LED 燈具在教室照明中的運用研究

張江濱

我國對于教室照明具有明確要求，根據(jù)相關條款規(guī)定，在教室照明應用當中，其課桌面平均照度應保持在300LX。同時，對于眩光照度、均勻度、功率密度等也具有明確考核。目前，教室照明燈具大致可分為兩類，教室燈具以及黑板燈具，其分別對課桌以及黑板提供照明。有效的燈光對于學生的學習非常重要，燈光安裝在天花板當中，因此在設立照明標準時，必須考慮到眩光因素以及相關的陰影，通過有效配比增強LED 的使用效果，以達到有效應用。就目前LED 應用趨勢而言，我國在現(xiàn)有基礎上完成了后續(xù)改良，對LED 照明具有初步的應用標準以及應用經(jīng)驗。這將為LED 后續(xù)改良奠定堅實基礎，提供良好的發(fā)展思路。

1.LED 照明燈具在教室照明中的應用優(yōu)勢

1.1 LED 照明燈具光利用率

就傳統(tǒng)熒光燈而言，熒光燈的發(fā)光機制是在其內(nèi)飾燈柱上全面發(fā)光。對于屋頂燈具而言，其存在明顯缺陷。熒光燈發(fā)出的光源約有40%的光直接照射到工作面當中，而另外60%則通過東西的反射，呈現(xiàn)分散狀態(tài)，燈具反射率達70%[1]。就市面常見的三色熒光燈進行分析，三色熒光燈的燈光效率約為95lm/W。因此，存在明顯的應用不足。而LED 照明燈具可以保證其顯色度≥90；色溫5000K，可以提供舒適、有效的照明環(huán)境。此外，其光源集中，具有明顯的光利用率。其效能已然超過了傳統(tǒng)的三色熒光燈，是目前學校燈具照明當中的主要照明選擇。

1.2 黑板燈的照明均勻度

目前，就黑板燈照明度而言，在中小學教室當中，其黑板寬度按照國家統(tǒng)一標準設定；而熒光燈管的長度也按照統(tǒng)一標準設定[2]。傳統(tǒng)熒光燈具對黑板進行照明過程當中，其黑板的照明以及照明均勻度無法達到相關標準。而采用58W 燈具照明，雖然照明均勻度得到明顯改善，但是其整體依然具有較大的不合格率，且能效指標較低，無法增強教室照明效果。在單位測量過程當中，全國各地的教室傳統(tǒng)熒光燈照明的黑板項目均勻度以及項目合格率不足20%，表明目前黑板燈照明尚未得到學校的相關認知。

1.3 LED 燈具有極長的使用壽命

就照明燈具而言，其自身的壽命以及維護成本關系到我國社會建設以及“節(jié)能減排”、“綠色發(fā)展”目標的執(zhí)行。而傳統(tǒng)的熒光燈照明壽命較低，損壞率較高，這就意味著在生產(chǎn)過程當中，會導致污染以及能耗增加[3]。就使用單位角度而言，熒光燈的頻繁損壞以及維修也會增加學校自身的人力以及物力運行成本。目前，學校使用的熒光燈每年需換一次燈管，并且在使用當中，要想保證其5 年一換，完成理想使用壽命，就需將燈光照明度保持在70%，但此燈光照明度顯然無法滿足學生以及教師的整體需求。而LED 燈具性能對比非常明顯，LED 在100%光源投入下，可以使用5 年左右，維護成本僅為傳統(tǒng)人工光源燈具的12%。因此，極具應用性以及推廣價值。同時，LED還具有優(yōu)良的調(diào)控功能。作為一種新型燈光技術，LED 可以實現(xiàn)智能照明以及個性照明。就傳統(tǒng)熒光燈燈管而言，其自身雖然通過調(diào)控也可實現(xiàn)一定程度的照明需求，但是其整體效率不足，且熒光燈有可能會因電極溫度導致其使用壽命大幅下降。而LED 在調(diào)光過程當中，可以完成0%～100%的調(diào)整，且可實現(xiàn)冷光到暖光的響應極快。在運行過程當中，使用中央處理系統(tǒng)進行調(diào)控時，可以完成智能控制。當LED 燈光檢測到相關人員在場時，其燈光可實現(xiàn)100%照明；而當人離場后，燈光可維持在1%～3%的夜間燈光照明模式。在為周邊障礙物提供基本照明環(huán)境的基礎上，提供有效節(jié)能。當相關人員進入后，其LED 感應器可立即調(diào)整到75%的照明亮度。有人員在場超過30s 后，可增加至100%，具有遠程調(diào)控功能。因此，就教師教學以及學生學習而言，LED燈具的應用前景非常廣闊，極具推廣價值[4]。

2.LED 照明中藍光視覺危害

2.1 藍光危險來自輻亮度

就目前而言，LED 照明雖然具有明顯的優(yōu)勢，但是也有一定的危害。其中，最明顯的便是藍光視覺危害。就藍光危害進行分析，藍光主要來自輻亮度。輻亮度可以對發(fā)光體產(chǎn)生明顯影響，在使用眼睛觀察光源或發(fā)光體時，其人眼對藍光耐受力較弱，因此也容易引起相關視力受損[5]。據(jù)調(diào)查報告顯示，我國目前將藍光視網(wǎng)膜危險進行了分級，其中：

（1）“0”級為無危險等級。其輻射亮度保持在≤100Wm-2sr-1 以下，在此等級下，人眼不會感到疲勞。在≤100Wm-2sr-1 燈光進行相應工作時，不會造成光生物危害；

（2）“1 級”低危險輻射亮度保持在輻亮度≤1X104Wm-2sr-1 時，會產(chǎn)生輕度危害；

（3）“2 級”危害，則是輻亮度≤4X106Wm-2sr-1 時，其燈光會使人肉眼感到強烈不適；

（4）“3 級”高危害亮度為輻亮度＞4X106Wm-2sr-1，此燈光可在極短時間內(nèi)造成嚴重危害。

因此，據(jù)我國目前大量數(shù)據(jù)調(diào)查而言，市面上的LED 燈視網(wǎng)膜均屬于1 級到2級。就目前中小學生的視網(wǎng)膜發(fā)育情況而言，其晶體對于藍光穿透率較高。

2.2 藍光的司辰視覺影響

在以往的研究當中，其醫(yī)學觀點一致認為人類視覺僅存在兩種感光細胞，分別為“錐狀細胞”以及“桿狀細胞”[6]。但在2002 年，美國醫(yī)療領域發(fā)現(xiàn)人眼視覺具有第3 類感光細胞——司辰細胞。司辰細胞的作用可以實現(xiàn)光通過視網(wǎng)膜產(chǎn)生光物效應，因此，司辰細胞被稱之為2002 年十大發(fā)現(xiàn)之一。目前，藍光波長在450nm～480nm 左右，可以與人眼的司辰視覺產(chǎn)生一定關聯(lián)，可以抑制人體分泌褪黑素。LED 燈色溫低于1000K，且光譜中的紅色以及綠色光源比例一致，LED燈的藍色較目前常用的三色熒光燈略低，二者進行對比，可以得知LED 燈藍色區(qū)域略低。

就目前技術水準而言，LED 燈具可以做到保持顯色度大于等于90，在相同色溫時有效高于三色熒光燈。但在實際應用當中，LED 燈具良莠不齊，特別是其紅色顯色指數(shù)R9；一般LED 燈具R9 為0，甚至于小于0；好點的LED 教育燈具，其R9 大于等于50；高端的產(chǎn)品R9 才大于90。因此，現(xiàn)在的LED 燈照明水準在顯色方面已經(jīng)與常規(guī)的三色熒光燈持平或高于三色熒光燈。但市場上，LED 燈具產(chǎn)品魚龍混雜，加上對照明知識的不足以及我國現(xiàn)有部分廠家刻意曲解的宣傳模式，對藍光造成了不良引導，使我國居民對于藍光的危害產(chǎn)生了片面化的情緒。

很多人在購買燈具時，燈具廠均會打上“無藍光”字樣。但經(jīng)過科學實踐證明，其自然界的光源以及人工合成的三基色光源均有藍光。無藍光，則不會有白光。藍光可以有效改良人類的情緒，據(jù)相關研究證實，在冬季某些地區(qū)有可能無法得到長時間的照明，缺乏藍光會產(chǎn)生季節(jié)性憂郁癥。在治療過程當中，相關醫(yī)護人員對志愿者由太陽光色由暖白光變?yōu)槔浒坠?，人們的精神也會變得飽滿，其反應力以及敏捷力也會得到顯著提升。因此，藍光對于學習以及工作效率將有明顯增強，能使居民的心情愉悅感增加。但到晚上，隨著太陽光色溫的轉換，褪黑素將逐步分泌，低溫色光可以給居民以提示，使其可以完成休息轉換。因此，司辰節(jié)律紊亂是導致免疫力下降的重要因素。藍光是LED燈具所產(chǎn)生的相關正常光源，只要使用得當，即可保證藍光有效。因此，其在教室照明當中可以得到顯著應用。

3.結束語

綜上所述，LED 燈在教室照明運用過程中，可以達成有效使用效果。我國目前對LED 燈的推廣以及應用，在三四線城市學校當中還存在一定的空缺。因此，必須加強LED 燈的普及，使其全面取代傳統(tǒng)的三色熒光燈，使LED 燈自身的安全性、高效性、智能性得到全面發(fā)揮。