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照明设计
常州大学
照明设计论文(设计)
题目:
常州大学教室以及黑板的照明设计
学院怀德学院
专业环境与艺术
班级1班
学号
姓名
指导教师
常州大学教务处制
二O一二年六月
1引言
2现状
3教学楼照明
光源的选择
如何采用合适的亮度
灯具的选择
推荐灯具
教室对室内装修的要求以及颜色
3.1普通教室的环境及其照明
灯具
辅助人工照明的作用
教室内的各个表面应该有合适的反射比
教室的灯具布置
欧洲对于学校各个场所照明的推荐照度值
3.2黑板照明
黑板照明的要求
布灯原则
3.3阶梯教室照明
阶梯教室中的照明
4结果与讨论
5发展与展望
6参考文献
引言
学校建筑中,建筑用房类型较多,不仅有教学楼、图书馆,还有体育中心(包括体育场、馆,风雨操场等)、食堂、宿舍、学生活动中心、文化交流中心等,学生活动中心主要为学生社团服务、文化交流中心主要为对外接待、会议交流等,学校照明中最具特点的是教学楼和图书馆照明。
学校照明主要照明区域集中在教学楼这个主要区域内。
教室要保证学生不会眼疲劳,照度要求必须在300Lx以上,显色性85以上。
以白天上课为主的学校,其照明光源应以自然采光为主,而人工照明只是为了补充教室内照度不足的部分,使照度分布均匀。
教学楼照明中最主要的是教室照明,一般教学形式分为正式教学和交互式教学,正式教学主要是教师与学生之间交流,即教师看教案、观察学生、在黑板上书写,学生看书、写字,看黑板上的字与图,注视教师的演示等;交互式教学增加了学生之间的交流,学生之间应能互相看清各自的表情等。
目前教室中除传统的教学区的黑板和学生区之外,教学区中大多采用投影等多种形式,学校以白天教学为主,有效利用自然采光以利节能,因此,教室照明中最基本的任务是:
(1)满足学生看书、写字、绘画等要求,保证视觉目标水平和垂直照度要求。
(2)满足学生之间面对面交流的要求。
(3)要引导学生把注意力集中到教学或演示区域。
(4)照明控制适应不同的演示和教学情景,并考虑自然光的影响。
(5)满足显色性,控制眩光,保护视力。
除此之外,教室照明还应做到安全、可靠,方便维护与检修,并与环境协调。
现状
当前我国学生视力低下的状况十分严重。
根据2006年国家体育总局第二次国民体质检测报告提供的数据,学生视力不良率为:
小学占32%、初中占58%、高中占76%、大学占83%。
专家们普遍认为:
造成学生视力低下的原因很多,例如:
先天因素;坐姿不正确;学习负担过重;看电视或操作电脑的时间过长等等,但最根本原因是学校的视环境不好所造成的。
学校教室照明环境存在的主要问题是什么?
根据我们长期研究,主要有以下几方面的问题:
1.黑板及课桌照度低于国家标准所规定的照度值,学生长期处于低照度环境下学习;
2.没有设专用黑板灯,或黑板灯装设不规范,如用普通的简式荧光灯当做黑板灯,不仅黑板照度低,视见度低,学生在观看黑板时,还可看到灯管的直接眩光,极易引起视觉疲劳;
3.一般都是采用质低、价低、能耗高、技术停留在上世纪6、70年代水平的简式荧光灯具;
4.一般都使用电感镇流器,存在严重的频闪效应;
5.一般都采用软吊,吊扇又安装在灯具的上方,吊扇与灯光同时开动时,存在严重的灯摆、灯光晃动的现象;
6.教室内一般均采用高色温(6500K)光色偏冷的荧光灯管。
总之,一个照度低、有眩光、有频闪、有灯光晃动、光色不好的视环境,怎能不引起视疲劳,怎能不危害视力健康呢!
?
2004年,建设部颁布了新的《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)。
新标准对教室照明作出了以下有关规定:
1.课桌照度300lx;黑板照度500lx;
2.照度均匀度(最小照度/平均照度)0.7;
3.统一眩光值UGR不得高于19;
4.直接型灯具的遮光角不应小于15°(光源平均亮度为20-50kcd/m²时).
5.功率密度值:
现行值11W/m²,目标值9W/m²;
6.宜采用细管径直管形荧光灯;
7.光源的相关色温3300~5300K。
2007年中央发布了《关于加强青少年体育增强青少年体质的意见》,提出了要通过5年左右的时间,使我国青少年近视的发生率明显下降的工作目标!
2008年9月4日,教育部为贯彻落实中央7号文(中发20077号)的精神,印发了关于《中小学学生近视眼防控工作方案》的通知。
通知中提出课桌面和黑板照度应符合国家标准要求,并制定了具体措施和实施方案。
教学楼照明
光源的选择
教室主要是学生上课、看书、学习的地方,所以应选光源色表的中间部分,即色温在3300k~5300k之间,教室要求光源具有效率高、光色优越、寿命长的特性,因此多数教室选择冷白色或日光色的荧光灯,实际选择的色温在4500k~5300k之间,这样能够产生明亮而又温暖的气氛。
如何采用合适的亮度
40~50平米的教室,投影机的亮度建议选择1500~2000流明之间,幕布对应选择60~70寸。
60~100平米的小型会议室和标准教室,投影机的亮度建议选择2000~3000流明之间,幕布对应选择80~100寸。
120~200平米的中型会议室和阶梯教室投影机亮度建议选择2000~3000流明之间,幕布对应选择120~150寸。
300平米以上的大型会议室或礼堂,投影机亮度建议选择4000流明以上,幕布对应选择200寸以上。
灯具的选择
(1)普通教室不宜采用无罩的直射灯具及盒式荧光灯具,宜选用有一定保护角、效率不低于75%的开启式配照型灯具。
(2)有要求或有条件的教室可采用带格栅(格片)或带漫射罩型灯具,其灯具效率不宜低于60%。
(3)具有蝙蝠翼式光强分布特性灯具的光强分布见图1—1,一般有较大的遮光角,光输出扩散性好,布灯间距大,照度均匀,能有效地限制眩光和光幕反射,有利于改善教室照明质量和节能。
图1—2表示具有蝙蝠翼式光强分布特性的灯具,与余弦光强分布的灯具的性能对比。
前者比后者减少了光幕反射区及眩光区的光强分布,降低了眩光,特别是光幕反射的干扰;增大了有效区的光强分布,使灯具输出光通的有效利用率大大提高。
图1—1蝙蝠翼式光强分布特性灯具的光强分布
(a)中宽光强分布;(b)宽光强分布
图1—2蝙蝠翼式光强分布特性灯具与余弦光强分布特性灯具的性能对比
1一余弦光强分布;2一蝙蝠翼式光强分布
(4)不宜采用带有高亮度或全镜面控光罩(如格片、格栅)类灯具,宜采用低亮度、漫射或半镜面控光罩(如格片、格栅)类灯具。
(5)如果教室空间较高,顶棚反射比高,可以采用悬挂间接或半间接照明灯具,该类灯具除向下照射外,还有更多的光投射到顶棚,形成间接照明,营造更加舒适宜人的光环境。
如果教室有吊顶,一般采用嵌入式或吸顶式灯具。
推荐灯具
教室照明推荐采用稀土三基色荧光粉的直管荧光灯,具有显色性好、光效高、寿命长等特点,易于满足显色性、照度水平及节能的要求。
普通教室可用T8直管型荧光灯,有条件的可采用T5直管荧光灯,提高照明质量,更有利于环保,并满足节能要求。
教室对室内装修的要求以及颜色
(1)教室内各表面应采用浅色装修,宜用无光泽材料,其各表面反射系数值可参考表1-3
表面名称
反射系数(%)
表面名称
反射系数(%)
顶棚
70~80
侧墙、后墙
70
前墙
50~60
课桌面
35~50
地面
20~30
黑板面
15~20
1)顶棚:
白色。
2)墙面:
高年级教室为浅蓝、浅绿、白色等;
3)低年级教室为浅黄、浅粉色等;
4)成人用教室为白色、浅绿色等。
5)地面:
不刺眼、耐脏的颜色。
6)黑板:
无光的绿色。
普通教室及其照明
(1)普通教室课桌呈规律性排列,宜采用顶棚上均匀布灯的一般照明方式。
为减少眩光区和光幕反射区,荧光灯具宜纵向布置,即灯具的长轴平行于学生的主视线,并与黑板垂直。
如果灯具横向配光良好,能有效控制眩光,灯具保护角较大,灯具表面亮度与顶棚表面差别不大,灯具排列也可与黑板平行。
(2)教室照明灯具如能布置在垂直黑板的通道上空,使课桌面形成侧面或两侧面来光,照明效果更好。
(3)为保证照度均匀度,布灯方向应使距高比(L/h)不大于所选用灯具的最大允许距高比(A—A、B—B两个方向均应分别校验)。
如果满足不了上述条件,可调整布灯间距L与灯具挂高h,以至增加灯具、重新布灯或更换灯具来满足要求。
(4)灯具安装高度对照明效果有一定影响,当灯具安装高度增加,照度下降;安装高度降低,眩光影响增加,均匀度下降。
普通教室灯具距地面安装高度宜为2.5~2.9m,距课桌面宜为1.7~2.1m。
(5)教室照明的控制宜平行外窗方向顺序设置开关(黑板照明开关应单独装设)。
有投影屏幕时,在接近投影屏幕处的照明应能独立关闭。
灯具
光源:
采用荧光灯;对予美术教室等识别颜色要求高的教室宜采用高显色性光源
灯具:
用防眩光格栅灯具,与黑板平行布置有较好照明质量用敞开式灯具,与黑板垂直布置有较佳照明质量(如图2—1—1)
灯具安装方式:
悬吊、吸顶、嵌入
灯具距离桌面的最低高度:
不应低于1.7米
灯具配光:
蝙蝠翼型为最佳(如:
60人房间,8-10台蝙蝠翼型配光灯具,36台灯具可达到较好效果
图2-2-1
辅助人工照明的作用
大教室且单侧采光时,白天天然光不足或分配不适宜时,需要辅以一种日常固定使用的人工照明,称其为常设辅助人工照明PSALI(PermanentSupplementaryArtificialLighting)
PSALI有两种作用:
1.是对房间深处达不到昼光标准的部分提供人工照明,使房间深处的照度与近窗出的照度达到平衡,称其为照度平衡性PSALI,靠窗出的灯具单独控制
2.是对于房间内的人来说,由于在白天窗户的亮度非常高,近窗的墙壁和顶棚会让人觉得暗,还可能看到人与物的剪影,室内深处显得阴暗,为防止这种现象,必须使室内人工照明与窗的亮度比例达到平衡,称其为亮度平衡性PSALI。
通常是天空亮度越高,会感到室内越暗淡,要求的人工照明也就越多
教室内的各个表面应该有合适的反射比
教室的灯具布置
蝙蝠翼型配光的荧光灯具与黑板垂直布置更好因其纵向配光窄,产生直接眩光的可能性小灯带之间的距离与安装高度之比不应大于灯具的最大允许距高比;灯带最好排列在课桌间的走道上,可以减小有书本产生的光幕反射。
左图:
向后看的视点
右图:
向前看的视点
在阅读场所,照度越高,看东西就越容易。
适宜的照度还要考虑人的主观感受。
美国和日本在这方面都作了比较深入的研究。
日本的研究:
当字与背景的亮度对比为80%、观看距离为30cm时,照度与易读性的关系结果见表和图
读出的容易程度
描述
0
是否能看见的界限
12
是否能读出的界限
20~40
需要努力才能读出
40~55
看不完全细微之处
55~70
大致能读出
70~90
容易读出
90~100
非常容易读出
如果要达到易读性为100,照度会很高,从经济角度考虑不合算,一般情况下,易读性为70即可(上表为易读性与主观描述的对应关系)
欧洲对于学校各个场所照明的推荐照度值(下表)
黑板照明
黑板照明的照度值应高于教室一般照明,而且,必须采用专用灯具照射。
照射黑板所直射出来的光不应进入学生眼内,学生和教师不应受到黑板反射眩光的干扰。
黑板照明灯具应装在教师水平视线48度仰角以上。
(下图)
场所
照度(lx)
备注
小学、中学教室
300
能调光
夜校、成人教育的教室
500
能调光
报告厅、阶梯教室
500
能调光
黑板照明
500
要防止镜面反射
演示版
500
如在报告厅,其照度应为750lx
艺术教研室
500
艺术类学校的艺术教室
750
机械制图室
750
实验室
500
手工艺制作室
500
音乐教室
300
黑板照明的要求
1为了使学生看清黑板,要尽量消除黑板产生的光幕反射
2学生不会受到黑板照明灯具的直射光的照射
3黑板灯具照射黑板时,上课教师不会受直射眩光的影响(灯具要安装在教师水平视线45°仰角以上位置)
4保证垂直照度,且其均匀度要好垂直照度:
500lx
5灯具不应把教师的阴影投印在黑板上
教室内如果仅设置一般照明灯具,黑板上的垂直照度很低,均匀度差,因此对黑板应设专用灯具照明,其照明要求如下:
(1)宜采用有非对称光强分布特性的专用灯具,
其光强分布见图2—2—2。
灯具在学生侧保护
角宜大于40°,使学生不感到直接眩光。
(2)黑板照明不应对教师产生直接眩光,也不应
对学生产生反射眩光。
在设计时,应合理确定
灯具的安装高度及与黑板墙面的距离。
图2—2—3示出了教师、学生、黑板与灯具之
间的关系。
由图2—2—3可得到以下布灯原则:
图2—2—2黑板照明灯具非对称光强分布图
图2—2—3分别为嵌入式;吊装式;壁装式
黑板照明灯具距地面高度与
黑板到灯具之间距离的关系曲线
(灯具安装在位于黑板法线成55°仰角的位置)
布灯原则
1)为避免对学生产生反射眩光,黑板灯具的布灯区
为:
第一排学生看黑板顶部,并以此视线反射至顶
棚求出映像点距离L,,以P点与黑板顶部作虚线
连接,见图2—2—3,灯具应布置在该连接虚线以
上区域内。
2)灯具不应布置在教师站在讲台上水平视线45。
仰角以内位置,即灯具与黑板的水平距离不应大于厶,否则会对教师产生较大的直接眩光。
3)为确保黑板有足够的均匀度,灯具光轴最好以55。
角入射到黑板水平中心线上,或灯具光轴瞄准点下移至距黑板底部向上1/3处更为理想。
阶梯教室
阶梯教室作为学校教学楼的一个重要组成部分,采用智能照明控制系统通过对各照明回路进行调光控制,可预先精心设计多种灯光场景,使得阶梯教室在不同的使用场合都能有适合的灯光效果,工作人员可以根据需要手动选择或实现定时控制。
推荐灯具如下(图2—3—1)
(1)阶梯教室内灯具数量多,眩光干扰增大,宜选用限制眩光性能较好的灯具,如带格栅或带漫反射板(罩)型灯具、保护角较大的开启式灯具。
有条件时还可结合顶棚建筑装修,对眩光较大的照明灯具做隐蔽处理。
例如图2—3—2是把教室顶棚分块做成阶梯形。
灯具被下凸部分隐蔽,并使其出光投向前方,向后散射的灯光被截去并通过灯具反射器也向前方投射,学生几乎感觉不到直接眩光。
(2)为降低光幕反射及眩光影响,推荐采用光带(连续或不连续)及多管块形布灯方案,不推荐单管灯具方案。
(3)灯具宜吸顶或嵌入方式安装。
当采用吊挂安装方式时,应注意前排灯具的安装高度不应遮挡后排学生的视线及产生直接眩光,也不应影响投影、电影等放映效果。
(4)当阶梯教室是单侧采光或窗外有遮阳设施时,有时即使是白天,天然采光也不够。
教室内需辅以人工照明做恒定调节。
教室深处与近窗口处对人工照明的要求是不同的。
为改善教室内的亮度分布,便于人工照明的恒定调节与节能,宜对教室深处及靠近窗15处的灯具分别控制。
例如图2—3—3中,把教室内的灯具,按距离采光侧窗的远近分为5组,
(5)阶梯教室一般设有上、下两层黑板(上、下交替滑动),由于两层黑板高度较高,仅设一组普通黑板专用灯具是很难达到照度及其均匀度要求的。
一种方案是采用较大功率专用灯具,如表2—3—3中阶梯教室方案,另一种方案是上下两层黑板采用两组普通黑板专用灯具分别照明,如图2一4—4所示。
为改善黑板照明的照度,可对两组灯具内的光源容量做不同的配置。
上层黑板专用灯具内的光源容量宜为下层光源容量的1/2~3/
(6)阶梯教室内,当黑板设有专用照明时,投映屏设置的位置宜与黑板分开。
一般可置于黑板侧旁,如图2—3—3所示。
当放映时,同时也可开灯照明黑板。
为减少黑板照明对投映效果的影响,投映屏应尽量远离黑板照明区并应向地面有一倾角。
(7)考虑幻灯、投影和电影的放映方便,宜在讲台和放映处对室内照明进行控制。
有条件时,可对一般照明的局部或全部实现调光控制。
图2—3—2
图2—3—3单侧采光教室照明控制图2—4—4双层黑板照明示意图
方式示例
阶梯教室中的照明
光线与学生的关系:
光从上方偏后射来,要避免自身阴影
光线与教师的关系:
光从上方偏前射来,要避免直射眩光和桌面的光幕反射
结果与讨论
从幼儿园到大学毕业,现代诚市人一生经过近二十年的校园学习阶段。
在这期间,学生几乎每天都在各种形式的教室里上课、游戏。
教室又必然会用到灯光照明。
然而,就城市学生近视率居高不下的现实。
人们不免会对学生―教室―照明―近视眼,这一关系链产生联想。
最近,我们带着“照明方式与学生近视眼”这个话题,走访了几家学校, 观察到教室照明存在不少问题,例如:
1、教室照明并没有很好地参照国家标准配置灯具。
安装,维护质量不理想。
2、教室内(特别是幼儿园)灯具分布不合理,造成同一教室桌面照度均匀度差 〔南、北教室照度差则更大〕。
3、新建学校,教室亮度太高。
而老学校教室灯管老化后,亮度严重下降,但没能得到及时更换。
4、朝南教室白天太阳光直射学生桌面,严重影响教室的视觉环境,等等。
众所周知,学生视力下降,近视率上升,是诸多因素综合作用的结果。
但是,除原发性因素外,用眼过度疲劳则是引发近视的主要因素了。
在正常用眼状态下,照明条件合理与否,直接影响用眼的疲劳程度。
由于近视现象是一种渐变的过程,很难从某一短时间的统计得出确切的结果。
但是,从对已出现近视现象的学生观察、统计,他们以每年―100度的速度加深,己是普遍公式了。
发展与展望
以上所提及的一些学校灯光照明的几个现象,在各所学校有一定的代表性。
如何改善,如何优化教室的照明条件,则是本文谈及的内容。
以下分几点以建议的形式进行表述:
1、现在教室中,用于课桌面照明的灯,大多为单、双管普通支架式荧光灯具,它们垂直于黑板安装,由于灯管裸露,这对后排学生还是有很强的直接眩光。
建议普通教室尽可能采用带格栅的支架灯作为主照明,或者在现有的教室中,靠近黑板的前二~三排支架灯,更换成带有格栅的支架灯,这样可以明显地改善后排学生视觉效果。
2、参照《学校照度标准》教室课桌面照度应>150Ix,(欧洲标准300~500Ix),目前有些学校可能片追求明亮,或设计不合理(照度达800~1000Ix)。
其效果是学生书本和课桌面形成很强的反射眩光,从而学生反映眼睛累,而学校又多付了电费,最后不得不卸去一半灯管。
高亮度问题,还反映在南向的“阳光”教室中。
一般来说,太阳光在桌面上照度可达数千Ix以上,在这种高照度下,学生无法看清老师在黑板上的板书,造成严重视觉疲劳。
为防止太阳光直接照在桌面上,学校南向教室必须安装窗帘。
建议学校可配备一只便携式照度计(约人民币300元),检查教室光照度状态。
以分析室内照度均匀度,同时也可了解灯管长久使用所出现的光衰现象,做到及时更换灯管。
3、学校的一般教室的照明灯具,都应该使用三基色荧光灯,这不但可以与普通荧光灯更亮约20%,而且显色指数>80%,学生的视觉疲劳程度会得到改善。
(据报道台湾省学校,已被要求全面使用三基色荧光灯)。
在学校的功能性教室里,例如,美术教室,幼儿园的活动室、绘画室,展示室等场合,则可以安装高显色荧光灯Ra90~97,这种灯的光谱与阳光近似,被照物体非常鲜艳逼真,在这种光照下人眼的疲劳感,也会明显降低。
4、学校的电化教室,以及需要使用投影机、幻灯机、电视机的教室,则需要采用深色窗帘,阻档阳光射入室内,以创造较低照度的环境,教室中所显示图像与背景反差合适,才能得到视力舒适状态。
有条件的学校,应安装可调光的荧光灯灯具。
这种灯具内部装有可调光电子式镇流器和配套的控制装置,亮度可调范围一般10%~100%(连续调光),或15%、35%、100%(三段调光)。
这样,授课教师可以根据教学需要,用手持遥控的方式控制灯光的亮度。
实际案例证明,这种教室的照明效果领人满意,这也是目前国际上正在逐步推广的照明方式。
5、建议由各级教育主管部门负责,下达指导性要求,并组成定点学校的近视眼防治小组。
由医学界、教育界、照明界的专家,组成专业组。
从理论上,进行探讨,科学地确定研究课题,并进行有效统计、分析,从而得出阶段性结论。
这样既可以从不同的领域表述看法、统一概念,研究结论共享。
这样也避免一些过于商业性的宣传,误导大众。
参考文献
《室内照明设计》作者:
马丽出版社:
中国传媒大学出版社
《展示光效设计》作者:
尚慧芳陈新亚出版社:
上海人民美术出版社
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