[高等教育]人因工程 课程设计 图书馆照明.doc

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1、课程设计说明书设计题目：_专业： 班级_设计人： 山 东 科 技 大 学2011年1月13日课程设计任务书学院 _ 专业 班级_ 姓名 _一、 课程设计的题目：_ 二、 课程设计主要参考资料：（1） （2） （3） 三、 课程设计主要解决的问题（1） （2） （3） 四、课程设计相关附件（如：图纸、软件等）：（1） （2） 五、任务发出日期： 课程设计完成日期： 指导教师签字： 系主任签字 ： 指导教师对课程设计的评语 指导教师签字： 年 月 日山东科技大学学生课程设计目 录摘要 1十四号楼简介 2照明设计的重要性 5应用的基本原理 7教室的照明环境设计 19图书馆的照明环境设计 23电子阅览

2、室照明环境设计 30设计总结与心得体会 3234摘要根据人因工程理论的研究表明工作现场的照明对于操作人员的工作效率具有重要的影响。科学合理的照明环境可以显著的提高操作人员的工作效率，这一理论也同样适用于学生的学习，因此教室的照明环境的研究也就成为一个研究的课题，本次课程设计主要根据人因工程中人-机-环境三者构成的系统，从光的物理特性，人的视觉特性，十四号楼照明环境和照明标准等方面分析入手，以人为本，对十四号教学楼的教室、图书馆、电子阅览室三个场所进行照明环境设计，寻求最适合学生阅读学习的照明条件。 关键字：教室，图书馆，电子阅览室 照明环境设计1十四号楼简介 十四号楼是学生上课学习的主要场所，

3、分为东西两个主楼。其中，东楼主要是学生上课的主要场所，分为6层，里面有能容纳100人的小教室和容纳200人的多媒体教室，每个教室都配有投影仪和电脑。西楼主要是普通的自习室，图书馆和电子阅览室。图书馆有藏书20万多册，阅览座位880多个。实行藏、借、阅一体的开放式服务。电子阅览室每年可供利用的全文外文电子期刊约10000余种，全文中文电子期刊8千多种，图书馆分为一层和二层一层的布局结构为： 北部为社会科学借阅区，社科阅览区收藏马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、哲学、宗教、社会科学总论、政治、法律、经济、文化、科学、教育、体育、语言、文字、文学、历史、地理等大类的图书。 南部为自然科学借阅区，收藏

4、工业技术（包含矿业工程、石油天然气工业、冶金工业、金属学与金属工艺、机械仪表工业、武器工业、能源与动力工程、原子能技术、电工技术、无线电电子学、电信技术、自动化技术、计算机技术、化学工业、轻工业、手工业等）、交通运输、航空航天、环境科学、安全科学类的图书。 西部为旧书阅览区。 中部为计算机技术、外文原版借阅区；二层的布局结构为： 北部是报刊阅览室。南部是图书样本、教材、工具书、过刊阅览室，工具书收藏了各类中外文参考工具书及检索工具书，包括字典、辞典、百科全书、大全、手册、年鉴、图谱，以及专利、国家标准等等。 西部是电子阅览室，供读者查阅各种网络资源，获取教学和科研所需的相关信息，检索网络版全文

5、期刊数据库及各类视频、音频学习资源。图1：十四号教学楼外观2.照明设计的重要性照明对学习工作的影响，尤其表现在照明不好的情况下，人会很快的疲劳，工作效率低、效果差。照明条件不好，由于反复努力辨认，造成视觉疲劳。眼睛疲劳会引起视力下降、眼胀、头疼以及其他疾病，影响健康。不同照度下，看书后眼睛疲劳可以通过眨眼次数的变化来说明，如表1：表1照度/Lx101001000最初及最后5min阅读眨眼次数/次35-6035-4636-39最后5min眨眼次数增加百分数（%）71.531.48.3 改善照明不仅可以减少视觉疲劳，而且也会提高学习效率。因为提高照度值可以提高识别速度和主观视觉，从而提高学习效率和

6、准确度，下图表示了生产率、视疲劳与照度的关系：图2根据生理和心理方面的研究表明，照明会影响人的情绪，影响人的一般兴奋性和积极性，从而也影响了工作效率。昼夜光线条件的变化，在很大程度上决定着24内的生物周期。一般认为，明亮的房间令人愉快，如果让被试者在不同照度的房间中选择工作场所的话，一般都选择比较明亮的地方。在做无序很大视觉努力的工作时，改善照明也可以提高工作学习效率。眩目的光线使人感到不愉快， 被试者都尽量避免眩光和反射光 许多人还喜欢光从左侧投射。 总之，改善工作环境的照明，可以改善视觉条件，节省工作时间，提高工作质量，保护视力，减轻疲劳，提高工作效率，减少差错，有助于提高工作学习的兴趣，

7、改进工作环境。3.应用的基本原理3.1.光的物理性质 关于光的波动性理论认为，光是一种电磁辐射被。电磁波的波谱范同极其广泛，其中人眼所能感受到的电磁波长为380一780nm，这个范围的光叫可见光。在可见九个，不向波长的光所呈现的色彩依次是：红、侵、黄、绿、青、蓝、紫。只含单一波长成分的光称为单色光，包含两种以上成分的光标为复合光。复合光给人眼的刺激呈混合色，所有可见波长混合起来则产生白色。 发光物体，由其所辐射的光谱成分，引起眼睛的色彩视觉，不发光物体，在一定光谱成分的光源照射下，因反射某些成分的光谱并吸收其余部分的光谱同样引起眼睛的色彩感觉。自然界中的不同景物，在日光照射下，由于反射了可见光

8、谱中的不同成分而吸收其余部分，从而引起眼睛的不同色彩感觉。可见，色彩感觉取决于眼睛对可见光谱午的不同成分有不向视觉效果的功能，又取决于光源所含的光谱成分。总之，眼睛的色彩感觉是在主观(眼睛的视觉功能)和客观(物体属性与照明条件的综合效果)相结合的系统中所发生的生理物理过程。3.2光的度量3.2.1光通量光通量是最基本的光度量，它可定义为单位时间内通过的光量，是用国际照明组织规定的标准人眼视觉特性(光谱光效率函数)来评价的辐射通量，单位为流明(1m)。利用光电管可测量光通量。人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不

9、同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。例如，当波长为55510-7米的绿光与波长为6510-6米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。光通量的单位为“流明”。光通量通常用来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。所以度量单位采用依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。3.2.2发光强度 发光强度简称光强，是指光源发出并包含在给定方向上单位立体角内的光通量，常用来描述点光源的发光特性。光强与光通量之间的关系由下式表示式小 I光强，单位为坎德拉(cd)光通量(1m)； 立体角(球面度，Sr)。3.2.3亮度 指发光面在指定方向的发光强度与发

10、光B的平面上的投影面积之比，亮度的单位为坎德拉每平方米(cdm2)，亮度的定义式为：在垂直于所取方向越大而在该方向看到的发光面积越小，则看到的明亮程度越高，即亮度越大：这里的发光而可以是直接辐射的点光源，也可以是被光照射的反射面而或透射面。亮度可用亮度计直接测量。3.2.4照度 照度是被照面单位面积上所接受的光通量，单位为勒克司(1x)。照度的定义式为：E照度(1x)；Q光通景(1m)；S受照物体表面面积(m2)。一点光源照射到某一物体表面时式中 E照度(1x)； 受照物体表面法线与点光源照明方向的夹角； d受照面与点光源之间的BP离(m)； I点光源发光强度(cd)o 上式表明：受点光源照明

11、的物体垂直面卜的照度与光源和受照面之间的距离的平方成反比，与光源的发光强度成正比c由此可知，增加或减少点光源的光强度、改变受照物体与光源的距离、调整光源与受照体之间的夹角，均是改善受照物体表面照度的有效途径。测定上作场所的照度，可以使用光电池照度计。工作场所内部空间的照度受人工照明、自然采光以及设备布置、反射系数等多方面因素的影响，应该考虑选择什么地方作为测定位置。一般站立工作的场所取地面上方85cm，坐位工作时取40cm高。为了了解照度的分布情况，应求等照皮曲线，即表示照度相等处连线。测定方法有两种；一是连续移动照度计，测定出某一照度值的等照度点，然后将其连线；二是任意选择许多点测定，由其照

12、度求出等照度曲线。无论哪种方法，都必须考虑测定时刻和测定时天气的状况。3.3视觉特性3.3.1 明暗视觉与色彩视觉 人的眼睛具有明暗视觉和色彩视觉；色彩视觉是明视觉过程，它产生于锥状细胞的红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，大脑根据三种光敏细胞的光通量的比例决定人眼的色彩视觉。3.3.2 明适应与暗适应 适应是视觉适应周围环境光线条件的能力。当外界光线亮度发生变化时，人眼的感受性也随之发生变化，这种感受性对刺激发生顺应性的变化叫做适应。适应分暗适应和明适应。 人从明亮环境进入黑暗环境时，视觉逐步适应于黑暗环境的过程叫暗适应。在这种情况下，人眼的感受性是随时间慢慢增高的。在黑暗中停留近10min，适应

13、能力能达到一个稳定水平，停留25min后，能达到完全适应的80；完全适应大约需要经过3550min。当完全适应时，人的视觉敏锐度有极大的增强。 人从黑暗环境进入明亮环境时，视觉逐步适应于明亮环境的过程叫明适应。明适应发生在由黑暗环境进入明亮环境的时候。刚开始时人眼不能辨别物体，要经过几十秒的时间才能看清物体，这种过程叫做明适应。明适应的过程是人眼感受性随时间慢慢降低的过程。开始几秒钟内感受性迅速降低，大约30s以后降低变得缓慢，完全适应大约需经过60s以后。 急剧和频繁的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，故室内照明要求均匀而稳定。最常见的照度不均匀现象是工厂的机床工作面和它的周围环境。由于

14、机床上附设的小灯在工作面上形成高照度，而在其他地方仅由车间上空的照明灯作一般照明，或者在照度上相差悬殊，工作时操作者不仅要注视加工零件，也需转视他处，这就出现了适应现象。工作面和它周围环境的照度差愈大，影响视力愈厉害，愈易造成视疲劳，并影响到工作效率、工作质量和安全。因此，在改善照明时必须夸虑这一视觉特性。此外，出入口的照明和道路的照明管理，也必须注意到视觉的适应性。3.3.3调 节 调节是视觉适应观察距离的能力。眼睛不动时，对准的物体在眼前12m的地方由这个位置射入的光束大体处于视网膜的中央部位。当观察距离更近的物体时，要求睫状肌收缩，使晶状体有更大曲率。在对准很远的某一点时，调节是借助于晶

15、状体曲率的缩小来达到的。从远处向近处瞄准目标时，需05s一15s。对频繁改变观察距离，不断变换瞄准目标的作业，改善照明条件有助于扩大调节范围，提高调节的准确性，增加照明能够提高不向距离上的辨认速度，并且能使作业者减少疲劳。对视觉紧张作业，常从近处向远处瞄准，也会减轻视疲劳。 由于晶状体曲率可以在一定范围内调节，在看得清楚的目标不断向近处移动时，开始感到不清楚的位置称为调节近点。注视目标愈接近这一点，愈易引起视疲劳。因此，视觉工作距离不应短于32调节近点。3.3.4 视角与视野 视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。视角大小与观察距离及被看物体上的两端点的直线距离有关。参看书本

16、2的52页。 视野是指头部和眼球不动时，眼睛观看正前方所能看到的空间范围。视野常以视角来表示。双眼视野最大视角从水平注视点向上约550，向下约650，向左向右各约900。视觉只有在离注意点20的范围内最敏锐。中心视角600范围内为适宜视野，作业时主要视觉显示安置在这个区域内最为恰当。头部不动，眼球转动，视角可达1200。头部和眼球都转动时，视角可扩大到2200。 视觉信息的感知受视野范围的限制。视野范围狭小会直接影响工作效率和发生安全事故。许多作业要求保证作业者的视野范围，如备类驾驶员的选拔就应检查视野范围。照明条件与视野范围有密切关系照明充分，周边视网膜才能辨认清楚物体，从而能够扩大视野。光

17、线微弱，则视野变得狭小。3.3.5 视 度 物体具有一定的亮度，才能在视网膜上成像，引起视觉感觉。这种视觉感觉的清楚程度称为视度。为了改善视觉条件，需要考虑影响视度的因素。 (1)适当的亮度 物体具有定亮度，是在视网膜上成像引起视觉的基本条件。人眼感觉到的主观亮度与刺激物的亮度的对数成正比，故物体亮度愈大，视网膜上像的照度愈高，感到物体愈亮，看得愈清楚，疲劳感愈少。试验表明，物体亮度为110-5cdm2时人眼就能感觉到：当亮度增加到l10-4cdm2时达到最大灵敏度，即可看到最小的东西。亮度超过此值，由于刺激眼睛，不能适应，灵敏度反而下降。 (2)物体的尺寸 视力是评价眼睛分辨细小物体的能力。

18、同样大小的物体，距眼睛近时容易看得清楚。距离眼睛同样远时，物体越大就越看得清楚。人们用视角来代表物体的大小和远近。物体的视角越大，愈看得清楚，这是因为此物体在视网膜上所形成的像愈大。能够分辨两点的最小视角的倒数叫做视力；这就是日常街量眼睛的视力标准。在一定距离上要求人们看清的目标，一定要保证必要的目标尺寸。 (3)物体和背景的亮度对比 眼睛能够辨别背景上的对象，必须具备下列两个条件之一，即（1）对象与背景颜色不同，或者（2）在亮度上有一定的差别，也就是有一定的亮度对比。人能辨别对象与背景的最小亮度差叫做临界亮度差、它与背景亮度之比叫做临界对比，视力较好的人临界对比约为0.01。临界对比的倒数称

19、为对比灵敏度。对比灵敏度大的人能辨别愈小的亮度对比。对象与背景的对比与临界对比相差愈大，视度愈高。如物体较亮，背景稍暗，视为最好，反之，若背景比物体亮，则视力会显著下降。 照明很差，尤其是缺乏阴影或亮度差，可能引起虚假的视觉现象，可能歪曲被感知的物体，对于判断重要信息产生不良影响。工作场地适当的照明会促进正确的知觉，有助于避免工作中的错误。3.3.6亮度阀限当背景亮度Lb近似为0，而观察目标又足够大，该目标形成的视角不小于30度时，眼睛能是识别的最低亮度称为视觉的绝对亮度阀限。实验证明，当观察目标发射或反射、投射出的光是具有连续光谱的白光，则视觉的绝对亮度阀限约为10-6 cd/m24.教室的

20、照明环境设计目前教室照明主要存在的问题1、教室照明并没有很好地参照国家标准配置灯具。安装,维护质量不理想。2、教室内灯具分布不合理, 造成同一教室桌面照度均匀度差 （北教室照度差则更大）。3、新建学校,教室亮度太高。而老学校教室灯管老化后，亮度严重下降，但没能得到及时更换。4、朝南教室白天太阳光直射学生桌面, 严重影响教室的视觉环境, 等等。众所周知,学生视力下降,近视率上升,是诸多因素综合作用的结果。但是,除原发性因素外,用眼过度疲劳则是引发近视的主要因素了。在正常用眼状态下,照明条件合理与否,直接影响用眼的疲劳程度。由于近视现象是一种渐变的过程, 很难从某一短时间的统计得出确切的结果。但是

21、,从对已出现近视现象的学生观察、统计, 他们以每年100 度的速度加深,己是普遍共识了。目前十四号楼教室的光源分布是现在普遍采用的照明方式，如图四：图3这种设置情况在教室的前排和教室的后排只有很少量的光线达到，而在教室的中部由于各个光源的光照交叉分布光照强度远高于教室内的其他区域。在这种光照环境中会出现两种情况：一种是在教室的前后左右光照不足，影响这一区域内学生的学习。另一种情况是，在教室的中心区域，也就是模拟分布图的峰值区域，光照过强同样会影响学生的正常学习，造成视力损伤。只有界于教室四周和教室中心区域的中间地带的部分光照可能会较为适宜（具体情况还要取决于光源的强度，可能出现的情况还有中间光

22、照适宜，其他区域光照不足的情况等）。具体问题如图4。区域1经常性光线不足区域3光线过强影响学习 图4对原先的灯光布置进行改善，如图5：图5经过改善后的教室照明光线得到了均匀的分布，同时为防止太阳光直接照在桌面上,学校南向教室必须安装窗帘。多媒体教室更应该换成深色窗帘，以创造较低照度的环境, 教室中所显示图像与背景反差合适, 才能得到视力舒适状态。5.图书馆的照明环境设计5.1一般要求（1）图书馆中主要的视觉作业是阅读、查找藏书等。照明设计除应满足照度标准外，应努力提高照明质量，尤其要注意降低眩光和光幕反射。（2）阅览室、书库装灯数量多，设计时应从灯具、照明方式、控制方案与设备、管理维护等方面考

23、虑采取节能措施。（3）重要图书馆应设置应急照明、值班照明或警卫照明。应急照明、值班照明或警卫照明宜为一般照明的一部分，并应单独控制。值班或警卫照明也可利用应急照明的一部分或全部。（4）图书馆内的公用照明与工作（办公）区照明宜分开配电和控制。（5）对灯具、照明设备选型、安装、布置等方面应注意安全、防火。5.2阅览室照明5.2.1照明方式阅览室一般可采用一般照明方式或混合照明方式。面积较大的阅览室宜采用分区一般照明或混合照明方式。阅览室照明方式如图所示。图6： 阅览室照明方式示意图（a）一般照明方式（b）分区一般照明方式（c）混合照明方式当采用分区一般照明方式时，非阅览区的照度，一般可为阅览区桌面

24、平均照度的1/31/2。当采用混合照明方式时，一般照明的照度宜占总照度的1/31/2。5.2.2光源与灯具的选择（1）光源选择。阅览室宜采用荧光灯照明，应注意选择优质镇流器，如采用优质电子镇流器或低噪音节能型电感镇流器，要求更高的场所宜将电感镇流器移至室外集中设置，防止镇流器产生噪声干扰。（2）灯具选择如下。1）宜选用限制眩光性能好的开启式灯具、带格栅或带漫反射罩、漫反射板等型灯具。2）灯具格栅及反射器不宜选用全镜面、高亮度材料，宜用半镜面、低亮度材料。3）宜选用蝙蝠翼式光强分布特性的灯具。4）选用的灯具应与室内装修相协调。5.3.3灯具布置灯具布置对照明效果有一定影响。阅览室内照明灯具布置的

25、一般原则：（1）灯具不宜布置在干扰区内，否则易产生光幕反射。干扰区示意图见图1，干扰区即为容易在作业上产生光幕反射的区域。灯具如能布置在阅读者的两侧（单侧时宜为左侧），对桌面形成两侧（或左侧）投射光，如图2所示，效果更好。图7：干扰区示意图图8： 灯具布置在阅读者两侧（2）为减少直接眩光的影响，灯具长边应与阅读者主视线方向平行，一般多余外侧窗平行方向布置。（3）面积较大的阅览室，条件允许时，宜采用双管或多管嵌入式荧光灯光带或块形布灯方案，其目的是加大非干扰区，减少顶棚灯具的数量，增加灯具的光输出面积，降低灯具的表面亮度，提高室内照明质量。（4）阅览室多采用混合照明方式。阅览桌上的局部照明也宜采

26、用荧光灯。局部照明灯具的位置不宜设置在阅读者的正前方，宜设置在左前方，以避免产生眼中的光幕反射，提高可见度。5.4对书库照明的一般要求（1）书库照明中，视觉任务主要发生在垂直表面上，书脊处的垂直照度宜为200lx。（2）书架之间的行道照明应采用专用灯具，并设单独开关控制。开架书库设有研究厢时，应在研究厢处增设局部照明。5.4.1.灯具选择（1）书库照明一般采用间接照明或者具有多水平出射光的荧光灯具，对于珍贵图书和文物书库应选用有过滤紫外线的灯具。（2）书架间行道照明的专用灯具宜具有窄配光光强分布特性。灯具在横向（A-A方向）应尽量减少3060区域内的光强分布，提高下部书架的垂直照度，一般宜使I

27、0/I30=1.53式中 I0-灯具在0方向上的光强值（最大值）（cd）； I30-灯具在30方向上的光强值（cd）。 （3）书库灯具一般安装高度较低，应有一定的限制眩光措施，开启式灯具保护角不宜小于10，灯具与图书等易燃物的距离应大于0.5m。（4）书库灯具不宜选用锐截光型灯具，否则辉仔书架上部产生阴影。也不宜采用无罩的直射灯具和镜面反射灯具，因为它能引起光良书页或光亮印刷字迹的反射，干扰视觉。5.4.2灯具安装方式书架行道照明专用灯具一般安装在书架间行道上空，多为吸顶安装，有条件可嵌入式安装，灯具安装在书架上形成一体，具有较大的灵活性，但应采取必要的电气安全防护及防火措施。开架书库及阅览室

28、内的单侧排列的书架，可采用非对称光强分布特性的灯具向书架投射照明，此种安装方式，不仅可使书架照明取得良好的效果，也不会对室内的阅读者产生眩光干扰。7.电子阅览室照明环境设计 电子阅览室是学生上机阅读书籍资料的场所，相比普通阅览室要更为严格，设计时应避免在视觉显示屏上出现灯具、窗等高亮度光源的影像，可采用以下措施抑制。（1）选用适宜的灯具。灯具应具有在其下垂线50角以上区域内的亮度不大于200cd/。具有蝙蝠翼式光强分布特性的灯具，一般可满足上述要求。由于限制了灯具在a=50以上区域的亮度，在屏幕上不会产生反射眩光和映像。操作员也不会感到直接眩光。（2）合理布置屏幕、高亮度光源（灯具、采光的窗与

29、门等）和操作人之间的相对位置，应使操作人看屏幕时，不处在或接近高亮度光源在屏幕的镜面反射角上。电子阅览室是学生上机阅览书籍的地方，对于光线的要求更应该合理，相比普通阅览室，电子阅览室的照明条件应该更加明亮阅览室的灯光设计，不仅要考虑到了灯光和自然光的合理调配，还要考虑到了电子阅览室内各种设备、家具的光学效果，使其获得最佳的功能。墙壁选用了舒适的浅色，天花板采用的是不反射光的材料来建造，减少可能产生的强光。灯具的设置是根据阅览室的大小而定的，灯光柔和，避免过强或过弱的亮度均会造成读者视觉的疲劳或视力的损伤。8.结束语这次课程设计，我对工业工程有了更新的认识，对工业工程的意识有了更深的体会，在设计过程中，通过翻阅书籍，询问老师以及在网上查找资料，我不仅学到了许多课本上没有的知识，同时也锻炼了发现问题解决问题的能力，十四号楼的照明设计虽然只是一个小的课题，但是这次课程设计的心得体会，我将会运用到以后的生活和工作中去，在以后的工作实践中将IE的知识更好的融汇，最后，感谢老师的指导。参考文献：【1】 人因工程 郭伏 钱省三【2】 几种照度计算方法的比较和改进 李运江等 2003【3】 工业工程网 百度网【5】 照明优化方案浅谈 汪钢