教室燈具的照明質(zhì)量分析與研究

顏穩(wěn)萍

引言

我國(guó)兒童青少年的近視率越來(lái)越高， 已經(jīng)呈現(xiàn)低齡化和重度化的發(fā)展趨勢(shì)。 為了更好地保護(hù)學(xué)生的視力健康， 加強(qiáng)兒童青少年的近視防控工作，教育部等八部門(mén)聯(lián)合發(fā)出《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》的通知，要求嚴(yán)格按照普通中小學(xué)校、中等職業(yè)學(xué)校建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)教室、宿舍、圖書(shū)館（閱覽室）等采光和照明要求，使用利于視力健康的照明設(shè)備。

教室作為學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)的場(chǎng)所， 光環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響學(xué)生的視力健康。 為了滿足教室光環(huán)境的照明要求， 采用合理的教室照明燈具是非常有必要的。 2023 年以來(lái)，全國(guó)各地中小學(xué)校積極響應(yīng)近視防控工作的號(hào)召，抓緊對(duì)學(xué)校教室進(jìn)行燈光改造。 目前教室照明燈具根據(jù)光學(xué)主要采用的有3 大類(lèi)：一是以燈管結(jié)合反射罩的教室照明燈具； 二是以LED 光源結(jié)合格柵防眩方案的教室照明燈具； 三是以LED 光源結(jié)合微晶板方案的教室照明燈具。 教室光環(huán)境改造難點(diǎn)在于維持平均照度、照度均勻度、統(tǒng)一眩光值（UGR）滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。本文將對(duì)以上3 種類(lèi)型的教室照明燈具的照明質(zhì)量進(jìn)行分析和研究，得出不同光學(xué)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并給出教室照明燈具的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向。

教室光環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了更好地評(píng)價(jià)教室光環(huán)境照明質(zhì)量，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、原衛(wèi)生部等部門(mén)陸續(xù)發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 50034—2013 《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50099原2011《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、 國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36876—2018 《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求》。 其中GB/T 36876—2018綜合了以上幾份標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)桌面維持平均照度、照度均勻度和眩光等都提出了具體要求，參數(shù)要求較為完善。 本文將依據(jù)GB/T 36876—2018 標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比分析，具體教室光環(huán)境照明指標(biāo)如表1 所示[1]。

表1 教室光環(huán)境照明指標(biāo)要求

評(píng)價(jià)光環(huán)境的主要參數(shù)有維持平均照度、照度均勻度和統(tǒng)一眩光值（UGR），其值將直接體現(xiàn)教室整體光環(huán)境的舒適度， 也是直接影響學(xué)生視力健康的3 個(gè)主要參數(shù)。 目前國(guó)內(nèi)教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教室的桌面維持平均照度均要求不低于300lx，桌面照度均勻度不低于0.7，而統(tǒng)一眩光值UGR 主要分為有不高于19 和不高于16 兩種主流限值。由于眩光過(guò)大會(huì)引起人眼的不舒適，長(zhǎng)時(shí)間處于高眩光的狀態(tài)下會(huì)使視覺(jué)功能下降， 從而影響學(xué)生的專(zhuān)注力和學(xué)習(xí)效率， 因此教室光環(huán)境照明對(duì)眩光的要求越來(lái)越高， 更多團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)均要求UGR 不高于16。

教室照明燈具光學(xué)性能

針對(duì)目前在中小學(xué)校較為常見(jiàn)的3 種類(lèi)型教室燈具進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試， 光學(xué)性能主要包括配光曲線、光通量、光束角等參數(shù)，結(jié)果如表2 所示。

表2 常見(jiàn)教室燈具光學(xué)性能

從以上常見(jiàn)教室燈具性能可以發(fā)現(xiàn)1 號(hào)樣品采用的是燈管方案，燈管發(fā)光角度較大。 為了提高學(xué)習(xí)區(qū)域的有效照明效率，通過(guò)增設(shè)反射罩將背后的光線反射到學(xué)習(xí)區(qū)域， 發(fā)光角度C0/C180 為136.4毅，C90/270 為113.9毅， 配光曲線呈大圓形，燈具對(duì)大角度光線并沒(méi)有進(jìn)行約束；2 號(hào)樣品采用的LED 光源具有發(fā)光面積小、角度大、效率高及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，LED 光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)乳白擴(kuò)散板進(jìn)行均勻擴(kuò)散后，再經(jīng)過(guò)格柵板對(duì)大角度的光線進(jìn)行壓制，因此燈具的發(fā)光角度較小，配光曲線呈類(lèi)橢圓形；3 號(hào)樣品同樣采用LED 光源， 不同在于LED 光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)帶有凸透鏡結(jié)構(gòu)的微晶板，微晶板具有較好的折射效果，可有效將發(fā)光角度縮小到C0/C180 為95.3毅，C90/270 為100.5毅，有效抑制了大角度光線。

教室照明光環(huán)境質(zhì)量測(cè)試

通過(guò)對(duì)比分析以上3 種不同類(lèi)型教室燈具的光學(xué)特性發(fā)現(xiàn)， 光學(xué)性能的差異將直接影響教室照明質(zhì)量參數(shù)，如桌面維持照度、照度均勻度和眩光等。 本文選取3 間教室空間大小相近，教室空間尺寸約9m伊7m伊3.4m，教室分別采用燈管型、格柵型和微晶型3 種不同類(lèi)型燈具， 燈具數(shù)量均為9盞，按燈具安裝說(shuō)明進(jìn)行排布安裝[2]。

教室依據(jù)GB/T 5700—2008 《照明測(cè)量方法》進(jìn)行測(cè)試， 普通教室按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中心布點(diǎn)法對(duì)教室的課桌區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)， 距離前排課桌的前沿與前方黑板的水平距離為2.2m（講臺(tái)區(qū)域）以外均作為教室課桌區(qū)域，課桌區(qū)域按2m伊2m 正方形網(wǎng)格進(jìn)行劃分，測(cè)試點(diǎn)為正方形網(wǎng)格的中心點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)數(shù)量為9 個(gè)（3伊3）， 如圖1 所示。 使用Konica Minolta 色彩照度計(jì)CL-500A 在測(cè)試點(diǎn)位置進(jìn)行照度測(cè)試，測(cè)試高度為課桌面高度0.75m，測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

圖1 課桌區(qū)域測(cè)試點(diǎn)布置圖

表3 課桌面維持平均照度及照度均勻度

從課桌面的維持平均照度及照度均勻度對(duì)比可知，燈管型教室燈維持照度為252lx，照度均勻度為0.60，兩項(xiàng)指標(biāo)均不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 造成不合格原因主要是由于燈具本身通過(guò)反射罩進(jìn)行反射，光線損耗較大，發(fā)光效率低，同時(shí)燈管型教室燈發(fā)光角度大， 有效照明較低； 格柵教室燈基于LED 光源高光效的優(yōu)勢(shì)， 通過(guò)合理的光學(xué)設(shè)計(jì)提高有效照明， 使維持平均照度和照度均勻度均達(dá)到較好的效果，其維持平均照度均為412lx，照度均勻度均0.87； 微晶教室燈采用導(dǎo)光板和微晶結(jié)構(gòu)，其燈具效率更高，維持平均照度為501lx，照度均勻度為0.85， 從現(xiàn)場(chǎng)亮度效果來(lái)看微晶教室燈會(huì)顯得更加明亮， 主要原因是微晶教室燈的光學(xué)效率較高。

為了更好地分析對(duì)比教室燈具在不同位置的UGR 值情況，本文將模擬學(xué)生在不同位置上以不同視角對(duì)教室統(tǒng)一眩光值進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)試時(shí)使用LMK Mobile Advanced 現(xiàn)場(chǎng)亮度及眩光測(cè)試設(shè)備進(jìn)行UGR 測(cè)試， 該設(shè)備同時(shí)搭配Labsoft 軟件能夠準(zhǔn)確地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)亮度照片進(jìn)行圖像分析和計(jì)算，測(cè)試UGR 準(zhǔn)確度高，大大提高檢測(cè)效率[3]?？紤]到講臺(tái)方向黑板燈的影響眩光會(huì)比較高， 所以測(cè)試點(diǎn)位置均布置在學(xué)生上課區(qū)域， 測(cè)試點(diǎn)布置于教室后方兩個(gè)邊角和三面墻面的中點(diǎn)， 眩光測(cè)試點(diǎn)布置如圖2 所示。 測(cè)試時(shí)測(cè)試設(shè)備角度以正對(duì)教室中心，水平向前，為了盡可能將全部燈具納入眩光考核，測(cè)試儀器應(yīng)盡可能地靠近墻面，將儀器放置于距離墻面距離0.5m 遠(yuǎn)的位置，測(cè)試高度模擬學(xué)生坐姿高度1.2m 進(jìn)行測(cè)試，教室不同位置統(tǒng)一眩光值實(shí)測(cè)結(jié)果如表4 所示。

圖2 眩光測(cè)試布置圖

表4 教室不同位置統(tǒng)一眩光值（高度1.2m）

從表4 可以看出燈管型教室燈統(tǒng)一眩光值已經(jīng)超出GB/T 36876-2018 標(biāo)準(zhǔn)中UGR≤19 的限值，UGR 最高值達(dá)到了19.6， 可見(jiàn)燈管實(shí)際造成的眩光是比較嚴(yán)重的。 其燈具表面亮度較高，對(duì)大角度光線并沒(méi)有很好的控制， 因此整體眩光值都偏高；格柵型教室燈則表現(xiàn)出較好的防眩光效果，UGR 最大才13.4，最小達(dá)到了11.9，格柵型防眩效果最佳， 其格柵對(duì)大角度光線起到了很好的限制作用。 同時(shí)在教室里以站立的角度平視看，較難看到內(nèi)部LED 光源，進(jìn)一步說(shuō)明燈具良好的防眩效果；微晶型同樣也是除去大角度光線，將眩光控制在較低值，教室燈雖然防眩效果沒(méi)格柵效果好，但UGR 眩光最大才14.4，防眩效果不僅滿足國(guó)標(biāo)UGR≤19 的要求， 同時(shí)滿足團(tuán)標(biāo)和地標(biāo)UGR≤16 的要求，防眩效果也是相當(dāng)不錯(cuò)。

結(jié)果分析與建議

通過(guò)對(duì)比分析不同類(lèi)型的教室燈， 可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)燈管型的教室燈維持平均照度低、 照度均勻度差且過(guò)度的眩光， 已經(jīng)不能滿足教室舒適明亮的光環(huán)境， 很容易造成學(xué)生視力疲勞。 采用LED光源的格柵型教室燈， 通過(guò)設(shè)計(jì)光學(xué)格柵對(duì)LED光源的光線進(jìn)行遮擋和反射， 使教室燈在滿足維持平均照度和照度均勻度的效果下， 有效將眩光控制在較低的范圍， 是目前教室燈具當(dāng)中眩光控制最低的。 另一種采用LED 光源的微晶型教室燈通過(guò)微晶面板的折射作用， 也實(shí)現(xiàn)了較好的教室光環(huán)境。 它具有良好的防眩效果，整體教室維持平均照度也較高。

綜上所分析的結(jié)果， 發(fā)現(xiàn)采用較為簡(jiǎn)易的燈管型教室燈，往往教室光環(huán)境是不達(dá)標(biāo)的。 建議學(xué)校教室盡量采用LED 光源的格柵型或微晶型教室燈，并且通過(guò)對(duì)燈具進(jìn)行合理地排布安裝，以達(dá)到較好的教室光環(huán)境，從而保護(hù)學(xué)生的視力健康。