基于主观评价与实测调查的高校多媒体教室光环境综合评价——以沈阳建筑大学某多媒体教室为例

杨叶欣，王奕涵，王晶晶，孙上词

沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110168

0 引言

多媒体技术在教育领域的运用与普及，带来了比传统黑板更加直观、多元的教学效果，但教室的光环境却存在许多使用行为与功能需求的矛盾。在多媒体的使用过程中，教室主要依靠人工光源提供照明，而教师往往注意不到整体照度[1]。学生在投影幕布、黑板、讲台和课桌面四者之间频繁变动注视对象和方向，频繁调节明暗视觉，极易导致视觉疲劳并引发近视[2]。为保证多媒体屏幕使用，需要在自然光充足的白天使用大量人工照明，这不仅不利于学生的身心健康，也造成大量的能源浪费[3]，与健康建筑理念与可持续发展目标相悖。在北方地区，自然光资源充足，应在室内采光设计中充分利用自然采光营造舒适的光环境[4]。

当前，光环境设计标准依然停留在以黑板为主的教学方式上，在国家提出“碳中和”节能减排战略的背景之下，在要求关注青少年健康成长的“健康中国”的需求之下，文章基于主观评价和客观实测方法研究了高校多媒体教室的光环境，分析了多媒体教室自然光环境存在的问题，为多媒体教室采光设计与标准制定提供依据。

1 多媒体教室光环境研究方案

1.1 研究对象

沈阳建筑大学位于辽宁省沈阳市浑南区，属于Ⅲ类光气候区，教学楼群层数均为5层，为网格形布局，围合形成若干庭院。通过对沈阳建筑大学所有多媒体教室的走访调研，根据尺寸大小和开窗情况将多媒体教室归纳为5个类型：小型单侧开窗教室、中型单侧开窗教室、大型单侧开窗教室、大型双侧开窗教室、超大型单侧开窗教室。其中，大型双侧开窗多媒体教室使用频率最高，使用人群最广，故选取该类型教室甲2501为研究对象，甲2501教室的平面图如图1所示。

图1 甲2501教室平面图

1.2 光环境实测调查

两次测试的时间分别为2021年6月1日15：30（夏季）和2021年11月26日15：30（冬季），测量仪器为OHSP-350BF光谱照度计。在打开所有窗帘、打开投影仪、关闭所有灯具的自然采光状态下，测量该教室课桌面照度。测点布置采用中心布点法[5]，取每张课桌面中心点；测量高度为桌面高度。

1.3 光环境主观评价调查

在实测数据的同时，向正在使用该教室的大学生发放问卷，调查使用者对该多媒体教室光环境的满意度与舒适度，以调研教室的光环境问题与现状，确定使人感到满意与舒适的光环境条件。问卷填写时间约45 min，问卷内容主要包括学生年龄、座位位置、视力情况等基本信息，以及对教室光环境的整体评价、对桌面光环境的满意度、光环境问题对课堂学习的影响程度、对多媒体教室光环境的改进期望等。

2 实测数据与结果分析

2.1 采光系数与采光均匀度

通过测量同一时间、同一地点的室内外由天空漫射光产生的照度平均值，得到该多媒体教室在夏季与冬季的采光系数分别为5.816%、7.364%，采光均匀度分别为0.312、0.249，如表1所示。沈阳属于Ⅲ类光气候区，在光气候系数为1.0的条件下，满足现行《建筑采光设计标准》（GB 50033—2013）[6]所规定的“教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值，侧面采光的采光系数不应低于3.0%”的要求。整体上，该教室在两个季节的采光系数较大，但采光均匀度较差。

对比夏季与冬季的测量数据与实地观察数据，发现虽然冬季太阳辐射强度较小，但由于太阳高度角较小，更多的太阳直射光进入室内，导致其采光系数更高，整体采光效果更好，但照度均匀度比较差。

2.2 桌面照度

2.2.1 夏季桌面照度

根据表1，夏季桌面照度平均值为569 lx，满足《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）[7]中照度平均值不小于300 lx的规定。桌面照度实测结果如图2所示。以图2（a）为例，可以看出，在夏季，有20%的桌面照度低于上述标准中规定的照度标准值，最低值仅178 lx，无法满足正常阅读、书写的视觉要求。不满足300 lx照度标准值的桌面位置主要分布于前排与后排的中间区域，尤其是前排区域的未达标桌面数量达到45%。

表1 教室采光与桌面照度实测数据

图2 桌面照度实测结果（单位：lx）

在夏季，教室桌面照度均匀度为0.313，远低于标准规定的0.6，桌面照度均匀度较差。为了更加直观、清晰地表示照度分布情况，制作桌面平均照度实测数据的色阶图，如图3所示。根据标准中的照度标准值分级要求，将其分为200 lx以下、200～300 lx、300～500 lx、500～750 lx、750～1 000 lx、1 000～1 500 lx、1 500～2 000 lx、2 000 lx以上八个色阶等级。由于该教室为双侧采光，靠近两侧窗口的桌面照度普遍较高，向中间区域照度逐渐减小，自两侧向中间桌面照度的下降趋势明显，照度差达到2 200 lx，照度差别比值近1/14。下午受到太阳直射的西南侧区域，最高照度值达到2 460 lx，光照刺眼，会引起视觉不适，且严重影响学生的正常阅读书写，需要采取一定的遮阳措施以降低靠窗区域照度。

图3 夏季桌面照度色阶图

为了更好地了解各区域照度的分布情况，对教室桌面进行分区，1～4排为前排、5～8排为中排、9～11排为后排；以座位间过道为界，1～5列为西南区、6～15列为中间区、16～20列为东北区。九个区域的桌面照度统计结果如表2所示。根据表2，夏季整体上西南侧靠窗的三个区的平均照度最高，其次是东北侧靠窗区域，中间三区的平均照度最低，仅为323 lx，勉强达到标准要求。从前后排来看，前排由于前部墙体遮挡，平均照度相对较低，前排中间区是整个教室中采光条件最差的区域，照度平均值仅252 lx，有90%的位置低于照度标准值。中排西南区由于靠窗且部分桌面受到太阳直射，整体照度较大，但因为窗间柱影响，照度均匀度低于0.6，不满足标准要求。前排西南区虽然平均照度适宜，但其照度最不均匀，照度均匀度仅为0.425，照度最大值与最小值相差超过2 000 lx。这主要是由于该区前部有侧墙遮挡，后部又受到侧窗光线直射。应采取相应的措施，在保证黑板与多媒体的清晰度的同时，提高前区照度均匀度。

表2 分区桌面照度与均匀度

2.2.2 冬季桌面照度

从表1、图2（b）中冬季桌面照度实测结果可以看出，该多媒体教室在冬季整体桌面照度平均值为686 lx，符合标准规定。由于冬季的太阳高度角较小，进入室内的光通量增加，故冬季平均照度整体高于同一地点的夏季平均照度。在冬季晴天下午自然采光场景下，有24%的桌面照度低于《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）中的300 lx的照度标准值，最低值仅为171 lx，相较夏季不符合标准的桌面数量更多。这些桌面主要分布于前排的中间与中前排靠东北侧区域，少量位于中后排偏右侧，相比夏季不符合标准的区域整体向教室东北侧移动。

在该场景下，教室桌面照度均匀度仅为0.249，远低于标准中不小于0.6的规定，照度均匀度比夏季同场景更差。冬季桌面照度色阶图如图4所示，由于下午太阳位于南偏西，且太阳高度较低，因此照度较大的高亮区域沿西侧太阳入射方向分布，西南侧靠窗的照度普遍较高，向北侧前区照度逐渐减小。尤其是教室后排最靠西南侧窗口位置，强烈的阳光直射使得桌面照度达3 000 lx以上，产生极为不舒适的光环境感受。照度差别比值达1/17，超过2 000 lx的位置占3%，超过1 000 lx的位置达25%，与照度低于300 lx的桌面数量相当。相比夏季，高照度桌面集中于两侧靠窗区域，部分高照度桌面出现在中间区域，并且与低照度桌面相邻。如坐标（15，6）的桌面照度为1 456 lx，而邻近坐标（15，5）的桌面照度仅为273 lx，相邻工作面照度差近1 200 lx，产生严重的照度不均情况，易导致学生视觉疲劳与视力损伤。同时，从图4中还能看到窗间柱对室内自然采光的显著影响。在有窗间柱遮挡的区域，照度明显下降，平均照度在420 lx左右，而与其相邻的无遮挡区域，平均照度超过1 000 lx，形成极大的照度差，不利于视觉工作。

图4 冬季桌面照度色阶图

从表2中冬季教室不同区域的桌面照度统计结果可以看出，各区的平均照度都达到300 lx的标准值，但各区差异较大，整体仍是靠窗区域平均照度最高，西南靠窗明显高于东北侧。从前后排来看，冬季和夏季一样，前排平均照度相对中后排较低，但整体采光条件最差的区域由前排中间区变为前排东北区，平均照度为320 lx。此外，前排东北区由于远离直射阳光，其照度均匀度高于标准规定的0.6，满足要求，其他各区均匀度均在0.38～0.5，均不满足要求。其中，后排东北区照度最不均，均匀度仅为0.310，1 000 lx以上与500 lx以下的桌面各占比47%，照度差距悬殊，均匀度很差。

总体上，冬季桌面照度均匀性更差，分布更不均，应考虑改进其空间布局，以减少窗间柱对桌面照度与均匀性的影响。

2.3 实测结果总结

结合两次照度实测结果可知，在自然采光条件下，该多媒体教室室内整体桌面平均照度符合国家标准，但其照度均匀度较差。无论是夏季还是冬季，西南靠窗侧的高亮桌面和靠北前排的照度不足桌面均占比较大。尤其是冬季，靠窗位置受到阳光直射，光照强烈，而靠北桌面照度不足，照度不均现象严重。

3 主观评价调查结果与分析

调查问卷共发放240份，回收有效问卷216份（夏季94份，冬季122份），问卷有效率为90%。根据统计数据，在调查对象中有近视、散光及弱视等视力问题的大学生占比高达83%。

为便于数据统计与分析，以得到光环境满意度与舒适度评价，将问题选项分为5个评价等级：1代表不满意（不舒适），2代表不太满意（不太舒适），3代表一般，4代表较满意（较舒适），5代表满意（舒适），并自定义4、5两级为视觉满意（舒适）[8]。

3.1 整体光环境满意度与采光评价

教室整体光环境满意度如图5、图6所示。在教室总体光环境满意度评价中，有1.4%的人对整体光环境不满意，6.9%的人不太满意，47.7%的人认为一般，38.0%的人较满意，6.0%的人满意。感到视觉满意的占比44.0%，冬季整体视觉满意占比略高于夏季，学生对该教室在自然采光场景下的整体满意度不高。

图5 教室整体光环境满意度

图6 教室整体光环境视觉满意占比统计结果

对教室整体采光明暗程度的评价结果如图7所示。在关闭人工照明仅靠自然采光的教室明暗程度评价中，感觉暗与较暗的人分别占比1.85%、18.98%，感觉亮与较亮的人分别占比18.06%、4.63%，还有56.48%的人感觉明暗合适，可见近一半调查对象认为教室采光明暗程度可以改进。对比冬季与夏季，可以看到冬季认为明暗合适的人数占比高于夏季，夏季感受光照偏亮的人数占比高于冬季。

图7 教室整体采光明暗程度评价结果

3.2 桌面光环境满意度

教室桌面光环境满意度如图8所示。从图8可以看出，有2.31%的人对桌面光环境不满意，8.80%的人感觉不太满意，42.59%的人认为一般，37.50%的人较满意，8.80%的人表示满意。因此，认为桌面视觉满意的占比为46.30%，冬季与夏季的桌面满意度差距不大。只有不到半数的人对该教室的桌面光环境表示满意，说明桌面光照环境存在一定的问题。

图8 教室桌面光环境满意度

在课堂上，学生需要经常在桌面、多媒体屏幕与黑板间进行视线变换。对桌面与多媒体屏幕光照亮度明暗变化的评价结果如图9所示。从图9可以看出，超过50%的人认为一般，19%的人认为明暗变化过大，对观看屏幕有轻微影响，夏季与冬季的主观评价结果差距不大。对桌面与黑板光照亮度明暗变化的评价结果如图10所示。与多媒体情况接近，有超过半数的人认为一般，在夏季认为变化不明显的人数占比明显高于冬季。

图9 桌面与多媒体屏幕的光照亮度明暗变化评价结果

图10 桌面与黑板的光照亮度明暗变化评价结果

3.3 主观评价调查结果总结

虽然学校已经加强了对大学生的视力问题与多媒体教室的天然采光情况的重视程度，但是这次主观评价调查所反馈的满意度结果不尽如人意。学生对教室整体满意度偏低，桌面满意度略高，但仍不足50%。可见，教室光环境对学生的课堂视觉体验与课堂效率影响很大，存在的问题亟待改善。

4 实测与主观评价结果的综合分析

实测的客观数据需要服务于人的主观感受，以提高光环境的满意度与舒适度。教室实测采光系数均符合国家标准，但采光均匀度较差，而且根据主观评价结果，学生对光环境整体满意度较低，对整体明暗情况的评价较差。因此，可以认为自然采光的均匀度存在较大问题，会对学生的光环境感受产生较大影响。

学生在选择课堂座位时受到很多因素影响，如自然采光情况、黑板与多媒体视看清晰度、声音清晰度、灯具照明情况、个人原因等，而根据问卷结果，大多数学生会根据自然采光情况选择座位。学生偏向于选择照度较高、采光充足的位置，选择西南侧区域的人数多于选择东北侧的。将桌面实测照度值与桌面主观满意度评价结果进行对比可以发现，在夏季，有25%的学生认为300 lx以下的桌面照度比较合适，22.73%的学生认为300～500 lx的桌面照度比较合适，认为500～750 lx比较合适的占比20.45%，认为750～1 000 lx与1 000 lx以上比较合适的占比15.91%。可以看到，多数学生认为300～750 lx的中等照度比较合适。与夏季相比，在冬季认为750 lx以上的照度比较合适的学生占比明显增加，有24%的学生认为750～1 000 lx的桌面照度比较合适，32%的学生认为大于1 000 lx的桌面照度比较合适。在冬季，让学生感到满意的桌面照度整体偏高，可见在一般情况下令人感到满意的桌面照度值大于《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）中规定的300 lx，而冬季要求更高。因此，在进行教室的采光设计时，除了满足标准的基本要求，应根据人的主观感受适当提高桌面照度值，以提高人的视觉舒适度。

5 结束语

综上所述，由于多媒体教室有别于传统教室的光环境特殊性，仅满足其各部分的照度与均匀度要求无法实现较高的视觉环境满意度，需要合理地处理、协调桌面、黑板与投影屏幕三者之间的关系，通过对天然光的有效控制来达到光环境的平衡。为维护学生的视觉健康，提供良好的学习环境，应重视多媒体教室的采光设计，合理控制桌面的照度与分布，改进与完善相关标准，以构建舒适、健康、高效的教学光环境。