重慶地區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.重慶大學建筑城規學院，重慶 400045；2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

我國根據室外天然光年均總照度值將其分為I～V類光氣候區，重慶作為中國V類光氣候區的典型城市[1]，冬季總日照時數僅有96.75 h[2]。我們通過對重慶地區冬季大學生季節行為模式和抑郁情緒量表問卷調查發現，近40%的大學生在秋冬季交替時，因不適應持續陰雨天，學習效率受到季節性情緒波動的影響[3]。光與人的健康息息相關，光照的缺乏會導致人體生理功能紊亂[4]，在秋冬季節反復發作，并伴隨著疲倦、嗜睡等癥狀[5]。研究表明在補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]。教室作為大學生在校學習期間的主要場所，現有標準主要是滿足基本視覺功能需求，對缺乏日照的地區，還應該從光生物效應、地域性光氣候特征等方面進行有益于健康的照明研究[9]，Sansal等[10]發現小學生閱讀速度、作文和算術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生的作業正確率呈正相關。本實驗采用LED光源，通過實驗探討在滿足室內光安全健康的前提下，能否通過提高室內人工光環境參數，緩解重慶地區大學生冬季學習效率低下的問題。

相關標準規定了教室照度為300 lx，在冬季缺乏日照的V類光氣候區，提高照度值，增加光照量是否有益于緩解學生的抑郁情緒，是我們基金課題的主要研究內容，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組不同的光環境進行，對志愿者光照一周后、光照兩周后進行卡羅林斯卡嗜睡量表(KSS)測評，結合舒適程度主觀評價，篩選出適宜的照明參數，為下一步確定光生物實驗中各照明參數提供依據。

1 實驗設計

1)實驗方法。在目前國際和國家建筑照明設計標準中，教室照度標準值最高值均控制在750 lx及以下，且現有室內光照試驗照度已逐漸超過標準值設定[12-14]。為探究在冬季缺乏日照地區如何改善因日照不足帶來的學習效率下降等問題，試驗光照參數設定時，在保證人眼視覺功效的前提下[15,16]，參考標準中照度值分級，選取1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx和3 000 lx四種照度值，較高照度的光照環境以研究增加光照對冬季缺乏日照地區學生帶來的影響，超過標準值時光照1 000 lx的光生物效應實驗因此，本實驗室設施條件按大學教室改建，在光源參數設置時， 色溫選擇參考《建筑照明設計標準》選取4 000 K和5 000 K兩種；采用全析因實驗法將色溫與照度值交叉組成8種光環境。實驗分兩批進行，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，實驗期間嚴格控制志愿者使用其它帶光源的電子設備以避免影響對實驗光環境的評價。

表1 實驗分組及光環境參數

2)實驗人員的篩選及分組。2017年冬季，在專業醫師的指導下，根據抑郁情緒量表(SDS)和季節行為模式問卷(SPAQ)[17]，排除有藥物依賴癥、酗酒抽煙、熬夜習慣以及眼部疾病等問題的志愿者，最終選出帶有季節性抑郁情緒，學習效率低下的64名志愿者，男性(n=32)和女性(n=32)，年齡在21.52 ± 1.56，實驗隨機進行分組，每組4男4女，共8組進行。

3)實驗量表。KSS量表是疲勞主觀自評應用最為廣泛的量表之一[18]，將人學習工作時警覺性分為9個程度，并賦予相應分值(表2)：被試者根據自己在填寫量表時的主觀感受選擇對應的尺度進行評價。得分等級越高，疲勞感越強烈，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，結合實驗每天對各光環境下志愿者舒適程度及狀態進行跟蹤記錄結合綜合測評分析，以提高評價的可信度，所有量表結果采用均值±方差表示。

4)實驗環境及光照條件測定。

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

(b)實驗室光照參數測定設備：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)進行測定，所有儀器檢測前均經過校準(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 測評結果

2.1 KSS量表結果

分別在實驗進行一周后(DAY7)、兩周后(DAY14)進行KSS量表測評，測試不同光環境下志愿者的疲勞程度，被試根據自己在填寫量表時的主觀感受進行評價，測評結果如圖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評分發現，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，實際應用中應根據實際光照環境調節光照時長。

2.2 實驗日志結果

依據心理衛生評定量表手冊中對評定量表的規定[19]，對志愿者每日實驗日志內容進行量化分析，以“非常舒適-5”、“舒適-4”、“一般-3”、“不舒適-2”、“非常不舒適-1”為評價標準。不同光環境評價結果如圖6所示，4 000 K光環境時，照度與舒適度呈正相關，且隨著時間的累積，適應程度較好，方差顯示評價結果一致性高；5 000 K光環境下，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0.28。

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

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

對各組志愿者舒適度評價進行分類統計，計算實驗期間內各選項所占百分比，以此作為該光環境下舒適度評價依據(圖7、圖8)。提高教室環境照度，在4 000 K光環境中，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習狀態，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，學習狀態下降；5 000 K光環境中，舒適度最好的是2 000 lx。

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

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

3 結論與討論

我們探討了8種光環境下，疲勞程度、舒適度與照度、色溫之間的關系，測評結果顯示：

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光環境下疲勞值更低，其次是5 000 K色溫光環境；照度達到3 000 lx時，志愿者的疲勞程度最低，在冬季缺乏日照地區，可選擇適當提高室內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域；

2)根據志愿者每日實驗日志所記錄，在同一光照環境下，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光照環境，使用者視覺適應程度更高，不易產生波動；

3)在相同色溫條件下，隨室內光環境照度值升高，各評價指標的滿意度均呈現先增后減，4 000 K色溫條件下，照度在1 500～2 000 lx之間表現為最適宜；5 000 K色溫條件下，則在2 000～3 000 lx之間表現為最適宜。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，高照度條件下，可適當選用4 000 K色溫條件進行室內照明。

當然，這種高照度僅作為冬季日照缺乏地區的一種實驗，并不能意味著可以成為教室照明的依據。如何使不同光氣候區的高校教室有更符合健康要求的照明光環境，還有待進一步的研究。