重庆地区冬季高校教室高照度照明的主观评价

李娟洁，杨春宇，阳佩良，梁树英，李官未

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045；2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

引言

我国根据室外天然光年均总照度值将其分为I～V类光气候区，重庆作为中国V类光气候区的典型城市[1]，冬季总日照时数仅有96.75 h[2]。我们通过对重庆地区冬季大学生季节行为模式和抑郁情绪量表问卷调查发现，近40%的大学生在秋冬季交替时，因不适应持续阴雨天，学习效率受到季节性情绪波动的影响[3]。光与人的健康息息相关，光照的缺乏会导致人体生理功能紊乱[4]，在秋冬季节反复发作，并伴随着疲倦、嗜睡等症状[5]。研究表明在补充光照的情况下症状可得到缓解[6,7]，并能减缓患者疲劳程度[8]。教室作为大学生在校学习期间的主要场所，现有标准主要是满足基本视觉功能需求，对缺乏日照的地区，还应该从光生物效应、地域性光气候特征等方面进行有益于健康的照明研究[9]，Sansal等[10]发现小学生阅读速度、作文和算术成绩随照度升高而提升，林丹丹[11]研究表明色温和照度水平与学生的作业正确率呈正相关。本实验采用LED光源，通过实验探讨在满足室内光安全健康的前提下，能否通过提高室内人工光环境参数，缓解重庆地区大学生冬季学习效率低下的问题。

相关标准规定了教室照度为300 lx，在冬季缺乏日照的V类光气候区，提高照度值，增加光照量是否有益于缓解学生的抑郁情绪，是我们基金课题的主要研究内容，但照度提高后的满意度情况怎样是需要注意的。实验选取了8组不同的光环境进行，对志愿者光照一周后、光照两周后进行卡罗林斯卡嗜睡量表(KSS)测评，结合舒适程度主观评价，筛选出适宜的照明参数，为下一步确定光生物实验中各照明参数提供依据。

1 实验设计

1)实验方法。在目前国际和国家建筑照明设计标准中，教室照度标准值最高值均控制在750 lx及以下，且现有室内光照试验照度已逐渐超过标准值设定[12-14]。为探究在冬季缺乏日照地区如何改善因日照不足带来的学习效率下降等问题，试验光照参数设定时，在保证人眼视觉功效的前提下[15,16]，参考标准中照度值分级，选取1 000 lx、1 500 lx、2 000 lx和3 000 lx四种照度值，较高照度的光照环境以研究增加光照对冬季缺乏日照地区学生带来的影响，超过标准值时光照1 000 lx的光生物效应实验因此，本实验室设施条件按大学教室改建，在光源参数设置时， 色温选择参考《建筑照明设计标准》选取4 000 K和5 000 K两种；采用全析因实验法将色温与照度值交叉组成8种光环境。实验分两批进行，每批15天(A：11.30—12.14；B：12.15—12.29)，每天接受相同剂量的光照(lx×h)，实验分组见表1，实验期间严格控制志愿者使用其它带光源的电子设备以避免影响对实验光环境的评价。

表1 实验分组及光环境参数

2)实验人员的筛选及分组。2017年冬季，在专业医师的指导下，根据抑郁情绪量表(SDS)和季节行为模式问卷(SPAQ)[17]，排除有药物依赖症、酗酒抽烟、熬夜习惯以及眼部疾病等问题的志愿者，最终选出带有季节性抑郁情绪，学习效率低下的64名志愿者，男性(n=32)和女性(n=32)，年龄在21.52 ± 1.56，实验随机进行分组，每组4男4女，共8组进行。

3)实验量表。KSS量表是疲劳主观自评应用最为广泛的量表之一[18]，将人学习工作时警觉性分为9个程度，并赋予相应分值(表2)：被试者根据自己在填写量表时的主观感受选择对应的尺度进行评价。得分等级越高，疲劳感越强烈，反之，疲劳感越轻。该量表直接、简单、容易理解，但容易受到受试者自身主观因素的影响，结合实验每天对各光环境下志愿者舒适程度及状态进行跟踪记录结合综合测评分析，以提高评价的可信度，所有量表结果采用均值±方差表示。

4)实验环境及光照条件测定。

(a)实验场地设置：实验室按大学教室设置(图1)，实验室布置尺寸如图2所示。

(b)实验室光照参数测定设备：本实验选用的人工光源有LED(4 000 K，5 000 K)，色温及照度值采用分光辐射照度计(CL-500A)进行测定，所有仪器检测前均经过校准(图3)。

表2 KSS评价量表

图1 实验室布局示意图Fig.1 Schematic diagram of laboratory layout

图2 实验室布置尺寸图Fig.2 Dimensions of laboratory layout

图3 工作面照度测量Fig.3 Lighting measurement of working face

2 测评结果

2.1 KSS量表结果

分别在实验进行一周后(DAY7)、两周后(DAY14)进行KSS量表测评，测试不同光环境下志愿者的疲劳程度，被试根据自己在填写量表时的主观感受进行评价，测评结果如图4所示。

一周后KSS得分最高的是4 000 K、1 000 lx光照组，最低的是4 000 K、3 000 lx，且随着照度水平的增加，在1 500 lx与2 000 lx间KSS得分没有明显的变化趋势。比较光照一周后与两周后KSS评分发现，随着时间的增加，受试者的KSS得分越高，自我感受更疲劳。

综合分析实验期间不同光环境下的疲劳程度(见图5)，色温的影响不大，照度的作用更加明显。4 000 K的色温条件下，照度值在1 000～2 000 lx时受试者易感觉疲劳，当照度超过2 000 lx后，随着时间的累积，5 000 K色温下条件更易感觉疲劳，实际应用中应根据实际光照环境调节光照时长。

2.2 实验日志结果

依据心理卫生评定量表手册中对评定量表的规定[19]，对志愿者每日实验日志内容进行量化分析，以“非常舒适-5”、“舒适-4”、“一般-3”、“不舒适-2”、“非常不舒适-1”为评价标准。不同光环境评价结果如图6所示，4 000 K光环境时，照度与舒适度呈正相关，且随着时间的累积，适应程度较好，方差显示评价结果一致性高；5 000 K光环境下，随着时间的增加评价感受波动较大，其中1 500 lx照度下方差波动达0.28。

图4 不同光环境实验一周、两周后KSS评价结果Fig.4 KSS evaluation results of different light environment after one and two weeks of experiment

图6 不同光环境舒适度评价Fig.6 Comfort evaluation of different light environment

对各组志愿者舒适度评价进行分类统计，计算实验期间内各选项所占百分比，以此作为该光环境下舒适度评价依据(图7、图8)。提高教室环境照度，在4 000 K光环境中，舒适度最好的是2 000 lx，其视觉感受舒适率占64.29%，其次是3 000 lx，其视觉感受舒适率占61.60%，统计实验日志显示，2 000 lx照度下易使人乏困，3 000 lx易使人保持良好的学习状态，不舒适率最高的为1 000 lx,志愿者表明每日随着时间的加长，易疲劳，学习状态下降；5 000 K光环境中，舒适度最好的是2 000 lx。

图7 不同光环境视觉舒适率Fig.7 Visual comfort rate of different light environments

图8 不同光环境视觉不舒适率Fig.8 Visual discomfort rate of different light environments

3 结论与讨论

我们探讨了8种光环境下，疲劳程度、舒适度与照度、色温之间的关系，测评结果显示：

1)KSS量表测评表明，照度与色温对志愿者疲劳程度变化均有影响，其中照度的影响最大，其次是色温；色温相同时，志愿者的疲劳程度在1 000～3 000 lx之间随照度升高而降低，且4 000 K光环境下疲劳值更低，其次是5 000 K色温光环境；照度达到3 000 lx时，志愿者的疲劳程度最低，在冬季缺乏日照地区，可选择适当提高室内照度以改善使用者的工作效率，特别在对工作效率有要求的场所如工厂等区域；

2)根据志愿者每日实验日志所记录，在同一光照环境下，随时间的增加，疲劳程度上升，舒适度下降；随照度的增加，与5 000 K色温相比，长时间在4 000 K光照环境，使用者视觉适应程度更高，不易产生波动；

3)在相同色温条件下，随室内光环境照度值升高，各评价指标的满意度均呈现先增后减，4 000 K色温条件下，照度在1 500～2 000 lx之间表现为最适宜；5 000 K色温条件下，则在2 000～3 000 lx之间表现为最适宜。高照度下4 000 K色温平均满意水平高于5 000 K，在冬季缺乏日照地区，高照度条件下，可适当选用4 000 K色温条件进行室内照明。

当然，这种高照度仅作为冬季日照缺乏地区的一种实验，并不能意味着可以成为教室照明的依据。如何使不同光气候区的高校教室有更符合健康要求的照明光环境，还有待进一步的研究。