中小學(xué)教室照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究簡述

許 楠，張 昕，張明宇，霍曉蕊，謝一鳴，郭曉萍，張成銘

(1.中科院建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100086；2.清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084；3.天津大學(xué) 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；4.教育部教育裝備研究與發(fā)展中心，北京 100080)

引言

中小學(xué)教室是青少年日常學(xué)習(xí)與活動(dòng)的主要場所，我國青少年每日在校時(shí)間超過8 h，其中在教室內(nèi)活動(dòng)的時(shí)間達(dá)到在?？倳r(shí)間的70%以上[1]。教室光環(huán)境的質(zhì)量對(duì)于青少年的視力健康，以及生理、心理健康都有著直接或間接的影響[2,3]。近年來，全國各地逐步開展教室照明改造，但目前改造方式偏重?zé)艟咛鎿Q而輕視設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)教室整體光環(huán)境的綜合要素考量，單純考慮人工照明；同時(shí)，改造中所引用的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，國內(nèi)各學(xué)校教室照明的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之間也存在諸多差異。如果盲目以燈具替換為主要方式的改造可能會(huì)收效甚微，甚至走向誤區(qū)。只有制定科學(xué)的中小學(xué)教室照明標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于我國青少年兒童近視防控起到重要的技術(shù)支持作用，才能保障學(xué)校教室照明改造的品質(zhì)與效果。本文通過對(duì)近年來國內(nèi)外教室照明標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)照明研究綜述進(jìn)行分析，多角度地對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)行的中小學(xué)教室照明標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜述比對(duì)，以探討新時(shí)期下我國中小學(xué)教室照明標(biāo)準(zhǔn)和主要指標(biāo)的走向。

1 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡述

1.1 國內(nèi)教室照明標(biāo)準(zhǔn)分析

目前，涉及學(xué)校教室照明的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)從名稱上，有“標(biāo)準(zhǔn)”、“規(guī)范”、“要求”等，主要分為設(shè)計(jì)類、產(chǎn)品類、測量方法類、質(zhì)量評(píng)價(jià)類等類別，從適用范圍上可分為國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)4種，見表1。

表1 國內(nèi)主要的學(xué)校教室照明標(biāo)準(zhǔn)匯總Table 1 Summary of school classroom lighting standards at home

1.1.1 質(zhì)量評(píng)價(jià)類

《中小學(xué)校教室照明質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)》(T/SIEATA 000001—2020)對(duì)于普通教室、專用教室和公共教學(xué)用房進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)，分為AAA級(jí)、AAAA級(jí)、AAAAA級(jí)三個(gè)級(jí)別，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于照度、顯色值、眩光、均勻度也提出了更高要求。此外，在滿足視覺功效的基礎(chǔ)上更加重視健康照明和非視覺效應(yīng)，引入了視黑素等效勒克斯(EML)、眼部垂直照度的指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)是過去我國學(xué)校類照明標(biāo)準(zhǔn)中所沒有的。

1.1.2 設(shè)計(jì)類

設(shè)計(jì)類標(biāo)準(zhǔn)從專業(yè)構(gòu)成范疇上來講可分為兩類。

第一類是單純的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，僅涉及人工照明指標(biāo)，如《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求》(GB/T 36876—2018)，主要涵蓋人工照明的相關(guān)指標(biāo)，如照度、顯色性、色溫、眩光控制、燈具布置方式、燈具要求等，除了一般性的照明指標(biāo)，還對(duì)智能照明加強(qiáng)了引導(dǎo)，明確鼓勵(lì)采用調(diào)光系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)照明、照度。但是，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容未涵蓋天然光、遮陽設(shè)施、教室空間各表面的反射率、材質(zhì)特性、光源特殊顯色指數(shù)等影響教室整體光環(huán)境質(zhì)量的重要要素，難以對(duì)使用者形成全面的認(rèn)識(shí)與引導(dǎo)。

《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/JYBZ 005—2018)相對(duì)于《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)提高了均勻度和眩光值的標(biāo)準(zhǔn)，增加了色容差、教室照明功率密度的要求?！吨行W(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB 31/T 539—2020)進(jìn)一步完善了教室類型的照明指標(biāo)，在普通教室的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了各類專業(yè)教室的指標(biāo)，尤其是具有顯示終端教室提出了更為詳細(xì)的指標(biāo)，如維持垂直照度的標(biāo)準(zhǔn)值；此外引入了分級(jí)評(píng)級(jí)的指標(biāo)形式對(duì)照度、對(duì)眩光提出了基礎(chǔ)值和推薦值，對(duì)于燈具的光生物危害也提出了明確的分類控制要求。同時(shí)，關(guān)注光對(duì)人的視覺舒適度和非視覺健康影響，標(biāo)準(zhǔn)中提出了“考慮光生物效應(yīng)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，引導(dǎo)動(dòng)態(tài)照明和情景照明”。

第二類是涵蓋采光與人工照明兩個(gè)范疇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮了采光與照明的雙向重要因素，更有助于加強(qiáng)使用者對(duì)教室光環(huán)境的整體認(rèn)知，如《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50033—2013)和《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7793—2010)，主要指標(biāo)包括采光系數(shù)，但關(guān)于天然光和室內(nèi)人工照明之間的關(guān)聯(lián)未能夠充分的說明闡述，內(nèi)容不夠全面，缺乏針對(duì)各類專業(yè)教室的照明指標(biāo)。并且兩部標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布實(shí)施多年，部分指標(biāo)與參數(shù)，如燈具類型、眩光控制、顯色指數(shù)、特殊顯色指數(shù)、光生物安全缺乏相應(yīng)的指標(biāo)已難以適應(yīng)當(dāng)前需要，有待更新。

中國照明學(xué)會(huì)頒布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CIES 030—2020)在涵蓋采光和人工照明的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)了教室照明設(shè)計(jì)中天然光和人工照明之間的有機(jī)聯(lián)系，明確提出了優(yōu)先利用天然光的設(shè)計(jì)原則，提出了一系列改善天然光的設(shè)計(jì)要求，如遮陽形式、天然光照度上限(不宜高于3 000 lx)等。除普通教室外，還補(bǔ)充完善了多媒體教室、美術(shù)教室等各專業(yè)教室的照明指標(biāo)與要求。標(biāo)準(zhǔn)更加關(guān)注防止視疲勞、人性化需求等方面，加強(qiáng)了對(duì)眩光防控的要求，補(bǔ)充了更多有助于提升視覺舒適性的照明設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)者能夠設(shè)計(jì)出更高品質(zhì)的教室光環(huán)境具有積極的引導(dǎo)作用，體現(xiàn)出了以人為本的健康照明理念。

1.1.3 產(chǎn)品類

《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》(GB/T 20145—2006/CIE S 009/E:2002)對(duì)紫外危害、藍(lán)光危害、視網(wǎng)膜熱損傷等200～3 000 nm波段光生物危害進(jìn)行評(píng)估。為了防止長期受到藍(lán)光輻射的視網(wǎng)膜產(chǎn)生視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷，使用光源的光譜輻亮度與藍(lán)光危害函數(shù)加權(quán)積分后的能量，也就是藍(lán)光加權(quán)輻亮度(LB)用來界定藍(lán)光危害程度。《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全 第2部分：非激光光輻射安全相關(guān)的制造要求指南》(GB/T 30117.2—2013；IEC TR62471—2：2009)對(duì)LED光源產(chǎn)品的藍(lán)光危害進(jìn)行了安全級(jí)別分類，分為RG0(豁免級(jí))、RG1(I類，低危險(xiǎn))、RG2(II類，中等危險(xiǎn))、RG3(III類，高危險(xiǎn))。

《中小學(xué)校及幼兒園教室照明產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》(CQC 3155—2016)、《中小學(xué)校及幼兒園教室照明產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證規(guī)則》(CQC 31—465318—2016)對(duì)教室燈具的藍(lán)光危害、顏色特性、功率、初始光通量、光度特性和效能等指標(biāo)進(jìn)行了要求。

《教室用LED照明系統(tǒng)產(chǎn)品要求和測試方法》(T/CSA 050—2019)引入了視覺健康舒適度指數(shù)(VICO)，給定了VICO的標(biāo)準(zhǔn)值與測量辦法。該標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)通過評(píng)判人眼的生理功能，對(duì)照明產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)定。《LED照明產(chǎn)品視覺健康舒適度測試》(CSA035.1—2016/CSA035.2—2017/CSA035.3—2017)針對(duì)LED產(chǎn)品界定了視覺健康舒適度的量化分級(jí)以及測試流程與測試方法。

《兒童青少年學(xué)習(xí)用品近視防控衛(wèi)生要求》(GB 40070—2021)是2021年3月發(fā)布的針對(duì)兒童青少年近視防控的專項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容規(guī)定了與近視防控相關(guān)的諸多環(huán)境因素，包括教科書、教輔材料、學(xué)習(xí)用雜志、課業(yè)薄冊、考試試卷、學(xué)習(xí)用報(bào)紙、學(xué)齡前兒童學(xué)習(xí)讀物，以及普通教室照明燈具、讀寫作業(yè)臺(tái)燈和教學(xué)多媒體等兒童青少年學(xué)習(xí)用品的衛(wèi)生要求。該標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于人的用眼健康，首次提出關(guān)于一些過量光照的限制指標(biāo)，如教學(xué)多媒體顯示技術(shù)中，對(duì)如亮度、閃爍、屏幕尺寸等提出明確的指標(biāo)，并專門提出了教學(xué)多媒體設(shè)備使用時(shí)的屏幕亮度上限為400 cd/m2，更加關(guān)注防止過高亮度對(duì)青少年兒童的視力影響。在讀寫臺(tái)燈方面，明確提出了正常坐姿下，人眼觀察到的發(fā)光部件表面亮度應(yīng)不超過2 000 cd/m2的上限要求，對(duì)于防止眩光傷眼有重要指導(dǎo)作用。

1.1.4 測量方法類

《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)給出了室內(nèi)室外人工照明測量方法的規(guī)定以及測量值，教室水平面照度測點(diǎn)的選擇推薦為2 m×2 m間距?！恫晒鉁y量方法》(GB/T 5699—2017)給出室外室內(nèi)采光照度測量，采光系數(shù)、采光均勻度、窗地比等計(jì)算。《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CIES 030—2020)和《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB 31/T 539—2020)中，為了提高測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，教室桌面水平照度測點(diǎn)的選擇推薦1 m×1 m間距，有助于更真實(shí)的顯示個(gè)體課桌面的照明情況。

1.2 國外教室照明標(biāo)準(zhǔn)主要特點(diǎn)簡要分析

1.2.1 美國

由北美照明工程學(xué)會(huì)出版的ANSI/IES RP3-13《美國國家教育設(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(American National Standard Practice on Lighting for Educational Facilities)指標(biāo)屬于推薦性指標(biāo)，主要有4個(gè)明顯特點(diǎn)：

(1)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不同年齡段的用戶設(shè)置了不同的照度推薦值，小于25歲年齡段的使用者所需照度僅為65歲以上年齡段使用者所需照度的1/4，對(duì)于中小學(xué)教室可以使用其中小于25歲年齡段的推薦值[4]。

(2)充分考慮了教室功能多元化的特點(diǎn)，根據(jù)不同視覺作業(yè)的需求，設(shè)定不同的照度值，針對(duì)多媒體屏幕、投影、黑白、白板，繪畫、交流、一般上課等不同作業(yè)模式提出明確的照度推薦值。

(3)考慮到垂直面的視看需要，提出了垂直照度推薦值，如音樂教室、美術(shù)教室等。

(4)提倡燈具可以布置成多種方式，不同照明方式可達(dá)到營造環(huán)境、應(yīng)用場景及避免光幕反射的作用。

1.2.2 歐洲

由歐盟標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)出版的EN 12464—1:2011《光和照明-工作場所照明-第1部分:室內(nèi)工作場所》(Light and Lighting-Lighting of work places)為歐盟的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中提出普通教室的照度應(yīng)該是可調(diào)節(jié)的且應(yīng)考慮照度與表面反射系數(shù)的平衡。例如，其規(guī)定了墻面的照度應(yīng)大于50 lx且反射系數(shù)應(yīng)在0.5～0.8之間。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)還將作業(yè)面照度分為三個(gè)區(qū)域，即作業(yè)面區(qū)域、作業(yè)面鄰近區(qū)域(緊鄰作業(yè)面0.5 m的環(huán)形區(qū)域)和背景區(qū)域(作業(yè)面周圍3 m的環(huán)形區(qū)域)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定作業(yè)面鄰近區(qū)域的照度不得低于作業(yè)面區(qū)域照度一級(jí)，而背景區(qū)域不得低于其1/3。英國CIBSE頒布的《照明指南5-教育照明》(Lighting Guide 5：Lighting for education)是基于EN 12464—1:2011 指標(biāo)體系制定各項(xiàng)光度指標(biāo)，并且提出了更多的設(shè)計(jì)方法的引導(dǎo)，如眩光的防控與遮陽，提出設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)重視控制日光過量導(dǎo)致靠近窗戶位置的眩光，給出了15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)遮陽形式的設(shè)計(jì)方式[5]。

1.2.3 澳洲

由澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)與新西蘭標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《室內(nèi)與工作場所照明 第2.3部分：具體應(yīng)用-教育與培訓(xùn)設(shè)施》(AS NZS 1680.2.3:2008)為澳洲兩國的國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)明顯特點(diǎn)：(1)根據(jù)課程內(nèi)容的差異性，對(duì)于不同用途的教室進(jìn)行精細(xì)化劃分，其區(qū)別主要體現(xiàn)在對(duì)于照度的要求不同；(2)提出了針對(duì)不同作業(yè)功能時(shí)采用不同色溫指標(biāo)：a)對(duì)于照度不大于240 lx的空間，最好采用暖色或中間色照明；否則，冷色燈光往往會(huì)給空間帶來陰郁的感覺；b)除非需要特定的效果，否則不宜在同一房間內(nèi)使用具有不同色溫的燈。

新西蘭照明指南《設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)空間：照明》中涵蓋了較多照明設(shè)計(jì)的建議，強(qiáng)調(diào)了專業(yè)照明設(shè)計(jì)的重要性，如提出了3種照明布置方式：a)嵌入式燈具與窗戶平行布置，與日光良好融合；b)安裝半直接照明燈具，產(chǎn)生更寬、更均勻的光傳播；c)采用具有傳感器的照明控制系統(tǒng)方案可以滿足最佳成本效益。同時(shí)，該照明指南注明在教室設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)套用，而是需要專業(yè)的照明設(shè)計(jì)師完成[6]。

1.2.4 日本

日本文部科學(xué)省發(fā)布的《照明標(biāo)準(zhǔn)通用規(guī)則》(JISZ9110:2011)是日本照明行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于空間的亮暗對(duì)比有特殊的規(guī)定，目的是為了避免因亮度對(duì)比過大,學(xué)生眼睛在桌面和黑板之間往復(fù)而產(chǎn)生視疲勞，從而提出了最大、最小照度之比不大于20∶1，推薦在10∶1以內(nèi)，并給出了一個(gè)詳盡的測量和檢查辦法[7]。

表2 國外學(xué)校教室照明標(biāo)準(zhǔn)匯總Table 2 Summary of school classroom lighting standards at abroad

2 國內(nèi)外相關(guān)教室照明標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)對(duì)比簡述

影響教室室內(nèi)光環(huán)境品質(zhì)的因素諸多，本文主要針對(duì)天然光、照度水平、亮度分布、眩光控制、顯色性、色溫6方面主要指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 天然光

人們普遍認(rèn)為天然光會(huì)影響人體健康，天然光與更低的缺勤率、更少的疲勞、減輕季節(jié)性情感障礙(SAD)、減輕抑郁癥狀、改善皮膚狀況、更好的視力、對(duì)阿爾茨海默氏癥中出現(xiàn)的行為障礙的積極影響以及其他多種健康優(yōu)勢有關(guān)[8]。通過調(diào)查美國3個(gè)州3個(gè)學(xué)區(qū)的教室，數(shù)據(jù)顯示在一年內(nèi)教室里采光最多、窗戶最大的教室，學(xué)生在數(shù)學(xué)考試、閱讀考試中表現(xiàn)更好[9]。

英國、美國、澳大利亞等國家的標(biāo)準(zhǔn)首先強(qiáng)調(diào)將天然光的利用放在重要的位置，并且有多章節(jié)的詳細(xì)要求，其中包括眩光控制、有效視野、遮陽設(shè)施以及與人工照明的融合。這些標(biāo)準(zhǔn)中都指出由于學(xué)校大部分時(shí)間是在白天使用，應(yīng)首先利用天然光而將人工照明作為輔助。

但是，受天然光作用，教室內(nèi)局部課桌區(qū)域會(huì)發(fā)生光照過強(qiáng)的情況，過度的陽光進(jìn)入室內(nèi)會(huì)造成強(qiáng)烈的明暗對(duì)比，影響人的視看舒適度，并可能導(dǎo)致傷眼。采光研究權(quán)威Mardaljevic教授在定義由他自己提出的動(dòng)態(tài)采光指標(biāo)有效采光度(UDI)時(shí)將該指標(biāo)值的范圍限定為100～3 000 lx，這個(gè)照度范圍是經(jīng)過對(duì)建筑使用者的廣泛調(diào)查后提出的，超過3 000 lx則被視為可能導(dǎo)致視覺不舒適[10]。北美LEED 2009指出，在晴天空條件下，9月21日上午9點(diǎn)和下午3點(diǎn)時(shí)的天然光照度值最大不能超過5 000 lx。此外，天然光過強(qiáng)會(huì)增加室內(nèi)空調(diào)能耗，因此在充分利用天然光資源的同時(shí)，還應(yīng)該合理采用遮陽等方式有效控制過度采光[11]。動(dòng)態(tài)指標(biāo)采光閾占比(sDA)和年日照時(shí)數(shù)(ASE)已被WELL、LEED與IES標(biāo)準(zhǔn)采用，如WELL中指出，年曝光量 ASE1000，250不宜超過10%的教室面積，即：教室內(nèi)天然光曝光量達(dá)到1 000 lx且全年時(shí)間超過250 h的面積，應(yīng)小于教室面積的10%。綜合來看，動(dòng)態(tài)指標(biāo)可以更加準(zhǔn)確地描述采光水平，值得借鑒。

在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)遮陽設(shè)施(遮陽板)要求和規(guī)定內(nèi)容較少，一般是通過窗簾遮陽，且對(duì)窗簾的形式、透射率、顏色、材質(zhì)少有涉及。英國照明指南《照明指南5-教育照明》中指出遮陽設(shè)施的重要性，強(qiáng)調(diào)應(yīng)通過遮光板等設(shè)施來減少直射光線，若不被有效地遮擋，則會(huì)造成強(qiáng)烈的眩光，從而導(dǎo)致教師直接關(guān)上室內(nèi)窗簾而完全阻隔天然光。

2.2 照度水平

本文所述照度水平主要是針對(duì)學(xué)校教室的課桌面照度進(jìn)行類比，在教室照明相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中的照度推薦值有著不同的涵蓋范圍，見表3。通常，教室光環(huán)境中的照度分為天然光照度和人工光照度，兩者相互影響。我國目前實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)大都將天然光照度和人工光照度分開研究，各類標(biāo)準(zhǔn)中均未敘述兩者之間的聯(lián)系?！睹绹鴩医逃O(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(ANSI/IES RP3-13)中，指出推薦照度值是指人工照明和/或天然光。照度值是天然光照度值或混合人工照明的混合照度值，在英國照明指南《照明指南5-教育照明》中明確指出，提及的“照明”指的是天然光和人工照明。

表3 國內(nèi)外學(xué)校教室課桌面照度指標(biāo)對(duì)比(lx)Table 3 Comparison of classroom desktop illumination indicators at domestic and abroad

國外各學(xué)校照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于普通教室設(shè)定的課桌面推薦照度值基本在300 lx，個(gè)別國家如美國、澳洲略有差別，澳洲標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)與工作場所照明第2.3節(jié)：教育與培訓(xùn)設(shè)施具體應(yīng)用》(AS NZS 1680.2.3:2008)中的教室課桌面推薦照度值為240 lx。新西蘭的設(shè)計(jì)指南《設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)空間：照明》(Designing Quality Learning Spaces:Lighting)[6]提出，讀寫作業(yè)面合適的照度在300～500 lx。

《美國國家教育設(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(ANSI/IES RP3-13)中提出不同年齡段的人群，其推薦照度值不同，見表4。小于25歲年齡段的使用者所需照度僅為大于65歲年齡段使用者所需照度的1/4，并且照度推薦值為200 lx[4]，25～65歲之間的成年人的照度推薦值為400 lx，大于65歲的為800 lx?？梢娒绹鴺?biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)了針對(duì)不同年齡的人在視力上和眼睛生理結(jié)構(gòu)應(yīng)采用不同的照度標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)了眼睛狀況和照度需求之間存在必然關(guān)聯(lián)。此外，對(duì)于不同教室場景和作業(yè)模式，在水平照度基礎(chǔ)上增加了垂直照度指標(biāo)，如美術(shù)教室，規(guī)定垂直照度尤為重要，更有利于視看畫板等實(shí)際作業(yè)需求。

表4 《美國國家教育設(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(ANSI/IES RP 3-13)(節(jié)選)Table 4 American National Standard Practice on Lighting for Educational Facilities(ANSI/IES RP 3-13)

我國的各類標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于桌面水平照度基本規(guī)定在300 lx，近年來部分標(biāo)準(zhǔn)也出現(xiàn)了課桌面照度分兩級(jí)，分為300 lx和500 lx，并推薦高值，如上海地標(biāo)《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB 31/T 539—2020)、《中小學(xué)校教室照明質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)》(T/SIEATA 000001—2020)等。但是，關(guān)于水平照度值的上限值應(yīng)如何界定，缺乏明確和統(tǒng)一的規(guī)定，如《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》中提出設(shè)計(jì)照度不應(yīng)高出標(biāo)準(zhǔn)值的20%，其目的是希望照度值維持在300 lx，而不是越高越好?！渡钲谑兄行W(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/SZEEIA 001—2021)設(shè)立了照度上限值在750 lx。

2.3 亮度分布

亮度分布指的是空間中明暗變化的情況，而照度均勻度是單純考慮人工照明的均勻度，無法驗(yàn)證白天情況下教室的實(shí)際感受。由于主要學(xué)習(xí)時(shí)間是白天，只有在白天模式下考慮融合天然光的明暗對(duì)比，才能真實(shí)有效。因此本文重點(diǎn)探討天然光影響下的亮度分布。

視野的亮度分布可控制眼睛的明暗適應(yīng)水平，該水平影響工作的可見度，合理的亮度分布指標(biāo)可以保證教室空間明亮感，提高師生的視覺舒適度。而過大的亮度對(duì)比會(huì)造成眼部適應(yīng)困難或者眼部不適，如黑板亮度與課桌亮度差異大，視線往復(fù)不停調(diào)節(jié)適應(yīng)照度，處于亮度水平差異過大的環(huán)境中，視線在不同區(qū)域往復(fù)，就要不停地適應(yīng)亮度，會(huì)造成睫狀肌緊張狀態(tài)，長時(shí)間處于這種狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致睫狀肌失去彈性以致影響視力[16]、引起視疲勞，嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致不舒適性眩光。

《美國國家教育設(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(ANSI/IES RP3-13)中提出在紙質(zhì)閱讀材料和電腦顯示屏之間的對(duì)比不應(yīng)超過3倍。WELL建筑標(biāo)準(zhǔn)v1對(duì)亮度分布進(jìn)行了更為細(xì)致的規(guī)定：1)工作表面與直接相鄰表面之間的最大亮度對(duì)比，包括相鄰視覺顯示終端屏幕，表面亮度與相鄰表面亮度比不得超過3倍；2)同一房間內(nèi)工作表面與相隔較遠(yuǎn)的不相鄰表面之間的亮度對(duì)比，表面亮度與相隔較遠(yuǎn)的另一表面亮度比不得超過10倍。日本文部科學(xué)省《學(xué)校環(huán)境衛(wèi)生管理手冊》2018年版提出了課桌面和黑板面的最大、最小照度之比在10：1以內(nèi)。

國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)亮度分布指標(biāo)尚無過多闡述，僅有《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》中，規(guī)定了墻面的平均照度不宜低于工作面平均照度的30%,頂棚的平均照度不宜低于工作面平均照度的20%。此外，亮度分布受空間表面反射比影響?！吨行W(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CIES 030—2020)明確了教室各表面的適宜反射比范圍。

2.4 眩光控制

眩光是影響教室光環(huán)境質(zhì)量的主要因素，研究證明，隨著眩光強(qiáng)度增大，作業(yè)績效逐步降低[17]，長時(shí)間強(qiáng)光刺激會(huì)影響黃斑視力正常發(fā)育，與此同時(shí)造成暗適應(yīng)能力降低，都是造成近視發(fā)生的因素[18]。而且，學(xué)生上課的視看特點(diǎn)與成年人辦公視看不同，上課期間學(xué)生必須保持視線專注和定向，不會(huì)像成年人一樣目光自由，所以眩光對(duì)學(xué)生的影響作用比辦公室的成年人會(huì)更大，創(chuàng)建更低眩光環(huán)境對(duì)于教室來講是更加必要的。

如表5所示，《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7793—2010)中規(guī)定統(tǒng)一眩光值(UGR)應(yīng)小于19?！吨行W(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/JYBZ 005—2018)等標(biāo)準(zhǔn)提出UGR為16，《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CIES 030—2020)則提出UGR為16和13兩檔的分級(jí)要求，對(duì)于眩光控制有著更高水準(zhǔn)的引導(dǎo)。

表5 國內(nèi)外學(xué)校教室照明標(biāo)準(zhǔn)眩光控制指標(biāo)對(duì)比Table 5 Comparison of glare control indexes of classroom lighting standards at domestic and abroad

由于目前UGR是針對(duì)直接照明系統(tǒng)的評(píng)測方法，而針對(duì)非直接照明系統(tǒng)，該指標(biāo)則無法適用[19]。《美國國家教育設(shè)施照明標(biāo)準(zhǔn)》(ANSI/IES RP3-13)使用視覺舒適度(VCP)作為眩光衡量指標(biāo)，該指標(biāo)是一種用于評(píng)估照明場景的指標(biāo)，它定義為在視覺眩光方面會(huì)感到舒適的特定場景(視點(diǎn)和方向)的人們所占的百分比。相較于UGR，該指標(biāo)更注重人的主觀感受。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定教室的VCP應(yīng)大于80以滿足使用要求。

2.5 顯色性

目前顯色指數(shù)(CRI)仍是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要指標(biāo)，但CRI是對(duì)光源8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色樣的顯色指數(shù)求平均值得到，并不適用于評(píng)價(jià)LED光源[20]。因此，很多標(biāo)準(zhǔn)開始增加特殊顯色指數(shù)R9來進(jìn)行補(bǔ)充限定，如《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)均在Ra大于80的基礎(chǔ)上增加了R9大于0的要求，《中小學(xué)校教室照明質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)》(T/SIEATA 000001—2020)中提出了更高的顯色性要求Ra大于90，R9大于50。此外，CIE正在研究一般顯色指數(shù)的替代評(píng)價(jià)方法，如一般色保真度指數(shù)(General colour fidelity index，Rf)等，而新提出的色品度CQS(Color Quality Scale)則選取了15種飽和色進(jìn)行測量評(píng)價(jià)，可以更加細(xì)致地表現(xiàn)光的顯色能力。

2.6 色溫

對(duì)于普通教室，很多標(biāo)準(zhǔn)中并未給出明確的色溫限制，但英國和美國的教育建筑照明設(shè)計(jì)指南中都有提出4 000K是一個(gè)合適的色溫選擇。我國的《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 7793—2010)提出“色溫應(yīng)不小于3 300 K，且應(yīng)不大于5 500 K”。室內(nèi)與工作場所照明；第2.3節(jié)：教育與培訓(xùn)設(shè)施具體應(yīng)用[15](AS NZS 1680.2.3:2008)規(guī)定色溫應(yīng)小于5 300 K。

對(duì)于一些專業(yè)教室，如美術(shù)教室，《室內(nèi)工作場所照明》[12](ISO 8995:2002(E))和《照明標(biāo)準(zhǔn)通用規(guī)則》[14](JIS Z9110:2010)對(duì)于美術(shù)教室提出了色溫大于5 000 K的指標(biāo)，《光與照明-工作場所照明》(EN 12464—1:2011)，分為普通學(xué)校與美術(shù)學(xué)校的美術(shù)教室兩類，該標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)普通學(xué)校的美術(shù)教室色溫值做明確規(guī)定，美術(shù)學(xué)校的美術(shù)教室色溫建議5 000～6 500 K。

《健康建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》指出，人在不同時(shí)間、場景下對(duì)于色溫的需求存在一定的差異，通過調(diào)節(jié)色溫可以滿足這種差異性以進(jìn)一步提升光環(huán)境質(zhì)量。因此，在該標(biāo)準(zhǔn)中可自動(dòng)調(diào)節(jié)色溫并且與天然光色溫接近照明時(shí)的人工照明是照明系統(tǒng)的加分項(xiàng)[11]。德國標(biāo)準(zhǔn)DIN SPEC 67600—2013《生物效應(yīng)照明設(shè)計(jì)指南》(Biologically effective illumination Design guidelines)充分考慮了教室內(nèi)不同時(shí)段學(xué)生的作業(yè)模式與生理節(jié)律的基礎(chǔ)上設(shè)置了色溫推薦值，色溫與天然光和作業(yè)需求有一定關(guān)聯(lián)，一般課程的標(biāo)準(zhǔn)照明色溫為4 000 K；課堂作業(yè)的提高照明水平到1 000 lx，色溫6 000 K，以提高學(xué)生注意力；午間教室使用色溫2 700 K形成溫暖平靜的燈光氛圍；在首堂課與午后第一堂課選用高色溫12 000 K，較高照度650 lx，用以促使學(xué)生抵御在這個(gè)時(shí)間段容易產(chǎn)生疲勞困倦的生理特性。

我國的《建筑室內(nèi)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》條文說明中提出，“考慮到室內(nèi)照明的舒適以及目前LED燈光生物安全的考慮且國外的研究證明色溫大于4 000 K可具有光生物的不安全性，提出夜間使用色溫不宜高于4 000 K”。

3 主要結(jié)論及展望

3.1 國外學(xué)校教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)歸納

通過對(duì)比國內(nèi)外教室照明標(biāo)準(zhǔn)的部分指標(biāo)的異同點(diǎn)，主要有以下幾方面值得參考借鑒：

1)重視天然光在教室照明中的利用，強(qiáng)調(diào)以天然光為主、人工光為輔的基本原則。對(duì)于照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)，不是孤立地單獨(dú)考評(píng)人工照明。

2)細(xì)分受眾、細(xì)分作業(yè)模式，針對(duì)年齡層和人的生理特點(diǎn)，確立不同照度指標(biāo)。如強(qiáng)調(diào)細(xì)分年齡層而采取不同的照度值；如根據(jù)不同作業(yè)模式，采用了不同的照度值、色溫、顯色性。

3)照明指標(biāo)的制定不僅僅關(guān)注到滿足視看清晰的基本功能，同時(shí)重視非視覺效應(yīng)，提出動(dòng)態(tài)照明的指引，強(qiáng)調(diào)照明對(duì)人的生理節(jié)律、視覺舒適性、心理情緒等多方面影響。如WELL建筑標(biāo)準(zhǔn)和德國的非視覺生物效應(yīng)設(shè)計(jì)指南[21]中提出了晝夜照明的不同指標(biāo)和動(dòng)態(tài)照明場景；如通過色溫與照度的變化，調(diào)節(jié)人的疲勞度和集中力。

4)重視整體空間的亮暗分布，其亮暗分布的內(nèi)涵并非單純指人工照明的照度均勻度，而是含天然光和人工光共同作用的結(jié)果。

5)關(guān)注視看品質(zhì)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)方法對(duì)提升照明品質(zhì)的作用。在很多國外的規(guī)范、指南中會(huì)強(qiáng)調(diào)照明設(shè)計(jì)及照明設(shè)計(jì)師的重要性，如鼓勵(lì)采用直接間接相結(jié)合的方式，以獲得更高的天花板亮度(環(huán)境亮度)與更加柔和的光，使師生面部呈現(xiàn)的更生動(dòng)自然，有助于提高教學(xué)體驗(yàn)，同時(shí)還能顯現(xiàn)出被照物的立體感[4]。

3.2 我國學(xué)校照明標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)方向

相對(duì)我國近年來很多標(biāo)準(zhǔn)的修編與內(nèi)容調(diào)整，比較關(guān)注桌面照度和燈具性能的提高，而國外并未強(qiáng)調(diào)一味提升照度值與過于強(qiáng)調(diào)燈具參數(shù)，而是更加關(guān)注眩光的控制、天然光的利用、明暗對(duì)比、視覺舒適度、精細(xì)化的作業(yè)需求、場景模式和關(guān)注光生物效應(yīng)等多因素。放眼未來，我國學(xué)校教室照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從以下幾個(gè)方面深入思考：

1)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容范疇?wèi)?yīng)擴(kuò)展，加強(qiáng)對(duì)教室光環(huán)境整體的考慮，避免脫離采光、孤立考慮人工照明。在標(biāo)準(zhǔn)體系中加強(qiáng)引導(dǎo)，充分利用天然光，考慮天然光和人工照明的融合。對(duì)于人工照明和天然光應(yīng)同等重視，分析氣候、采光、房間功能等做出針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案。采光規(guī)范和照明規(guī)范缺乏融合。部分規(guī)范只涉及人工照明，沒有述及天然光與人工光的聯(lián)系，白天與晚間的不同時(shí)段對(duì)教室光環(huán)境有很大影響。白天的教室照明應(yīng)尤為充分利用天然光，照度指標(biāo)應(yīng)考慮融合天然光和人工光的照度，將室內(nèi)照度控制在合理區(qū)間。

2)開展與采光指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的建筑設(shè)計(jì)指標(biāo)間的自洽性研究。實(shí)踐中控制教學(xué)樓間距的最重要指標(biāo)為滿窗日照指標(biāo)。滿窗日照關(guān)注的是最不利教室，即天然采光下限，但最不利教室達(dá)標(biāo)也意味著大量教室的曝光過量?！耙员本┒寥諠M窗日照僅0.77 h的教室為例，其年日均窗口垂直照度(8:00—16:00)仍高出北向基準(zhǔn)照度59%，意味著通過季節(jié)性的遮陽導(dǎo)光，即將過量日光轉(zhuǎn)化為可接受的照度范圍，并增加走廊側(cè)補(bǔ)光，仍具有實(shí)現(xiàn)合理采光的可能性”[22]。因此，有必要對(duì)冬至日滿窗日照等標(biāo)準(zhǔn)的合理性展開更深入的研究。

3)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系應(yīng)進(jìn)行細(xì)分，應(yīng)加強(qiáng)精細(xì)化考慮針對(duì)兒童青少年年齡層制定更為符合人生理特點(diǎn)的照度指標(biāo)，合理制定照度指標(biāo)值。目前各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中缺乏對(duì)不同年齡層群體的細(xì)分，兒童、成年人、老人的眼睛生理狀況(瞳孔大小、晶狀體透明度)有很大不同，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)不同年齡層細(xì)分，做到更加精細(xì)化、適應(yīng)不同生理特點(diǎn)的照明指標(biāo)。

4)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)應(yīng)從滿足基本視看功能到提升視覺舒適性和健康護(hù)眼的方向轉(zhuǎn)變。照度越高人對(duì)物體的分辨能力也越高，但引發(fā)視疲勞的可能性也越大。當(dāng)前大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)關(guān)于照度過高、眩光(含天然光眩光)等容易傷害眼睛的指標(biāo)要素關(guān)注的不夠。未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)照明對(duì)人生理健康、生理節(jié)律的影響，關(guān)注提升視覺舒適性和健康護(hù)眼，加強(qiáng)對(duì)減少視疲勞的指標(biāo)引導(dǎo)。

5)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)照明設(shè)計(jì)手法的引導(dǎo)，促進(jìn)設(shè)計(jì)師采用優(yōu)質(zhì)的照明設(shè)計(jì)，以對(duì)教室光環(huán)境提升發(fā)揮更為重要的作用。我國很多規(guī)范中缺乏進(jìn)一步對(duì)不同視覺作業(yè)任務(wù)的指標(biāo)規(guī)定。照明設(shè)計(jì)手法的引導(dǎo)和規(guī)定條款甚少，建設(shè)方、設(shè)計(jì)師過于重視量化指標(biāo)，忽視多元化的設(shè)計(jì)手法對(duì)光環(huán)境的影響。實(shí)際上，設(shè)計(jì)手法是提升空間視覺舒適度的重要因素。

綜上所述，中小學(xué)教室照明的指標(biāo)體系涵蓋的內(nèi)容與專業(yè)領(lǐng)域在快速擴(kuò)展，應(yīng)注意借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的照明標(biāo)準(zhǔn)與健康理念，加強(qiáng)對(duì)整體光環(huán)境的研究和多學(xué)科研究，使標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)更加符合細(xì)分場景與人本需求。