào)查內(nèi)容包括聲(噪聲)、光(照明)、熱(溫度和濕度)3方面的物理環(huán)境，調(diào)研場(chǎng)所是重慶南開中學(xué)南教學(xué)樓。教學(xué)樓共五層，平面形式呈L型，一邊教室臨街(直線距離約60 m)，受噪音干擾大。為了使研究更具代表性，團(tuán)隊(duì)從2、3、4樓層中各選取一個(gè)臨街教室，分別為2樓的高二15班(208)、3樓的高二10班(309)、4樓的高一7班(407)。對(duì)3個(gè)教室的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，共發(fā)放問卷130份，收回有效問卷118份，有效率90.8%。

1.2 實(shí)地測(cè)試

除了問卷調(diào)查，團(tuán)隊(duì)對(duì)選取的3個(gè)教室分別進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。主要測(cè)量?jī)x器有聲級(jí)計(jì)、照度計(jì)、風(fēng)速儀等。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的主要參數(shù)為：噪聲、照度、溫度和濕度。

聲環(huán)境測(cè)試。按照測(cè)試要求沿教室對(duì)角線均勻取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)1 min后讀取數(shù)據(jù)(均為等效連續(xù)聲壓級(jí)Leq，A計(jì)權(quán)為模擬人耳的聽覺特性修正)，平均每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)10次。為了進(jìn)行對(duì)比，對(duì)開窗和閉窗兩種情況分別進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)記錄教室外植被綠化及交通情況。

光環(huán)境測(cè)試。本次研究主要是針對(duì)人工照明，測(cè)試在晚上進(jìn)行。為使測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，在黑板上取3個(gè)測(cè)點(diǎn)再計(jì)算平均值作為黑板的照度值。在教室中取9個(gè)測(cè)點(diǎn)計(jì)算平均值作為教室照度?？紤]學(xué)生晚上學(xué)習(xí)的真實(shí)光照情況，在光源打開20 min后開始測(cè)試，桌面為參考平面。

熱環(huán)境測(cè)試。利用風(fēng)速儀等對(duì)教室內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)間與學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)段一致，從早晨8點(diǎn)至晚上6點(diǎn)，每隔1 h測(cè)試一次教室中部距地1.2 m高處(此高度約為學(xué)生在教室內(nèi)坐著看書時(shí)頭部的高度)的溫度和濕度，同時(shí)測(cè)試室外的溫度和濕度，記錄數(shù)據(jù)。

2 調(diào)研結(jié)果及分析

2.1 問卷調(diào)查及主觀感受分析

2.1.1 聲環(huán)境分析

問卷調(diào)查結(jié)果顯示，51%的學(xué)生認(rèn)為教室傳聲效果(講課聲的傳播)比較好(圖1(a))。但因教室臨街，噪音影響較大。經(jīng)分析，噪音多來(lái)自街道上傳來(lái)的廣告聲、音樂聲，其次是汽車行駛聲、鳴笛聲(圖1(b))。影響最大的時(shí)間段主要集中在晚自習(xí)期間，其次是上課時(shí)間(圖1(c))。然而大部分教室并沒有安裝隔音設(shè)施(圖1(d))，教室窗外的樹木雖能起到一定的減噪作用，但效果不明顯，因此，大部分學(xué)生不得已只能通過戴耳機(jī)、耳塞等方式來(lái)避免噪音干擾。

圖1 聲環(huán)境相關(guān)問卷分析圖

2.1.2 光環(huán)境分析

針對(duì)中學(xué)生視力情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，81%的學(xué)生都患有近視(圖2(a))，這除了與學(xué)生自己不良的用眼習(xí)慣有關(guān)外，也顯示出教室光環(huán)境質(zhì)量對(duì)學(xué)生視力健康的影響。雖然79%的學(xué)生認(rèn)為教室的燈光較為舒適，但也有部分位置較特殊的學(xué)生認(rèn)為光線較弱且有陰影(圖2(b))。關(guān)于黑板照明的問題，經(jīng)分析，僅有14%的學(xué)生認(rèn)為開燈時(shí)黑板上的板書很清晰，65%的學(xué)生認(rèn)為較清晰，還有21%的學(xué)生認(rèn)為不太清晰，甚至很不清晰(圖2(c))。另外，關(guān)于室內(nèi)照明對(duì)視力的影響問題，分析結(jié)果顯示，53%的學(xué)生認(rèn)為室內(nèi)照明對(duì)視力有較大或很大影響(圖2(d))，反映了學(xué)生對(duì)教室光環(huán)境的重視。

圖2 室內(nèi)照明相關(guān)問卷分析圖

2.1.3 熱環(huán)境分析

教室熱環(huán)境與室內(nèi)的通風(fēng)、隔熱、保溫效果及濕度等有關(guān)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)于室內(nèi)通風(fēng)，54%的學(xué)生認(rèn)為靠外窗處空氣較好而里邊較悶，也有部分學(xué)生認(rèn)為室內(nèi)通風(fēng)普遍較差，空氣較悶或特別悶(圖3(a))。對(duì)于室內(nèi)濕度，63%的學(xué)生認(rèn)為教室的濕度比較適宜(圖3(b))，但對(duì)于溫度又有不同的看法。近70%的學(xué)生認(rèn)為冬季教室的溫度不適宜，其中認(rèn)為窗邊冷、里面熱的學(xué)生占35%(圖3(c))。然而由于有電扇，大部分學(xué)生認(rèn)為夏季教室的溫度可以忍受，不算特別熱(圖3(d))。

圖3 熱環(huán)境相關(guān)問卷分析圖

2.2 實(shí)地測(cè)試及客觀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2.1 聲環(huán)境測(cè)試

圖4～圖6分別為208教室、309教室、407教室聲環(huán)境的測(cè)試結(jié)果。GB 50118—2010《民用建筑隔音設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：學(xué)校教室中普通教室、實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)房的允許噪音等級(jí)(A聲級(jí)，dB)為≤45。經(jīng)測(cè)試，除208教室閉窗環(huán)境下為44.54 dB，剛剛滿足要求外，其余教室的測(cè)量結(jié)果均超過標(biāo)準(zhǔn)，309教室(外窗直面馬路)問題最為嚴(yán)重。

圖4 208教室開閉窗狀態(tài)下室內(nèi)隔音效果對(duì)比圖

圖5 309教室開閉窗狀態(tài)下室內(nèi)隔音效果對(duì)比圖

圖6 407教室開閉窗狀態(tài)下室內(nèi)隔音效果對(duì)比圖

2.2.2 光環(huán)境測(cè)試

圖7、圖8、圖9分別為208教室、309教室、407教室光環(huán)境的測(cè)試結(jié)果。GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：教室桌面平均照度值不應(yīng)低于300 lx，其照度均勻度不應(yīng)低于0.7；教室黑板應(yīng)設(shè)局部照明燈，平均照度不應(yīng)低于500 lx，照度均勻度不應(yīng)低于0.8。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，三個(gè)教室的課桌面照度均勻度分別為0.87，0.76，0.91，其黑板照度均勻度分別為0.87，0.86，0.89，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但三個(gè)教室中課桌面平均照度最高為153.4 lx，僅為標(biāo)準(zhǔn)照度值的一半。其黑板的平均照度值最高為208 lx，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的500 lx。

圖7 208教室黑板及課桌面測(cè)試照度與標(biāo)準(zhǔn)照度對(duì)比圖

圖8 309教室黑板及課桌面測(cè)試照度與標(biāo)準(zhǔn)照度對(duì)比圖

圖9 407教室黑板及課桌面測(cè)試照度與標(biāo)準(zhǔn)照度對(duì)比圖

2.2.3 熱環(huán)境測(cè)試

人體的舒適感是溫度和濕度兩種因素綜合作用的結(jié)果，因此在注意溫度的同時(shí)也應(yīng)注意調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。冬天室內(nèi)濕度過大時(shí)，會(huì)加速熱傳導(dǎo)，使人覺得陰冷、抑郁。而過低時(shí)，上呼吸道粘膜的水分大量散失，人會(huì)感到口干舌燥，并易患感冒。已有研究顯示，冬季最宜人的室內(nèi)溫度是13～25 ℃，濕度為30%～60%RH。

由測(cè)試結(jié)果分析可知，三個(gè)教室的室內(nèi)溫度(冬季在室內(nèi)人員較少的情況下測(cè)試)均在9℃以下，遠(yuǎn)低于舒適溫度的范圍，而濕度基本在30%～60%RH的范圍內(nèi)變化，較為舒適，與問卷結(jié)果比較吻合(圖10～圖15)。因此，提高教室熱環(huán)境舒適度應(yīng)主要針對(duì)其保溫隔熱性能進(jìn)行改善。

圖10 208教室室內(nèi)外溫度

圖11 208教室室內(nèi)外濕度

圖12 309教室室內(nèi)外溫度

圖13 309教室室內(nèi)外濕度

圖14 407教室室內(nèi)外溫度

圖15 407教室室內(nèi)外濕度

3 小結(jié)

通過對(duì)南開中學(xué)教室物理環(huán)境的問卷調(diào)查和實(shí)地測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其存在問題，并從聲、光、熱物理環(huán)境三方面提出改善建議。

1)教室隔音較差。雖然教室外種有高大樹木，但因其枝葉稀疏，特別是冬天落葉后，降噪效果甚微。因此，應(yīng)在噪聲源(街道)與教學(xué)樓之間種植由常綠喬木與灌木組成的足夠?qū)挾惹覞饷艿木G化帶來(lái)減弱噪聲。另外，閉窗狀態(tài)下，室內(nèi)噪音仍然超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可見外窗本身的隔音性能也有待加強(qiáng)。窗關(guān)閉時(shí)隔音效果與窗玻璃選用的厚度、密封程度有關(guān)，必要時(shí)可采用雙層窗，選擇適宜間距的雙層窗，可提高窗戶隔音效果。

2)室內(nèi)照明不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。教室內(nèi)共安裝4×4盞熒光燈裸燈，其距桌面的懸掛高度為1.78 m，燈具垂直于黑板方向排列，布局基本合理，黑板處有專用的照明燈具2盞。黑板及課桌面照度不足的原因主要是燈管超過了壽命期而光通量衰退，以及燈具數(shù)量不夠。因此，教室照明首先應(yīng)根據(jù)照度要求計(jì)算燈具數(shù)量，保證坐在邊角的學(xué)生也能獲得充足的照明，并及時(shí)更換超過壽命期的燈管，保證充足照度，減少用眼疲勞。

3)教室熱環(huán)境的溫度和濕度數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi)溫度處于舒適溫度以下，而濕度則在舒適度的范圍之內(nèi)。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)教室的保溫隔熱性能。夏季應(yīng)以防熱為主，通過有效的窗口遮陽(yáng)措施，既能阻止陽(yáng)光直接從室外射入室內(nèi)造成室內(nèi)過熱，又不至于阻礙自然通風(fēng)或降低采光效果。秋冬季為防止室內(nèi)熱量流失和室外寒氣入侵(如漏風(fēng)等)，除加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能外，還應(yīng)特別注意熱損失最大的窗口部位。教室外窗可采用真空玻璃，其保溫性能比中空玻璃更優(yōu)異，也可給窗戶玻璃貼保溫膜，在夏天阻擋太陽(yáng)的熱能進(jìn)入室內(nèi)，在冬季又可降低熱能向外散發(fā)，從而降低熱損耗，提高室內(nèi)熱舒適度。

[1] 張櫻子，劉加平.濕熱氣候區(qū)典型中學(xué)教室室內(nèi)熱環(huán)境[J].建筑科學(xué)，2008(10)：43- 46，68.

[2] 北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[3] GB 50118—2010民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] GB 7793—2010中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 黃翀，歐陽(yáng)艷東.教室采光及照度的測(cè)量與分析[J].汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001(2)：20-25.

[6] 李百戰(zhàn)，劉晶，姚潤(rùn)明.重慶地區(qū)冬季教室熱環(huán)境調(diào)查分析[J].暖通空調(diào)，2007(5)：115-117.

Middle school classroom physical environment comfort research and analysis——In the case of Chongqing Nankai Middle School

Huang Haijing，Wang Yajing，Zheng Kaili，Ge Yuanxin，Tao Yulin，Luo Haoran，Zeng Meiqi

(1.The Construction Planning Institute in Chongqing University, Chongqing 400045，P.R.China;2.Nankai Middle School, Chongqing 400030,P.R.China)

The classroom is students the main space of daily life and study, and its physical environment is important for students’ learning efficiency and healthy body, therefore, it is necessary for a thorough analysis and research on the physical environment of comfort. Take a teaching building in Chongqing Nankai Middle School as an example, through to the student feel comfort subjective questionnaire survey and field test data statistics, physical environment for sound insulation, heat preservation performance, intensity of illumination of the classroom physical environment such as the analysis of existing problems, and proposes the corresponding improvement measures and suggestions.

middle school classroom; physical environment; comfort; improvement measures

2016- 05-13

黃海靜，女，博士，副教授，主要從事建筑光學(xué)研究。