广州地区小学教室光环境调研分析

0 引言

在我国的教育体制背景下，6～12 岁的少年儿童需要在小学接受教育，他们全天的大部分时间都在小学建筑中度过。明亮的教室能够保护学生的视力、提高学生的学习效率，因此，营造良好的小学教室光环境非常重要。

然而，许多教学楼为了造型效果，忽视了教室天然采光环境的营造，致使教室不得不增加人工照明来补充采光，照明能耗也随之增长[1]。发现、分析和解决小学教室天然采光环境质量问题，对降低照明能耗和提高学生学习效率都有重要意义。

本文选取了广州地区某一典型小学，运用实验仪器对教室室内的光环境进行测试，并获得一系列参数，同时，给学生发放问卷对其光环境感受进行调查，综合二者结果，对广州地区小学教室内的光环境做出详细评价。

1 研究方案

1.1 研究对象

我国幅员辽阔，不同地区的海拔、日照时数会产生较大不同，因此，依据照度标准，我国被划分为Ⅰ～Ⅴ类光气候区。Ⅰ类光气候区照度最高，Ⅴ类照度较低，广州地处Ⅳ类光气候分区。本研究以问卷与实测相结合的方式，对该城市一所典型小学的光环境进行综合评价。

该学校教学楼是一幢5 层的单体建筑（图1）。教室均为北向，并由南外廊串联；1 个班级45～48 个学生；其外部轮廓近似“凹”型，建筑体量贴合校园北部边界，南部留出运动场；教室的走廊侧窗下部采用磨砂玻璃，其他部位均采用单层透明玻璃；教室对外侧窗采用了混凝土材质的综合遮阳；同时，两个外侧窗之间留有较宽的窗间墙；教室顶棚和墙面为大白粉刷材质，墙裙为白色瓷釉面砖，地面铺有白色瓷砖。

1.2 光环境测试

本文光环境测试依据《采光测量方法》（GB/T 5699—2017）[2]进行，时间安排在2020 年1 月2 日。一天中共安排6次测试，分别于8:00、9:30、12:00、14:00、16:00、21:00 进行。

光环境测试的测点分别为LD-01（四4 班）、LD-02（六3 班）、LD-03（三2 班）这三间教室（LD为测试学校名称缩写，数字为测试教室编号），如图2 所示。

使用TES 1330A 照度计测量每张课桌面中心点的照度、黑板面5 点的照度，均为手动记录数据（图3）。8:00～16:00 的5 次测试分别测量天然采光（白天、不开灯、拉开窗帘）和混合照明（白天、开全部灯、拉开窗帘）两种工况的照度；21:00 的1次测量人工照明（夜间、开全部灯、拉窗帘）工况的照度。另外，同样使用照度计测量顶棚、墙面、黑板、桌面、地面的反射照度和入射照度，也均为手动记录数据。

1.3 问卷调查及班主任访谈

在光环境测试的同时，给测试班级内的小学生发放问卷，调查他们对光环境的主观感受。问卷主要包括四部分：学生的年龄性别等基础信息；学生的光感觉（5 级标尺）及光偏好（3级标尺）；眩光情况（包括间接眩光和直接眩光）；学生对教室内光环境的满意度（5 级标尺）。

此外，对相应班级的班主任进行访谈，了解班主任在长期执教过程中发现的光环境问题。

图1 学校信息

图2 测点分布图

图3 课桌面及黑板面的测点

2 调研结果统计分析

2.1 评价标准

对比近10 年来有关教室光环境的设计标准[3-6]可以发现，对普通教室光环境的要求在逐步提高，并且也由静态评价方法向全年动态评价方法靠近。本文选取《中小学校教室采光和照明卫生标准》（GB7793—2010）[3]中的窗地比（即≥1:5）和反射比（表1）作为建筑现状评价标准；选取[3]中课桌面和黑板的平均照度、照度均匀度（表2）及《建筑采光设计标准》（GB 50033—2013）[5]中室内天然光照度（即≥450 lx）作为天然采光评价标准；选取[3]中课桌面和黑板的平均照度、照度均匀度（表2）作为混合照明和人工照明的评价标准。

2.2 光环境水平

2.2.1 建筑现状分析

2.2.1.1 窗地比

该次测试中，小学教室的窗地比为1/4.8，略高于标准要求。但老师为防止学生在上课期间向走廊上观望，在走廊侧窗户下部贴有磨砂贴纸，阻挡了一部分光线，此时窗地比变为1/5.29，略低于标准要求。因此，学校应采取其他有效措施，既保证足够的窗地比，又能促进学生集中注意力。

2.2.1.2 反射比

计算教室各表面反射比，如表3所示。顶棚和黑板均无法满足标准要求。由于学生喜欢用手去触摸墙体，学校在1.2 m 以下学生能接触的高度范围贴了白色瓷砖以便清洁，1.2 m以上范围全部刷以白色涂料，而前墙、侧墙和后墙未做区分，这就造成前墙的反射比偏大，而侧墙、后墙的反射比偏小。

2.2.2 天然采光分析

2.2.2.1 平均照度

在自然采光环境中，测量三间教室内的课桌面和黑板面照度，整理如图4 所示。

对于课桌面，位于2 层的LD-03教室，在8:00～16:00 的各个时间段平均照度都无法达到300 lx；位于5层西侧的LD-01 教室，只有16:00 的平均照度无法达到300 lx；位于5 层中部的LD-02 教室，14:00 和16:00时的平均照度均无法达到300 lx；只有位于5 层的LD-01、LD-02 两间教室在9:30、12:00 时可以达到450 lx。2 层的层数较低，导致该层教室桌面全天都无法达到标准；同是位于5 层的西侧和中部教室，自然采光比2 层要强很多，由于下午太阳方位角较大，西侧教室的采光更好；测试时间为冬季，测试学校的教室为南外廊，主要采光面为北向，且北向窗户采用综合遮阳，因此，各个班级全天都很少能达到450 lx。对于黑板面，只有LD-01 在12:00、LD-02 在9:30、12:00 时可以达到500 lx，必须开启人工照明。

表1 教室表面反射比评价标准[3]

表2 平均照度及均匀度评价标准[3]

表3 教室各表面反射比

图4 教室课桌面和黑板面照度（自然采光）

以LD-02 教室为例，计算每张桌面在全天时间内的平均照度，制作色阶图如图5 所示。教室北侧窗间墙宽1.3 m，南侧窗间墙宽0.8 m，A 处，即北侧窗间墙旁的两排课桌，平均照度明显低于其前后位置桌面的平均照度；B处，即南侧窗间墙旁的两排课桌，平均照度也比其前后位置低，说明窗间墙对室内照度影响较大。此外，照度自靠窗两侧向教室内部下降明显，虽然是南外廊布局，南面的照度仍比北面要高。

2.2.2.2 照度均匀度

在自然采光环境中，三间教室课桌面和黑板面的照度均匀度整理如图6 所示。课桌面的照度变化较大，均匀度大多在0.3～0.5 之间，全天无一间教室均匀度达到标准规定的0.7，需要开启人工照明提高照度均匀度；黑板面受自然光影响较小，全天只有LD-03 教室的黑板在12:00 和16:00均匀度未能达到0.8，显然位于低楼层的教室均匀度较差。

图5 LD3-02 教室课桌面平均照度色阶图

2.2.3 混合照明分析

2.2.3.1 平均照度

当自然采光无法满足标准要求时，通常开启人工照明以辅助教室的光环境。开启教室内所有人工照明设备，再次测量三间教室内的课桌面和黑板面照度，整理如图7 所示。

对于课桌面，LD-03 教室在8:00、16:00，LD-01、LD-02 教 室在16:00 仍无法达到300 lx。对于黑板面，虽然与自然采光相比有大幅提升，但平均照度无法达到500 lx 的仍然是LD-03 教室的全天、LD-01 教室的16:00、LD-02 教室的14:00 和16:00。这是因为2 层楼层较低以及下午日落导致。对低楼层的教室，应当适当增强人工照明，减少遮阳装置，以提高其平均照度。

2.2.3.2 照度均匀度

在混合照明环境中，三间教室课桌面和黑板面的照度均匀度整理如图8 所示。课桌面的照度均匀度有大幅提升，但仅有16:00 时的两间教室达到0.7；黑板的照度均匀度反而比自然采光环境有所下降，LD-03 在8:00和16:00、LD-01 在14:00 和16:00均未能达到0.8，这是局部照明设备投射在黑板上的照度不均匀所致。

2.2.4 人工照明分析

2.2.4.1 平均照度和照度均匀度

测试当日晚上21:00，选取LD-02 教室，测试纯人工照明环境的照度。课桌面的平均照度为211 lx，照度均匀度为0.54；黑板面的平均照度为423 lx，照度均匀度为0.89。与标准相比，该校教室的人工照明不够理想，照度不足且均匀度不够高，需要提升人工照明水平，以更好地辅助日间采光环境。

2.2.4.2 照明设备

图6 教室课桌面和黑板面的照度均匀度（天然采光）

图7 教室课桌面和黑板面照度（混合照明）

图8 教室课桌面和黑板面的照度均匀度（混合照明）

教室内照明设备如图9 所示。灯管均为普通荧光灯，外部都有灯罩。3 列教室灯均沿长轴垂直黑板布置，符合规范要求。3 列教室灯采用“按列控制”进行开启，根据教室内自然光照度的分布情况，靠窗两侧桌面照度较高，内部桌面照度较低，此种开关方式有利于结合自然光照度灵活控制，更利于提高照度均匀度和节能。

2.3 光环境评价

统计问卷中的光感觉投票和光偏好投票，结果如图10、11 所示。有60.5%的学生感觉光环境适中，34.32%的人感觉亮或暗，5.19%的人感觉太亮或太暗；66.44%的学生认为光环境可保持不变，24.77%认为需要再亮一些，8.78%认为需要暗一些。整体来看，学生基本都对教室的光环境比较满意，期望教室变亮的更多。结合班主任访谈，教室内很少靠纯粹的自然采光，灯通常全天都开，可见室内照度不足是有待解决的问题。

统计问卷中关于直接眩光和间接眩光的投票，如图12 所示。24.32%的学生认为存在间接眩光，即上课时黑板上出现明显的“反光板”导致看不清黑板；17.79%的学生认为存在直接眩光，即窗口过亮直接照射进眼睛。班主任在访谈中也表达过，坐在教室第一排左右两个靠窗位置的学生常反映“反光”，且“反光”通常出现在14:00～16:00，需要拉窗帘或者关门才能解决。

3 结语

本文采用现场实测结合问卷调研的方法，选取广州地区一所典型小学，对该校教室内的光环境做了详细的研究，获得了该地区小学教室的光环境特征并做出评价。主要结论如下。

（1）从建筑现状、天然采光、混合照明、人工照明四方面，重点分析了室内课桌面和黑板面的平均照度、照度均匀度的情况。仅采用天然采光时，室内照度普遍较低、均匀度较差；辅助人工照明后，室内照度和均匀度都有所提升；纯人工照明不够理想，照度不足且均匀度不够高。

（2）存在窗间墙对周边位置照度影响较大、低楼层教室照度始终过低、北向窗口遮阳过度等问题。

（3）虽学生整体对教室的光环境比较满意，但同时更期望教室变亮；直接和间接眩光问题普遍存在，有待解决。

总体而言，尽管该学校教室室内光环境参数与标准规定的有所差异，但学生的主观评价结果仍较好。考虑到学生的健康及舒适度，应适当提升室内人工照明照度，减小窗间墙宽度，适当减少外窗遮阳，并通过改变黑板面材质与增加室内照度的方法减少眩光。

图9 教室的照明设备

图10 光感觉投票分布

图11 光偏好投票分布

图12 眩光投票分布