安全人機工程課程設(shè)計--- 教學(xué)樓教室照度值適用分析與改進設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　課 程 安全人機工程學(xué) </p><p>　　題 目 教學(xué)樓教室照度值適用分析與改進設(shè)計 </p><p>　　院 系 安全與環(huán)境工程系 </p><p>

2、;<b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1. 前言 1</b></p><p>　　2. 理論依據(jù) 1</p><p>　　2.1常用的光學(xué)物理量1</p><p>　　2.1.1光強度 2</p><p><b>　　2.1.

3、2照度2</b></p><p>　　2.2照明質(zhì)量指標(biāo)3</p><p>　　2.2.1光源的色溫與顯色性3</p><p><b>　　2.2.2眩光3</b></p><p>　　2.2.3合理的照度和照度的均勻性4</p><p>　　2.2.4照度的穩(wěn)定性5<

4、;/p><p>　　3. 實測數(shù)據(jù) 6</p><p>　　4. 改進設(shè)計 9</p><p><b>　　4.1照度值9</b></p><p>　　4.1.1 照度值的人機分析9</p><p>　　4.12 照度值的改進方法10</p><p>　　4.2

5、 基于人機工程的照明布局的分析和改進10 </p><p>　　5. 結(jié)束語 13</p><p>　　6. 參考文獻 14</p><p>　　教學(xué)樓教室照度值適用分析與改進設(shè)計</p><p>　　安全工程專業(yè)安本0902班 馬陳陳</p><p>　　[摘要] 通過對我校教學(xué)樓的各

6、主要區(qū)域的照度值進行隨機抽樣測量，用數(shù)理統(tǒng)計的方法處理數(shù)據(jù)，對其進行可行性分析，然后運用安全人機工程學(xué)的基本原理和方法，考慮人的視覺特點及光照條件對人心理的影響，提出符合人機工程學(xué)的改進設(shè)計，使教學(xué)樓的光照條件符合人的生理和心理需求，為廣大師生提供一個良好且健康、合理的工作和學(xué)習(xí)環(huán)境。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 人機工程； 照明度 ； 照明設(shè)計 ； 視力健康</p><p&g

7、t;　　Academic Building of the Illuminance Values Apply to the Extent of Analysis and Improved Design</p><p>　　[ABSTRACT]: Through the floor of my school teaching all the major regions of random illuminatio

8、n value measurement, using the methods of mathematical statistics to deal with data, analysis of their feasibility, and then use the security of the basic principles of ergonomics and methods, considering human visual ch

9、aracteristics and illumination conditions on the psychological impact of proposed improvements in ergonomic design, so that building in line with the light of the physiological and p</p><p>　　[KEYWORDS]: S

10、ecurity person machine project ； Illumination ； </p><p>　　Lighting design ；Visual health</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　教學(xué)樓是師生進行教學(xué)的主要場所，良好的照明是保證良好教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率的必備條件之一。對于

11、保護師生視力有著重要的作用。</p><p>　　教學(xué)樓照明設(shè)計的理念是為老師和學(xué)生工作學(xué)習(xí)創(chuàng)造最佳的視覺環(huán)境，改善教與學(xué)的工作條件，保護師生用眼健康。據(jù)新華社報道，據(jù)衛(wèi)生部、教育部聯(lián)合調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2004年我國學(xué)生近視發(fā)病率達60%，患病人數(shù)達6000萬，居世界之首。北京同仁醫(yī)院提供的數(shù)據(jù)顯示，我國小學(xué)生的近視率為20.23%，初中生的近視率為48.18%，高中生的近視率為71.29%，大學(xué)生的近視率為73.

12、01%，有些地區(qū)的近視率甚至高達90%多，近視人數(shù)居世界之首。亞洲國家注重教育，學(xué)生刻苦，加上照明設(shè)施欠佳，導(dǎo)致亞洲地區(qū)的近視率大大高于西方。不僅學(xué)生近視的度數(shù)逐年遞增，而且隨著近視度數(shù)所造成的眼底變化也逐漸加劇，導(dǎo)致視網(wǎng)膜剝離、失明等情況的發(fā)生率也越來越高，嚴(yán)重影響學(xué)生今后的人生發(fā)展。</p><p>　　教室照明品質(zhì)不良是導(dǎo)致學(xué)生近視的重要因素之一，學(xué)生長時間在教室里從事用眼活動，良好的照明環(huán)境有助于保護學(xué)生

13、的視力健康。日本視覺學(xué)者大山正曾做過實驗，證明人在安靜且光線適度的情況下，較易產(chǎn)生閱讀、工作、看書報的欲望。相對的，在微弱散亂的光線下，人的精神無法集中，且令人坐立不安，學(xué)習(xí)、工作的效率降低，時間持續(xù)性變短，且極易出現(xiàn)疲勞的現(xiàn)象。由此可見，光照條件對于學(xué)習(xí)動機和眼睛的健康有很大的影響。</p><p><b>　　2.理論依據(jù)</b></p><p>　　照明是人們生

14、活和工作不可缺少的條件，良好的照明有利于人們的身心健康，保護視力，提高勞動生產(chǎn)率及保證安全生產(chǎn)。照明又能對建筑進行裝飾，發(fā)揮和表現(xiàn)建筑環(huán)境的美感，因此，照明已成為現(xiàn)代建筑中重要的組成部分之一。以下是一些與照明有關(guān)的基本概念。</p><p>　　2.1常用的光學(xué)物理量</p><p>　　光是能引起視覺的輻射能，它以電磁波的形式在空間傳播。光的波長一般在一類是以電磁波或光的能量作為評價基準(zhǔn)

15、來計量，通常稱為輻射量；另一類是以人眼的視覺效果作為基準(zhǔn)來計量，通常稱為光度量380～780nm范圍內(nèi)，不同波長的光給人的顏色感覺不同。描述光的量有兩類：。在照明技術(shù)中，常常采用后者，因為采用以視覺強度為基礎(chǔ)的光度量較為方便。</p><p><b>　　2.1.1光強度</b></p><p>　　簡稱光強，是指單位立體角內(nèi)的光通量，以符號Ia表示，是表征光源發(fā)光能

16、力大小的物理量。</p><p><b>　　Ia=dΦ/dω</b></p><p>　　式中 ω——給定方向的立體角元；</p><p>　　Φ——在立體角元內(nèi)傳播的光通量，lm；</p><p>　　Ia——某一特定方向角度上的發(fā)光強度，cd（坎德拉）。</p><p>　　光強度的單位

17、為坎德拉，單位代號為cd，它是國際單位制中的基本單位。</p><p><b>　　2.1.2照度</b></p><p>　　被照表面單位面積上接收到的光通量稱為照度，用E表示，單位為勒克斯（lx），是表征表面照明條件特征的光度量。</p><p><b>　　E=Φ/S</b></p><p>

18、　　式中 S——被照表面面積，m2；</p><p>　　Φ——被照面入射的光通量，lm。</p><p>　　1勒克斯相當(dāng)于每平方米面積上，均勻分布1lm的光通量的表面照度，所以，可以用lm/m2為單位，是被照面的光通密度。</p><p>　　1lx照度量是比較小的，在這樣的照度下，人們僅能勉強地辨識周圍的物體，要區(qū)分細小的物體是困難的。</p&

19、gt;<p>　　為對照度有一些感性認識，現(xiàn)舉例如下：</p><p>　?。?）晴天的陽光直射下為10000lx，晴天室內(nèi)為100～500lx，多云白天的室外為1000～10000lx；</p><p>　?。?）滿月晴空的月光下約0.2lx；</p><p>　　（3）在40W白熾燈下1m遠處的照度為30lx，加搪瓷罩后增加為73lx；</p

20、><p>　?。?）照度為1lx，僅能辨識物體的輪廓；</p><p>　?。?）照度為5～10lx，看一般書籍比較困難，閱覽室和辦公室的照度一般要求不低于50lx。</p><p><b>　　2.2照明質(zhì)量指標(biāo)</b></p><p>　　2.2.1光源的色溫與顯色性</p><p>　　光源的發(fā)

21、光顏色與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度不同時，光源發(fā)出光的顏色是不同的。因此光源的發(fā)光顏色常用色溫這一概念來表示，所謂色溫是指光源發(fā)射光的顏色與黑體（能吸收全部光輻射而不反射、不透光的理想物體）在某一溫度下發(fā)射的光的顏色相同時的溫度，用絕對溫標(biāo)K表示。</p><p>　　光源的顯色性是指光源呈現(xiàn)被照物體顏色的性能。評價光源顯色性的方法，用顯色指數(shù)表示。光源的顯色指數(shù)越高，其顯色性越好。一般取80～100為優(yōu)，50～79為一般

22、，當(dāng)小于50為較差。</p><p>　　光源的色溫與顯色性都取決于輻射的光譜組成。不同的光源可能具有相同的色溫，但其顯色性卻有很大差異；同樣，色溫有明顯區(qū)別的兩個光源，但其顯色性可能大體相同。因此不能從某一光源的色溫作出有關(guān)顯色性的任何判斷。</p><p>　　光源的顏色宜與室內(nèi)表面的配色互相協(xié)調(diào)，比如，在天然光和人工光同時使用時，可選用色溫在4000～4500K之間的熒光燈和氣體光源

23、比較合適。</p><p><b>　　2.2.2眩光</b></p><p>　　眩光是由于視野中的亮度分布或亮度范圍不合適，或存在極端的對比，以致引起不舒適感覺或降低觀察細部或目標(biāo)的能力的視覺現(xiàn)象。眩光對視力的損害極大、會使人產(chǎn)生暈眩，甚至造成事故。眩光可分成直接眩光和反射眩光兩種。直接眩光是指在觀察方向上或附近存在亮的發(fā)光體所引起的眩光。反射眩光是指在觀察方向上

24、或附近由亮的發(fā)光體的鏡面反射所引起的眩光。在建筑照明設(shè)計中，應(yīng)注意限制各種眩光，通常采取下列措施：</p><p>　?。?）限制光源的亮度，降低燈具的表面亮度。如采用磨砂玻璃、漫射玻璃或格柵。</p><p>　?。?）局部照明的燈具應(yīng)采用不透明的反射罩，且燈具的保護角（或遮光角）≥30°；若燈具的安裝高度低于工作者的水平視線時，保護角應(yīng)限制在10°～30°

25、之間。</p><p>　?。?）選擇合適的燈具懸掛高度。</p><p>　?。?）采用各種玻璃水晶燈，可以大大減小眩光，而且使整個環(huán)境顯得富麗豪華。</p><p>　?。?）1000W金屬鹵化物燈有紫外線防護措施時，懸掛高度可適當(dāng)降低。燈具安裝選用合理的距高比。</p><p>　　2.2.3合理的照度和照度的均勻性</p>

26、<p>　　照度是決定物體明亮程度的直接指標(biāo)。在一定的范圍內(nèi)，照度增加可使視覺能力得以提高。合適的照度有利于保護人的視力，提高勞動生產(chǎn)率。</p><p>　　照度標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于照明數(shù)量和質(zhì)量的規(guī)定，在照明標(biāo)準(zhǔn)中主要是規(guī)定工作面上的照度。國家根據(jù)有關(guān)規(guī)定和實際情況制訂了各種工作場所的最低照度值或平均照度值，稱為該工作場所的照度標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)是進行照度設(shè)計的依據(jù)，《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》</p>

27、<p>　　GB50034-2004規(guī)定的常見民用建筑的照度標(biāo)準(zhǔn)（lx）見表2.1。</p><p>　　表2.1 常見民用建筑的照度標(biāo)準(zhǔn)（lx）</p><p>　　除了合理的照度外，為了減輕因頻繁適應(yīng)照度變化較大的環(huán)境而對人眼所產(chǎn)生的視覺疲勞，室內(nèi)照度的分布應(yīng)該具有一定的均勻度，照度均勻度是指工作面上的最低照度與平均照度之比值。《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2004規(guī)

28、定：室內(nèi)一般照明照度均勻度不應(yīng)小于0.7，而作業(yè)面鄰近周圍的照度均勻度不應(yīng)小于0.5。房間或場所內(nèi)的通道和其他非作業(yè)區(qū)域的一般照明的照度值不宜低于作業(yè)區(qū)域一般照明照度值的1/3。</p><p>　　2.2.4照度的穩(wěn)定性</p><p>　　為提高照明的穩(wěn)定性，從照明供電方面考慮，可采取以下措施：</p><p>　?。?）照明供電線路與負荷經(jīng)常變化大的電力線路分

29、開，必要時可采用穩(wěn)壓措施。</p><p>　?。?）燈具安裝注意避開工業(yè)氣流或自然氣流引起的擺動。吊掛長度超過1.5米的燈具宜采用管吊式。</p><p>　?。?）被照物體處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)的場合，需避免頻閃效應(yīng)。</p><p><b>　　3.教室實測數(shù)據(jù)　</b></p><p>　　測量器材：卷尺 JD-3

30、型光照度計</p><p>　　測量對象：卷尺測量教室燈管距桌面高度，桌面距地面高度，照度計測得教學(xué)樓各區(qū)域照度值。</p><p>　　測量目的：具體的數(shù)據(jù)來說明、分析教學(xué)樓的照度值的適用程度，從而為下一步的改進措施的提出提供有利的測量數(shù)據(jù)。</p><p>　　教學(xué)樓的照明包括正常照明和疏散照明，這里主要是通過對教學(xué)樓各部分的照明條件的測量來分析目前教學(xué)樓照度值

31、的適用程度。</p><p>　　圖3-1為測量教室相關(guān)位置的示意圖</p><p>　?。ㄓ覉D中 1—10 分別為十個測點）</p><p>　　表3-1為隨機選取的幾間教室的測量數(shù)據(jù)，為白天燈具全開時的測量結(jié)果。</p><p>　　表3-2則為晚上隨機選取教室的測量結(jié)果（燈具全開）。</p><p>　　注：表3

32、-1與表3-2中 藍色 數(shù)據(jù)表示測量點上方日光燈為雙管亮，紅色 數(shù)據(jù)表示測量點上方日光燈不亮，其他數(shù)據(jù)的測量點上方的日光燈為單管亮。</p><p>　　圖3-2為我校教室燈具正下方仰視圖。</p><p>　　分析兩表中數(shù)據(jù)可知，白天靠近窗戶處光線充足，照明條件良好，靠門側(cè)照度條件稍降低，晴朗的白天教室照明條件完全達到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。晚上教室照明條件明顯不足，照度值基本上只有100~150（l

33、x），即使是雙燈管日光燈下的照度也最高達到250（lx）左右，與《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2004中的學(xué)校建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值相比，相距甚遠。這對晚自習(xí)的學(xué)生們的視力健康非常不利。</p><p><b>　　學(xué)校建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值</b></p><p>　　對學(xué)校教學(xué)樓的走廊及樓梯的照度值進行測量，照度值達到30~60（lx），基本上達到要求，疏散照明0.5（lx

34、）的標(biāo)準(zhǔn)也達到了。可見我校教學(xué)樓的照度問題主要集中在教室照明這一部分。</p><p>　　4.照度適用性分析及改進</p><p><b>　　4.1 照度值</b></p><p>　　4.1.1 照度值的人機分析</p><p>　　照度是衡量教室照明量的一項重要指標(biāo)，世界各國對于教室都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，其大小通常與各

35、國的經(jīng)濟水平、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以及電力供應(yīng)等有關(guān)，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)都為500（lx）。日本照明協(xié)會提出最舒適視力的照度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為1000~2000（lx）,眼睛不疲勞的最低照度應(yīng)為500（lx），黑板照度應(yīng)為課桌面照度的1.5倍。考慮到我國還處于發(fā)展中階段，各地區(qū)發(fā)展的不平衡，還是應(yīng)該有一個照度的范圍，如300~600（lx），以便保護學(xué)生的視力健康。</p><p>　　我校教室晚上照度嚴(yán)重不足，存在多方面因素。&l

36、t;/p><p>　?。?）教室中的雙管日光燈絕大多數(shù)都只有一根燈管亮，這就嚴(yán)重影響了教室的照度質(zhì)量，而且教室中的日光燈也不是每一盞都是好的，有些壞的日光燈長期無人修理，使得教室內(nèi)的照明條件進一步下降。所以保證教室內(nèi)的每一根日光燈管都能正常發(fā)光是改善當(dāng)前教室照明條件的快速而又行之有效的方法。</p><p>　?。?）我校教室當(dāng)前使用的日光燈管的瓦數(shù)是40W，根據(jù)我校教室照度不足的情況，可以使

37、用更高瓦數(shù)的日光燈管。</p><p>　　（3）跟據(jù)教室的照明的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7793-87)中提到的燈具距課桌面的最低懸掛高度不應(yīng)低于1.7m和結(jié)合我校實際情況，可以適當(dāng)減小燈具與可桌面間的距離。</p><p>　　4.1.2 照度值的改進方法</p><p><b>　　采用斜照型配光</b></p><p>

38、　　傳統(tǒng)教室的燈具布局可以提高照度的均勻度，減少光幕反射，但這種布局存在如下不足之處：</p><p>　　(1)光線來自視線方向的兩側(cè)，左側(cè)較理想，右側(cè)來的光則較易被人手所遮擋。</p><p>　　(2)燈的布置最好處在走道的上空，但有時比較困難。</p><p>　　為了克服以上兩個缺點，建議燈具的配光采用斜照型，如圖4-1</p><p&

39、gt;　　這樣光的照射方向基本上時來自人的左側(cè)，克服了手擋光的現(xiàn)象，與自然光的方向一致，并且也不受桌面排列的影響。</p><p>　　4.2基于人機工程的照明布局的分析和改進</p><p>　　根據(jù)研究表明，光源對目標(biāo)點的光照強度與該光源到目標(biāo)點的距離的平方成反比，與該光源的強度成正比，假設(shè)各個光源的光照強度均為一個單位。以傳統(tǒng)教室燈具布局為模型進行分析可得如下圖所示的教室照度分布示意

40、圖。</p><p><b>　　結(jié)果分析：</b></p><p>　　從圖中可以看出傳統(tǒng)的教室燈具布局使得教室內(nèi)的光照分布嚴(yán)重不均勻。可以看到，在教室的前排和教室的后排只有很少量的光線達到，而在教室的中部由于各個光源的光照交叉分布光照強度遠高于教室內(nèi)的其他區(qū)域。</p><p>　　在這種光照環(huán)境中會出現(xiàn)兩種情況：</p>&

41、lt;p>　　一種是在教室的前后左右光照不足，影響這一區(qū)域內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)。另一種情況是，在教室的中心區(qū)域，也就是分布圖的峰值區(qū)域，光照過強同樣會影響學(xué)生的正常學(xué)習(xí)，造成視力損傷。只有界于教室四周和教室中心區(qū)域的中間地帶的部分光照可能會較為適宜（具體情況還要取決于光源的強度，可能出現(xiàn)的情況還有中間光照適宜，其他區(qū)域光照不足的情況等）。</p><p>　　對于這種情況的出現(xiàn)，我們可以做如下的分析，由于區(qū)域內(nèi)同一

42、平面內(nèi)各點的光照強度是各個光源在這一點光照強度的疊加，而在教室的中心區(qū)域由于距各個光源的距離都很近所以疊加后的光照強度很高，而在四周只離其中的一個或幾個光源較近，所以疊加后的光照強度較低。</p><p>　　根據(jù)以上原因分析對于教室照明條件的改善可以基于以下兩種思路進行：</p><p>　　思路一 通過改善教室光源的分布來改善，減少照明死角和照明過分重疊區(qū)域，即圖4-3照明區(qū)域分布圖中

43、的區(qū)域1 和區(qū)域3。</p><p>　　思路二 通過適當(dāng)增加教室內(nèi)光源數(shù)量消除光照死角，并給光照不足的區(qū)域以適當(dāng)?shù)难a償。</p><p>　　根據(jù)最初的模型我們可以知道，教室四周由于得到的照度不夠光照強度很低，所以可以將光源的位置進行調(diào)整思路為向靠近教室四個角的方向進行調(diào)整，這樣一方面可以加強四個角的照度，同時可以減小中部的疊加，使教室內(nèi)的光照趨于均勻。</p><p

44、>　　根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)教室照度應(yīng)該在300~500（lx）之間，光照的強弱比應(yīng)該在1.67的水平。應(yīng)該說單純的通過改善少量光源的分布可以在一定程度上改善教室內(nèi)的照明環(huán)境，但是這種方法的改進還有一定的限制，希望進一步改變這一狀況的可行措施是增加光源的數(shù)目，根據(jù)此思路對模型進行了改進，改進后的分布如下圖：</p><p>　　對優(yōu)化后的分布方式進行教室光照模擬分析，得出如下照度分布示意圖。</p>&

45、lt;p><b>　　結(jié)果分析：</b></p><p>　　從圖中可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后的教室燈具布局可以讓教室內(nèi)各個區(qū)域的光照分布趨于平均狀態(tài)，提升了整間教室的照度質(zhì)量。這種布局是科學(xué)性與人性化的體現(xiàn)，也體現(xiàn)了人機工程中“機宜人”的理念，從而為師生的視力健康提供了保證。</p><p><b>　　5.結(jié)束語</b></p>

46、<p>　　教學(xué)樓是師生進行教學(xué)的主要場所，我們的大多數(shù)活動都要在教學(xué)樓中進行，所以教學(xué)樓中的人機接合面與人機環(huán)境的好壞與我們的學(xué)習(xí)生活息息相關(guān)。足夠的照度對教師講課效果和學(xué)生閱讀、寫字效率有很大的關(guān)系，若照度不足，長時間會引起視覺疲勞，導(dǎo)致人眼視力下降以及頭暈等心理或生理不適。本課程設(shè)計是以人機工程學(xué)為基礎(chǔ)，從以照明度為前提的教學(xué)樓中的人機結(jié)合面為出發(fā)點，考慮人的視覺特性和心理因素，對教學(xué)樓中的主要人機結(jié)合面進行測量分析，

47、進而提出相應(yīng)的改進方案，從而為師生提供一個更好的照明條件，以提高師生學(xué)習(xí)工作的效率，保護師生的視力健康。</p><p><b>　　6.參考文獻</b></p><p>　　[１].中華人名共和國建設(shè)部.建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).２００４</p><p>　　[２].張力，廖可兵主編.安全人機工程學(xué).</p><p>　　北京