中小学普通教室照明测量方法的研究.docx
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中小学普通教室照明测量方法的研究
中小学普通教室照明测量方法的研究
引言
随着人们生活水平日益提高,对照明的要求已不满足于基本的照亮功能,而是健康照明、舒适照明上提出了更高要求。
教室照明灯具按被照对象分类可分为两种:
用于课桌照明的灯具和用于黑板(或书写板)照明的灯具(也称为黑板灯)。
随着LED这一新型光源的普及,越来越多地区和学校对教室照明现状进行了调查研究[1,2],有些还着手对传统照明灯具进行了改造,以期提高照明质量[3,4],保护学生视力[5]。
这些改造工程中,照明测量和效果评价都是必要环节。
目前国内相关标准对中小学教室照明测量方法的规定仍存在不够详细、不够合理等问题,导致可操作性、结果可对比性较差。
本文将就中小学普通教室照明的具体测量细节展开讨论。
1相关标准情况
目前教室照明质量的评价指标可分为以下4类:
a)基本照明指标:
平均照度、照度均匀度。
b)舒适性指标:
统一眩光指数(UGR)。
c)能效指标:
照明功率密度。
d)颜色指标:
相关色温、显色指数。
对于这些指标,我国在不同的标准中都进行了规定,主要标准包括GB50034—2013《建筑照明设计标准》、GB50099—2011《中小学校设计规范》、GB7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》、DB31/T539—2011《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》等。
以植物为食的恐龙总是要小心地提防凶猛的食肉恐龙,于是植食性恐龙演化出了各种防御结构,比如长角、头盾和大爪子。
在众多植食性恐龙中,有一种恐龙的防御结构显得十分与众不同——头顶上长有厚厚的头盖骨。
这就是练就了“铁头功”的肿头龙。
这些标准对教室照明质量评价指标以及测量方法的规定不尽相同,以普通教室为例,指标限制及引用的方法标准如表1所示。
可见这些标准中关于相关指标的测量方法,要么没有明确阐述,要么直接引用国家标准GB/T5700—2008《照明测量方法》。
该方法标准中未涉及UGR的测量和计算,虽然规定了现场照度、色温、显色指数、电参数的测量,但规定不够详细,实际操作时往往容易产生分歧,导致结果缺乏可比性,同时有些方法不够合理,这些都将影响相关指标的测量和计算结果,也对照明设计造成困扰。
表1不同标准对普通教室照明质量的要求
Table1Thelightingqualityrequirementsofdifferentstandardsforgeneralclassroom
物理量GB50034GB50099GB7793DB31/T539课桌面维持平均照度/lx≥300≥300≥300≥300课桌面照度均匀度≥0.6≥0.7≥0.7≥0.7黑板维持平均照度/lx≥500—≥500≥500黑板照度均匀度≥0.7—≥0.8≥0.7相关色温/K3300~5300—3300~5500(光源)—显色指数≥80≥80≥80(光源)≥80照明功率密度/(W/m2)≤8.0≤8.0≤9≤3/100lxUGR≤19≤19≤19≤16
2照度测量区域的确定
照度测量区域是指用来测量和计算平均照度和照度均匀度的区域。
GB/T5700—2008未对照度测量区域进行规定,实际测量课桌面照度时,测量区域的选取存在一定的随意性,甚至将整个教室作为测量区域。
教室内除了学生课桌读写工作区域外,还有教室前后还有讲台、储物低柜及其周边等非读写工作区域,这些区域是否需要纳入测量区域?
在工作区域周边至少0.5m范围内称为紧邻区域,该区域的内的照明应在视场内提供良好均衡的亮度分布,否则照度的显著变化可能导致视疲劳和不舒适。
出于节能等因素考虑,紧邻区域的照度可以比工作区域低一些,但不能过低,以普通教室为例,课桌维持平均照度为300lx时,紧邻区域的照度不宜低于200lx;黑板维持平均照度为500lx时,紧邻区域的照度不宜低于300lx[6]。
可见,教室内除课桌外的其它非读写工作区域,水平照度可能比课桌区域低30%以上,将这些区域纳入照度测量区域显然不合适。
课桌面照度测量区域应为课桌摆放区域。
对于课桌数量和位置不固定的教室,确定测量区域时应考虑课桌的最大可能摆放区域。
课桌往往紧挨着教室左右墙面摆放,因此测量区域的宽度即为教室宽度。
目前有些学校为容纳更多学生,会将最前排课桌紧挨着讲台桌摆放,故测量区域前端应从讲台桌前沿开始。
GB50099—2011规定最后排座椅后沿与后墙面或固定家具的净距不小于1.1m,一般课桌后沿与座椅后沿距离约0.6m,故测量区域后端应距离后墙面或固定家具1.7m。
3测量区域网格划分
GB/T5700—2008规定将测量区域划分为若干个正方形网格(课桌面照度测量网格为2m×2m,黑板照度测量网格为0.5m×0.5m),采用中心布点和四角布点两种布点方法。
由于四角布点法测量点数较多,且当网格线与墙面等固定物重合时,实际无法测量,因此一般采用中心布点法,即测量每个网格中心点的照度。
平均照度Eav通过式
(1)计算:
避雨拱棚搭建方法:
在原葡萄架水泥立柱顶端加固1根长0.8m的支柱,使其高度达到2.5m,水泥立柱顶端加固1根1.5~1.7m的横梁,横梁两端和立柱顶端各拉1道10#铁丝,用竹片做拱,跨度1.6m,竹拱两端固定在铁丝上,竹拱间距0.6~1.2m。
竹拱与竹拱间用铁丝连接并扶正,每亩需碗口粗的竹竿10根,用于地两头水泥柱的固定。
两头用地锚拉紧固定。
薄膜用竹片加压以及拉绳固定在搭架的竹拱上,膜的两侧卷细竹竿捆在拉紧的铁丝上。
每间隔7m,用布条将棚膜固定在葡萄老藤蔓上,防止风大揭棚。
搭建完成后,行与行的空隙为30cm,这样可保证东西向的阳光照到葡萄树。
(1)
式中Ei为第i个测点的照度;M为纵向测点数;N为横向测点数。
可见,式
(1)是基于每个网格中心点的照度值等于该网格每一点的照度(或平均照度)这个假设而得出的,因此要求网格为正方形,以使各个方向投射到该网格的光线占比尽量相等,保证其中心点照度能够代表该网格的照度。
GB/T5700—2008的网格划分和平均照度计算方法应用于教室照明测量时可能存在如下几个问题。
特别地,如果g(X)=ax+b,a≠0则对于的极值1,GMC(Y|X)⟺g(X)a.s.;若g是一对一的可测函数,则GMC(Y|X)=GMC(X|Y)=1,若g不是一对一的,则GMC(Y|X)=1>GMC(X|Y)≥0。
3.1网格尺寸对测量结果的影响
理论上,网格尺寸越小、数量越多,测量的数据越多,越不容易遗漏重要位置的数据(如最小照度和最大照度),结果越准确。
1)黑板照度测试。
当前LED黑板灯越来越普及,该类灯具一般被设计成垂直方向的光束较集中(图1),采用在黑板上沿的前方位置单侧布灯的方式,这种布灯方式下光束斜照向黑板后通常导致黑板面靠近上沿或下沿附近照度特别低。
图2是一个黑板中央4m×1m照度测量区域的照度分布,表2是该区域在网格划分为0.5m×0.5m和0.2m×0.2m情况下的结果,可见两者平均照度值很接近,但前者照度均匀度为0.76,符合表1中至少2个标准的要求,而后者照度均匀度仅为0.59,不符合表1任何标准的要求,同样的黑板和照明灯具布置,仅网格大小不同,测量结果却有很大差异。
由于黑板灯投射在黑板上的光线较集中,照度梯度变化较大(表4),0.5m×0.5m网格测点间距过大,导致所测得的最小照度明显大于0.2m×0.2m网格,相应的照度均匀度也明显偏大。
出门去洗水果,有位阿姨跟了出来,说:
“孩子,你真大度。
”我说:
“也不是大度,我婆婆实际对我挺好的,不过喜欢激将我而已。
我以前的做法不像家人,是我不对。
既然是一家人,就得说家人该说的话,做家人该做的事嘛。
”
图1黑板灯配光曲线
Fig.1LightdistributioncurveofBlackboardluminaire
图24m×1m黑板测量区域照度分布示意图
Fig.2Schematicdiagramofilluminationdistributionof4m×1mblackboardmeasurementarea
表24m×1m黑板照度测量区域不同网格划分的结果
Table2Differentresultsofdifferentmeshesof4m×1mblackboardilluminancemeasurementarea
网格尺寸网格数平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均匀度∗最小照度/最大照度0.5m×0.5m8×28066119750.760.630.2m×0.2m20×57964699930.590.47
*——GB/T50034、GB/T7793和DB31/T539均将照度均匀度定义为最小照度/平均照度
表34m×1m黑板照度测量区域不同网格划分的邻近网格最大偏差
Table3Maximumdeviationofadjacentgridsindifferentmeshesof4m×1mblackboardilluminationmeasurementarea
网格尺寸相邻网格最大偏差/lx相邻网格最大偏差/平均照度0.5m×0.5m21326.8%0.2m×0.2m15819.9%
2)课桌面照度测试。
中小学教室一般为9m×7m左右的矩形,灯具纵向布置3~4盏,横向布置2~3盏,如果按2m×2m划分网格,则网格数很少,且网格尺寸与灯具间距相近,结果会存在一定误差。
表4列出了一个6m×6m的课桌面照度测量区域(灯具布置周期为2.375m×2.485m)在不同网格划分尺寸下的结果,可见2m×2m网格尺寸测得的照度均匀度偏离0.5m×0.5m网格约7%。
与黑板照明相比,由于课桌照明灯具布置对称性好,灯具光束较宽,照度梯度变化较小,故由网格大小划分产生的误差也相对较小。
译文:
这对异族男女(丈夫是白人,妻子是黑人)八年前结的婚。
对此,双方的家庭都曾十分震惊,而且都不赞成这桩婚事。
不相识的人总以惊异的眼光打量他俩,还说些难听的话。
所有这一切他俩都挺过来了。
(何刚强:
36)
3.2实际测量区域对测量结果的影响
实际测量区域尺寸一般不是GB/T5700—2008所规定网格尺寸的整数倍,GB/T5700—2008标准中未提及这种情况如何处理。
一般有如下两种做法。
表46m×6m课桌面照度测量区域不同网格划分的结果
Table4Resultsofdifferentmeshesof6m×6mclassdesktopilluminancemeasurementarea
网格尺寸网格数平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均匀度最小照度/最大照度2m×2m3×34023894290.970.911m×1m6×63963594320.910.830.5m×0.5m12×123943554510.900.79
方法一:
为了能够划分出整数个网格而缩小测量区域,依据GB/T5700—2008规定的网格尺寸,将四周无法凑足整数网格的区域直接排除,而将测量区域设置在前后(或上下)和左右方向各自居中的位置。
显然,这种方法很可能丢失一些重要的测量点(如最小照度点)。
方法二:
不排除任何应测量区域,而是改变网格尺寸。
EN12464—1:
2011中规定了一种根据测量区域尺寸来确定网格尺寸的方法。
首先,计算最大网格尺寸p(单位:
m):
p=0.2×5log10d
(2)
式中d一般为测量区域的较长边,当测量区域的较长边为较短边的2倍或以上时,d取测量区域的较短边。
其次,取最接近d/p的整数为该边方向上的网格数,并计算该方向上的网格尺寸L。
最后,取最接近d′/L的整数为测量区域另一方向上的网格数(d′为该方向的长度),并计算出该方向上的网格尺寸。
这种方法确定的网格尺寸一般不是正方形而是接近正方形的矩形,但它使得测量区域不再受固定的网格尺寸的限制。
图3是一个10m×7m的典型教室的灯具布置案例示意图,按照前文的阐述,该教室课桌照度测量区域应为6.7m×7m;黑板照度测量区域应为4m×1.22m。
表2~表4中第一行数据是按照方法一测量的结果。
图3教室灯具布置示意图
Fig.3Schematicdiagramofclassroomlighting
表5和表6中第一行数据是根据方法二测量的结果,可见方法二和方法一相比,由于增加了边沿部分的测量区域,测得了更小的最小照度,结果更接近真实情况,因此方法二比方法一更佳。
我国新一轮高考改革是顺应新时代对人才需求而开启的,旨在为每一个学生提供自主发展的机会以培养全面发展的人。
因此,我们需要客观看待新高考改革中高中英语教学中存在现实问题,打破常规,寻求新的发展突破点,探索提高英语教学效率的可行性路径。
表54m×1.22m黑板照度测量区域测量结果
Table5Measurementresultof4m×1.22mblackboardilluminationmeasurementarea
网格尺寸网格数平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均匀度最小照度/最大照度0.25m×0.244m16×57764249890.550.430.200m×0.203m20×67754019900.520.41
表66.7m×7m课桌面照度测量区域测量结果
Table6Measurementresultof6.7m×7mclassdesktopilluminancemeasurementarea
网格尺寸网格数平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均匀度最小照度/最大照度0.744m×0.778m9×93843214590.840.700.609m×0.583m11×123833074430.800.69
从表5和表6可见,网格划分越小,越能测到靠近测量区域边界的点,测得的最小照度越小,就此而言方法二所确定的网格尺寸并不足够小。
但是同时,网格划分越小,测点就越多,工作量增大,且无限减小网格并不可行,因此在对测量结果影响不大的情况下,可根据实际情况考虑网格的大小。
对于黑板照度测量,考虑目前照度探头的最大尺寸约7cm(含探头周边的机身部分),且学生视线距离较远,故网格尺寸选取在0.2m左右较合适。
对于课桌面照度测量,中小学生桌面尺寸一般为0.6m×0.4m左右,由于教室照明灯具光束较宽,布灯均匀,照度梯度较小,可将网格尺寸选为0.6m左右。
我们可以对方法二作如下调整以使其更适用于中小学普通教室照明的测量。
首先,取最接近d/p的整数为相应方向上的网格数,并计算该方向上的网格尺寸L。
其中d一般为测量区域的较长边,当测量区域的较长边为较短边的2倍或以上时,d取测量区域的较短边;p取0.2m(黑板照度)或0.6m(课桌面照度);然后,取最接近d′/L的整数为测量区域另一方向上的网格数(d′为该方向的长度),并计算出该方向上的网格尺寸。
4现场色温和显色指数的测量
GB/T5700—2008规定每个场地测量点数量不应少于9个(住宅单个房间可不少于3个),然后取算术平均值作为现场的色温和显色指数。
对于中小学普通教室,由于现在越来越广泛采用的LED灯具相比传统光源,存在颜色不均匀度可能较大的问题,因此仅测量少数几个点且未规定布点方式,其测量结果无法真实反映被照场所的颜色分布,结果也不具有可比性和可重复性。
可按照前文所述照度测量的布点方式确定颜色测量点,并增加计算所有测点间色差异[7]的最大值以评价被测场所的颜色不均匀度。
5照明功率密度的计算
照明功率密度(LPD)是指单位面积上照明实际消耗的功率,单位是W/m2,计算公式为
(3)
式中Pi为被测量照明场所中第i个照明灯具的输入功率,S为被测量照明场所的面积。
相关标准中未指明照明场所面积的范围是只包括课桌面/黑板照度测量区域还是指整个教室面积,是只计算课桌面照明灯具还是也包括黑板灯具。
作为节能指标,教室的LPD体现的应是整个教室单位面积内所有照明灯具(也包含黑板灯)的能耗水平,因此应计算所有灯具的功率和整个教室的面积。
目前,还有另一种LPD密度的定义,即单位面积上每产生100lx照度所消耗的功率,单位是W/m2/100lx,其计算公式为
(4)
式中,Eav为受照区域的平均照度。
可见式(4)将节能指标与照明效果结合在一起,可适用于计算某一特定受照区域内或某单一类型灯具照明的节能效果。
如课桌的LPD应通过课桌照明灯具及课桌照度测量的面积和平均照度进行计算。
6结束语
我们通过案例分析、方法比较和原理讨论,从照度测量区域、网格划分、现场色温和显色指数、照明功率密度等几个方面研究了现有中小学普通教室课桌和黑板照明测量标准中存在的问题,讨论了网格尺寸选取以及实际测量区域选取的不同对测量结果的影响,并提出了更合理、更具有可操作性的测量区域和网格尺寸的选取方法。
使用商用CFD软件Fluent16.1来求解上述连续方程和边界条件。
使用均方根残差,收敛残差设为10-4。
选择相位耦合SIMPLE算法以确保结果稳定且准确并且获得收敛。
采用QUICK法求解动量方程。
压力松弛因子和动量松弛因子分别为0.2,体积分数为0.3,并使用其他因子的默认值,时间步长为0.1s,总计算时长100s。
参考文献
[1]杨杰,翟小木,李佳,等.北京市某区县中小学教室照明现状的研究.照明工程学报,2016,27(6):
15-20.
[2]李江山,韩冰.教室照明现状.光源与照明,2015,3:
17-21.
[3]钟雄,侯洪才,乔庆飞.LED智能照明在中小学教室中的应用.照明工程学报,2016,27(3):
54-60.
[4]虞晖,赵向军.同步课堂教室光环境的优化设计.照明工程学报,2018,29(3):
17-24.
[5]闫仲舒.教室照明与青少年视力健康.中国照明电器,2017(6):
1-5.
[6]光和照明——工作场所照明第1部分室内工作场所:
EN12464-1:
2011.
[7]LED筒灯性能要求:
GB/T29294—2012.
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