高校教室智慧照明研究

雷雪梅　冯锐

摘 要：本文针对高校教室存在照度不达标、照度均匀度不合适、亮度不足、人少灯全亮、人走灯仍亮和照度不能自动调节等现象。同时为提高阶梯教室照明质量、照明智能化程度，提出一种智慧照明改善方案。通过优化灯源和灯具布局，以光敏传感器检测室内照度与人数、设置多种场景模式。最后应用DIALux仿真，验证了方案的可行性。

关键词：阶梯教室；照明质量；智慧照明；DIALux

中图分类号：TP393 文献标志码：A

0 引言

优质的照明环境不但可以减轻视觉疲劳，同时能提高教学效果，以满足师生的照明舒适性需求。智慧照明应具备以下典型的特点：照度、照度均匀度、统一炫光值等参数符合国家标准；照度值可以根据需要自行调整；区域内的人数变化能够准确检测；灯具的开启与关闭能够实现手动模式与自动模式的综合利用；场景模式能根据需要自由切换。

1 照明现状分析

以我院综合实训楼108阶梯教室为研究对象，经查阅土建档案资料并实际测量确定108阶梯教室室内参数为15.55m（长）×15m（宽）×4m（高），教室共分为7级台阶，2～6级台阶大小为15m（长）×2m（宽）×0.1m（高），1级台阶大小为15m（长）×3.3m（宽）×0.1m（高），7级台阶大小为15m（长）×2.25m（宽）×0.1m（高）。依据《照明测量方法》（GB/T 5700—2008），分区域选择课桌桌面、讲台、黑板为对象，设定桌面中心為数据采集点，用照度仪测量室内桌面、讲台、黑板的照度。照度单位：勒克斯（Lx）。

分析桌面照度测试值可知。最小照度值Emin=162 Lx，最大照度值Emax=317 Lx，平均照度值Eave=269.42 Lx，照度均匀度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=162/269.42=0.6。桌面照度值大于等于300 Lx，集中分布在中间区域的4～10排，约占室内面积30%，其他区域照度值均小于300 Lx。分析黑板、讲台的照度测试值可知，黑板最小照度值Emin=68 Lx，最大照度值Emax=83 Lx，平均照度值Eave=76.2 Lx，照度均匀度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=68/76.2=0.89。讲台最小照度值Emin=123 Lx，最大照度值Emax=127 Lx，平均照度值Eave=124.4 Lx。

教室使用的灯源为三雄·极光，T5高效节能荧光灯（三基色），功率28W，色温6500K，光通量2600Lm。《建筑照明设计标准》 （GB 50034—2013）规定：教室桌面照度标准值为300 Lx，照度均匀度为0.6，黑板照度标准值为500Lx，照度均匀度为0.7。教室内色温3300K～5300K，色表为“中间”。

研究可知，课桌桌面照度值仅30%区域达到规定值；讲台桌面平均照度值只达到规定值的40%；黑板平均照度值远远低于规定值。灯源色温的色表为“冷”不符合要求。教学过程受到不同程度的影响，中后排部分学生看不清黑板字迹，前排部分学生感受的眩光效应明显，因而不能集中注意力学习，同时日常管理中存在人工启停开关麻烦现象，“人走灯依亮”、“人少灯全亮”的浪费现象。

2 智慧照明研究

教室智慧照明需满足教学的使用性、视觉性和舒适性、引导学生把注意力集中到教学演示区域、节能、照度自动调节、开关控制智能化、适应不同场景模式等要求。

2.1 改变光源和灯具布局

为提高桌面与黑板照度值，应用DIALux多次调试，采用直接照明方式。确定LED面板灯（产品编号PS120320K，照明电流3600Lm，功率20W）为桌面灯具，垂直于课桌面、平行于外窗排列；射灯为黑板专用灯具（OPPLE 140047716，照明电流3600Lm，功率18W），平行于黑板排列，照射黑板所反射出来的光应避开进入学生眼内，因此经过计算确定黑板专用灯具与黑板的水平距离不应该大于2.2m，使学生和教师不受黑板反射眩光的干扰。

采用DIALux软件进行灯光照度仿真，通过DIAlux的造型功能建立教室模型，并为座椅、侧墙和端墙选择合适的材质，导入灯具配光曲线的IES文件，仿真计算。结果显示，教室课桌面平均照度达到316Lx，最小照度286Lx，最大照度380Lx，照度均匀度0.9。黑板平均照度达到504Lx，最小照度475Lx，最大照度520Lx，照度均匀度0.94。数据符合标准，满足了教师与学生对灯光使用性、舒适性需求。

2.2 设置场景模式

教学投影开启模式：此模式教师使用PPT展示教学内容、播放视频、演示教学软件，同时在黑板上书写要点；学生利用课桌面在书本上做笔记、勾画重点；二者均需优质的照明环境，为避免眩光效应，投影仪上方黑板专用照明灯具关闭，课桌第1～4排靠近投影仪处区域灯具照度值调节为200Lx，远离投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx，教学其他区域照度设定为300Lx。

教学投影关闭模式：此模式教师只在黑板上书写教学内容、展示的知识点繁多；离黑板15m的学生也要能看清黑板字迹，并能在课桌面做笔记、勾画重点；同样二者均需优质的照明环境。因此将靠近投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx，靠近投影仪处区域灯具照度值调节为300Lx，远离投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx，其他区域照度设定为300Lx。

学生自习模式：此模式满足学生利用个人电脑浏览网页、查阅资料、下载文献，在课桌面教材或笔记本记录资料的需求。无须开启黑板灯具，因此学生桌面对照度要求不高设定为300Lx。

会议讲座模式：教室能容纳近两百余人，常用于教学会议、学术讲座等中型活动。此模式显著特点为引导听众把目光集中在演讲席。演讲席照度调节为300Lx，听众区域照度调节为150Lx。

2.3 区域人数、照度检测

选择光敏三极管检测教室内光照度，判断是否需要开灯；选择热释电红外传感器采集教室内人数，确定哪部分灯具需要开启，达到适用节能的目的。4种传感器在某教室的分布如下：①和③为光敏三极管，分别安装在黑板斜上方左侧和右侧，通过选择不同的场景模式，判断黑板专用照明灯的开启或关闭；②为光敏三极管，安装在教室内，检测教室内的光照度，②同时嵌入红外传感器，检测教室内哪部分有人，决定相对应区域灯的通断情况。④为光敏三极管基于不同场景模式，调节④处附近灯光的照度值。

2.4 通信控制技术

利用GPRS网络传输基于Zigbee无线传感器汇节点数据的完整无线网络设计，网络采用星型或MESH网状网络拓扑和需求时唤醒Zigbee模块的通信方式，系统的主控模块采用80C51单片机，在无线通信模块的有效通信距离内，将各教室内的Zigbee节点信息通过上位机传递到照明控制回路。

结语

智慧照明通过改善照明质量，保证师生对灯光的舒适性要求。智慧照明通过改善照明质量，保证了师生对灯光的舒适性要求，节约了用电成本，为新校区的照明建设提供了技术支持。

参考文献

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[2]胡华鑫.基于DIALUX的动车组客室灯光照明仿真[J].机械工程师，2017（3）：112-113.

[3]黄香琳.基于物联网的高校教室智慧照明方案研究[J].灯与照明，2015，39（4）：17-20.