室内光环境及清华大学学生宿舍光环境评价.doc

建筑环境学论文
室内光环境及清华大学学生宿舍光环境评价
『关键词』光环境、采光、天然光、照明
『摘要』本文从室内光环境出发，简要介绍了光量度和光环境的评价标准，并据此对笔者所居住的学生宿舍10#的光环境进行了初步评价，提出了一些改善建议。
宿舍是大多数在校学生每天待的时间最长的地方，一般来说，我们在宿舍除了睡觉之外，还会进行看书、学习、上网、看电视等活动，而这些活动对眼睛会造成很大的负担，如果寝室的采光和照明设计不合理，将会对我们的身体健康带来很大影响，而清华大部分同学的视力都不好，所以对学生宿舍光环境的评价是非常有意义的。

一、光环境概况
（一）、光环境对生理和心理的影响
1、光环境对生理的影响
光是正常的人产生视觉的必要条件。如果没有充足的光线，人就不能发挥视觉功效，无法识别环境，以致影响自己的判断和行为。这说明光环境条件差，会导致视觉失误，引起意外事故。因此光环境与人们的生存和人身安全有着直接关系。
在光环境中，光刺激对于人体血压、脉搏、呼吸、筋肉紧张等也有很大影响，能够引起自律神经系统和大脑皮质的活动。
在光环境中，光的照度和亮度对于视觉都有不少的反应。例如照度及其不均匀度需要眼睛来适应，因而容易引起眼睛的疲劳。在高照度下能够引起眼睛的不适，也不利于节能。即使照度均匀，如果光刺激过度，也会使眼睛苦痛。又如亮度对比过大时，可能出现眩光，同样会引起眼睛疲劳或不适。由于暗适应比明适应需要更多的时间，如果工作地点黑暗，而周围环境明亮，对于视觉功效也是不利的。又如亮度分布非常均匀，固然利于视觉工作，但与人们的自然能力却不适应，引起情绪烦闷。
基于上述光环境对人们生理的影响，对光环境应有一定的要求：
（1）应该有充足的光量和良好的光质量，以便保护视力，满足生产、生活的需要。
（2）应该具有符合标准的照度和亮度，在工作地段不可过明过暗，避免出现眩光、闪烁等现象。
（3）应该在空间内发挥光的方向性作用，保证阴影存在，从而表示出物体的形状、明暗变化和立体感等。
2、光环境对心理的影响
采光窗本身对人们的心理有很大影响。大面积窗便于眺望，可使人们的情绪舒适。在70年代以前，国外曾出现过一些全封闭式建筑，不设置采光窗，内部完全依靠人工照明和空调，因而室内没有直射日光，当然也不会因此而眩光，但是人们的感觉却很不舒适。
另外，由人工光创造的光环境同样对人们的心理由显著影响。
因此，为了获得生理和心理上舒适的光环境，可以设定一些评价指标，进而处理光环境的影响因素之间的关系，对光环境进行主观评价。
（二）光度量
1、光通量——按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量（辐射功率），用φ表示。单位是流明，符号为lm。1lm是发光强度为1坎德拉均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。
2、照度——受照平面上接受的光通量的面密度，符号为E。照度的单位是勒克斯，符号为lx。1lx等于1lm的光通量均匀分布在1平方米表面上产生的照度，即1lx=1lm/m2
E＝dφ/dS 或 E＝∫Eλdλ
3、发光强度——点光源在给定方向的发光强度，是光源在这一方向上立体角元内发射的光通量与该立体角元之商，符号为I。I=dΦ/dΩ cd
发光强度的单位为坎德拉，符号cd。在数量上1cd=1lm/sr
发光强度常用来说明光源和照明灯具发出的光通量在空间各方向或选定方向上的分布密度。
4、光亮度——一单元表面在某一方向上的光强密度。它等于该方向上的发光强度与此面元在这个方向上的投影面积之商，符号L表示。L＝dIθ/dScosθ
（三）、光环境质量的评价标准
1、适当的照度水平。确定照度水平要综合考虑视觉功效、舒适感与经济、节能等因素。提高照度水平对视觉功效只能改善到一定程度，并非照度越高越好。无论从视觉功效还是从舒适感考虑选择的理想照度，最后都要受经济水平，特别是能源供应的限制，所以，实际应用的照度标准大都是以下标准。
国际照明委员会CIE对不同作业和活动推荐的照度
作业或活动类型
照度范围『lx』
室外入口区域
20～30～50
短暂停留交通区
50～75～100
衣帽间，门厅
100～150～200
讲堂，粗加工
200～300～500
办公室，控制室
300～500～750
缝纫，绘图，检验室
500～750～1000
辨色，精密加工和装配
750～1000～1500
手工雕刻，精细检验
1000～1500～2000
手术室，微电子装配
>2000
另外，适当的照度水平还应注意照度均匀度和空间照度两个因素。
2、舒适的亮度比。周围视野与中心视野亮度不要相差过大，否则会产生加重眼睛瞬时适应的负担，或产生眩光，降低视觉功效。还应注意房间主要表面的平均亮度，形成房间明亮程度的总印象。
3、宜人的光色，良好的显色性。
4、避免眩光干扰。当直接或通过反射看到灯具、窗户等亮度极高的光源，或者在视野中出现强烈的亮度对比时（先后对比或同时对比），我们就会感受到眩光。眩光可以损害视力（失能眩光），也能造成视觉上的不舒适感（不舒适眩光），这两种眩光效应有时分别出现，但多半是同时存在着。对室内光环境来说，控制不舒适眩光更为重要，只要将不舒适眩光控制在允许限度内，失能眩光也就自然消除了。

二、宿舍的天然光环境
（一）、天然光概述
在采光设计中，我们提到天然光往往是指天空光。它是建筑采光的主要光源。
以天然光作为光照条件，有以下几个特点：
1、节能，符合生态环境可持续发展的要求。
2、天然光的光质好，形成的照明质量高，视觉效果好，不易导致视觉疲劳（见图1，其中，η为人眼辨别率，曲线1和2分别表示天然光和人工光）。
3、天然光是太阳辐射的一部分，它具有光谱连续且只有一个峰值的特点。这样的光谱是人们生理和心理上长期感到舒适满意的重要因素。
4、设计难度大。气候条件变化多端，对天然采光的设计有很大的制约，另外，建筑物的朝向布局等对天然采光设计也有很大影响。
5、应用受到时间地点的限制。北京地处温带地区，气候温和，天然光很丰富，为我们充分利用天然光提供了有利条件。
（二）、学生宿舍的天然采光
1、建筑的朝向
影响建筑采光最重要的一个因素是朝向，以南向最佳，东南、西南次之，北向最差。
我们居住的学生宿舍10＃，东西成一字形，朝向如下：

南北朝向的房间数量差不多，两边房间采光差别非常大。南边的宿舍由于是正南朝向，一天中的绝大部分时间阳光能够直射入室内，室内采光系数很高；而北边整天除早晚可能有阳光入射，其余没有阳光的直射，室内很阴暗，对同学的身心健康不利。
2、窗的采光
（1）窗的采光，可分为侧窗采光和天窗采光两种。
侧窗可用于任何有侧墙的建筑内。这是最常见的采光形式，侧窗采光的一大特点是，照度沿房间进深衰减很快，分布很不均匀，故只能保证一定进深的照度。
天窗可用于任何有屋顶的场所内，由于它位于屋顶上，在开窗面积、形式、位置方面受限制较少，故室内照度从分布或数量上都较易掌握，采光效率高，室内照度好，但它只能用于单层建筑或多层建筑的顶层。
（2）我们的学生宿舍，采取在外墙开大面积侧窗的方式。如图3（对朝南房间进行分析）

（图3 侧窗采光效果图）
上图是一个标准朝南宿舍侧窗采光的示意图，较高处太阳和较低处太阳分别表示夏季和冬季正午太阳的位置，高度角分别为73.27度和26.73度。经过计算，AC=0.75m,即夏季太阳光只能直射窗台下很小范围； BC=5.04m>4.5m，也就是说，冬季整个室内的地面都可以得到太阳的直射，这样说明1m的窗台设计是比较合理的。
（3）由于是侧窗采光，靠近窗户的会比较亮，而靠近门一侧比较暗，这种情况在夏季尤为明显。而且，夏天太阳高度角较大，发光强度大，所以直射入室内的太阳光比较强烈，使室内照度很不均匀。为了改善照度，我们可以在窗外侧加一遮阳棚，防止日光直射入室内，然后在窗台上放一反光面，让太阳光从反光面反射到室内的天花板上，再漫射到室内，这样白天室内不开灯也能满足一般的要求。在过渡季和冬季，由于日光比较柔和，且可以射入整个房间，为了增加室内光照和温度，可将遮阳棚收起。此措施一个附加条件是要求天花板的反射率应该比较高。

三、宿舍的人工光环境
（一）、人工光环境概况
天然光具有很多优点，但它的应用受到时间地点的限制。建筑物内不仅在夜间必须采用人工照明，在某些场合，白天也需要人工照明。人工照明的目的是按照人的生理、心理和社会的需求，创造一个人为的光环境。人工照明主要可分为工作照明（或功能性照明）和装饰照明（或艺术性照明）。前者主要着眼于满足人们生理、生活和工作上的实际需要，具有实用性的目的；后者主要满足人们心理上、精神上和社会上的观赏需要，具有艺术性的目的。在考虑人工照明是，既要确定光源、灯具、安装功率和解决照明质量等问题，还需要同时考虑相应的供电线路和设备。
正常使用的照明系统，按其灯具的布置可分为四种照明方式：一般照明、分区一般照明、局部照明、混合照明。
（二）宿舍的室内人工光环境
1、在晚上室内照明决定了光环境质量，目前旧楼的室内照明如下图所示。
学生宿舍的人工照明为两盏62lm的日光灯，两个日光灯管沿房间深度方向一条线布置。灯到桌子的距离约为1.70m,灯罩的角度为45度，宿舍桌子为720×720＝0.5m2，所以，两盏灯都开着的情况下，一张桌子的平均照度约为60lx，严重不符合国际上的推荐照度（200～300lx），灯管布置不适合学习。由于灯管距离桌面比较高，如果要让桌面达到一般学习的照度要求如200lx，就要求提高灯管的功率，这一方面会造成能源浪费，同时太亮的灯管容易产生眩光，对同学的健康造成不良影响；如果降低灯管的高度，一方面会造成上铺同学行动的不方便，同时会导致屋内四壁昏暗，给人比较压抑的感觉，而且空间照度差别太大，引发眩光，导致视觉疲劳。所以，我们的宿舍提供了一些插座，这样同学们学习时可以打开台灯，增大照度。
2、同时，我们注意到，宿舍的灯管布局存在的一个问题：灯管布置过于靠近外窗，一般说来白天的时候当屋内照度较差时，只需要打开靠近门的一个灯即可以满足需要；而夜间，即使打开两个灯，靠近门区域的照度有时候也难以满足，所以两个灯管靠门布置更会好一些。

小结：总的来说，我们所居住的学生宿舍10＃，还是基本能够满足我们的活动要求的。但有些地方仍需改进。期待正在建设中的大石桥学生公寓在室内光环境方面有所改善。

参考文献：《建筑环境学》，中国建筑工业出版社，金招芬，朱颖心
《建筑光环境》，清华大学出版社，詹庆旋
《建筑光环境设计》，水利水电出版社，高履泰
《建筑采光和照明设计》，重庆建筑工程学院，杨光睿，罗茂羲
关于宿舍的一些数据：清华大学档案馆
（第7页，共7页）