教室健康照明設(shè)計(jì)要求

庹元科 傅劍峰

中機(jī)中聯(lián)工程有限公司（重慶 400039）

0 引言

當(dāng)前，青少年近視與亞健康問(wèn)題引起了學(xué)校與社會(huì)的廣泛關(guān)注。大量研究表明，不良的學(xué)習(xí)與生活習(xí)慣是造成該問(wèn)題的主觀(guān)原因，不健康的光環(huán)境是重要的客觀(guān)原因。文章基于相關(guān)研究文獻(xiàn)與規(guī)范，結(jié)合實(shí)際，闡述了教室健康照明設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)選取原由、具體參考設(shè)計(jì)值及燈具選取與安裝要求。

1 研究背景

1.1 青少年近視

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)7～12歲小學(xué)生、13～15歲初中生、16～18歲高中生及19～22歲大學(xué)生的視力不良率分別為45.71%、74.36%、83.28%和86.36%。我國(guó)學(xué)生近視率呈上升趨勢(shì)，嚴(yán)重影響青少年的身心健康，成為學(xué)校和社會(huì)關(guān)注的重要公共衛(wèi)生問(wèn)題。有待通過(guò)制定并強(qiáng)化國(guó)家強(qiáng)制的工程與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范、監(jiān)督、管理市場(chǎng)，保護(hù)青少年視力健康[1-2]。

導(dǎo)致青少年近視的因素很多，但現(xiàn)有研究認(rèn)為主要包括以下三個(gè)方面：（1）遺傳原因；（2）不良的學(xué)習(xí)與生活習(xí)慣，如過(guò)度使用電子產(chǎn)品、不良的閱讀及書(shū)寫(xiě)習(xí)慣等均容易導(dǎo)致近視；（3）生活與學(xué)習(xí)光環(huán)境影響，光照環(huán)境不佳會(huì)引起并容易加快近視，甚至?xí)l(fā)眼部疾病。在上述方面中，光照環(huán)境影響是造成近視的主要客觀(guān)原因，而青少年每天有超過(guò)一半的時(shí)間處在教室光照環(huán)境中，因此科學(xué)、健康的教室照明設(shè)計(jì)成為維護(hù)青少年健康、預(yù)防近視的重要手段[3]。

1.2 青少年亞健康

亞健康是介于健康與疾病之間的一種臨界狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，身體沒(méi)有明顯的病理特征，而是以持續(xù)、反復(fù)發(fā)作的疲勞為主要癥狀表現(xiàn)，同時(shí)伴有軀體疼痛、睡眠障礙等心理或身體癥狀。青少年長(zhǎng)時(shí)間處于亞健康狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致人體免疫功能?chē)?yán)重下降，表現(xiàn)有憂(yōu)郁、焦慮、疲勞、學(xué)習(xí)效率下降、適應(yīng)能力差、人際關(guān)系緊張等。

導(dǎo)致青少年亞健康的原因較多，如學(xué)習(xí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、生活不規(guī)律、學(xué)習(xí)壓力過(guò)大等。精神不振與焦慮、憤怒及健忘等是青少年亞健康的典型情緒反應(yīng)。適宜的室內(nèi)光照環(huán)境對(duì)調(diào)節(jié)人體情緒與生理狀況具有積極作用，光照環(huán)境對(duì)亞健康的改善主要體現(xiàn)在生理節(jié)律調(diào)節(jié)與心理壓力緩解兩個(gè)方面。同時(shí)，光照環(huán)境能顯著影響人的情緒。光照環(huán)境會(huì)影響與情緒高度相關(guān)的激素分泌，進(jìn)而影響人的情緒與精神狀態(tài)，合理的人工照度及色溫等環(huán)境可對(duì)人的情緒改善起到積極作用。研究并改善青少年的亞健康狀況，優(yōu)化其生活學(xué)習(xí)環(huán)境的照明設(shè)計(jì)，對(duì)促進(jìn)青少年身心健康具有重要意義[2]。

2 教室健康照明的設(shè)計(jì)要求

2.1 桌面水平照度、照度均勻度、色溫

目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）要求教室課桌面照度＞300 lx。蔡建奇等[3]認(rèn)為該照度要求是以白種人為參考標(biāo)準(zhǔn)制定的，而中國(guó)人在生理特征上與白種人存在顯著的生理結(jié)構(gòu)差異（中國(guó)人的瞳孔比白種人的小），中國(guó)人的色素耐光性遠(yuǎn)高于白種人的色素耐光性，這種人種差異造成了中國(guó)人的眼瞳孔的入光量較白種人的需求更高。根據(jù)他們團(tuán)隊(duì)5年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，500～600 lx的桌面水平照度最適于中國(guó)人眼生理特性。

重慶大學(xué)健康照明研究團(tuán)隊(duì)關(guān)楊等[2]分別在實(shí)驗(yàn)室、教室等場(chǎng)所中完成了在人工光條件下光譜、光強(qiáng)影響大學(xué)生生理、心理指標(biāo)的系列實(shí)驗(yàn)，包括不同光源、光譜、光強(qiáng)、不同色溫下的視覺(jué)實(shí)驗(yàn)，以及學(xué)習(xí)效率-疲勞實(shí)驗(yàn)、腦電波實(shí)驗(yàn)等。多個(gè)實(shí)驗(yàn)均表明，在4 000 K左右的中間色溫組合500～750 lx的高照度下，人的學(xué)習(xí)效率與大腦皮層的興奮性最強(qiáng)。

牛萍娟等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，良好的光照環(huán)境和合適色溫會(huì)對(duì)注意力、學(xué)習(xí)疲勞程度等產(chǎn)生積極影響，并對(duì)視力的調(diào)節(jié)及預(yù)防近視有積極作用。實(shí)驗(yàn)用9種不同LED測(cè)試環(huán)境（不同色溫和照度）下的照明環(huán)境，進(jìn)行了學(xué)習(xí)效率、雙眼調(diào)節(jié)力和生理指標(biāo)參數(shù)測(cè)試，同時(shí)結(jié)合主觀(guān)評(píng)價(jià)，得出理想的工作和學(xué)習(xí)照度和色溫為500 lx、4 500 K的結(jié)論。

綜上所述，適宜教室的最佳照度和色溫為500 lx、4 000～5 000 K，而教室內(nèi)課桌面上照度的水平均勻度應(yīng)不低于0.8。

2.2 垂直照度

相關(guān)文獻(xiàn)研究得出，當(dāng)垂直照度在300～600 lx時(shí)，人眼舒適度較高，垂直照度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)造成一定的不舒適[5]。

2.3 黑板照明設(shè)計(jì)

最新團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》（T/JYBZ 005—2018）要求黑板平均照度≥500 lx。蔡建奇等[3]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，教室黑板照度應(yīng)在500～750 lx，照度均勻度應(yīng)≥0.85。

2.4 燈具安裝和眩光抑制

燈具采用吊桿安裝方式，按教室縱向（燈具長(zhǎng)軸垂直于黑板）均勻布置，燈具距課桌垂直距離m應(yīng)≥1.7 m。若設(shè)有吊扇，燈具出光面應(yīng)低于吊扇。燈具安裝示意圖如圖1所示。

黑板燈具不應(yīng)在教師站姿眼位處產(chǎn)生眩光，不應(yīng)布置在教師站在講臺(tái)水平視線(xiàn)45°仰角以?xún)?nèi)位置，即圖1所示虛線(xiàn)范圍外。燈具與黑板平行間距d宜≤0.8 m，距黑板上緣距離h宜＞0.2 m。

圖1 燈具安裝示意圖

照明設(shè)計(jì)時(shí)，還可采用下列措施防止和減少眩光：（1）教室內(nèi)普通照明不應(yīng)采用直接敞開(kāi)式燈具或者遮光角＜30°的普通格柵燈具或點(diǎn)光源燈具；（2）限制燈具出光口表面發(fā)光亮度；（3）房間設(shè)置窗簾防止直接眩光；（4）黑板表面由耐磨無(wú)光澤的材料制成，以防止眩光。

2.5 閃爍、頻閃

2020年實(shí)施的《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348—2019）指出了頻閃的危害，輕則導(dǎo)致視覺(jué)疲勞、偏頭痛，降低工作效率，重則導(dǎo)致工傷。

電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 1789—2015定義了照明產(chǎn)品頻閃的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括頻閃指數(shù)（Flicker Index,FI）和頻閃比率（Percent Flicker,PF）。其中，頻閃指數(shù)是指一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)超出平均值的光輸出部分除以總的光輸出部分，即頻閃指數(shù)=面積1/(面積1+面積2)；頻閃比率則指一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)光輸出最大值A(chǔ)和最小值B的差與光輸出最大值和最小值之和的比，即頻閃比率=100(A-B)/(A+B)，如圖2所示。

圖2 頻閃指數(shù)和頻閃比率

IEEE Std 1789—2015文件中，將頻閃風(fēng)險(xiǎn)分為幾個(gè)等級(jí)，其中區(qū)域1為無(wú)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)，區(qū)域2為低風(fēng)險(xiǎn)級(jí)，區(qū)域3為不能被接受等級(jí)，如圖3所示。

圖3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

對(duì)燈具，則要求在額定電壓下工作時(shí)，光輸出波形的頻閃比率限值不高于一定的限值，如表1所示?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51348—2019）規(guī)定長(zhǎng)時(shí)間視覺(jué)工作場(chǎng)所內(nèi)的照明光源頻閃指數(shù)應(yīng)≤10%的取值。

表1 頻閃比率限值要求

2.6 光生物安全性與燈具參數(shù)選擇

光輻射主要通過(guò)光化學(xué)和熱輻射對(duì)人體皮膚、眼睛前表面以及視網(wǎng)膜產(chǎn)生損害。對(duì)皮膚輕則產(chǎn)生紅斑，重則導(dǎo)致皮膚癌；對(duì)眼睛可導(dǎo)致視網(wǎng)膜炎、角膜灼傷、視網(wǎng)膜灼傷及白內(nèi)障等。其中，藍(lán)光危害是LED照明中公眾關(guān)注度最高的一種光輻射危害，藍(lán)光是白光LED不可缺少的組成部分，能對(duì)人體視網(wǎng)膜造成光化學(xué)損傷。研究表明，藍(lán)光會(huì)影響人的睡眠，導(dǎo)致白內(nèi)障術(shù)后的眼底損傷等危害。對(duì)青少年長(zhǎng)期學(xué)習(xí)的教室開(kāi)展光生物安全健康照明評(píng)價(jià)，降低照明環(huán)境對(duì)青少年的負(fù)面影響，設(shè)計(jì)與改造教室的健康照明是社會(huì)的緊迫需求，也是目前光生物安全研究的重點(diǎn)課題[6]。

合理選擇燈具參數(shù)，可通過(guò)控制光源亮度、減少眩光等減輕光輻射危害。國(guó)內(nèi)對(duì)燈具光生物危害的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步根據(jù)燈具光生物安全相關(guān)的參數(shù)完善了一整套光危害檢測(cè)的測(cè)量評(píng)價(jià)方法?！稛艉蜔粝到y(tǒng)的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）是由全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等同轉(zhuǎn)化了CIE S 009/E:2002標(biāo)準(zhǔn)而制定的，其中6.1節(jié)規(guī)定了燈具的光生物安全性等級(jí)。2018年實(shí)施的《普通照明用LED產(chǎn)品光輻射安全要求》（GB/T 34034—2017）確立了LED產(chǎn)品光輻射安全評(píng)估以及光輻射危害分類(lèi)的一般原則。

教室是學(xué)生長(zhǎng)期停留的場(chǎng)所，雙端熒光燈照明燈具應(yīng)符合照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）規(guī)定的無(wú)危險(xiǎn)類(lèi)，LED照明燈具應(yīng)符合照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通照明用LED產(chǎn)品光輻射安全要求》（GB/T 34034—2017）規(guī)定的豁免類(lèi)。

3 結(jié)論

（1）教室照明質(zhì)量應(yīng)符合照明標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定，如表2所示。（2）燈具不應(yīng)采用直接敞開(kāi)式燈具或者遮光角＜30°的普通格柵及點(diǎn)光源燈具，安裝要減少眩光，防止頻閃效應(yīng)和閃爍現(xiàn)象。（3）熒光燈照明燈具與LED照明燈具均應(yīng)符合照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 照明標(biāo)準(zhǔn)值