重慶地區(qū)教室晝間健康照明研究.pdf

1、人眼第三類光接收細(xì)胞（視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,ipRGC）的發(fā)現(xiàn)意味著光不僅影響人的視覺功效還與人的身心健康密切相關(guān)。我國學(xué)生近視率常年居高不下，研究證實(shí)改善后的教室光環(huán)境能有效預(yù)防近視，教室光環(huán)境的質(zhì)量對保護(hù)學(xué)生視力、提高學(xué)習(xí)效率、維持健康的晝夜節(jié)律具有重要意義。本論文依托國家自然科學(xué)基金《教室光環(huán)境光生物安全性研究》（批準(zhǔn)號51178483）以教室健康照明為研究對象，針對晝間的教室采光規(guī)律及合理的照明方案展開研究。提出“時間分段、空間分區(qū)

2、”的晝間光參數(shù)測量與實(shí)驗(yàn)原則；通過主、客觀實(shí)驗(yàn)測試探討天然光與優(yōu)勢色溫人工光源的最佳組合模式；建立能適用于采光時、空多變且提升學(xué)習(xí)效率、改善情緒的晝間“時間-健康-光參數(shù)”模型。本文以具有廣泛應(yīng)用前景的白光LED為對象，研究結(jié)果能夠?yàn)榻淌业慕】倒猸h(huán)境優(yōu)化提供科學(xué)理論依據(jù)，對改善學(xué)生的視覺舒適性、維持健康節(jié)律、提升學(xué)習(xí)效率、促進(jìn)照明的高效節(jié)能具有很強(qiáng)的理論意義和應(yīng)用前景。
　　第一部分分析重慶地區(qū)典型教室的基礎(chǔ)采光特性；第二部分在引

3、入自然采光的條件下研究調(diào)光偏好，以了解人們對光照的主觀喜好；第三部分以典型的調(diào)光照度為自變量研究人體的學(xué)習(xí)表現(xiàn)及生理節(jié)律等客觀指標(biāo)。最后通過方差分析、相關(guān)分析、回歸分析等數(shù)理統(tǒng)計方法，得出晝間照明的“時間-健康-光參數(shù)”模型，為教室照明優(yōu)化提供參考與建議。
　　天然采光提供了晝間室內(nèi)光環(huán)境的基礎(chǔ)條件，只有充分分析天然采光的分布特點(diǎn)才能制訂合理的人工照明補(bǔ)償方案。在第一部分的采光分析中通過計算機(jī)模擬與實(shí)地測量相結(jié)合的方式，分析了重慶

4、地區(qū)的氣候特點(diǎn)及典型南、北向教室的全年采光特性。結(jié)果表明重慶地區(qū)陰天比例非常高，尤其在冬季室內(nèi)采光嚴(yán)重不足，亟需人工光照補(bǔ)償。結(jié)合采光時序分析法與我國學(xué)校的作息特點(diǎn)，將全年劃分為72個典型時段，并通過ASRC-CIE天空模型及氣象數(shù)據(jù)對南北向典型教室的采光平均值及空間達(dá)標(biāo)率進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明北向教室采光狀況較差，幾乎各時段均需要對遠(yuǎn)窗區(qū)域進(jìn)行人工光補(bǔ)償，而南向教室則主要需在冬季全天和其他季節(jié)的9：00以前，16：00之后對遠(yuǎn)窗區(qū)域進(jìn)行人

5、工光照補(bǔ)償。
　　第二部分的自主調(diào)光研究表明人們在不同時段及不同空間區(qū)位對光照的喜好并不相同，由此提出晝間照明應(yīng)進(jìn)行“時間分段”、“空間分區(qū)”的設(shè)計原則。人們在近窗區(qū)位的調(diào)光照度早晚高，中午低，與天然采光早晚低、中午高的變化趨勢正好相反；遠(yuǎn)窗區(qū)位的調(diào)光照度在全天呈下降趨勢。兩個空間區(qū)位的調(diào)光平均值均較低，在200-400lx間波動。人們在不同區(qū)位的調(diào)光色溫變化不大，基本與天光色溫一致，全天在5000K左右波動。此外，在靠近窗戶區(qū)位

6、，全天各時段均有人選擇不開燈，特別在中午時段，天光照度較高時，不開燈比例也相對較高，其中14：30時刻有超過80%的被試選擇不開燈。由此表明近窗區(qū)位具有較大的節(jié)能潛力。
　　第三部分設(shè)定遠(yuǎn)窗區(qū)位（B區(qū)）4項光照方案、近窗區(qū)位（A區(qū)）2項光照方案進(jìn)行一系列客觀測試，測試內(nèi)容包括問卷調(diào)查、學(xué)習(xí)表現(xiàn)及生理節(jié)律等三個部分。其中問卷調(diào)查包括正負(fù)情緒、光質(zhì)量評分、舒適度評分及滿意度調(diào)查等4個分項。學(xué)習(xí)表現(xiàn)測試了知覺、記憶及思維三個層面的能力，

7、具體包括大、小字母校對；數(shù)字、詞語記憶及數(shù)字計算5個分項。生理節(jié)律測試了警覺度（KSS困意量表）、體溫、心律、血壓等指標(biāo)。通過橫比標(biāo)準(zhǔn)化的方法解決了不同測試指標(biāo)的數(shù)量級差異問題，分別對效率-警覺度和情緒進(jìn)行回歸分析，得到6個時刻的最佳照度，再整合其與時間的關(guān)系形成“時間-健康-光參數(shù)”的動態(tài)照明模型，其中基于效率-警覺度的模型適用于上課、考試等場所照明，基于情緒的模型適用于音樂課、藝術(shù)欣賞等注重情緒放松的場所，而其他兼具情緒改善和效率提

8、升的空間可通過Dephi法、層次分析法等手段確定合適的比例靈活運(yùn)用兩類模型。
　　本文結(jié)合重慶地區(qū)的氣候特點(diǎn)，針對陰天采光不足探討了合理的人工照明補(bǔ)償方案。通過時間分段及空間分區(qū)的原則指導(dǎo)，較好的解決了晝間研究中自然采光的時、空分布多變性問題。在實(shí)地調(diào)研、全年采光分析及主、客觀人體指標(biāo)測試的基礎(chǔ)上深化了晝間動態(tài)照明的綜合性研究。最終通過數(shù)理分析得出基于效率-警覺度和情緒的“時間-健康-光參數(shù)”模型，為教室晝間的健康照明提供了理論基

9、礎(chǔ)。同時可為其他類型建筑的晝間照明提供方法參考。
　　論文的創(chuàng)新之處在于：
　?、賹H上較前沿的采光時序分析法與我國的學(xué)校行課時間相結(jié)合，將全年采光劃分為72個典型時段進(jìn)行分析。通過典型氣象年數(shù)據(jù)及ASRC-CIE天空模型計算典型時段的室內(nèi)采光平均照度。并通過目標(biāo)分析法（Goal-orientated）判斷典型時段的采光空間達(dá)標(biāo)率；
　?、谠跁冮g光環(huán)境研究中提出“時間分段”與“空間分區(qū)”的基本原則。解決晝間實(shí)驗(yàn)的時、