基于人因工程學(xué)的教學(xué)樓教室照明設(shè)計(jì)

1、 目 錄 一、引言11、研究原因12、研究目的13、研究背景1二、 五教照明設(shè)施的結(jié)構(gòu)11、 教室結(jié)構(gòu)圖12、光源33、蝙蝠翼式直接照明34、熱釋式傳感器4三、五教照明設(shè)施存在的問(wèn)題及解決方案41、熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)只能檢測(cè)到人體的動(dòng)感溫度4解決方案：52、燈的放置方向不合理，容易產(chǎn)生眩光5解決方案：53、五教光源數(shù)量不足，會(huì)產(chǎn)生陰影6解決方案64、光源不固定，當(dāng)風(fēng)扇開(kāi)動(dòng)時(shí)，光源會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性65、黑板燈光設(shè)置的不合理7解決方案：7四、照明設(shè)計(jì)的重要性82、良好地照明設(shè)計(jì)有利于減緩視覺(jué)疲勞8五、照明設(shè)計(jì)要考慮的因素91、光通量92、發(fā)光強(qiáng)度93、亮度94、照度9六、學(xué)習(xí)心得10 【摘要】 基于人因

2、工程學(xué)原理與方法對(duì)我們學(xué)校的第五教學(xué)樓的照明設(shè)施進(jìn)行分析，本文采用了調(diào)查訪談法，就五教照明設(shè)備存在的問(wèn)題對(duì)周邊的同學(xué)進(jìn)行了調(diào)查訪談，加之我自己的一些親身感受，找出五教照明設(shè)施中存在的問(wèn)題，并提供相應(yīng)的解決方案?！娟P(guān)鍵詞】 人因工程，熱釋紅外控制器，照明燈具，解決方案 工效學(xué)論文_一、引言1、研究原因 第五教學(xué)樓是我們學(xué)院進(jìn)行教學(xué)主要地點(diǎn)，包括平時(shí)的上課以及上自習(xí)，因此作為學(xué)校的主要功能性教室，照明燈具的質(zhì)量、安放位置便十分重要，我們知道，照明條件對(duì)學(xué)習(xí)的影響是不可忽視的，尤其是在照明不利的情況下，人的視覺(jué)會(huì)很容易疲勞，工作效率低且效果差，因此，第五教學(xué)樓的照明設(shè)施，不僅要考慮到環(huán)保節(jié)能，更重要

3、的是要考慮到是否有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的高效、健康等因素。2、研究目的從人因工程學(xué)的角度對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出解決方案。 人因工程學(xué)是一門(mén)以實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)境之間的最佳匹配，把人的工作優(yōu)化問(wèn)題作為追求目標(biāo)，使處在不同工作條件下的人能高效、安全、健康、舒適地工作生活的一門(mén)學(xué)科，因此應(yīng)用人因工程學(xué)的原理與方法去解決五教的燈光問(wèn)題，使其對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)更加有力是我的主要研究目的。3、研究背景 第五教學(xué)樓的照明設(shè)施是一種節(jié)能控制器，該節(jié)能控制器主要是采用“熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)”和“光優(yōu)先控制”對(duì)光源實(shí)行雙控制，即首先利用“熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)”對(duì)人體動(dòng)感溫度進(jìn)行測(cè)量，以判斷室內(nèi)有人無(wú)人及人的位置，確定是否開(kāi)啟光源；再通過(guò)“光優(yōu)先控

4、制技術(shù)”利用光敏傳感器對(duì)室內(nèi)照度進(jìn)行測(cè)量，以確定在室內(nèi)即使有人的情況下，光照度是否充足。不充足則最終開(kāi)啟光源；充足則強(qiáng)制性斷開(kāi)光源。即本節(jié)能控制器應(yīng)當(dāng)滿足兩個(gè)條件：有人使用且照度不充足才能最終開(kāi)啟光源，實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅，自然照度達(dá)標(biāo)燈不亮”的最佳節(jié)能效果。同時(shí)該節(jié)能控制器在開(kāi)啟之初有一個(gè)采集環(huán)境溫度的過(guò)程，待環(huán)境溫度采集完畢，所有燈全部自動(dòng)熄滅，若此時(shí)再有人進(jìn)入時(shí)，日關(guān)燈才會(huì)正常開(kāi)啟。2、 五教照明設(shè)施的結(jié)構(gòu)1、 教室結(jié)構(gòu)圖指標(biāo)教室結(jié)構(gòu)圖教室容積能容納120人左右，沒(méi)一橫排有6張桌子，每張桌子容納2人，共有10列，所以6*10*2=120（人）燈具數(shù)量每一列有3個(gè)燈具，每一行也有3個(gè)燈

5、具，所以共有3*3=9（個(gè)）燈具結(jié)構(gòu)每一燈具有2個(gè)燈管，一個(gè)金屬折射傘，一個(gè)熱釋傳感器 （表一） （圖一）（圖二）（圖三）2、光源學(xué)校的照明標(biāo)準(zhǔn)（表二）要求桌面照度在300500lx lx：勒克司，照度的單位之間，且顯色指數(shù)一般要大于等于80%，所以學(xué)校一般采用三基色光源的熒光燈，其亮度要比普通燈高出20%左右，而且其顯色指數(shù)大于80%，大多數(shù)學(xué)校的功能性教室，安裝的都是高顯色熒光燈Ra9097（表三），這種燈的光譜與陽(yáng)光近似，被照物體非常鮮艷逼真，在這種光照下人的眼疲勞程度會(huì)明顯降低1。房間或場(chǎng)所參考平面照度標(biāo)準(zhǔn)值/lxRa教室課桌面30080教室黑板黑板面50080（表二）學(xué)校的照明標(biāo)準(zhǔn)

6、光源顯色指數(shù)Ra光源顯色指數(shù)Ra白色熒光燈66熒光水銀燈44日光色熒光燈77金屬鹵化物燈65暖白色熒光燈59高顯色金屬鹵化物燈92高顯色熒光燈92高壓鈉燈29水銀燈32氙燈94（表三）各種光源的顯色指數(shù) 3、蝙蝠翼式直接照明 照明配光方式按照光源的發(fā)光方向可分為直接、半直接、全面擴(kuò)散、半間接、間接照明5種（圖四）3。（圖四）五教所采用的照明方式即為圖中直接照明、熒光燈那一欄所對(duì)應(yīng)的金屬反射傘式的照明燈具（如圖一）蝙蝠翼直接照明。這種照明的好處：1 蝙蝠翼可以阻擋光線直接射入人的眼睛，有效避免眩光對(duì)人眼的傷害。2 熒光燈的使用壽命長(zhǎng)，發(fā)光柔和，亮度高。3 直接照明的向下配光度可達(dá)100%，即照度

7、較高。4、熱釋式傳感器1 熱釋遠(yuǎn)紅外傳感器內(nèi)部構(gòu)造如下圖所示： （圖五）2 熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)的主要工作原理就是通過(guò)熱釋傳感器來(lái)檢測(cè)人體發(fā)出的紅外線。而起主要檢測(cè)作用的是光學(xué)濾鏡，光學(xué)濾鏡的工作原理是只允許波長(zhǎng)在10m左右的紅外線進(jìn)入，而人體的溫度在37度左右，發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為910m2，所以只對(duì)人體的紅外線有反應(yīng)，而將燈光、太陽(yáng)光及其他輻射濾掉，以抑制外界的干擾。 因此，當(dāng)人進(jìn)入傳感器所檢測(cè)的范圍內(nèi)時(shí)，環(huán)境和人體的溫度差異使傳感器感應(yīng)到溫度發(fā)生變化，從而使燈的整體構(gòu)成閉合回路，所以可以使燈發(fā)亮，但是當(dāng)人是靜止不動(dòng)的時(shí)候，由于環(huán)境溫度不變，傳感器就沒(méi)有信號(hào)輸出，所以等自然就會(huì)熄滅4。三、五教照明

8、設(shè)施存在的問(wèn)題及解決方案1、熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)只能檢測(cè)到人體的動(dòng)感溫度熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)智能檢測(cè)到人體的動(dòng)感溫度，不能檢測(cè)到人體的靜感溫度。這就導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)，一般當(dāng)學(xué)生在上自習(xí)時(shí)都是坐在凳子上安靜的看書(shū)，很少會(huì)運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)人安靜的看書(shū)時(shí)，這時(shí)燈就會(huì)熄滅，加之，熱釋式傳感器的缺點(diǎn)就是敏感度較差，所以當(dāng)學(xué)生在采用揮手、跺腳等簡(jiǎn)單的小幅度動(dòng)作時(shí)，燈依舊不會(huì)亮，只有當(dāng)人站起來(lái)晃動(dòng)一下時(shí)等才會(huì)亮，所以這個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)真度以及情緒，當(dāng)學(xué)生在很專(zhuān)心很安靜的學(xué)習(xí)、思考時(shí)，燈的熄滅會(huì)打斷學(xué)生的思考思路，同時(shí)影響學(xué)習(xí)情緒。同時(shí)，在這種單獨(dú)采用一般照明的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，如果工作表面照度不均勻，則眼睛從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移

9、到另一個(gè)表面時(shí)要發(fā)生適應(yīng)過(guò)程。在適應(yīng)過(guò)程中，不僅使人感到不舒服，而且眼的視覺(jué)能力還要降低。對(duì)于一般工作來(lái)說(shuō)，有效工作面大體為30cm*40cm，在這個(gè)有效工作范圍內(nèi)，照度的差異不應(yīng)大于10%。 解決方案：² 采用量子型傳感器 傳感器分為兩種，一種是熱釋式的傳感器，另外一種是量子型的傳感器，熱釋式的傳感器的靈敏度要差一些，所以?xún)r(jià)位要低一些，而量子型的傳感器靈敏度要高一些，但是造價(jià)要高一些，所以，可以綜合使用量子型傳感器和熱釋式傳感器。² 使用普通日光燈 由于第五教學(xué)樓是學(xué)生上課以及上自習(xí)的主要教學(xué)樓，即使用率較高，所以學(xué)校可以采用使用普通日光燈，然后采用分控開(kāi)關(guān)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)

10、生的節(jié)能環(huán)保意識(shí)的教育，使學(xué)生能夠做到自發(fā)做到人走燈滅，人來(lái)燈亮。2、燈的放置方向不合理，容易產(chǎn)生眩光五教的燈具是水平與黑板的方向的，這樣就容易使光線直接射入人的眼睛，當(dāng)視野內(nèi)出現(xiàn)過(guò)高的亮度或過(guò)大的亮度對(duì)比時(shí)，人們就會(huì)感覺(jué)到刺眼，影響視度，這種刺眼的光線就是眩光。眩光分為直射眩光、反射眩光和對(duì)比眩光。眩光的視覺(jué)效應(yīng)主要是使暗適應(yīng)破壞，產(chǎn)生視覺(jué)后像，使工作區(qū)的視覺(jué)效應(yīng)降低，產(chǎn)生視覺(jué)不舒適感和分散注意力，易造成視疲勞，長(zhǎng)期下去，會(huì)損害視力。直射眩光是由于當(dāng)我們直視黑板時(shí)，光線直接進(jìn)入人的眼睛時(shí)所引起的。（圖六） 解決方案： 燈具的布置方式應(yīng)長(zhǎng)軸平行于學(xué)生的主視線，并與黑板垂直，這樣，就會(huì)使燈具的光

11、線從人的眼睛兩側(cè)射入人的眼睛，避開(kāi)直射；同時(shí)，把燈具布置在垂直黑板通道的上空，使桌面形成側(cè)面或者兩側(cè)面采光，照明效果更好。直接型燈具應(yīng)采用限制最小遮光角來(lái)限制直接眩光，或采用格柵燈具、漫反射燈具。3、五教光源數(shù)量不足，會(huì)產(chǎn)生陰影光源的數(shù)量不夠，也是導(dǎo)致出現(xiàn)投影的原因，由于燈的數(shù)量不夠，導(dǎo)致燈與燈之間的距離過(guò)大，當(dāng)學(xué)生坐在兩燈之間，且靠近后一個(gè)燈的時(shí)候，前面一個(gè)燈的照度不能夠輻射到后面一個(gè)燈的位置，也就不能有效抵消后一個(gè)燈照射到人體時(shí)所帶來(lái)的陰影。解決方案 因?yàn)?，我們不能像手術(shù)是一樣采用無(wú)影燈，所以，我們可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑黾訜艟叩臄?shù)量，同時(shí)改變燈具的安放位置（圖七），對(duì)于燈源較密集的地方可以適當(dāng)?shù)?/p>

12、降低光照強(qiáng)度，即盡可能使用較多低功率的燈具，取代較少高功率的工具。同時(shí)在放置燈的時(shí)候，保持燈具之間的垂直距離相等，并且盡量避免將燈具放在干擾區(qū)（一般桌子的正上方與正前方為干擾區(qū)），應(yīng)放在桌子的過(guò)道之間，以避免光源照在桌子上產(chǎn)生反射，形成反射眩光。 改進(jìn)前教室光源的分布平面 改進(jìn)后教室光源的分布平面（圖七）4、光源不固定，當(dāng)風(fēng)扇開(kāi)動(dòng)時(shí)，光源會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性 由于第五教學(xué)樓教室高度較高，為了防止由于教室較高而影響光亮度，所以學(xué)校采用了吊燈的方式將燈懸掛在距桌面具有一定高度的半空中，而不是鑲嵌在天花板上，但是有些教室采用的是軟吊，即沒(méi)有將光源固定，當(dāng)夏天天氣較熱，開(kāi)動(dòng)風(fēng)扇時(shí)，燈體就會(huì)不停的前后搖擺，使

13、光源不穩(wěn)定，影響光亮度。同時(shí)，燈體不停的晃動(dòng)，增加了危險(xiǎn)性。 解決方案： 將軟吊燈進(jìn)行固定，使用硬度較大的物質(zhì)對(duì)燈進(jìn)行固定。比如說(shuō)空心的鋼管等。5、黑板燈光設(shè)置的不合理 （圖八） 五教的黑板燈設(shè)置很不合理，黑板燈直接貼在黑板的上方，這樣就會(huì)導(dǎo)致黑板的上方光亮度過(guò)強(qiáng)，造成反射，使學(xué)生看不清楚黑板，起不到正確的作用，同時(shí)，光亮度過(guò)強(qiáng)，容易產(chǎn)生反射眩光，即對(duì)眼睛造成傷害，不但沒(méi)有起到光照的作用，反而起到了相反的作用，上方亮度過(guò)強(qiáng)，而黑板下方卻光亮度不夠，在這種明暗對(duì)比的作用下，也會(huì)對(duì)眼睛造成傷害。解決方案：1 將黑板上方的光源設(shè)置成移動(dòng)光源，當(dāng)需要使用黑板的時(shí)候，將光源拉出，斜射到黑板上，這樣既可以

14、使光源均勻分散的照射到黑板上，又可以節(jié)省空間，也不妨礙投影儀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柵燈，這樣發(fā)出的光顏色更加柔和，不會(huì)是照射到黑板上的燈，形成反射眩光（圖九）5。 （圖九）四、照明設(shè)計(jì)的重要性1、良好的照明設(shè)計(jì)有利于改善工作環(huán)境，提高工作效率。2、良好地照明設(shè)計(jì)有利于減緩視覺(jué)疲勞 視覺(jué)疲勞的主要癥狀有：眨眼乏累、怕光、眼痛、視力模糊、眼充血、出眼屎、流淚等。眼睛疲勞還會(huì)引起視力下降，比如說(shuō)近視眼等其他方面的健康問(wèn)題。五、照明設(shè)計(jì)要考慮的因素1、光通量 光通量是最基本的光度量，它可定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的光量，是用國(guó)際照明組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺(jué)特性(光譜光效率函數(shù))

15、來(lái)評(píng)價(jià)的輻射通量，單位為流明(1m)。利用光電管可測(cè)量光通量。2、發(fā)光強(qiáng)度 發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)，是指光源發(fā)出并包含在給定方向上單位立體角內(nèi)的光通量，常用來(lái)描述點(diǎn)光源的發(fā)光特性。光強(qiáng)與光通量之間的關(guān)系由下式表示式中 I光強(qiáng)，單位為坎德拉(cd)光通量(1m)； 立體角(球面度，Sr)。3、亮度 指發(fā)光面在指定方向的發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光B的平面上的投影面積之比，亮度的單位為坎德拉每平方米(cdm2)，亮度的定義式為：在垂直于所取方向越大而在該方向看到的發(fā)光面積越小，則看到的明亮程度越高，即亮度越大：這里的發(fā)光而可以是直接輻射的點(diǎn)光源，也可以是被光照射的反射面而或透射面。亮度可用亮度計(jì)直接測(cè)量。4、照度 照

16、度是被照面單位面積上所接受的光通量，單位為勒克司(1x)。照度的定義式為： E照度(1x)； Q光通景(1m)； S受照物體表面面積(m2)。 一點(diǎn)光源照射到某一物體表面時(shí)式中 E照度(1x)； 受照物體表面法線與點(diǎn)光源照明方向的夾角； d受照面與點(diǎn)光源之間的BP離(m)； I點(diǎn)光源發(fā)光強(qiáng)度(cd)o 上式表明：受點(diǎn)光源照明的物體垂直面卜的照度與光源和受照面之間的距離的平方成反比，與光源的發(fā)光強(qiáng)度成正比c由此可知，增加或減少點(diǎn)光源的光強(qiáng)度、改變受照物體與光源的距離、調(diào)整光源與受照體之間的夾角，均是改善受照物體表面照度的有效途徑。六、學(xué)習(xí)心得工效學(xué)是一門(mén)非本專(zhuān)業(yè)的選修課，作為一名經(jīng)管學(xué)院的學(xué)生，

17、從未學(xué)這門(mén)課時(shí)對(duì)這門(mén)課的恐懼到在第一堂課就喜歡上了這門(mén)課，是怎么樣一個(gè)心態(tài)的轉(zhuǎn)變？首先，從上課的角度來(lái)說(shuō)，之所以喜歡這門(mén)課程除了與這門(mén)課的內(nèi)容有關(guān)系以外，還與老師第一堂課的開(kāi)場(chǎng)有很大關(guān)系： 第一，作為一名管理學(xué)院的學(xué)生，我們很少有機(jī)會(huì)接觸實(shí)踐，往往學(xué)的都是很空的、華而不實(shí)的理論，至少就目前來(lái)說(shuō)是這樣的； 第二，作為一名90后，提出解決方案不是我們的特長(zhǎng)，但是找問(wèn)題，挑毛病卻是我們的專(zhuān)長(zhǎng)，對(duì)于這個(gè)工作，我們樂(lè)此不疲。 所以，第一堂課的聯(lián)系實(shí)踐，找出生活中對(duì)一些小細(xì)節(jié)的不滿，我們表現(xiàn)的很是活躍，比如說(shuō)：公交車(chē)的把手設(shè)計(jì)的不合理、電腦鼠標(biāo)的不足之處、3D眼睛的不人性化等等問(wèn)題，這些問(wèn)題都是我們生活中

18、經(jīng)常接觸到的、很具有實(shí)踐性的小問(wèn)題，也因此對(duì)這門(mén)課程很感興趣。 其次，是從這個(gè)論文的角度來(lái)說(shuō)，加深對(duì)一門(mén)課的印象往往是自己參與其中，比如說(shuō)寫(xiě)論文。 這一次我的論文選題是“第五教學(xué)樓的照明設(shè)施研究”，真真切切的涉及到我的日常生活，可以說(shuō)除了上課之外，五教是我上自習(xí)的主要地點(diǎn)，從虎溪校區(qū)搬到老校區(qū)以來(lái)，我的大部分時(shí)光都是在五教度過(guò)的，我?guī)缀踉谖褰痰拿恳粋€(gè)教室都上過(guò)自習(xí)，對(duì)于五教有很深的感情，也有很大的不滿，就比如說(shuō)燈光問(wèn)題。每當(dāng)上自習(xí)時(shí)，都要在各個(gè)教室門(mén)外穿梭一番，尋找光線好的、自己喜歡的位置，對(duì)于幾個(gè)常常光臨的教室我甚至可以很清楚的知道，哪個(gè)位置的燈光不靈敏，那個(gè)位置的燈不亮，這也是我以五教的照明設(shè)施為研究題目的原因。 通過(guò)這次研究，我才知道，對(duì)于五教這座有著五六十年歷史的老教學(xué)樓，居然有這么先進(jìn)的燈光設(shè)備熱釋遠(yuǎn)紅外技術(shù)與優(yōu)先控制技術(shù)相結(jié)合，雖然先進(jìn)不過(guò)還是有很多問(wèn)題存在（上面已談到過(guò)，不再贅述）。同時(shí)，了解到了教學(xué)樓的燈光安置不是簡(jiǎn)單的根據(jù)教室大小放置幾個(gè)燈具就可以的，要考慮燈具的安放位置，比如說(shuō)，燈具要盡量安排在桌椅的兩側(cè)過(guò)道之間，防止光線直接射入人的眼