【文章內(nèi)容簡介】 進行計算，其中 K 在 ~ 之間 為結(jié)合實際情況并為模型 的改進做鋪墊，本文采用第三種辦法，選取一隨機數(shù) K (K屬于 ~)對教室中各燈管光通量進行加權(quán)處理。 于是，得出結(jié)果如圖 11 圖 11 12 現(xiàn)將圖 11 與圖 10 作對比分析： 相同點：在靠近黑板的前排，等照度線仍然比后排的密集，即前排的照度要比后排小些，原因基本同上模型；左邊教室的照度分布基本一樣，這是由于右邊墻面的反射對左邊的影響很小。 不同點：與圖 10 對比，圖 11 的不對稱性主要是由于右側(cè)墻的反射作用使靠近墻的區(qū)域照度明顯增大，圖中右側(cè)紅色圈的范圍較大，在不考慮左側(cè)自然光入射時，靠墻的區(qū)域 顯然會更亮，較為符合實際情況。由于左右不對稱情況的實際存在，為之后的設(shè)計安裝提供了參考依據(jù)。 由于考慮了燈罩和反射等情況，整個圖中照度較大的區(qū)域的范圍也變大了。由于實際中反射和燈罩是存在的，這樣計算的結(jié)果也更貼合實際，盡量避免了在指導(dǎo)實際安裝的時候?qū)е吕速M。 （三） 模型的設(shè)計及參數(shù)分析 教室照明的改進對 普通教室 設(shè)計，將靠近窗的那列燈向窗戶靠近些，并在中間加一列等，共四列均勻分布，而由于靠墻一面有墻壁的反射，則考慮靠墻那一列位置不變，建立坐標系 (如圖 )，將前排燈靠近些排布，則得整間教室的照明結(jié)果 圖 12 （如圖 13），對比圖 11（三排燈的照明情況）明顯樂觀很多。而最大照度，最小照度和平均照度也均理想很多（具體對比見模型三）。 圖 13 13 對于階梯教室的照明，有四個階梯，每個階梯高度為 10cm，我們將階梯視為高度變化的斜坡，建立坐標軸 (如圖 14 ) 圖 14 則有階梯教室照度公式為： 當(dāng) tyy? 時， 0z? ，則有 ? ? ? ?, 30 22 22 004L igijijh d lEL ig h x x y l y??????? ? ? ? ?????? ? （ ） 當(dāng) tyy? 時， tytzz y zy?? ? ? ? ? ?, 30 22 22 004 ()L i gijijh d lEL i g h z x x y l y??????? ? ? ? ? ?????? ? （ ） 得結(jié)果（如圖 15） 14 圖 15 同對 普通教室 的改進，我們將每排增加到四個燈，可得結(jié)果（如圖 16）： 圖 16 建立模型的理論依據(jù)及假設(shè)條件 （一） 建立模型的理論依據(jù) 光源在某一方向上的發(fā)光強度被定義為單位立體角內(nèi)的光通量，可用來表示光通量的大小。發(fā)光強度只取決于光源光通量密度的分布，與距離無關(guān)，也與外界條件無關(guān)。照度是被照體表而每單位 面 積所接收可見光的光通量，即光通量與表 面 積的比值。 15 1) 存在單個光源 (球形燈 )時的照度計算 若發(fā)光強度為 Icd，則所發(fā)出的總光通量為 πI4 流明。在 以光源為中心、半徑為 r的球 面 上 (球 面 總 面 積為 24πr )，每單位 面 積上的照度為 2244 I/rπrπI/e ?? 即被照而與光源距離為 r 處的照度為 2I/r 。 2) 存在多個相同光源 (球形燈 )時的照度計算 由于照度是標量，可直接相加，因此當(dāng)存在多個光源時，被照面上的照度值為每個光源單獨存在時的照度的代數(shù)和，即對每個 e 求和，則有 ??? ni iI/rΕ 1 2 （ ） 2222 )()()( iiii czbyaxr ?????? （ ） （ ）式中 :x、 y、 z為被照點的坐標 。ai、 bi、 ci為第 i個光 源的坐標。 （二）建立模型的假設(shè)條件 1) 計算時將熒光燈視為點光源。 2) 不考慮教室四壁和頂棚反射光對教室中被照點的影響。 3) 將每個光源的發(fā)光強度都設(shè)為 1 cd。由于將發(fā)光強度設(shè)為 1 cd，雖 然最小值與平均值和實際情況相差很大 (實際光源的發(fā)光強度遠遠大于 1cd)，但照明均勻度為最小值與平均值的比值，最終計算結(jié)果中發(fā)光強度是被消去的，因此并不會影響根據(jù)照明均勻度得到的結(jié)論。 普通教室大小為 10. 5 m(長 )7 m(寬 )，則光源布置為 12 點光源，距離地而高度 4 m，桌而距離光源高度 3 .3m。光源平面排布如圖 2 所示，每一列光源之間的距離為 3. 3 m，每一行光源之間的距離為 1. 6 m。 16 Matlab軟件對教室照明情況進行模擬 （一）模擬程序 （見附件） （二）模擬結(jié)果及分析 運行模擬程序得到的模擬結(jié)果見圖 3 圖 3 教室桌而照度分布立體圖 表 3 教室桌面照度實測結(jié)果與模擬結(jié)果的對比 項目 照明均勻度 照明強弱度 實測結(jié)果 模擬結(jié)果 由圖 3 可以看出 :中間高出的紅色部分為教室照度值高的區(qū)域，四周較低的藍色部分為教室照度值低的區(qū)域，這與實測的教室桌面照度值分布情況基本相符，其中照明均勻度誤差為 %,照明強弱比誤差為 %，可見模擬結(jié)果基本符合實際情況。對此分析如下 :由于教室中同一平面內(nèi)各被照點的照度是 各個光源在這一點的照度的疊加，照度與光照強度 (I)成正比，與距離光源的平方 (r2)成反比，而教室中 12 個光源的發(fā)光強度 (I)相同，因此照度大小只與距離相關(guān) 。中心區(qū)域由于距離各個光源的距離都相對較近 (即 r2比較小 )，因此疊加后的照度值很高，而四周區(qū)域距離一個或幾個光源較近，所以疊加后的照度值較低。 17 ：設(shè)計方案模型 教室燈光設(shè)計的標準 （一） 照度水平 1) 照度標準 在規(guī)劃一座現(xiàn)代化的校舍或改擴建一座現(xiàn)有的學(xué)校建筑時，應(yīng)對各類教學(xué)場所進行合理的設(shè)置。根據(jù)現(xiàn)行的照度標準對應(yīng)其室內(nèi)功能才會收到良好的效果 。尤其是學(xué)校里不同規(guī)模的階梯教室和多功能廳室，便應(yīng)在現(xiàn)行照度上提高一個檔次，或在燈具布置和控制方面留有余地。 2) 照度均勻度 設(shè)計實踐表明，學(xué)生視場內(nèi)的照度應(yīng)達到足夠的均勻度。特別是在教室中，課桌表面的照度均勻非常重要，當(dāng)然絕對均勻的照明是難以實現(xiàn)的，但是如果空間內(nèi)的最小值和平均值的比 ? 時，這樣的均勻程度被認為是可以接受的。黑板上的照度均勻度應(yīng)? 。 （二） 空間亮度分布 當(dāng)師生的眼睛從一本書（一個亮度區(qū)域）移到 黑板（另一個亮度區(qū)域）時，視覺器官立即調(diào)節(jié)到適應(yīng)新的亮度水平。當(dāng)兩個區(qū)域的亮度水平相差很大，要使眼睛完全適應(yīng)新環(huán)境就會有相當(dāng)長的時間。若亮度差別過于懸殊，瞳孔必須急驟變化來適應(yīng)。反復(fù)的大起大落極易引起視覺疲勞而發(fā)酸發(fā)干，長期這樣將會引起近視。 為了避免這種現(xiàn)象，在面積大和要求視覺功能良好的地方，應(yīng)當(dāng)使亮度比保持在所規(guī)定的界限之內(nèi)（在工作區(qū)不小于 1/3 ，在整個教室不小于 1/5 ），從而在教室里取得和諧舒適的照明效果。 （三） 眩光限制 當(dāng)學(xué)生視野內(nèi)的亮度不過分高時，視覺感到舒適，高亮度會使人走神，甚至降低能見度，室內(nèi)不設(shè)窗簾，陽光透過窗戶進入，尤其是接近正午的直射光造成部分高亮度的區(qū)域，而產(chǎn)生眩光，這種現(xiàn)象可運用窗簾、百葉窗等透光率低的材料來加以控制。 1) 普通教室 熒光燈的縱向布置，即燈具的長軸平行于學(xué)生的主視線并與黑板垂直，可減少眩光區(qū)和光幕反射區(qū)，若條件必須要求將熒光燈布置與黑板平行，則應(yīng)該為熒光燈配備特殊的燈罩以減少各種眩光。 2) 黑板照明 黑板燈不應(yīng)對教師產(chǎn)生直接眩光以及對學(xué)生產(chǎn)生反射眩光。應(yīng)合理確定燈具的懸掛高度及與 黑板的距離。若教室內(nèi)不可設(shè)置一般照明燈具，這會造成黑板上的垂直照度很低，均勻度差。因此對黑板宜采用具有非對稱光強分布特性的專用燈具，在學(xué)生一則的保護角宜 40?? ，使教師及學(xué)生不感到直接眩光。 18 教室照明設(shè)計 在對教室采光的設(shè)計方面，我們著重考慮了以下條件 （一） 滿足采光標準要求，保證足夠的亮度 根據(jù)設(shè)計亮度要求可求出所需燈管的數(shù)目： （ ） E ：指定的照度。 A ：工作面面積。 n ：所需的燈數(shù)。 PHI ：所用燈型的光通。 UF ：工作面的利用系數(shù)。 由 （ ） 式，可以得到若要為 普通 教室照明平均照度達到 150lx，必須安置 1820盞熒光燈。 因此，模型二中 我們每排用四盞燈，得出的結(jié)果與 18－ 20 盞燈的要求十分吻合。我們的模型也是十分合理的。 所以，在設(shè)計教室燈管數(shù)目及排布的時候，先算出教室中所需要的燈管數(shù)目，再對其進行排布。 （二） 均勻的照度分布 為使工作面照度處于比較均勻的狀態(tài)，要求做到： 1) 局部工作面的照度值最好不大于平均值的 25％（ CIE 指南）。 2) 一般照度中的最小照度與平均照度之比規(guī)定在 以上 [3]。 （三） 避免眩光 對不舒適眩光有許多評價方法，根據(jù)國際照明委員會提出的眩光指數(shù)（ CGI）計算方法，有如下計算式：