淺議教學樓照明設計

陳志剛 劉虎

摘 要：教學樓是學校的主要教學場所，其照明質量對教學效果及師生視力會產生重大影響。按照現行國家及行業相關法律、標準的要求，結合實際工作經驗，針對教學樓這一類建筑，對教室、樓道、衛生間等場所，提出教學樓照明方式、節能控制措施。利用紅外傳感和光敏檢測器件，通過檢測教室內人員、落座位置和室內光照度，自動控制教室燈具開啟，智能調節燈具功率，方便實用。對提高教室用電效率，建設綠色照明校園具有非常重要的意義。

關鍵詞：教學樓;照明設計;節能控制

中圖分類號：TM923 ?文獻標識碼：A

Abstract：Teaching buildings are major places of instruction in the school，the illumination quality of which exerts a vital impact not only on the effectiveness of instruction but on teachers and students eyesight.According to current laws and standards of the nation and profession，in combination with practical working experiences，propose illumination arrangement of teaching buildings，with measures for energy-saving control.With the aid of infrared sensors and photosensitive detectors，the system turns lamps on automatically and regulates power of lamps intelligently by detecting indoor figures，occupied seats and interior luminosity，which is convenient and useful.It has great significance for improving power consumption efficiency and constructing green lighting campus.

Key words：Teaching building;lighting design;energy-saving control

日前，教育部與國家衛健委共同發布《綜合防控兒童青少年近視實施方案（征求意見稿）》，方案明確規定，到2030年，全國兒童青少年新發近視率明顯下降。有統計數據顯示，目前我國近視患者近6億人，青少年近視率高居世界第一。高中生和大學生的近視率均超七成，小學生的近視率近40%。[1]學校教學樓是師生進行教學的主要場所，教學樓照明的主要目的是為學生和教師提供教學過程所必需的照明，滿足師生的視覺作業要求，并營造舒適宜人氛圍，保護視力。目前教學過程由紙筆向多媒體教學轉變，對照明質量提出了更高的要求，教室照明不僅需要滿足學生視覺功能上的需求，而且還應有助于提高學生學習效率和促進學生身心的健康。

1 教學樓照明主要技術指標

隨著教學手段的多樣化，學生的視覺任務也越來越復雜，對照明的要求也越來越高。高質量的照明可以改善學生的注意力、學習能力和身心健康。下面幾個因素對照明質量的好壞起著重要作用。

1.1 照度

在其他條件不變的情況下，視覺功能會隨照度水平的變化而變化。視覺及照明專家對此進行了深入的研究，大量研究結果表明，隨著工作面照度水平的提高，文字的易讀性也隨之提高，但如果要達到最高的易讀性，需要的照度非常高，這對于節能是非常不利的，也完全沒有必要。更高的照度水平（500lx）與正常照度（300lx）相比，學生的閱讀、數學能力有很大提高。通常高的照度會讓人更滿意，更能激發人們的注意力并減少疲勞。因此在考慮節能的基礎上，可適當提高教室照度水平，以營造更優秀的照明環境。

1.2 色溫和顯色指數

光源色溫高低反映了光源光譜中的藍光成分的高低，而藍光的非視覺效應會影響教師和學生的精神狀態及晝夜節律。低色溫的光線能夠得到暖和的、安定的和溫馨的氣氛;高色溫的光線，不僅有涼爽的感覺，而且還有清澈的活潑氣氛。教育設施應采用中高色溫光源。光源的顯色指數反映光源對顏色顯現能力的指標，顯色指數越高，顏色顯現能力越高，一般顯色指數大約80，一些繪畫、藝術品的場合需要顯色指數達到90。

教室中的亮度及顏色不僅與光源有關，而且與室內各表面的反射率有很大關聯。教室推薦采用飽和度不高的淺色表面，以提高教室的整體亮度，也可以使教室感覺更加寬敞。盡量不要采用光澤表面，光澤表面容易產生反射眩光。為達到所要求的反射比，并考慮到年齡的因素，各表面的顏色推薦如下：頂棚白色，墻面低年級教室為淺黃、淺粉紅色等，高年級教室為淺藍、淺綠、白色等，成人用教室為白色、淺綠色等。地面為不刺眼、耐臟的顏色。

1.3 亮度均衡

當人們在房間里時，眼睛聚焦經常在遠處（墻）和近處（作業面）之間移動，當這兩個區域亮度差異比較大時，人眼需要不斷地重新適應，這會使人眼很容易疲勞，影響視覺功能，并且會分散人們的注意力。但不應使得亮度分布過于均勻，以免使環境呆板，使室內人員感覺無聊、無生氣。

1.4 眩光控制

眩光是影響照明質量的主要因素之一。眩光是由于視野中亮度分布不適當，或亮度變化太大，或空間、時間上存在著極端的對比，以致引起不舒適或降低觀察物體能力的現象。眩光引起視覺對比、視力、識別速度等視覺功能下降，嚴重時可使人暈眩，造成工傷事故或損傷眼睛。同時，眩光對人們心理也有明顯影響，會使工作人員情緒煩躁、反應遲鈍等。控制直接眩光除了可以通過限制燈具的表面亮度和表觀面積外，還可通過改變燈具的安裝位置和懸掛高度、保證必要的保護角，以及增加眩光光源的背景亮度或作業照度等方法降低眩光。

防止反射眩光，光源的亮度應比較低，使反射影像的亮度處于容許范圍，可采用視線方向反向光通小的特殊配光燈具。光幕反射是閱讀、書寫時經常遇到的眩光干擾。當閱讀帶有光澤的書籍時，燈具或高亮度表面會在書籍上面形成鏡像，影響閱讀效果，增加視覺疲勞。現行有效的部分教室照明標準要求匯總見下表。

2 教學樓照明設計

2.1 照明方式的選擇

在教學樓各房間內一般采用均勻設置雙條LED 20W燈的方式提供一般照明，部分房間（如衛生間）和樓梯間、走廊采用LED吸項燈，提供一般照明。疏散照明一般在各樓層出口裝設出口標志燈，使人員在樓內各通道處能看見，如果由于拐彎、遮擋或距離太遠而看不見出口標志時，應在疏散通道的適當位置裝設指向標志燈，把人員引向出口。同時，在主通道裝設疏散照明燈，保證人員看得見向出口疏散。

2.2 優先使用自然光

日光是一種獨特的光源，與其他光源不同，它的光譜和空間分布是變化的，日光包括太陽光和天空光。自古以來，人們就習慣于在日光下工作、學習和生活，與人工照明相比，人們更喜歡日光，人工照明是自然光的補充。合理采用日光，不但可以營造出更舒適的環境，而且可以節約大量的能源。教室照明首先考慮的因素就是天然光的利用，這樣不僅可以節約能源，而且可以達到較好的照明效果。精心設計的開窗系統可以提高足夠的工作面照度，可以使眼睛能夠注視遠方，緩和眼睛肌肉緊張，提高心理舒適度。但考慮到天然采光的不穩定性，人工照明所產生的照度必須達到視覺任務所要求的標準。同時，天然采光要考慮對太陽的眩光的限制。若教室為單側采光，光線宜由學生座位左側照入;對于雙側采光教室，教室左側應設主采光窗;教室墻壁和頂棚宜選用白色或淺色，玻璃采用無色透明;教室采光玻地比（窗的透光面積與室內地面面積之比）不得低于1∶6（新建教室采光玻地比應達到1∶4）。

2.3 教室照明設計

教室照明設計分為學生課桌照明與黑板照明二類。

2.3.1 學生課桌照明

采用雙條LED18W帶反射燈具，每條光通量相當于28W熒光燈。燈管外殼應為鋁管，利于散熱，燈罩選用乳白色漫透射PC材料。教室是應用最為普遍的教學場所，教室照明需要為教學任務提供靈活、高效、低眩光、亮度平衡的光環境。高質量的照明可以改善學生的心情、行為、注意力等，進而提高學生的學習效率。長時間待在照度偏低的光環境下，人眼會主動適應光照強度，在無意識的情況下過度使用眼睛。照度不足可引起犯困、眼疲勞現象，嚴重影響視力。實驗表明教室照明的最佳光環境為色溫4000K、照度750lx左右，黑板區域色溫宜為2700K。[3]

在常規教室中，課桌呈規律性固定排列，主要的視覺方向是黑板和課桌。此類教室大多有開窗系統，照明設計需要重點考慮天然光與人工照明的相互融合。某些教室需要實現更多功能，桌椅排布格局需經常變換以適應不同的功能和場景。此類教室沒有固定的視覺方向和講臺位置，因此天然光的引人及人工光源布置需要進行精心設計、以滿足各種視覺功能要求。同時，此類教室照明中需要重點考慮各墻壁照明及亮度平衡。為滿足各方向的視覺舒適度，需要將整個空間墻壁照亮，特別是常規教室中的后面墻壁部分。[4]由于視線方向不固定，此類教室眩光控制要更加嚴格，可采用間接照明方式降低眩光。

2.3.2 黑板照明

黑板照明在教室照明中至關重要，高質量的黑板照明可以提高可見度水平，也可以幫助老師吸引學生的注意力。黑板照明應避免在黑板上產生光幕反射及陰影，否則會降低可見度，引起視覺疲勞。通常表面越亮、越容易吸引人們注意力，因此黑板的亮度要足夠高，以提高吸引力。

由于黑板是垂直安裝的，只有頂棚的一般照明無法滿足黑板照明要求，需增加非對稱燈具洗墻照明來彌補黑板照度的不足。另外，黑板的亮度不僅會影響可見度，而且也會影響亮度均衡，從而降低視覺舒適度。黑板的照度一般應不低于桌面的照度，特別是對于深色的黑板;同時，也不應該超過作業面亮度的5倍。黑板照度均勻性也是黑板照明效果的重要指標，為達到理想視覺效果，黑板最低照度應不低于平均照度的0.7。實驗表明，黑底白字的視覺功能最好，但其視覺舒適度并不是最好，因此目前大部分采用深綠色黑板。黑板盡量選擇漫反射材料，以消除光幕反射，特別是開窗的光幕反射。對于白色黑板，由于其較高的反射率，更容易引起反射眩光，因此燈具布置時需要更為注意。

黑板局部照明燈具多安裝在黑板的上側，距離黑板0.85～1.3m。為不遮擋教師和學生的視線，并且直接眩光不干擾教師上課，應精確設計黑板高度。階梯教室一般設有上下兩層黑板（上下交替滑動），由于兩層黑板的高度較高，僅一組黑板專用燈具很難達到照度及均勻度的要求。推薦對上下兩層黑板采用兩組專用燈具分別照明。提高黑板均勻度的方法是照明燈具的投射角取55°（最大光強指向黑板的最下端）。[5]為改善黑板的照明效果，可對兩組燈具內的光源容量做不同的配置。黑板的燈具應單獨設置獨立開關。

3 節能控制

教學樓燈具多采用手動控制方式，尤其在室內。經常出現“燈比人多”或室外陽光燦爛室內依然燈亮的現象。細細想來，粗放的監管模式是主要因素，單純依賴人的自覺性是理想主義。人們在上課或工作中對光線的變化不敏感，忘記關燈實屬正常。[6]對于由此造成的巨大的能源浪費，必須通過選擇合理的監管方式和智能控制方案解決。

3.1 優先使用LED光源

LED作為固態光源，近年來光效不斷提高，而價格卻不斷下降。LED與傳統光源相比，具有體積小、環保、易調光、高光效、壽命長等諸多優點。LED燈具在保證光照舒適性前提下，燈具的效能已明顯超過了傳統的三基色熒光燈具，研究表明，與傳統光源相比，節電可達60%。民眾照明知識的不足及部分商家別有用心的宣傳，一段時間人們談藍光色變，對LED燈具望而卻步。但科學研究證明，無論是自然光抑或人工生產的三基色光源，都包含藍光。甚至可以說沒有藍光，就沒有白光。生活在高緯度地區的人，冬季由于得不到足夠太陽光照明，部分人會產生季節性憂郁癥，如果補充高照度且富含藍光的光照明，季節性憂郁癥可以明顯改善甚至能治愈。

通常我們聽到的“藍光危害”是指光源的400—500nm藍光波段，如果輻射亮度過高，眼睛長時間直視光源后可能引起視網膜的光化學損傷。由此可見，藍光問題實質是亮度、和時間的共同作用。僅從光譜上看，高色溫LED光源光譜的藍光比例也相應增加，但其與熒光燈光譜的藍光相比并無特別之處，同色溫LED的藍光安全亮度上限跟熒光燈差不多。[7]慎重起見，標準要求室內照明LED光源色溫不超過4000K，以減少藍光比重。

3.2 合理規劃照明控制方式

隨著科學技術的發展，可以通過聲音、遙控等控制照明設備，根據不同的場所，采取相應的控制方式，達到自動控制的效果，可以有效的減少能源的損耗。走道吸頂燈宜用光敏及微波控制，當檢測光照度不足且有人時，燈開啟，人遠離后燈延時滅;衛生間吸頂燈宜采用光敏與紅外控制;教室選用熱釋電人體感應模塊，當傳感器檢測到有人進入教室時，啟動光照度檢測電路，由光檢測電路測試室內光的強度，若照度不足則該區域燈亮，未檢測到人的區域燈不亮。照明電路啟動后，傳感器繼續檢測室內有無人體存在，當檢測到室內無人員存在時，照明持續一段時間（時間長短可以根據實際情況調節），自動切斷照明控制電路，從而實現光弱時“人在燈亮、人離燈熄”;[8]當教室光的強度大于設定值時，即便是人在教室，也不會啟動照明裝置，實現節能目的。

在白天的室內，自然光主要照在近窗處，為了使房間深處的照度達到與近窗處的照度相平衡，燈具應與窗戶平行的方向排列，近窗處自然光較強時，近窗的第一列燈具可以熄滅或調為較暗，第二列燈具稍亮些，第三列燈具較亮;當近窗處自然光較弱時，近窗的第一列燈具調為稍暗些，第二、三列燈具點亮。靠窗處安裝日光照度傳感器以探測室內日光的變化，從而控制各列燈具的工作狀態。這樣不僅可以保證室內的照明質量，還可以節省電能。

4 結語

教學樓照明設計關系師生的教學環境，在設計的過程中，首先要充分利用太陽光，必須要選擇綠色環保且能耗低、光效高的照明設備。同時要在師生中大力宣傳，做到“人走燈滅”。更要利用技術手段，控制燈具的點亮時間，才能達到節能減排的目的，為師生創造一個安全可靠的學習環境。本文對教學樓照明設計進行了有益的探討，對同類設計有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]努斯熱提，等.教學樓照明設計的探討[J].新疆石油科技，2006，16（4）.

[2]俞安琪.LED燈具在教室照明中的優勢及應用[J].光源與照明，2016（1）.

[3]賈山山，等.大學教室照明的現狀分析與優化[J].光源與照明，2017（3）.

[4]周太明，等.照明設計-從傳統光源到LED[M].復旦大學出版社，2015.

[5]俞麗華.電氣照明（第四版）[M].同濟大學出版社，2014.

[6]王春玲，等.基于ZigBee的高校教學樓照明管控系統設計[J].電子技術，2016.12.

[7]林燕丹.關于教室照明能否使用LED光源的討論[J].照明工程學報，2018，29（3）.

[8]裴桐松，等.高校教室照明節電自動開關研究與設計[J].交通職業教育，2015（6）.

課題：江蘇省高職院校教師專業帶頭人高端研修，2018TDFX002，江蘇省教育廳

作者簡介：陳志剛（1971-），男，碩士，主要研究方向為EDA設計與半導體照明技術應用;劉虎（1999-），男，常州工業職業技術學院光電技術應用專業2017級學生。