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自从2002年David Berson等人发现人眼的非视觉生物效应(Cirtopic effect),光对人类生物节律作用机制和健康照明应用的研究逐渐成为当前国际研究热点之一。目前白光LED的发展势头迅猛,进入室内应用已成趋势,作为学生学习生活最主要的场所,教室光环境的优劣尤显重要,资料已经表明,采光合格教室的学生视力低下患病率明显较采光不合格教室低,而且一些采光不足地区(如重庆地区)秋冬季节还常促使学生季节性抑郁症(SAD)等心理疾病的发生。因此作为新光源的LED,对其在教室照明中的光生物安全性研究应该得到充分的重视。同时基于人们对天然光这种连续可变光谱的天然亲近性,说明健康的照明模式应该是动态的。基于以上论述,本文依托国家自然科学基金《教室光环境光生物安全性研究》(批准号:51178483),对重庆地区大学教室昼间混光环境照明模式进行了研究。 论文首先对国内外光生物效应研究动态进行综述,通过介绍国内外基于光生物效应下教室照明的研究现状,明确本文研究问题与创新方向,然后通过实地调研,找出目前重庆地区大学教室采光照明尚存在的缺陷与不足,再经过学生主观感受评价和学习效率/脑疲劳实验建立对学生主客观均具积极影响的教室昼间混光模式,最后根据调研结果和实验结论提出教室动态照明模式的方案构想。 本文主要分为三个部分:第一部分对重庆地区大学教室采光照明现状进行了详细的调查研究,其中以重庆地区秋冬季全阴天光气候下教室昼间混合光环境为重点;第二部分通过教室昼间混光照明环境下学生主观感受评价和效率/疲劳实验,找出最佳的混光模式,建立最优照明模型;第三部分:基于前两部分调研和实验所得结论,对教室采光照明措施进行讨论和总结,并结合最新LED灯具照明技术对教室动态照明的方案进行了初步设计。 调研中,通过对重庆大学数间大小、朝向、新旧、用途均不同教室进行采光和照明的物理量测量,得到室内外每小时(或半小时)的温湿度、照度、色温及色坐标等详细数值,经过计算和分析采光系数、平均照度、照度均匀度等光学参数,总结和分析了重庆地区全阴天光气候下教室昼间光环境特点,最后通过发放主观调查问卷,了解学生对教室照明的期待与建议。实验中,在重庆秋冬季全阴天昼间四个时段12种典型混光模式下分别进行了主观感受评估实验和表针法测学习效率变化实验。其中,实验一借助心理实验的语意学解析法(SD法),通过改变工作面照度(LED亮度)和LED色温来营造不同的教室混光环境,向被试发放调查问卷(语义评价量表),对问卷结果进行综合分析,最终筛选出主观评价最优的混光模式;实验二运用剂量作业试验中的时针表法对学生学习效率变化(反映脑疲劳)进行客观评测及分析,找出对提高学生学习效率最有利的混光模式,最后综合两个实验结论,得到主客观反映均较佳的昼间四时段混光模式。在动态照明方案的探讨中,分析了LED灯具在教室照明应用中的优缺点,并根据LED光源特点对动态照明控制系统方案进行设计,由于专业特点所致,此部分仅做了初步探索。 最后,本文对整个研究过程进行回顾和总结,并对教室全天候健康照明模式进行了设想和展望。