隨著人們生活水平日益進(jìn)步，對(duì)照明的要求已不滿足于根本的照亮功能，而是健康照明、舒適照明上提出了更高要求。教室照明燈具按被照對(duì)象分類可分為兩種：用于課桌照明的教室護(hù)眼燈和用于黑板(或書寫板)照明的燈具(也稱為教室黑板燈)。隨著LED這一新式光源的遍及，越來越多區(qū)域和學(xué)校正教室照明現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究[1,2]，有些還著手對(duì)傳統(tǒng)照明燈具進(jìn)行了改造，以期進(jìn)步照明質(zhì)量[3,4]，維護(hù)學(xué)生視力[5]。這些改造工程中，照明檢測和作用點(diǎn)評(píng)都是必要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在國內(nèi)相關(guān)規(guī)范對(duì)中小學(xué)教室照明檢測辦法的規(guī)則仍存在不行詳細(xì)、不行合理等問題，導(dǎo)致可操作性、成果可比照性較差。本文遷就中小學(xué)一般教室照明的具體檢測細(xì)節(jié)展開評(píng)論。

現(xiàn)在教室照明質(zhì)量的點(diǎn)評(píng)目標(biāo)可分為以下4類：a)根本照明目標(biāo)：均勻照度、照度均勻度。b)舒適性目標(biāo)：統(tǒng)一眩光指數(shù)(UGR)。c)能效目標(biāo)：照明功率密度。d)色彩目標(biāo)：相關(guān)色溫、顯色指數(shù)。關(guān)于這些目標(biāo)，我國在不同的規(guī)范中都進(jìn)行了規(guī)則，主要規(guī)范包括GB 50034—2013《修建照明設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50099—2011《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生規(guī)范》、DB 31/T 539—2011《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》等。
這些規(guī)范對(duì)教室照明質(zhì)量點(diǎn)評(píng)目標(biāo)以及檢測辦法的規(guī)則不盡相同，以一般教室為例，目標(biāo)約束及引證的辦法規(guī)范如表1所示。可見這些規(guī)范中關(guān)于相關(guān)目標(biāo)的檢測辦法，要么沒有明確闡述，要么直接引證國家規(guī)范GB/T 5700—2008《照明檢測辦法》。該辦法規(guī)范中未涉及UGR的檢測和核算，盡管規(guī)則了現(xiàn)場照度、色溫、顯色指數(shù)、電參數(shù)的檢測，但規(guī)則不行詳細(xì)，實(shí)踐操作時(shí)往往容易發(fā)生分歧，導(dǎo)致成果缺少可比性，同時(shí)有些辦法不行合理，這些都將影響相關(guān)目標(biāo)的檢測和核算成果，也對(duì)照明設(shè)計(jì)形成困擾。
表1 不同規(guī)范對(duì)一般教室照明質(zhì)量的要求Table 1 The lighting quality requirements of different standards for general classroom

物理量GB 50034GB 50099GB 7793DB31/T 539課桌面保持均勻照度/lx≥300≥300≥300≥300課桌面照度均勻度≥0.6≥0.7≥0.7≥0.7黑板保持均勻照度/lx≥500—≥500≥500黑板照度均勻度≥0.7—≥0.8≥0.7相關(guān)色溫/K3 300～5 300—3 300～5 500(光源)—顯色指數(shù)≥80≥80≥80(光源)≥80照明功率密度/(W/m2)≤8.0≤8.0≤9≤3/100 lxUGR≤19≤19≤19≤16
照度檢測區(qū)域是指用來檢測和核算均勻照度和照度均勻度的區(qū)域。GB/T 5700—2008未對(duì)照度檢測區(qū)域進(jìn)行規(guī)則，實(shí)踐檢測課桌面照度時(shí)，檢測區(qū)域的選取存在必定的隨意性，乃至將整個(gè)教室作為檢測區(qū)域。教室內(nèi)除了學(xué)生課桌讀寫作業(yè)區(qū)域外，還有教室前后還有講臺(tái)、儲(chǔ)物低柜及其周邊等非讀寫作業(yè)區(qū)域，這些區(qū)域是否需求歸入檢測區(qū)域？在作業(yè)區(qū)域周邊至少0.5 m規(guī)模內(nèi)稱為緊鄰區(qū)域，該區(qū)域的內(nèi)的照明應(yīng)在視場內(nèi)供給良好均衡的亮度散布，否則照度的顯著改動(dòng)或許導(dǎo)致視疲憊和不舒適。出于節(jié)能等因素考慮，緊鄰區(qū)域的照度可以比作業(yè)區(qū)域低一些，但不能過低，以一般教室為例，課桌保持均勻照度為300 lx時(shí)，緊鄰區(qū)域的照度不宜低于200 lx；黑板保持均勻照度為500 lx時(shí)，緊鄰區(qū)域的照度不宜低于300 lx[6]?？梢?，教室內(nèi)除課桌外的其它非讀寫作業(yè)區(qū)域，水平照度或許比課桌區(qū)域低30%以上，將這些區(qū)域歸入照度檢測區(qū)域顯然不適宜。課桌面照度檢測區(qū)域應(yīng)為課桌擺放區(qū)域。
關(guān)于課桌數(shù)量和方位不固定的教室，確認(rèn)檢測區(qū)域時(shí)應(yīng)考慮課桌的最大或許擺放區(qū)域。課桌往往緊挨著教室左右墻面擺放，因而檢測區(qū)域的寬度即為教室寬度?，F(xiàn)在有些學(xué)校為容納更多學(xué)生，會(huì)將最前排課桌緊挨著講臺(tái)桌擺放，故檢測區(qū)域前端應(yīng)從講臺(tái)桌前沿開端。GB 50099—2011規(guī)則最終排座椅后沿與后墻面或固定家具的凈距不小于1.1 m，一般課桌后沿與座椅后沿間隔約0.6 m，故檢測區(qū)域后端應(yīng)間隔后墻面或固定家具1.7 m。
GB/T 5700—2008規(guī)則將檢測區(qū)域區(qū)分為若干個(gè)正方形網(wǎng)格(課桌面照度檢測網(wǎng)格為2 m×2 m，黑板照度檢測網(wǎng)格為0.5 m×0.5 m)，選用中心布點(diǎn)和四角布點(diǎn)兩種布點(diǎn)辦法。因?yàn)樗慕遣键c(diǎn)法檢測點(diǎn)數(shù)較多，且當(dāng)網(wǎng)格線與墻面等固定物重合時(shí)，實(shí)踐無法檢測，因而一般選用中心布點(diǎn)法，即檢測每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)的照度。均勻照度Eav經(jīng)過式(1)核算：

(1)
式中Ei為第i個(gè)測點(diǎn)的照度；M為縱向測點(diǎn)數(shù)；N為橫向測點(diǎn)數(shù)。
可見，式(1)是依據(jù)每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)的照度值等于該網(wǎng)格每一點(diǎn)的照度(或均勻照度)這個(gè)假設(shè)而得出的，因而要求網(wǎng)格為正方形，以使各個(gè)方向投射到該網(wǎng)格的光線占比盡量相等，確保其中心點(diǎn)照度能夠代表該網(wǎng)格的照度。GB/T 5700—2008的網(wǎng)格區(qū)分和均勻照度核算辦法應(yīng)用于教室照明檢測時(shí)或許存在如下幾個(gè)問題。
特別地，如果g(X)=ax+b,a≠0則關(guān)于的極值1，GMC(Y|X)?g(X)a.s.；若g是1對(duì)1的可測函數(shù)，則GMC(Y|X)=GMC(X|Y)=1，若g不是1對(duì)1的，則GMC(Y|X)=1>GMC(X|Y)≥0。
理論上，網(wǎng)格尺度越小、數(shù)量越多，檢測的數(shù)據(jù)越多，越不容易遺失重要方位的數(shù)據(jù)(如最小照度和最大照度)，成果越精確。
1)黑板照度測試。當(dāng)前LED教室黑板燈越來越遍及，該類燈具一般被設(shè)計(jì)成筆直方向的光束較會(huì)集(圖1)，選用在黑板上沿的前方方位單側(cè)布燈的辦法，這種布燈辦法下光束斜照向黑板后通常導(dǎo)致黑板面挨近上沿或下沿附近照度特別低。圖2是一個(gè)黑板中央4 m×1 m照度檢測區(qū)域的照度散布，表2是該區(qū)域在網(wǎng)格區(qū)分為0.5 m×0.5 m和0.2 m×0.2 m情況下的成果，可見兩者均勻照度值很挨近，但前者照度均勻度為0.76，符合表1中至少2個(gè)規(guī)范的要求，而后者照度均勻度僅為0.59，不符合表1任何規(guī)范的要求，相同的黑板和照明燈具安置，僅網(wǎng)格巨細(xì)不同，檢測成果卻有很大差異。因?yàn)楹诎鍩敉渡湓诤诎迳系墓饩€較會(huì)集，照度梯度改動(dòng)較大(表4)，0.5 m×0.5 m 網(wǎng)格測點(diǎn)間隔過大，導(dǎo)致所測得的最小照度顯著大于0.2 m×0.2 m 網(wǎng)格，相應(yīng)的照度均勻度也顯著偏大。

圖1 教室黑板燈配光曲線Fig.1 Light distribution curve of Blackboard luminaire

圖2 4 m×1 m黑板檢測區(qū)域照度散布示意圖Fig.2 Schematic diagram of illumination distribution of 4 m×1 m blackboard measurement area
表2 4 m×1 m黑板照度檢測區(qū)域不同網(wǎng)格區(qū)分的成果Table 2 Different results of different meshes of 4 m×1 m blackboard illuminance measurement area

網(wǎng)格尺度網(wǎng)格數(shù)均勻照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均勻度∗最小照度/最大照度0.5 m×0.5 m8×28066119750.760.630.2 m×0.2 m20×57964699930.590.47
*——GB/T 50034、GB/T 7793和DB31/T 539均將照度均勻度定義為最小照度/均勻照度
表3 4 m×1 m黑板照度檢測區(qū)域不同網(wǎng)格區(qū)分的鄰近網(wǎng)格最大差錯(cuò)Table 3 Maximum deviation of adjacent grids in different meshes of 4 m×1 m blackboard illumination measurement area

網(wǎng)格尺度相鄰網(wǎng)格最大差錯(cuò)/lx相鄰網(wǎng)格最大差錯(cuò)/均勻照度0.5 m×0.5 m21326.8%0.2 m×0.2 m15819.9%
2)課桌面照度測試。中小學(xué)教室一般為9 m×7 m左右的矩形，教室護(hù)眼燈縱向安置3～4盞，橫向安置2～3盞，如果按2 m×2 m區(qū)分網(wǎng)格，則網(wǎng)格數(shù)很少，且網(wǎng)格尺度與教室護(hù)眼燈間隔附近，成果會(huì)存在必定差錯(cuò)。表4列出了一個(gè)6 m×6 m的課桌面照度檢測區(qū)域(燈具安置周期為2.375 m×2.485 m)在不同網(wǎng)格區(qū)分尺度下的成果，可見2 m×2 m 網(wǎng)格尺度測得的照度均勻度違背0.5 m×0.5 m網(wǎng)格約7%。與黑板照明比較，因?yàn)檎n桌照明燈具安置對(duì)稱性好，燈具光束較寬，照度梯度改動(dòng)較小，故由網(wǎng)格巨細(xì)區(qū)分發(fā)生的差錯(cuò)也相對(duì)較小。
實(shí)踐檢測區(qū)域尺度一般不是GB/T 5700—2008所規(guī)則網(wǎng)格尺度的整數(shù)倍，GB/T 5700—2008規(guī)范中未提及這種情況如何處理。一般有如下兩種做法。
表4 6 m×6 m課桌面照度檢測區(qū)域不同網(wǎng)格區(qū)分的成果Table 4 Results of different meshes of 6 m×6 m class desktop illuminance measurement area

網(wǎng)格尺度網(wǎng)格數(shù)均勻照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均勻度最小照度/最大照度2 m×2 m3×34023894290.970.911 m×1 m6×63963594320.910.830.5 m×0.5 m12×123943554510.900.79
辦法一：為了能夠區(qū)分出整數(shù)個(gè)網(wǎng)格而縮小檢測區(qū)域，依據(jù)GB/T 5700—2008規(guī)則的網(wǎng)格尺度，將四周無法湊足整數(shù)網(wǎng)格的區(qū)域直接排除，而將檢測區(qū)域設(shè)置在前后(或上下)和左右方向各自居中的方位。顯然，這種辦法很或許丟掉一些重要的檢測點(diǎn)(如最小照度點(diǎn))。
辦法二：不排除任何應(yīng)檢測區(qū)域，而是改動(dòng)網(wǎng)格尺度。EN 12464—1：2011中規(guī)則了一種依據(jù)檢測區(qū)域尺度來確認(rèn)網(wǎng)格尺度的辦法。
首要，核算最大網(wǎng)格尺度p(單位：m)：
p=0.2×5log10d
(2)
式中d一般為檢測區(qū)域的較長邊，當(dāng)檢測區(qū)域的較長邊為較短邊的2倍或以上時(shí)，d取檢測區(qū)域的較短邊。
其次，取最挨近d/p的整數(shù)為該邊方向上的網(wǎng)格數(shù)，并核算該方向上的網(wǎng)格尺度L。
最終，取最挨近d′/L的整數(shù)為檢測區(qū)域另一方向上的網(wǎng)格數(shù)(d′為該方向的長度)，并核算出該方向上的網(wǎng)格尺度。
這種辦法確認(rèn)的網(wǎng)格尺度一般不是正方形而是挨近正方形的矩形，但它使得檢測區(qū)域不再受固定的網(wǎng)格尺度的約束。
圖3是一個(gè)10 m×7 m的典型教室護(hù)眼燈安置事例示意圖，依照前文的闡述，該教室課桌照度檢測區(qū)域應(yīng)為6.7 m×7 m；黑板照度檢測區(qū)域應(yīng)為4 m×1.22 m。表2～表4中第一行數(shù)據(jù)是依照辦法一檢測的成果。

圖3 教室燈具安置示意圖Fig.3 Schematic diagram of classroom lighting
表5和表6中第一行數(shù)據(jù)是依據(jù)辦法二檢測的成果，可見辦法二和辦法一比較，因?yàn)樘砑恿诉吘壊糠值臋z測區(qū)域，測得了更小的最小照度，成果更挨近實(shí)在情況，因而辦法二比辦法一更佳。
表5 4 m×1.22 m黑板照度檢測區(qū)域檢測成果Table 5 Measurement result of 4 m×1.22 m blackboard illumination measurement area

網(wǎng)格尺度網(wǎng)格數(shù)均勻照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均勻度最小照度/最大照度0.25 m×0.244 m16×57764249890.550.430.200 m×0.203 m20×67754019900.520.41
表6 6.7 m×7 m課桌面照度檢測區(qū)域檢測成果Table 6 Measurement result of 6.7 m×7 m class desktop illuminance measurement area

網(wǎng)格尺度網(wǎng)格數(shù)均勻照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均勻度最小照度/最大照度0.744 m×0.778 m9×93843214590.840.700.609 m×0.583 m11×123833074430.800.69
從表5和表6可見，網(wǎng)格區(qū)分越小，越能測到挨近檢測區(qū)域邊界的點(diǎn)，測得的最小照度越小，就此而言辦法二所確認(rèn)的網(wǎng)格尺度并不滿足小。但是同時(shí)，網(wǎng)格區(qū)分越小，測點(diǎn)就越多，作業(yè)量增大，且無限減小網(wǎng)格并不可行，因而在對(duì)檢測成果影響不大的情況下，可依據(jù)實(shí)踐情況考慮網(wǎng)格的巨細(xì)。關(guān)于黑板照度檢測，考慮現(xiàn)在照度探頭的最大尺度約7 cm(含探頭周邊的機(jī)身部分)，且學(xué)生視線間隔較遠(yuǎn)，故網(wǎng)格尺度選取在0.2 m左右較適宜。關(guān)于課桌面照度檢測，中小學(xué)生桌面尺度一般為0.6 m×0.4 m左右，因?yàn)榻淌艺彰鳠艟吖馐^寬，布燈均勻，照度梯度較小，可將網(wǎng)格尺度選為0.6 m左右。
咱們可以對(duì)辦法二作如下調(diào)整以使其更適用于中小學(xué)一般教室照明的檢測。首要，取最挨近d/p的整數(shù)為相應(yīng)方向上的網(wǎng)格數(shù)，并核算該方向上的網(wǎng)格尺度L。其中d一般為檢測區(qū)域的較長邊，當(dāng)檢測區(qū)域的較長邊為較短邊的2倍或以上時(shí)，d取檢測區(qū)域的較短邊；p取0.2 m(黑板照度)或0.6 m(課桌面照度)；然后，取最挨近d′/L的整數(shù)為檢測區(qū)域另一方向上的網(wǎng)格數(shù)(d′為該方向的長度)，并核算出該方向上的網(wǎng)格尺度。
GB/T 5700—2008規(guī)則每個(gè)場所檢測點(diǎn)數(shù)量不該少于9個(gè)(住所單個(gè)房間可不少于3個(gè))，然后取算術(shù)均勻值作為現(xiàn)場的色溫文顯色指數(shù)。關(guān)于中小學(xué)一般教室，因?yàn)楝F(xiàn)在越來越廣泛選用的LED教室護(hù)眼燈，因而僅檢測少量幾個(gè)點(diǎn)且未規(guī)則布點(diǎn)辦法，其檢測成果無法實(shí)在反映被照場所的色彩散布，成果也不具有可比性和可重復(fù)性。可依照前文所述照度檢測的布點(diǎn)辦法確認(rèn)色彩檢測點(diǎn)，并添加核算一切測點(diǎn)間色差異[7]的最大值以點(diǎn)評(píng)被測場所的色彩不均勻度。
照明功率密度(LPD)是指單位面積上照明實(shí)踐消耗的功率，單位是W/m2,核算公式為

(3)
式中Pi為被檢測照明場所中第i個(gè)照明燈具的輸入功率，S為被檢測照明場所的面積。相關(guān)規(guī)范中未指明照明場所面積的規(guī)模是只包括課桌面/黑板照度檢測區(qū)域仍是指整個(gè)教室面積，是只核算課桌面照明燈具仍是也包括黑板燈具。作為節(jié)能目標(biāo)，教室的LPD表現(xiàn)的應(yīng)是整個(gè)教室單位面積內(nèi)一切教室護(hù)眼燈(也包括教室黑板燈)的能耗水平，因而應(yīng)核算一切燈具的功率和整個(gè)教室的面積。
現(xiàn)在，還有另一種LPD密度的定義，即單位面積上每發(fā)生100 lx照度所消耗的功率，單位是W/m2/100 lx，其核算公式為

(4)
式中，Eav為受照區(qū)域的均勻照度。可見式(4)將節(jié)能目標(biāo)與照明作用結(jié)合在一起，可適用于核算某一特定受照區(qū)域內(nèi)或某單一類型燈具照明的節(jié)能作用。如課桌的LPD應(yīng)經(jīng)過課桌照明燈具及課桌照度檢測的面積和均勻照度進(jìn)行核算。
咱們經(jīng)過事例分析、辦法比較和原理評(píng)論，從照度檢測區(qū)域、網(wǎng)格區(qū)分、現(xiàn)場色溫文顯色指數(shù)、照明功率密度等幾個(gè)方面研究了現(xiàn)有中小學(xué)一般教室課桌和黑板照明檢測規(guī)范中存在的問題，評(píng)論了網(wǎng)格尺度選取以及實(shí)踐檢測區(qū)域選取的不同對(duì)檢測成果的影響，并提出了更合理、更具有可操作性的檢測區(qū)域和網(wǎng)格尺度的選取辦法。

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