基于人因工程学的教学楼教室照明设计

目录
一、引言 (1)
1、研究原因 (1)
2、研究目的 (1)
3、研究背景 (1)
二、五教照明设施的结构 (1)
1、教室结构图 (1)
2、光源 (3)
3、蝙蝠翼式直接照明 (3)
4、热释式传感器 (4)
三、五教照明设施存在的问题及解决方案 (4)
1、热释远红外技术只能检测到人体的动感温度 (4)
解决方案： (5)
2、灯的放置方向不合理，容易产生眩光 (5)
解决方案： (5)
3、五教光源数量不足，会产生阴影 (6)
解决方案 (6)
4、光源不固定，当风扇开动时，光源会产生不稳定性 (6)
5、黑板灯光设置的不合理 (7)
解决方案： (7)
四、照明设计的重要性 (8)
2、良好地照明设计有利于减缓视觉疲劳 (8)
五、照明设计要考虑的因素 (9)
1、光通量 (9)
2、发光强度 (9)
3、亮度 (9)
4、照度 (9)
六、学习心得 (10)
【摘要】基于人因工程学原理与方法对我们学校的第五教学楼的照明设施进
行分析，本文采用了调查访谈法，就五教照明设备存在的问题对周边的同学进行了调查访谈，加之我自己的一些亲身感受，找出五教照明设施中存在的问题，并提供相应的解决方案。

【关键词】人因工程，热释红外控制器，照明灯具，解决方案
一、引言
1、研究原因
第五教学楼是我们学院进行教学主要地点，包括平时的上课以及上自习，因此作为学校的主要功能性教室，照明灯具的质量、安放位置便十分重要，我们知道，照明条件对学习的影响是不可忽视的，尤其是在照明不利的情况下，人的视觉会很容易疲劳，工作效率低且效果差，因此，第五教学楼的照明设施，不仅要考虑到环保节能，更重要的是要考虑到是否有利于学生学习的高效、健康等因素。

2、研究目的
从人因工程学的角度对发现的问题，提出解决方案。

人因工程学是一门以实现人、机、环境之间的最佳匹配，把人的工作优化问题作为追求目标，使处在不同工作条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作生活的一门学科，因此应用人因工程学的原理与方法去解决五教的灯光问题，使其对学生的学习更加有力是我的主要研究目的。

3、研究背景
第五教学楼的照明设施是一种节能控制器，该节能控制器主要是采用“热释远红外技术”和“光优先控制”对光源实行双控制，即首先利用“热释远红外技术”对人体动感温度进行测量，以判断室内有人无人及人的位置，确定是否开启光源；再通过“光优先控制技术”利用光敏传感器对室内照度进行测量，以确定在室内即使有人的情况下，光照度是否充足。

不充足则最终开启光源；充足则强制性断开光源。

即本节能控制器应当满足两个条件：有人使用且照度不充足才能最终开启光源，实现“人来灯亮，人走灯灭，自然照度达标灯不亮”的最佳节能效果。

同时该节能控制器在开启之初有一个采集环境温度的过程，待环境温度采集完毕，所有灯全部自动熄灭，若此时再有人进入时，日关灯才会正常开启。

二、五教照明设施的结构
1、教室结构图
（表一）
（图一）
（图二）
（图三）
2、光源
学校的照明标准（表二）要求桌面照度在300—500lx1之间，且显色指数一般要大于等于80%，所以学校一般采用三基色光源的荧光灯，其亮度要比普通灯高出20%左右，而且其显色指数大于80%，大多数学校的功能性教室，安装的都是高显色荧光灯Ra90~97（表三），这种灯的光谱与阳光近似，被照物体非常鲜艳逼真，在这种光照下人的眼疲劳程度会明显降低[1]。

房间或场所参考平面照度标准值/lx Ra
教室课桌面300 80
教室黑板黑板面500 80
光源显色指数Ra 光源显色指数Ra
白色荧光灯66 荧光水银灯44
日光色荧光灯77 金属卤化物灯65
暖白色荧光灯59 高显色金属卤化物灯92
高显色荧光灯92 高压钠灯29
水银灯32 氙灯94
3、蝙蝠翼式直接照明
照明配光方式按照光源的发光方向可分为直接、半直接、全面扩散、半间接、间接照明5种（图四）[3]。

（图四）
1lx：勒克司，照度的单位
五教所采用的照明方式即为图中直接照明、荧光灯那一栏所对应的金属反射伞式的照明灯具（如图一）——蝙蝠翼直接照明。

这种照明的好处：
①蝙蝠翼可以阻挡光线直接射入人的眼睛，有效避免眩光对人眼的伤害。

②荧光灯的使用寿命长，发光柔和，亮度高。

③直接照明的向下配光度可达100%，即照度较高。

4、热释式传感器
①热释远红外传感器内部构造如下图所示：
（图五）
②热释远红外技术的主要工作原理就是通过热释传感器来检测人体发出的红外线。

而起主要检测作用的是光学滤镜，光学滤镜的工作原理是只允许波长在10μm左右的红外线进入，而人体的温度在37度左右，发出的红外线波长为9—10μm[2]，所以只对人体的红外线有反应，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。

因此，当人进入传感器所检测的范围内时，环境和人体的温度差异使传感器感应到温度发生变化，从而使灯的整体构成闭合回路，所以可以使灯发亮，但是当人是静止不动的时候，由于环境温度不变，传感器就没有信号输出，所以等自然就会熄灭[4]。

三、五教照明设施存在的问题及解决方案
1、热释远红外技术只能检测到人体的动感温度
热释远红外技术智能检测到人体的动感温度，不能检测到人体的静感温度。

这就导致问题的出现，一般当学生在上自习时都是坐在凳子上安静的看书，很少会运动，所以当人安静的看书时，这时灯就会熄灭，加之，热释式传感器的缺点就是敏感度较差，所以当学生在采用挥手、跺脚等简单的小幅度动作时，灯依旧不会亮，只有当人站起来晃动一下时等才会亮，所以这个问题严重影响了学生学习的认真度以及情绪，当学生在很专心很安静的学习、思考时，灯的熄灭会打断
学生的思考思路，同时影响学习情绪。

同时，在这种单独采用一般照明的学习场所，如果工作表面照度不均匀，则眼睛从一个表面转移到另一个表面时要发生适应过程。

在适应过程中，不仅使人感到不舒服，而且眼的视觉能力还要降低。

对于一般工作来说，有效工作面大体为30cm*40cm，在这个有效工作范围内，照度的差异不应大于10%。

解决方案：
✧采用量子型传感器
传感器分为两种，一种是热释式的传感器，另外一种是量子型的传感器，热释式的传感器的灵敏度要差一些，所以价位要低一些，而量子型的传感器灵敏度要高一些，但是造价要高一些，所以，可以综合使用量子型传感器和热释式传感器。

✧使用普通日光灯
由于第五教学楼是学生上课以及上自习的主要教学楼，即使用率较高，所以学校可以采用使用普通日光灯，然后采用分控开关，同时加强对学生的节能环保意识的教育，使学生能够做到自发做到人走灯灭，人来灯亮。

2、灯的放置方向不合理，容易产生眩光
五教的灯具是水平与黑板的方向的，这样就容易使光线直接射入人的眼睛，当视野内出现过高的亮度或过大的亮度对比时，人们就会感觉到刺眼，影响视度，这种刺眼的光线就是眩光。

眩光分为直射眩光、反射眩光和对比眩光。

眩光的视觉效应主要是使暗适应破坏，产生视觉后像，使工作区的视觉效应降低，产生视觉不舒适感和分散注意力，易造成视疲劳，长期下去，会损害视力。

直射眩光是由于当我们直视黑板时，光线直接进入人的眼睛时所引起的。

（图六）
解决方案：
灯具的布置方式应长轴平行于学生的主视线，并与黑板垂直，这样，就会使
灯具的光线从人的眼睛两侧射入人的眼睛，避开直射；同时，把灯具布置在垂直黑板通道的上空，使桌面形成侧面或者两侧面采光，照明效果更好。

直接型灯具应采用限制最小遮光角来限制直接眩光，或采用格栅灯具、漫反射灯具。

3、五教光源数量不足，会产生阴影
光源的数量不够，也是导致出现投影的原因，由于灯的数量不够，导致灯与灯之间的距离过大，当学生坐在两灯之间，且靠近后一个灯的时候，前面一个灯的照度不能够辐射到后面一个灯的位置，也就不能有效抵消后一个灯照射到人体时所带来的阴影。

解决方案
因为，我们不能像手术是一样采用无影灯，所以，我们可以通过适当的增加灯具的数量，同时改变灯具的安放位置（图七），对于灯源较密集的地方可以适当的降低光照强度，即尽可能使用较多低功率的灯具，取代较少高功率的工具。

同时在放置灯的时候，保持灯具之间的垂直距离相等，并且尽量避免将灯具放在干扰区（一般桌子的正上方与正前方为干扰区），应放在桌子的过道之间，以避免光源照在桌子上产生反射，形成反射眩光。

改进前教室光源的分布平面改进后教室光源的分布平面
（图七）
4、光源不固定，当风扇开动时，光源会产生不稳定性
由于第五教学楼教室高度较高，为了防止由于教室较高而影响光亮度，所以学校采用了吊灯的方式将灯悬挂在距桌面具有一定高度的半空中，而不是镶嵌在天花板上，但是有些教室采用的是软吊，即没有将光源固定，当夏天天气较热，开动风扇时，灯体就会不停的前后摇摆，使光源不稳定，影响光亮度。

同时，灯体不停的晃动，增加了危险性。

解决方案：
将软吊灯进行固定，使用硬度较大的物质对灯进行固定。

比如说空心的钢管等。

5、黑板灯光设置的不合理
（图八）
五教的黑板灯设置很不合理，黑板灯直接贴在黑板的上方，这样就会导致黑板的上方光亮度过强，造成反射，使学生看不清楚黑板，起不到正确的作用，同时，光亮度过强，容易产生反射眩光，即对眼睛造成伤害，不但没有起到光照的作用，反而起到了相反的作用，上方亮度过强，而黑板下方却光亮度不够，在这种明暗对比的作用下，也会对眼睛造成伤害。

解决方案：
①将黑板上方的光源设置成移动光源，当需要使用黑板的时候，将光源拉出，斜射到黑板上，这样既可以使光源均匀分散的照射到黑板上，又可以节省空间，也不妨碍投影仪的投射屏幕的正常使用。

②采用把透明的白色光罩或者是格栅灯，这样发出的光颜色更加柔和，不会是照射到黑板上的灯，形成反射眩光（图九）[5]。

（图九）
四、照明设计的重要性
1、良好的照明设计有利于改善工作环境，提高工作效率。

2、良好地照明设计有利于减缓视觉疲劳
视觉疲劳的主要症状有：眨眼乏累、怕光、眼痛、视力模糊、眼充血、出眼屎、流泪等。

眼睛疲劳还会引起视力下降，比如说近视眼等其他方面的健康问题。

五、照明设计要考虑的因素
1、光通量
光通量是最基本的光度量，它可定义为单位时间内通过的光量，是用国际照明组织规定的标准人眼视觉特性(光谱光效率函数)来评价的辐射通量，单位为流明(1m)。

利用光电管可测量光通量。

2、发光强度
发光强度简称光强，是指光源发出并包含在给定方向上单位立体角内的光通量，常用来描述点光源的发光特性。

光强与光通量之间的关系由下式表示
式中 I——光强，单位为坎德拉(cd)
φ——光通量(1m)；
Ω——立体角(球面度，Sr)。

3、亮度
指发光面在指定方向的发光强度与发光B的平面上的投影面积之比，亮度的单位为坎[德拉]每平方米(cd／m2)，亮度的定义式为：
在垂直于所取方向越大．而在该方向看到的发光面积越小，则看到的明亮程度越高，即亮度越大：这里的发光而可以是直接辐射的点光源，也可以是被光照射的反射面而或透射面。

亮度可用亮度计直接测量。

4、照度
照度是被照面单位面积上所接受的光通量，单位为勒克司(1x)。

照度的定义式为：
E——照度(1x)；
Q——光通景(1m)；
S——受照物体表面面积(m2)。

一点光源照射到某一物体表面时
式中 E——照度(1x)；
θ——受照物体表面法线与点光源照明方向的夹角；
d——受照面与点光源之间的BP离(m)；
I——点光源发光强度(cd)o
上式表明：受点光源照明的物体垂直面卜的照度与光源和受照面之间的距离的平方成反比，与光源的发光强度成正比c由此可知，增加或减少点光源的光强度、改变受照物体与光源的距离、调整光源与受照体之间的夹角，均是改善受照物体表面照度的有效途径。

六、学习心得
《工效学》是一门非本专业的选修课，作为一名经管学院的学生，从未学这门课时对这门课的恐惧到在第一堂课就喜欢上了这门课，是怎么样一个心态的转变？
首先，从上课的角度来说，之所以喜欢这门课程除了与这门课的内容有关系以外，还与老师第一堂课的开场有很大关系：
第一，作为一名管理学院的学生，我们很少有机会接触实践，往往学的都是很空的、华而不实的理论，至少就目前来说是这样的；
第二，作为一名90后，提出解决方案不是我们的特长，但是找问题，挑毛病却是我们的专长，对于这个工作，我们乐此不疲。

所以，第一堂课的联系实践，找出生活中对一些小细节的不满，我们表现的很是活跃，比如说：公交车的把手设计的不合理、电脑鼠标的不足之处、3D眼睛的不人性化等等问题，这些问题都是我们生活中经常接触到的、很具有实践性的小问题，也因此对这门课程很感兴趣。

其次，是从这个论文的角度来说，加深对一门课的印象往往是自己参与其中，比如说写论文。

这一次我的论文选题是“第五教学楼的照明设施研究”，真真切切的涉及到我的日常生活，可以说除了上课之外，五教是我上自习的主要地点，从虎溪校区搬到老校区以来，我的大部分时光都是在五教度过的，我几乎在五教的每一个教室都上过自习，对于五教有很深的感情，也有很大的不满，就比如说灯光问题。

每当上自习时，都要在各个教室门外穿梭一番，寻找光线好的、自己喜欢的位置，
对于几个常常光临的教室我甚至可以很清楚的知道，哪个位置的灯光不灵敏，那个位置的灯不亮，这也是我以五教的照明设施为研究题目的原因。

通过这次研究，我才知道，对于五教这座有着五六十年历史的老教学楼，居然有这么先进的灯光设备——热释远红外技术与优先控制技术相结合，虽然先进不过还是有很多问题存在（上面已谈到过，不再赘述）。

同时，了解到了教学楼的灯光安置不是简单的根据教室大小放置几个灯具就可以的，要考虑灯具的安放位置，比如说，灯具要尽量安排在桌椅的两侧过道之间，防止光线直接射入人的眼睛，对人的眼睛造成伤害，这一点五教做的很好，几乎每一件教室都做到了这一点（从图二可以看出）；再比如说要在灯具的两侧加上金属反射伞，以防止眩光，这点五教也做得很好（从图一可以看出）……
通过这门研究，我才发现我是不是应该转学工程设计专业，是如此的贴近生活实际、又如此的具有实践性……
参考文献
[1] 石金成.浅谈教室照明的优化方案[J].河北:职业技术,2007.
[2]孙华.李扬.热释电红外传感器原理及其应用[J].鹤壁职业技术学院
2010,(12).
[3]郭伏.钱省三,人因工程学.
[4]电子发烧友,热释电传感器结构介绍,2010.
[5]韩冰.陈茂凌,教室灯具和黑板灯局的选择[J],上海时代之光照明电器检
测有限公司.。