陳小琴 姚加飛，2

(1.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044;2.重慶大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，重慶 400045)

1 引言

2004年第六次全國學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研結(jié)果表明:我國小學(xué)、初中和高中學(xué)生的近視率分別為32.5%，59.4%，77.3%。同2000年相比，各階段學(xué)生的近視率均有不同程度的上升，尤其是近視越來越呈現(xiàn)“低齡化”的趨勢，小學(xué)年齡段近視檢出率明顯升高，中學(xué)生發(fā)病率較高，大城市學(xué)生近視患病率顯著提高［1，2］。

學(xué)校是學(xué)生學(xué)習(xí)和進(jìn)行各種活動(dòng)的主要場所，教室光環(huán)境直接影響學(xué)生和教師的視覺作業(yè)完成效果，良好的光環(huán)境可以提高學(xué)習(xí)效率和減少視覺疲勞，保護(hù)青少年學(xué)生的視力。然而許多中小學(xué)教室都或多或少存在著某種天然采光及人工照明不合理的現(xiàn)象，學(xué)生們長期在不良的學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)，是導(dǎo)致我國中小學(xué)生視力不良發(fā)生率居高不下的原因之一［3］。

近幾年，國內(nèi)學(xué)者與專家也開始關(guān)注學(xué)校光環(huán)境的調(diào)查與分析，如李春會［4］等調(diào)查分析了廣州市中小學(xué)教室采光照明現(xiàn)狀，提出了簡單的建議，孟超［5］調(diào)查分析了北京市部分學(xué)校的采光照明現(xiàn)狀，陳亢利［6］等對蘇州新老兩個(gè)中學(xué)的教室光環(huán)境調(diào)查分析比較，指出了學(xué)校光環(huán)境方面存在的不足。但對于重慶這個(gè)多霧的特殊城市，還未有學(xué)者進(jìn)行調(diào)查研究。本文綜合了大量文獻(xiàn)，完善了調(diào)查項(xiàng)目，選取重慶市區(qū)的10所中小學(xué)25間教室進(jìn)行教室光環(huán)境的實(shí)地測量，分析重慶市學(xué)校教室照明光環(huán)境的現(xiàn)狀以及存在的問題，發(fā)現(xiàn)重慶市學(xué)校教室采光和黑板照明問題十分嚴(yán)重，人工照明也不理想，與國家新標(biāo)準(zhǔn)有一定差距。針對部分問題，本文提出幾點(diǎn)行之有效的改善途徑。

2 調(diào)查結(jié)果與分析

采光測量時(shí)間選取在中午11:50～14:00;人工照明測量選取在晚上7:00之后。依據(jù) 《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 7793—87)，對教室采光及燈管安裝等情況進(jìn)行評價(jià)。由于該標(biāo)準(zhǔn)對教室內(nèi)典型工作面照度的要求過于陳舊，故在照度的評價(jià)時(shí)選用2004年新頒布的 《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2004)，即教室課桌面平均照度值不應(yīng)低于300lx，黑板面平均照度值不應(yīng)低于500lx，兩者的均勻度不應(yīng)低于0.7。

2.1 采光現(xiàn)狀分析

1)實(shí)測的學(xué)校僅一所為雙側(cè)采光，其余學(xué)校均采用單側(cè)采光。單側(cè)采光的教室，光線均從座位的左側(cè)入射，符合規(guī)范［7］要求。但有一間教室的窗戶安在后側(cè)，這樣布局的教室，采光狀況極差，嚴(yán)重違反規(guī)范。教室玻地比均大于1∶6，但單側(cè)采光的教室，玻地比大于1∶5的僅12間，占54.5%。除一所學(xué)校窗臺安裝高度為1.1m外，其余學(xué)校均在規(guī)范要求的0.8～1m之間。學(xué)校A5的教室沒有安裝窗簾，其他教室均使用拉合式窗簾，不用時(shí)收起的部分遮住了窗邊部分座位的光線，對采光造成了一定的影響?？梢娊淌医ㄖ闆r大部分符合規(guī)范要求。如表1所示。

2)實(shí)測的大多數(shù)學(xué)校，在教學(xué)樓前普遍有花圃、樹木、或高或低的建筑，尤其學(xué)校A1的教學(xué)樓采光側(cè)有一棟民用建筑，導(dǎo)致低樓層的部分光線被阻擋，采光現(xiàn)狀很差，即使教室的玻地比很高，采光系數(shù)也很難達(dá)標(biāo)。可見樓層稍高的教室，采光現(xiàn)狀比低樓層的好。

3)采光系數(shù)大于1.5%的教室只有11間，占44%，采光系數(shù)大于2% (重慶為多霧地區(qū)，采光系數(shù)要求為2%)只有1間，如圖1所示。采光系數(shù)最大值4.5%出現(xiàn)在雙側(cè)采光教室，采光系數(shù)較大的值均出現(xiàn)在高樓層及玻地比較高的教室;而教室1的采光系數(shù)僅為0.21%。從表1中可知，該教室處于一樓，玻地比也是最低值?？梢姌菍痈叩?、玻地比大小和采光方式均會影響采光系數(shù)的大小。

4)實(shí)測的學(xué)校中，桌面反射比達(dá)標(biāo)的共有17間教室，占68%;地面反射在標(biāo)準(zhǔn)范圍外的只有兩間教室;墻面反射比普遍偏高;黑板的反射比普遍偏低。

5)自然采光時(shí)，桌面平均照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值300lx的有20間教室，占80%，部分教室甚至遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值。教室10采用后側(cè)采光，照度值最小，僅為171.7lx。與桌面相比，黑板的照度現(xiàn)狀很差，沒有一間教室達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)500lx，達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)200lx僅有10間教室，占40%;由圖2可知，每間教室的黑板照度都比桌面照度低很多。這種現(xiàn)狀造成學(xué)生要在散射光的照射下注視黑板，增大了學(xué)生自身視力的調(diào)節(jié)度，令學(xué)生更容易出現(xiàn)疲勞。

表1 教室建筑情況匯總表

圖1 采光系數(shù)匯總圖

6)由圖3可知，桌面的照度均勻度很差，普遍在0.1～0.5之間，遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。雙側(cè)采光(教室13～15)的照度均勻度要比單側(cè)采光的高，單側(cè)采光的照度均勻度極差。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，靠窗的座位照度較高，而靠內(nèi)墻的課桌照度較低，在室外照度偏低的時(shí)候，常常達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn);而照度均勻度低也導(dǎo)致同一教室內(nèi)形成較大的亮度差。當(dāng)視線由亮度較高的區(qū)域移到另一個(gè)亮度較低的區(qū)域時(shí)，需要一段調(diào)整時(shí)間以適應(yīng)新的亮度水平，亮度差太大時(shí)更容易引起學(xué)生視疲勞。此外，在光線太強(qiáng)的環(huán)境下讀書寫字，也會損害學(xué)生的視力。而黑板的照度均勻度狀況要好些，照度均勻度大于0.7的有8間，占32%。

2.2 人工照明現(xiàn)狀分析

1)實(shí)測的25間教室內(nèi)均安裝了6支以上的熒光燈，有3間教室有1至2支燈管不能點(diǎn)燃。燈管懸掛高度符合規(guī)范要求的有19所，占76%。教室內(nèi)均安裝了1～3支黑板燈，除4間教室黑板燈使用嵌入式安裝外，其余黑板燈安裝高度和教室普通照明的熒光燈安裝高度一樣。熒光燈燈管排列的長軸垂直于黑板的教室有22間，占88%;另外3間教室的燈具使用了不規(guī)則排列，有部分燈長軸平行于黑板。教室安裝的熒光燈普遍是光效較低的T8和T12，僅一所學(xué)校使用了光效較高的T5。除B3、B4兩所學(xué)校使用嵌入式格柵燈外，教室均使用簡易懸掛式燈具;只有B2、A7、A8三所學(xué)校使用專用黑板照明燈具。設(shè)備情況如表2所示。

圖2 自然采光時(shí)實(shí)測照度

圖3 自然采光時(shí)照度均勻度

2)由圖4可知，采用人工照明時(shí)桌面平均照度達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)150lx的教室為100%;達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)300lx的教室僅2間，而這兩間教室均使用了效率較高的T5熒光燈。黑板平均照度達(dá)到舊標(biāo)準(zhǔn)200lx僅8間教室，這8間教室都是使用了黑板專用照明燈具，但沒有教室達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)500lx。使用混合照明后，黑板照度普遍能達(dá)到200lx，但達(dá)到500lx的教室僅3間?？梢?，教室使用高效光源，可使桌面照度得到很大改善;使用黑板專用照明燈具后，黑板照度得到很大改善。

3)由圖5可知，采用人工照明時(shí)桌面的照度均勻度較自然采光時(shí)要好，普遍大于0.5;但達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)0.7的教室僅5間，占20%;其中有兩間教室使用格柵式燈具，另外兩間則使用的是4×4多行多列的燈具布置方式。黑板的照度均勻度比桌面照度均勻度好，有19間教室達(dá)到0.7，占76%。可見人工照明的桌面照度均勻度依然不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 教室設(shè)備調(diào)查匯總表

圖4 人工照明實(shí)測照度

4)結(jié)合現(xiàn)場記錄的光源參數(shù)及燈具參數(shù)，對每個(gè)教室的照度進(jìn)行了粗略的估算［8］。發(fā)現(xiàn)小學(xué)最初設(shè)計(jì)的平均照度均大于200lx，中學(xué)最初設(shè)計(jì)的平均照度均大于300lx，而現(xiàn)場測試的照度比計(jì)算照度低50～100lx。除了現(xiàn)場測試人員可能出現(xiàn)的測量誤差因素外，還與教室光源長久未更換導(dǎo)致光源光效降低較多、燈具積塵較多未進(jìn)行擦洗導(dǎo)致維護(hù)系數(shù)減小、有燈管損壞未進(jìn)行更換導(dǎo)致有效光源減少等因素有關(guān)。

3 分析建議

圖5 人工照明實(shí)測照度均勻度

現(xiàn)有的中小學(xué)校普遍建于2004年之前，依據(jù)的是舊標(biāo)準(zhǔn) 《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7793—87):課桌面的平均照度值不低于150lx，黑板面平均照度值不低于200lx。調(diào)查結(jié)果表明，按照舊標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，學(xué)校桌面平均照度均能達(dá)標(biāo)。新標(biāo)準(zhǔn)頒布之后，由于新修訂的標(biāo)準(zhǔn)要求提高，需要進(jìn)行教室的照明改造，涉及因素很多，實(shí)施有一定的困難;另外一方面，新修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)的宣傳和監(jiān)督不夠，各個(gè)學(xué)校沒有及時(shí)進(jìn)行照明設(shè)施改造;此外部分學(xué)校和相關(guān)部門對教室的照明問題沒有引起足夠的重視，因此在對照明的達(dá)標(biāo)改造等實(shí)施方面的工作沒有到位。綜合調(diào)查結(jié)果分析，本文針對桌面照度水平，照度均勻度，黑板照明幾個(gè)方面提出幾點(diǎn)行之有效的建議。

3.1 桌面照度水平

1)增加人工照明的數(shù)量是提高照明水平的最直接途徑，可以通過增加燈管的數(shù)量，或者換用功率更大的光源，但是這種方法的不足在于不利于節(jié)能，會導(dǎo)致用電量增加。

2)提高照度水平，還可通過使用高效的光源。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的教室普遍都是使用T12或T8的熒光燈。而T5相對于上述的幾種熒光燈，光效明顯提高，可達(dá)到100lm/W，并且體積更小，便于燈具設(shè)計(jì)。

3.2 桌面照度均勻度

3.2.1 燈具方面

從調(diào)查結(jié)果分析可知，人工照明狀態(tài)下，桌面的照度均勻度達(dá)標(biāo)的較少。改變照度均勻度，可以從燈具排列方式著手。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在采取相同數(shù)量和光效的燈管時(shí)，采用單管的多行多列排列方式比雙管或者3管的排列，照度均勻度要高。在布燈時(shí)，盡量考慮課桌椅的排列，不要出現(xiàn)有的桌面在燈具的正下方，有的桌面則離燈具很遠(yuǎn)的情況。

使用格柵燈具也可增大桌面的照度均勻度，且可限制眩光。

3.2.2 合理控制回路

在調(diào)查學(xué)校光環(huán)境現(xiàn)狀的同時(shí)，對中小學(xué)生進(jìn)行了現(xiàn)場的問卷調(diào)查，調(diào)查時(shí)間是夏天，日光也比較充足，發(fā)現(xiàn)大部分教室桌面平均照度都符合要求，但學(xué)生依然選擇在白天時(shí)開啟教室所有照明燈具，這樣造成很大的資源浪費(fèi)。雖然在大部分單側(cè)采光的教室中，內(nèi)墻側(cè)在室外光線不足時(shí)，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)300lx，但是近窗側(cè)的桌面一般都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此，可通過良好的回路設(shè)計(jì)及控制，使教室室內(nèi)光線均勻。

實(shí)測的學(xué)校中，學(xué)校B2的教室照明回路采取分列控制。教室7中共有4列燈，每列燈獨(dú)自一個(gè)回路，分別為S1、S2、S3、S4，如圖6所示。白天光線較充足時(shí)，近窗的S3、S4回路關(guān)閉，只開啟遠(yuǎn)窗的S1、S2回路。記錄下各個(gè)測量點(diǎn)的照度 (測量點(diǎn)見圖7)，對每一列測量點(diǎn)的照度取算術(shù)平均值，并與自然采光時(shí)的每列照度算術(shù)平均值進(jìn)行比較，如圖8所示。由于靠窗1列的照度很大，為便于圖表觀看，圖中未標(biāo)出。

由于教室在一樓，當(dāng)自然采光時(shí)遠(yuǎn)窗的3、4、5列都沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)300lx，且每列的照度差異較大，照度均勻度低;進(jìn)行分列控制之后，只有遠(yuǎn)窗第5列沒有達(dá)到300lx，且每列的照度差異變小，照度均勻度提高。

因此建議學(xué)校設(shè)計(jì)照明回路時(shí)，盡量采用分列控制，每一列燈設(shè)計(jì)獨(dú)立的回路控制。在內(nèi)墻照度不足時(shí)，及時(shí)開啟對應(yīng)回路的燈，補(bǔ)充照明。

但此方法的缺陷是必須進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，且對于室外照度變化引起室內(nèi)照度變化時(shí)，不能進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)。下一步的研究，是利用感光元件，使燈具能夠根據(jù)室內(nèi)照度變化智能的調(diào)節(jié)照度。

圖6 教室照明控制回路

圖7 測量點(diǎn)分布

圖8 合理控制回路效果

3.2.3 利用鎮(zhèn)流器的設(shè)置達(dá)到多級控制目的

對于熒光燈，通過合理的線路和使用多燈鎮(zhèn)流器，可以實(shí)現(xiàn)多級的照明控制，產(chǎn)生多種照度水平。這種多級開關(guān)控制一般通過兩個(gè)開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)了。如圖9所示，將四燈燈具和三燈燈具中的光源分別與相對應(yīng)的鎮(zhèn)流器連接，通過開關(guān)的不同的閉合狀態(tài)，可以產(chǎn)生多種照明水平。對于三燈系統(tǒng)，邊上兩個(gè)燈管可以獨(dú)立于當(dāng)中一根燈管被點(diǎn)亮。這就使得照明控制的可能性增加了一倍，而不是簡單的開和關(guān)，這些燈具可以是全關(guān)、1/3開、2/3開和全開。同理，四燈可以產(chǎn)生全關(guān)、1/2開和全開三種照明水平。采用此種控制方式，配線簡單，使用方便，無需特殊維護(hù)。

圖9 鎮(zhèn)流器的設(shè)置

3.3 黑板照明

1)增加黑板燈數(shù)量，或換用功率更大的光源，此方法優(yōu)缺點(diǎn)同3.2.1所述。

2)白天盡量使用自然采光加人工照明的混合照明。從調(diào)查結(jié)果可知，自然采光時(shí)，黑板照度很難達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，因此需要開啟黑板燈來補(bǔ)充照明，同時(shí)黑板燈應(yīng)該設(shè)計(jì)獨(dú)立的一條回路控制。

3)實(shí)測的學(xué)校大部分使用簡易懸掛的下照式燈具，大量燈光不能投射到黑板上，導(dǎo)致黑板照度過低。因此，建議使用專用的燈具對黑板進(jìn)行照明。同時(shí)，建議使用配光為不對稱的斜照型燈具，這種燈具的特點(diǎn)為整體光分布較窄，配光不對稱，光投向黑板，能夠在黑板上產(chǎn)生均勻、足夠的垂直照度，同時(shí)嚴(yán)格控制其他方向的光通量，避免產(chǎn)生眩光。

4)應(yīng)該合理的選擇燈具安裝的位置。

4 結(jié)論

總體來說，被調(diào)查的中小學(xué)教室具有較好的照明條件，但是采光較差，總體符合規(guī)范要求的教室不多。問題主要集中在 (1)多數(shù)教室采用單側(cè)采光，采光系數(shù)沒有達(dá)標(biāo)，而且教室的照度均勻度很差 (2)人工照明的照度不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求(3)黑板照明的照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

學(xué)校應(yīng)對教室光環(huán)境引起足夠的重視，及時(shí)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求對學(xué)校進(jìn)行照明達(dá)標(biāo)改造。同時(shí)學(xué)生自身應(yīng)養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣，通過開啟部分日光燈、使用窗簾等途徑及時(shí)對光環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，為自己創(chuàng)造一個(gè)良好舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

［1］亓德云，汪玲，錢序，譚暉，安愛華，王震維.中小學(xué)生近視防制評價(jià)指標(biāo)體系的初步研究 ［J］.中國學(xué)校衛(wèi)生，2006，27(6):539～541.

［2］蔡篤儒，賴春榮.中小學(xué)生近視及影響因素調(diào)查［J］.中國初級衛(wèi)生保健，2005，19(3):29～30.

［3］姚遠(yuǎn).教室照明設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題.照明工程學(xué)報(bào)，2004(6)，15(2):58～60.

［4］李春會，郭仰峰，蘇穎殷，麥錦城.廣州市中小學(xué)教室采光照明現(xiàn)狀分析.中國學(xué)校衛(wèi)生，2008，5:461～462.

［5］孟超.北京市部分學(xué)校教室采光照明現(xiàn)狀分析.照明工程學(xué)報(bào)，2006(3)，17(1):34～40.

［6］陳亢利，唐瑤.蘇州中學(xué)教室內(nèi)部光環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評價(jià).蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(6)，2(26):67～70.

［7］GB J99—86.中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范.

［8］孫建民.電氣照明技術(shù).中國建筑工業(yè)出版社，2006.