微气候及光照环境对教学效率的影响*

罗龙辉，李广慧，沙 金，卜乔彬

(广东海洋大学)

微气候及光照环境对教学效率的影响*

罗龙辉，李广慧，沙 金，卜乔彬

(广东海洋大学)

基于人因工程学基本理论，分析目前学校教室的微气候和环境对人身心健康的影响，提出合理控制教室微气候中的温度、湿度，合理布置教室的光照设施，可以提高教学效率和学习效率，为今后科学、合理地设计高校的教室环境提出了可靠依据.

人因工程学;微气候;光照环境;教学效率

0 引言

教室是学校进行教育和学习的场所，师生的大部分学习和生活时间在这里渡过.21世纪以来，随着教学内容的变化及教学方法的多样化，教室逐渐改成多媒体教室和电脑室，具有多功能.但是能否充分发挥多媒体课室的作用，帮助学生更好地学习知识，提高教师的教学效率，这就需要从设计上以人为本，考虑教室内微气候和光照环境的影响，提出能够使人身心获得健康发展的现代设计方法.

1 教室微气候和光照环境的形成

教室的微气候和光照环境主要指教室的局部气候环境条件和室内设备布置，前者显性指标表现在对环境舒适度影响上，主要包括室内温度、湿度和新风量;后者包括教室内安装的风扇、门窗、电灯和墙壁等.由于构成微气候和光照环境的若干条件的共同作用结果产生对人体的影响，所以必须综合评价若干条件.教室的微气候与光照环境与倍受关注的环境问题一样，不仅影响学生和教师的健康、情绪和主观的舒适感受等，而且在很大程度上影响师生疲劳程度和工作效率.人体感觉是评价微气候和光照环境的主要依据之一，几乎所有微气候环境和光照评价标准都是在研究人的主观感觉的基础上判定的.

2 学校教室现状调查

2.1 教室微气候调查

研究采取问卷调查、现场测量和统计分析方法，用干球温度计、湿度计、风速仪等，对广东海洋大学的典型教室进行干球温度、相对湿度、气流速度测量，通过干、湿球温度和最低风速，由有效温度图查得最低风速下的对应的有效温度值见表1.

表1 最低风速下有效温度

通过测量数据统计分析可知，课室空气温度比较高，夏季教室平均气温为29.0℃，最高测量值为29.8℃;室内气流最大值出现在每个风扇位的正下方，为1.2 m/s，最小气流速度值为0.10 m/s;由于气流速度的空间区域差异，使得有效温度也有一定的差异.平均有效温度为25.63℃;相对湿度平均值为59.4%RH.

从人因工程学理论看，脑力作业人体有效温度的舒适值是15.5～18.3℃.不舒适温度最大值为26.7℃，此时人体会明显感觉到不舒适，需以出汗的方式进行正常的温度调节，大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射的潜伏期延长，注意力不易集中.这无疑会给学习和教学效率带来不良影响，也是许多学生在炎热的夏天上课时精神总是萎靡不振的原因之一.

2.2 教室光照环境调查

光照环境调查主要针对个人对白天/夜晚课室内光照的直接主观感受，根据实地测量，以课桌面作为测量平面.

白天教室普遍存在照度分布不均，且差异相当大，靠近采光窗户的区域照度普遍偏高，最高可达2000 lx以上，可是离窗远的内部区域却普遍照度不足，最小值在100 lx左右.这主要由自然光的变化、门窗的设置和课室座位的分布所导致的，其中自然光的变化为主导因素，而门窗和灯光不能随自然光的变化时刻改变，靠窗一边的照度值远远高于其他位置，这会照成位于中间区域的位置照度不足而靠门窗的地方照度过高.

晚上以灯照明为主，所测教室照度平均值在124.37 lx，最小值为 76 lx，最大值也只有 155 lx，这与教室的照度标准值(300 lx)仍有相当大的差距.照度分布与灯具的布置情况相对应，距离灯具较远处的靠角落位置，照度明显低于中间靠近灯具分布的区域，且前灯会对后面部分区域的位置造成眩光.在低照度环境下阅读看书，人会很快地疲劳，学习效率低，效果差，长期下去还会引起视力下降，不利于学生的视力健康.

3 改善方案与建议

3.1 教室微气候环境的改善方法

可从微气候包含的四个方面(空气温度、空气湿度、气流速度及热辐射条件)着手，最理想的方案是为每个课室配置空调，但由于其使用成本太高，目前大多数学校只能实现部分课室安装，不能普及每一个课室，所以可以从以下方面进行改善.

(1)合理布置吊扇及壁扇

通过实验研究表明当室内气流速度在0.6 m/s以下时，气流速度每增加 0.1 m/s，就相当于气温下降0.3℃;气流速度在0.6～1.0 m/s之间时，气流速度每增加 0.1 m，气温降低0.15 ℃.

由于吊扇使用费用低，目前被大多数学校作为教室的主要通风散热工具.因此安装吊扇间隔不宜过大，高度要合适，一般以扇叶距地面2.5～3.0 m，与天花板的距离以400～500 mm 为宜.离地面太近容易伤人，距天花板太近影响叶背气流，降低风量.在吊扇无法装置的区域可适当加装壁扇.

(2)合理设置座位距离

人体的散热会与周围的环境进行热交换，人体对外界的热辐射使附近空气温度升高，若相邻两人距离过近，不利于人体周围空气流通，而人体单位时间对流热交换量也会因之降低.

(3)降低室内湿度

空气湿度对高温下人体的舒适度有很大的影响，当相对湿度超过50%时，人体通过蒸发散热的机能就显著降低，有测量数据表明，夏季课室湿度一般在55% ～60%之间浮动.因此可在课室装置通风槽或抽风机，并且保持门窗常开，促进空气流通.

3.2 光照环境的改善方法

光照环境的设置要根据教室的功能而定，即安全可靠地满足学生看书、学习、交流等要求，又要控制眩光和保护学生视力.

(1)灯具的选择

教室应尽量采用有一定保护角(灯罩边沿至灯丝连线和水平构成一定的角度，一般30°～45°)或者带格栅、漫射罩的灯具，不宜直接采用裸灯.

(2)灯具的布置

普通教室为了不引起的直接眩光，教室不宜采用裸灯照明.灯管排列宜采用其长轴垂直于黑板面，在顶棚上均匀布置的方式.由于灯具安装过高照度下降;安装过低均匀度下降，眩光增加，可见灯具安装高度对效果很大的影响.所以灯具距课桌面的最低悬挂高度不应低于1.7 m，距课桌面宜1.7～2.1 m.灯具距地面安装高度宜2.5～2.9 m，阶梯教室灯具宜采用吸顶或嵌入方式安装，采用吊挂安装方式时，应注意前排灯具的安装高度不应对后排学生产生直接眩光.有条件的可以配合棚顶设计，在灯具布置处的后沿设置凸起挡住向后射的光线并将其反射回前方投射，如图1所示.

图2 阶梯教室灯具布置图

(3)灯具亮度的控制

为改善教室的亮度分布，教室靠外窗区域的灯具与内部区域的灯具应分开控制，可以按靠采光窗的距离进行分组，分别设置独立开关，以实现人工对天然采光变化的调节功能.

(4)黑板灯的设置

根据国家黑板灯照度标准和卫生部颁发的《教室采光和照明卫生标准》，一般教室应该安装黑板灯，保证黑板上的垂直照度和均匀度，安装形式如图2所示.

图2 黑板照明灯具的安装形式

图3 黑板照明灯具安装位置示意图

黑板灯的照度不宜过亮，不应对教师产生直接眩光，也不应对学生产生反射眩光.设计时应合理确定灯具的安装高度及与黑板墙面的距离.灯具安装布置在教师站在讲台上水平视线45°仰角以内.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，如图3所示.

［1］郭伏，钱省三.人因工程学［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［2］屠其非，徐蔚.学校［M］.上海:复旦大学出版社，2004.

［3］北京学会.设计手册［M］.北京:中国电力出版社，2006.12.

［4］王洪光.西安地区高校教室室内热环境研究［M］.西安建筑科技大学，2005.

［5］王立海.作业环境微气候对伐木作业人员及作业效率的影响［J］.森林工程，2011，4:32 －36.

［6］曹瑞林，王文星.浅析人工照明对室内环境的影响［J］.考试周刊，2010，7.

The Influences of Microclimate and Illumination on Teaching and Learning Efficiency

Luo Longhui，Li Guanghui，Sha Jin，Pu Qiaobin
(Guangdong Ocean University)

Based on the human engineering theories，the impacts of classroom microclimate and environment on people’s physical and psychological health are researched.Considering the features of classroom microclimate and illumination，temperature and humidity of the classroom microclimate are proposed，the classroom facilities designed rationally have significant influences on improving teaching and learning efficiency.The outcome of this research provides the fundamental principles and experimental data for future classroom microclimate improvement，scientific classroom environment design and the enhancement of the teaching and learning efficiency.

Human engineering;Microclimate;Illumination;Teaching and learning efficiency

2011－05－27

*广东省大学生创新实验项目“人因工程在教学效率中的应用研究”资助

(责任编辑:季春阳)