本文通過對大量燈具樣品以及教室照明現場數據的採集和整理，並進一步的分析教室燈具與教室照明、黑板燈具與黑板照明之間的內在關係，燈具配光和現場照明之間的關係。
關鍵詞：教室；黑板；照度；照度均勻度
現代教育中人們對青少年的視力問題越來越重視，所以如何科學的用眼健康也是一個必要的科研課題，其中教室作為學生學習環境中最重要的一個地方，科學的布置一個良好的光環境是非常重要的。
一、現階段國內教室照明要求
目前在國內，我們一般採用國家標準GB 50034《建築照明設計標準》中的相關於學校教室照明的條款，作為對教室照明是否合理的一個判定依據。在這個標準中對學校裡常見的教室類型分別提出了不同的要求（詳見下面表格）。
表1 教室照度限值
二、教室燈具與教室照明
為使教室光環境達到一個良好水平，我們需要做的工作主要包括兩個部分：一、選擇合理的燈具，這裡合理的意思是指燈具效率高、眩光質量等級高、配光曲線形狀合理；二、進行科學的設計分析，根據不同的教室環境進行燈具安裝，最終使整個教室的光環境達到建築設計相關標準的要求。
我們在選擇燈具時主要參考以下幾個關鍵數據：
1、燈具的效率。燈具的效率簡單的說就是整個燈具所發出的光通量佔燈具所有光源所發出光通量的百分比。它是衡量一個燈具是否節能的一個重要參數，燈具效率越高說明燈具越可以有效的利用光源的光通量；相反效率越低，就是越浪費能源。
2、燈具的配光形狀。一般的小格柵燈具的配光形狀都是餘弦配光，我們所測試的燈具中大部分都是餘弦配光（如圖1），這種燈具最大光強基本是在燈下，光通量都比較集中在燈下部分，射向旁邊的光強很低。想要達到標準要求的那種較高的照度均勻度只有增加使用的燈具數量才可以，否則就會出現教室亮暗間隔，照度均勻度偏低的情況。另外還有一種格柵較大的燈具，配光形狀可以做成蝙蝠翼配光（如圖2）。這類燈具最大光強不在燈下點，以圖2為例該燈具最大光強就在45°方向上，這種燈具相對與餘弦配光燈具來說，可以使較大的區域內的照度均勻度達到較高的水平。
3、燈具的眩光質量等級。從測試的結果可以看到小格柵燈具的眩光質量等級普遍好於大格柵燈具。小格柵燈具一般都可以在500lx≤使用照度≤1000lx時，達到 A級，而大格柵燈具則多數只是在300lx≤使用照度≤500lx時，達到 A級。
大格柵燈具和小格柵燈具各有優缺點，在教室安裝時如何選擇合適的燈具成了關鍵。標準中規定普通教室的照度平均值要達到300lx以上，這個對於兩種類型燈具都是很容易達到的要求，通過大規模測試後的數據統計，絕大多數教室的照度平均值都超過300lx，不合格教室佔總測試教室數量比例不超過2%。大格柵燈具特點是：均勻性好，可以在功率密度相對較低的情況下達到照度值和照度均勻度的最低要求，但是眩光偏高；小格柵燈具特點是：眩光控制好，但是均勻性較差，達到照度值和照度均勻度的最低要求所需要的功率密度值偏高。如何在達到平均值300lx以上的同時確保照度均勻度在0.7（注1）以上、功率密度在9W/m2（注1）以下。筆者認為可以以小格柵燈具為基礎同時降低單個燈具的功率，就是使用單管小格柵燈具。在相同的功率密度情況下燈具數量可以增加一倍，燈具多了就更容易達到均勻度要求，同時小格柵本身眩光質量等級高，不會因為燈具數量的增加使UGR值增加太多。
三、黑板燈具與黑板照明
相對與教室燈具，我們更加需要重視的黑板的照明，黑板燈具的難度相對教室燈具來說難度更加高，一般情況下採用兩個單管螢光燈作為教室黑板的照明燈具，而且黑板燈安裝位置、高度相對都比較固定，黑板的上下兩個邊距離黑板的距離差距很大，如何在這種條件下使黑板的照度水平達到高要求，是一個很大的問題。下面我們就用一個具體的實例來說明：
圖3教室燈安裝側面圖（注2）
如上圖3所示，為該黑板燈具在一個教室安裝的具體尺寸圖，通過計算我們可以得到從燈具中心到黑板的最上沿和最下沿兩條直線的夾角約等於35°。如果黑板燈具的絕大部分光輸出能集中在一個40°-45°夾角內的話，我們就可以最大程度的利用燈具發揮最大作用。如圖4所示就是一個能夠合理分配光輸出的黑板燈具配光曲線圖，從圖中我們可以看到在該燈具270°-0°的方向上絕大多數光通量都集中在300°到345°這個區域範圍內（我們以50%最大光強的兩條光線夾角計算），而且在靠近300°附近光輸出要比靠近340°附近光輸出要少。根據圖3相關尺寸計算，黑板燈具距離黑板下沿的距離基本上是到黑板上沿距離的1.75倍，所以射向黑板下沿部分的光輸出要更多一些，這樣在黑板上的照度才會比較均勻。
圖4
如果黑板燈具設計的不夠合理，安裝好以後就會出現幾種情況:
1、光輸出過於集中，導致黑板的中心部分太亮而周邊部分太暗，照度的均勻度就會不合格。如圖5，該燈具的270°-0°的方向上光輸出也很集中，但是過於集中了。該燈具的光輸出基本上在30°範圍內，很難照顧到整個黑板的上下沿，必定會出現一端過低黑板均勻度不合格的情況。
2、燈具的配光過於分散，中心光強不突出，所以造成黑板上沿太亮下沿太暗的情況，也不符合要求。如圖6，該燈具270°-0°和0°-90°光強變化不明顯，射向黑板上沿和黑板下沿的光強基本相同，安裝前面我們估算的距離1.75倍，根據照度、距離、光強三者之間的關係可以計算得出照度上差距是3倍左右。這樣最終得到的照度均勻度在0.5左右很難達到0.7的要求。
3、燈具的配光形狀符合要求，但是光源總光通量過低導致整個黑板的平均照度連最低標準500lx的要求都達不到。
圖5
圖6
四、結論
1、教室燈具的種類很多，沒有絕對好與壞的區分，關鍵是要把燈具和最終的使用場所結合起來，合理使用燈具才能發揮燈具的最大特點，揚長避短，做到既提高照度又降低能耗。
2、黑板燈具要在設計階段就考慮到燈具的光強分布，要把光反射到需要它地方去。黑板燈具的燈具效率還不能真正反映出燈具實際的使用效果，還要看它的50%最大光強角大小是否合理。
[參考文獻]
[1] 《光源原理與設計（第二版）》，周太明 周詳 蔡偉新編著，復旦大學出版社 2006年12月第二版第一次印刷；
[2] GB 50034-2004建築照明設計標準；
[3]上海市中小學校教室專用燈具及現場照明技術要求（2009年修訂版）
注1：本文中的部分數據限值取自《上海市中小學校教室專用燈具及現場照明技術要求（2009年修訂版）》。
注2：本文中把燈具均作為點光源考慮。
本文摘自《上海教育技術裝備》報2016年第11期