中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)的探討

周晨亮，俞 彬

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310006)

引言

近年來(lái)，照明的需求已經(jīng)從對(duì)光效、節(jié)能和成本的追求，上升到對(duì)光品質(zhì)、光健康、光生物安全和光環(huán)境的需求，倡導(dǎo)“健康照明”，提高光品質(zhì)及舒適性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。中小學(xué)教室作為重要的教育場(chǎng)所，教學(xué)內(nèi)容、設(shè)施越來(lái)越復(fù)雜，視覺(jué)作業(yè)內(nèi)容更加多樣，尤其是智能終端的使用不斷增加，對(duì)照明的不同要求也隨之產(chǎn)生。

1 健康照明的概念

健康照明是近年來(lái)行業(yè)和學(xué)術(shù)界聚焦的概念，對(duì)健康照明的定義，一般可理解為利用人工和天然光照明，提高人的生活、工作和學(xué)習(xí)的品質(zhì)和能效，促進(jìn)人的生理和心理健康。2000年在荷蘭召開(kāi)的健康建筑國(guó)際年會(huì)對(duì)健康建筑進(jìn)行了定義，其中就包括了照度的要求，后續(xù)各國(guó)頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等都把照明列入影響健康建筑環(huán)境評(píng)估的范圍[1,2]。

2 中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)內(nèi)容及關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 中小學(xué)教室健康照明基本要求

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)校園建設(shè)時(shí)不重視乃至忽略建筑照明是影響學(xué)生視力健康的主要因素之一。沈英琪等[3]對(duì)不同地區(qū)46所學(xué)校使用熒光燈管、熒光燈具、LED燈管、LED普通燈具和LED教室專用燈具的教室進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示抽樣測(cè)試教室存在桌面照度和黑板照度值偏低、照度均勻度不達(dá)標(biāo)、顯色指數(shù)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、教室燈具沒(méi)有加裝防眩光部件、燈具色溫超出標(biāo)準(zhǔn)要求等問(wèn)題。中小學(xué)教室需要高質(zhì)量、適應(yīng)新教學(xué)模式的照明，使師生們擁有一個(gè)健康舒適的視覺(jué)環(huán)境，保護(hù)學(xué)生的視力，激發(fā)學(xué)生的求知熱情，提高學(xué)習(xí)效率。因此，需要綜合考慮和平衡多方面的因素，如人工照明的相關(guān)色溫和顯色性、課桌面的水平照度和黑板面的垂直照度、照度均勻度、直接眩光和反射眩光的控制、照明各表面的亮度分布、照明控制等。

(1)相關(guān)色溫。相關(guān)色溫是對(duì)燈光顏色的度量。相關(guān)色溫度在3 000 K左右時(shí)，光色偏黃；相關(guān)色溫度在5 000 K以上時(shí)，光色偏藍(lán)[4]。不同相關(guān)色溫度的光，具有不同的照明和視覺(jué)效果。在學(xué)校照明中，為更好、更長(zhǎng)時(shí)間地與天然采光的色溫相匹配，色溫一般采用中間色溫。

(2)顯色性。顯色指數(shù)是對(duì)光源顯色性的度量，用于評(píng)價(jià)光源對(duì)色彩的還原能力。顯色指數(shù)越高，色還原度越高，人眼區(qū)分物體顏色越輕松。

(3)照度和照度均勻度。為滿足學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間的讀寫活動(dòng)要求，首先應(yīng)提供合適的水平照度，提高學(xué)生的注意力和專注力。同時(shí)，由于黑板、實(shí)驗(yàn)主體、電腦顯示屏等垂直平面的存在，學(xué)生要不時(shí)地將視線從課本轉(zhuǎn)移至垂直面，因此還要考慮一定的垂直照度，尤其是黑板面的垂直照度。

(4)眩光控制。眩光在學(xué)校照明中直接影響學(xué)生的視覺(jué)健康，需要控制照明的直接眩光和反射眩光。

(5)閃爍和頻閃控制。波動(dòng)深度是表征光源頻閃特性的參數(shù)。燈具在交流或脈沖直流電源的驅(qū)動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，導(dǎo)致視疲勞和腦疲勞。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用IEEE Std 1789—2015相關(guān)要求評(píng)估觀察靜止?fàn)顟B(tài)下光源的閃爍[5]。

(6)亮度分布。教室內(nèi)亮度分布應(yīng)防止過(guò)高的亮度和過(guò)高亮度對(duì)比。為提升視覺(jué)舒適度，在學(xué)校照明中同一室內(nèi)空間內(nèi)的亮度對(duì)比不宜超過(guò)10∶1，同時(shí)相鄰房間的亮度比不宜大于3∶1[6]。

(7)光生物安全。由于青少年兒童正處于視覺(jué)發(fā)育的重要階段，同時(shí)其眼睛的光譜透過(guò)率明顯高于成人，所以在中小學(xué)教室照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用功能的需求選擇光生物安全性能滿足要求的照明產(chǎn)品。

(8)照明控制。學(xué)校照明控制通常有日光探測(cè)、人員動(dòng)靜探測(cè)、場(chǎng)景調(diào)整或自動(dòng)時(shí)間場(chǎng)景調(diào)度等。學(xué)校照明中的天然光是一個(gè)不斷變化的光源，需要進(jìn)行適當(dāng)控制，并結(jié)合人工照明進(jìn)行平衡。

2.2 中小學(xué)教室健康照明標(biāo)準(zhǔn)

2018年8月30日，教育部、國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)等八部門聯(lián)合印發(fā)《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》，國(guó)家各教育管理部門、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)以及地方政府加強(qiáng)了教室照明標(biāo)準(zhǔn)的編制、實(shí)施和管理，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從不同方面規(guī)定了學(xué)?；蚪淌业南嚓P(guān)照明參數(shù)和指標(biāo)要求，見(jiàn)表1～表3[7]。

表1 學(xué)校照明標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Lighting standard of school

表2 教室相關(guān)色溫對(duì)比Table 2 Comparison of correlated colour temperature in classroom

表3 教室照明標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比Table 3 Comparison of classroom lighting standard value

為切實(shí)加強(qiáng)兒童青少年近視防控工作，《兒童青少年學(xué)習(xí)用品近視防控衛(wèi)生要求》(GB 40070—2021)[8]自2022年3月1日起正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通教室照明燈具色溫應(yīng)不小于3 300 K且不大于5 300 K，符合我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)[9]、《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB31/T 539—2020)[10]等的有關(guān)規(guī)定。同時(shí)，GB 50034—2013[9]要求長(zhǎng)期工作或停留的房間或場(chǎng)所色溫不宜高于4 000 K，選用同類光源的色容差不應(yīng)大于5SDCM，頻閃效應(yīng)可視度SVM不應(yīng)大于1.3，且中小學(xué)校、幼兒園建筑主要功能房間采用的照明光源和燈具，其SVM值不應(yīng)大于1.0。

從《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/JYBZ 005—2018)開(kāi)始，教室照明的要求不斷被提升，直接眩光UGR要求從不大于19變?yōu)椴淮笥?6[11-13]。DB31/T 539—2020[10]則在教室課桌面300 lx/500 lx的平均水平照度和UGR16的照明標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出了學(xué)生眼位垂直照度的推薦指標(biāo)，進(jìn)一步提升了教室照明的要求。規(guī)范指出，用于室內(nèi)照明光源的一般顯色指數(shù)Ra的初始值應(yīng)不低于80，用于美術(shù)教室的燈具一般顯色指數(shù)Ra的初始值應(yīng)不低于90；對(duì)LED燈具，一般顯色指數(shù)Ra的初始值應(yīng)不低于90，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)大于50。同時(shí)，有條件的場(chǎng)所，建議考慮光生物效應(yīng)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)照明、情景照明等優(yōu)化效果[10]。《深圳市中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/SZEEIA 001—2021)[14]中則首次明確提出了普通教室的課桌面照度上限值為750 lx。

2.3 中小學(xué)教室健康照明設(shè)計(jì)指標(biāo)建議

中小學(xué)教室照明燈具色溫應(yīng)不小于3 300 K且不大于5 300 K，針對(duì)中小學(xué)教室照明的LED光源和LED燈具，額定相關(guān)色溫不宜高于4 000 K，選用同類燈或燈具的色容差不應(yīng)大于5SDCM，這一方面限制了過(guò)高色溫的光源對(duì)人眼可能造成的損傷，同時(shí)保證了光線明亮柔和，有助于學(xué)生集中注意力。有條件的學(xué)校也可采用Tunable White的可調(diào)節(jié)亮度、色溫的照明系統(tǒng)，提供不同照度水平、不同色溫的照明場(chǎng)景，如集中精神、放松休息、討論、演示等不同模式的照明，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

為了適應(yīng)LED燈具的使用，從顯色性的角度上保證RGB三色，中小學(xué)教室一般燈具的R9應(yīng)大于0，照明光源的Ra應(yīng)不低于80。其中，普通教室的燈具一般顯色指數(shù)Ra應(yīng)不低于85，在諸如藝術(shù)教室等對(duì)顏色還原度要求較高空間的燈具，一般顯色指數(shù)Ra應(yīng)不低于90，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)大于50。

考慮到藍(lán)光危害、燈具的配光設(shè)計(jì)、黑板照度均勻度以及當(dāng)前照明燈具生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)階段的生產(chǎn)水平等因素，中小學(xué)教室照明燈具的藍(lán)光危險(xiǎn)組別宜采用IEC/TR 62778最高安全級(jí)別RG0[15]。同時(shí)推薦IEEE 1789—2015中波動(dòng)深度的限制要求以及國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)提出的閃變指數(shù)PstLM(小于1.0)和頻閃效應(yīng)可視度SVM(小于1.0)的限值方法；且統(tǒng)一眩光值(UGR)不宜大于16，有條件的地區(qū)宜不大于13。

此外，中小學(xué)普通教室課桌面上的維持平均照度值不應(yīng)小于300 lx,其照度均勻度應(yīng)不小于0.7，其他場(chǎng)所的維持平均照度值和照度均勻度根據(jù)使用功能的不同而有所不同。教室黑板應(yīng)設(shè)局部照明燈，其維持平均照度值不應(yīng)小于500 lx，其照度均勻度不應(yīng)小于0.8。為防止日光產(chǎn)生的眩光影響，南向采光教室靠窗側(cè)課桌面的天然光照度不宜大于3 000 lx[16]，超過(guò)時(shí)應(yīng)采用遮陽(yáng)系數(shù)降低照度。有條件的學(xué)校，也可考慮光生物效應(yīng)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，增加照明控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮LED產(chǎn)品的特點(diǎn)和數(shù)字化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)照明、情景照明、智能照明等優(yōu)化效果。

3 結(jié)語(yǔ)

健康照明是人對(duì)居住環(huán)境要求不斷提升過(guò)程中形成的必然需求。本文基于目前教室照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，結(jié)合教室健康照明實(shí)際需求，從相關(guān)色溫、顯色性、照度和照度均勻度、眩光控制、閃爍和頻閃控制、亮度分布、光生物安全、照明控制等方面進(jìn)行分析，提出當(dāng)下中小學(xué)教室照明設(shè)計(jì)指標(biāo)建議，實(shí)現(xiàn)從照明到健康智慧照明的全新升級(jí)，有效減少學(xué)生視覺(jué)疲勞，降低近視率，同時(shí)能幫助學(xué)生集中注意力，提高學(xué)習(xí)效率，使課堂教學(xué)變得更加順暢、高效、智能。