现代教育中人们对青少年的视力问题越来越重视,所以如何科学的用眼健康也是一个必要的科研课题,其中教室作为学生学习环境中最重要的一个地方,科学的布置一个良好的光环境是非常重要的。
一、教室灯具与教室照明
为使教室光环境达到一个良好水平,我们需要做的工作主要包括两个部分:一、选择合理的灯具,这里合理的意思是指灯具效率高、眩光质量等级高、配光曲线形状合理;二、进行科学的设计分析,根据不同的教室环境进行灯具安装,最终使整个教室的光环境达到建筑设计相关标准的要求。
我们在选择灯具时主要参考以下几个关键数据:
1、灯具的效率。灯具的效率简单的说就是整个灯具所发出的光通量占灯具所有光源所发出光通量的百分比。它是衡量一个灯具是否节能的一个重要参数,灯具效率越高说明灯具越可以有效的利用光源的光通量;相反效率越低,就是越浪费能源。
2、灯具的配光形状。一般的小格栅灯具的配光形状都是余弦配光,我们所测试的灯具中大部分都是余弦配光(如图1),这种灯具最大光强基本是在灯下,光通量都比较集中在灯下部分,射向旁边的光强很低。想要达到标准要求的那种较高的照度均匀度只有增加使用的灯具数量才可以,否则就会出现教室亮暗间隔,照度均匀度偏低的情况。另外还有一种格栅较大的灯具,配光形状可以做成蝙蝠翼配光(如图2)。这类灯具最大光强不在灯下点,以图2为例该灯具最大光强就在45°方向上,这种灯具相对与余弦配光灯具来说,可以使较大的区域内的照度均匀度达到较高的水平。
3、灯具的眩光质量等级。从测试的结果可以看到小格栅灯具的眩光质量等级普遍好于大格栅灯具。小格栅灯具一般都可以在500lx≤使用照度≤1000lx时,达到 A级,而大格栅灯具则多数只是在300lx≤使用照度≤500lx时,达到 A级。
二、黑板灯具与黑板照明
相对与教室灯具,我们更加需要重视的黑板的照明,黑板灯具的难度相对教室灯具来说难度更加高,一般情况下采用两个单管荧光灯作为教室黑板的照明灯具,而且黑板灯安装位置、高度相对都比较固定,黑板的上下两个边距离黑板的距离差距很大,如何在这种条件下使黑板的照度水平达到高要求,是一个很大的问题。下面我们就用一个具体的实例来说明:
该黑板灯具在一个教室安装的具体尺寸图,通过计算我们可以得到从灯具中心到黑板的最上沿和最下沿两条直线的夹角约等于35°。如果黑板灯具的绝大部分光输出能集中在一个40°-45°夹角内的话,我们就可以最大程度的利用灯具发挥最大作用。如图4所示就是一个能够合理分配光输出的黑板灯具配光曲线图,从图中我们可以看到在该灯具270°-0°的方向上绝大多数光通量都集中在300°到345°这个区域范围内(我们以50%最大光强的两条光线夹角计算),而且在靠近300°附近光输出要比靠近340°附近光输出要少。根据图3相关尺寸计算,黑板灯具距离黑板下沿的距离基本上是到黑板上沿距离的1.75倍,所以射向黑板下沿部分的光输出要更多一些,这样在黑板上的照度才会比较均匀。
三、如果黑板灯具设计的不够合理,安装好以后就会出现几种情况:
1、光输出过于集中,导致黑板的中心部分太亮而周边部分太暗,照度的均匀度就会不合格。如图5,该灯具的270°-0°的方向上光输出也很集中,但是过于集中了。该灯具的光输出基本上在30°范围内,很难照顾到整个黑板的上下沿,必定会出现一端过低黑板均匀度不合格的情况。
2、灯具的配光过于分散,中心光强不突出,所以造成黑板上沿太亮下沿太暗的情况,也不符合要求。如图6,该灯具270°-0°和0°-90°光强变化不明显,射向黑板上沿和黑板下沿的光强基本相同,安装前面我们估算的距离1.75倍,根据照度、距离、光强三者之间的关系可以计算得出照度上差距是3倍左右。这样最终得到的照度均匀度在0.5左右很难达到0.7的要求。
3、灯具的配光形状符合要求,但是光源总光通量过低导致整个黑板的平均照度连最低标准500lx的要求都达不到。
四、结论
1、教室灯具的种类很多,没有绝对好与坏的区分,关键是要把灯具和最终的使用场所结合起来,合理使用灯具才能发挥灯具的最大特点,扬长避短,做到既提高照度又降低能耗。
2、黑板灯具要在设计阶段就考虑到灯具的光强分布,要把光反射到需要它地方去。黑板灯具的灯具效率还不能真正反映出灯具实际的使用效果,还要看它的50%最大光强角大小是否合理。