【教室智慧照明】高校教室智慧照明研究
摘 要:本文针对高校教室存在照度不达标、照度均匀度不合适、亮度不足、人少灯全亮、人走灯仍亮和照度不能自动调节等现象。同时为提高阶梯教室照明质量、照明智能化程度,提出一种智慧照明改善方案。通过优化灯源和灯具布局,以光敏传感器检测室内照度与人数、设置多种场景模式。最后应用DIALux仿真,验证了方案的可行性。
关键词:阶梯教室;照明质量;智慧照明;DIALux
中图分类号:TP393 文献标志码:A
0 引言
优质的照明环境不但可以减轻视觉疲劳,同时能提高教学效果,以满足师生的照明舒适性需求。智慧照明应具备以下典型的特点:照度、照度均匀度、统一炫光值等参数符合国家标准;照度值可以根据需要自行调整;区域内的人数变化能够准确检测;灯具的开启与关闭能够实现手动模式与自动模式的综合利用;场景模式能根据需要自由切换。
1 照明现状分析
以我院综合实训楼108阶梯教室为研究对象,经查阅土建档案资料并实际测量确定108阶梯教室室内参数为15.55m(长)×15m(宽)×4m(高),教室共分为7级台阶,2~6级台阶大小为15m(长)×2m(宽)×0.
1m(高),1级台阶大小为15m(长)×3.3m(宽)×0.1m(高),7级台阶大小为15m(长)×2.25m(宽)×0.1m(高)。依据《照明测量方法》(GB/T 5700—2008),分区域选择课桌桌面、讲台、黑板为对象,设定桌面中心為数据采集点,用照度仪测量室内桌面、讲台、黑板的照度。照度单位:勒克斯(Lx)。
分析桌面照度测试值可知。最小照度值Emin=162 Lx,最大照度值Emax=317 Lx,平均照度值Eave=269.42 Lx,照度均匀度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=162/269.
42=0.6。桌面照度值大于等于300 Lx,集中分布在中间区域的4~10排,约占室内面积30%,其他区域照度值均小于300 Lx。分析黑板、讲台的照度测试值可知,黑板最小照度值Emin=68 Lx,最大照度值Emax=83 Lx,平均照度值Eave=76.
2 Lx,照度均匀度值U0=最小照度值Emin/平均照度值Eave=68/76.2=0.89。讲台最小照度值Emin=123 Lx,最大照度值Emax=127 Lx,平均照度值Eave=124.4 Lx。
教室使用的灯源为三雄·极光,T5高效节能荧光灯(三基色),功率28W,色温6500K,光通量2600Lm。《建筑照明设计标准》 (GB 50034—2013)规定:教室桌面照度标准值为300 Lx,照度均匀度为0.6,黑板照度标准值为500Lx,照度均匀度为0.7。教室内色温3300K~5300K,色表为“中间”。
研究可知,课桌桌面照度值仅30%区域达到规定值;讲台桌面平均照度值只达到规定值的40%;黑板平均照度值远远低于规定值。灯源色温的色表为“冷”不符合要求。教学过程受到不同程度的影响,中后排部分学生看不清黑板字迹,前排部分学生感受的眩光效应明显,因而不能集中注意力学习,同时日常管理中存在人工启停开关麻烦现象,“人走灯依亮”、“人少灯全亮”的浪费现象。
2 智慧照明研究
教室智慧照明需满足教学的使用性、视觉性和舒适性、引导学生把注意力集中到教学演示区域、节能、照度自动调节、开关控制智能化、适应不同场景模式等要求。
2.1 改变光源和灯具布局
为提高桌面与黑板照度值,应用DIALux多次调试,采用直接照明方式。确定LED面板灯(产品编号PS120320K,照明电流3600Lm,功率20W)为桌面灯具,垂直于课桌面、平行于外窗排列;射灯为黑板专用灯具(OPPLE 140047716,照明电流3600Lm,功率18W),平行于黑板排列,照射黑板所反射出来的光应避开进入学生眼内,因此经过计算确定黑板专用灯具与黑板的水平距离不应该大于2.
2m,使学生和教师不受黑板反射眩光的干扰。
采用DIALux软件进行灯光照度仿真,通过DIAlux的造型功能建立教室模型,并为座椅、侧墙和端墙选择合适的材质,导入灯具配光曲线的IES文件,仿真计算。结果显示,教室课桌面平均照度达到316Lx,最小照度286Lx,最大照度380Lx,照度均匀度0.9。黑板平均照度达到504Lx,最小照度475Lx,最大照度520Lx,照度均匀度0.94。数据符合标准,满足了教师与学生对灯光使用性、舒适性需求。
2.2 设置场景模式
教学投影开启模式:此模式教师使用PPT展示教学内容、播放视频、演示教学软件,同时在黑板上书写要点;学生利用课桌面在书本上做笔记、勾画重点;二者均需优质的照明环境,为避免眩光效应,投影仪上方黑板专用照明灯具关闭,课桌第1~4排靠近投影仪处区域灯具照度值调节为200Lx,远离投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx,教学其他区域照度设定为300Lx。
教学投影关闭模式:此模式教师只在黑板上书写教学内容、展示的知识点繁多;离黑板15m的学生也要能看清黑板字迹,并能在课桌面做笔记、勾画重点;同样二者均需优质的照明环境。因此将靠近投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx,靠近投影仪处区域灯具照度值调节为300Lx,远离投影仪处黑板专用照明灯具照度值调节为500Lx,其他区域照度设定为300Lx。
学生自习模式:此模式满足学生利用个人电脑浏览网页、查阅资料、下载文献,在课桌面教材或笔记本记录资料的需求。无须开启黑板灯具,因此学生桌面对照度要求不高设定为300Lx。
会议讲座模式:教室能容纳近两百余人,常用于教学会议、学术讲座等中型活动。此模式显著特点为引导听众把目光集中在演讲席。演讲席照度调节为300Lx,听众区域照度调节为150Lx。
2.3 区域人数、照度检测
选择光敏三极管检测教室内光照度,判断是否需要开灯;选择热释电红外传感器采集教室内人数,确定哪部分灯具需要开启,达到适用节能的目的。4种传感器在某教室的分布如下:①和③为光敏三极管,分别安装在黑板斜上方左侧和右侧,通过选择不同的场景模式,判断黑板专用照明灯的开启或关闭;②为光敏三极管,安装在教室内,检测教室内的光照度,②同时嵌入红外传感器,检测教室内哪部分有人,决定相对应区域灯的通断情况。
④为光敏三极管基于不同场景模式,调节④处附近灯光的照度值。
2.4 通信控制技术
利用GPRS网络传输基于Zigbee无线传感器汇节点数据的完整无线网络设计,网络采用星型或MESH网状网络拓扑和需求时唤醒Zigbee模块的通信方式,系统的主控模块采用80C51单片机,在无线通信模块的有效通信距离内,将各教室内的Zigbee节点信息通过上位机传递到照明控制回路。
结语
智慧照明通过改善照明质量,保证师生对灯光的舒适性要求。智慧照明通过改善照明质量,保证了师生对灯光的舒适性要求,节约了用电成本,为新校区的照明建设提供了技术支持。
参考文献
[1]胡娅娅,李亚亚.基于物联网的教学楼照明自动控制系统研究[J].河北北方学院学报(自然科学版),2017,33(3):47-51.
[2]胡华鑫.基于DIALUX的动车组客室灯光照明仿真[J].机械工程师,2017(3):112-113.
[3]黄香琳.基于物联网的高校教室智慧照明方案研究[J].灯与照明,2015,39(4):17-20.
