室內(nèi)用燈的光生物安全測試與分析

侯曉妮 孫登峰 張?jiān)奇? 孫嗣旸 錢杉杉 喬倩

摘 要：針對(duì)我國室內(nèi)常用的LED燈及熒光燈可能存在光生物安全問題，從市場上隨機(jī)選取5個(gè)品牌4～13 W的燈共計(jì)36只，依據(jù)GB/T 20145——2006 《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全》分別測量每只燈的實(shí)際色溫、藍(lán)色比、光生物安全評(píng)價(jià)參量，并對(duì)其光生物安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：標(biāo)稱色溫與實(shí)測色溫差異較大，且普遍存在，最大可達(dá)1 071 K；36只燈中存在光生物安全問題的燈有4只，其危害主要為藍(lán)光小光源危害或藍(lán)光視網(wǎng)膜危害。對(duì)此，重點(diǎn)分析室內(nèi)用燈藍(lán)光危害與亮度和藍(lán)色比的關(guān)系，研究表明：應(yīng)用實(shí)測亮度與亮度限量值評(píng)估藍(lán)光危害的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法基本一致；高色溫室內(nèi)用燈往往具有較高的亮度和藍(lán)色比，存在光生物安全危害的可能性更大。因此，建議加強(qiáng)對(duì)室內(nèi)用燈色溫的監(jiān)督管理，并需對(duì)高色溫室內(nèi)用燈的光生物安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確保室內(nèi)用燈的光生物安全。

關(guān)鍵詞：熒光燈；LED燈；光生物安全；藍(lán)光危害；藍(lán)光小光源

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2016）09-0021-06

0 引 言

室內(nèi)用燈往往根據(jù)居民個(gè)人喜好隨意選擇和設(shè)計(jì)，使得室內(nèi)光污染對(duì)人的生理和心理產(chǎn)生的負(fù)面影響更具隱蔽性和長期性。近年來，人們?yōu)榱俗非蠊?jié)能特性，室內(nèi)用燈常常采用LED燈和熒光燈[1-4]，并以LED燈為主。然而，LED燈及熒光燈的光生物安全問題受到了廣泛關(guān)注[5-8]。尤其是LED燈被認(rèn)為普遍存在藍(lán)光危害[9-11]。眼睛長時(shí)間直視存在藍(lán)光危害的室內(nèi)用燈后可能引起視網(wǎng)膜的光化學(xué)損傷，產(chǎn)生大量具有細(xì)胞毒性的自由基，破壞細(xì)胞正常生長。除藍(lán)光危害外，室內(nèi)用燈還可能對(duì)人體皮膚和眼睛造成光化學(xué)紫外危害、近紫外危害、視網(wǎng)膜熱危害、眼睛的紅外危害以及皮膚熱危害等生物安全問題[12]。因此，室內(nèi)用燈的光生物安全問題應(yīng)該屬于室內(nèi)環(huán)境光污染研究的重要內(nèi)容。

目前國內(nèi)外研究者主要圍繞LED藍(lán)光危害進(jìn)行了評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)，且由于研究目的的差異，所測燈及燈系統(tǒng)具有光生物安全的比例迥異，且不能體現(xiàn)室內(nèi)用燈的特點(diǎn)。

為了解室內(nèi)用燈的光生物安全現(xiàn)狀，并提出可行的室內(nèi)用燈選擇措施，本研究根據(jù)室內(nèi)用燈的特點(diǎn)，從市場上隨機(jī)選取了5個(gè)品牌4～13 W的燈共計(jì)36只，希望按照GB/T 20145——2006 《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全》[12]的測量方法和評(píng)價(jià)依據(jù)對(duì)每只燈的實(shí)際色溫、藍(lán)色比、光生物安全評(píng)價(jià)參量進(jìn)行測量和評(píng)價(jià)，并對(duì)室內(nèi)用燈的主要生物安全問題進(jìn)行關(guān)鍵因素分析，探討其簡易評(píng)價(jià)方法和室內(nèi)用燈選擇方法。以期為相關(guān)科研人員的研究工作和居民用燈選擇提供建議和參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣 品

標(biāo)稱功率為4，5，6，10，12，13 W，品牌為普通品牌A、普通品牌B、知名品牌A、知名品牌B和知名品牌C的熒光燈和LED燈共計(jì)36只。所有樣品均從燈具市場隨機(jī)選取，盡量保證每個(gè)品牌選取的樣品包含每個(gè)標(biāo)稱功率。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

光輻射安全測試系統(tǒng)采用杭州遠(yuǎn)方的OST-300，OST-300系統(tǒng)包括了燈和燈系統(tǒng)的輻射安全測試硬件和軟件評(píng)定兩部分。其中，硬件部分如圖1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為防止雜散光的干擾，所有實(shí)驗(yàn)操作均在暗室進(jìn)行。

首先，分別對(duì)儀器系統(tǒng)的光譜、照度、亮度進(jìn)行定標(biāo)：將紫外光輻射標(biāo)準(zhǔn)燈和可見-紅外光輻射標(biāo)準(zhǔn)燈先后對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)軌中心位置，調(diào)好距離，點(diǎn)亮燈，穩(wěn)定30 min，待燈穩(wěn)定后，在軟件操作界面進(jìn)行光譜定標(biāo)，定標(biāo)完成后保存數(shù)據(jù)退出。參照上述步驟，再先后采用光輻射強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈和標(biāo)準(zhǔn)亮度源分別對(duì)照度和亮度進(jìn)行定標(biāo)。

定標(biāo)完成之后，使用樣品燈替換標(biāo)準(zhǔn)燈，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)軌中心位置，點(diǎn)亮燈并穩(wěn)定30 min。待燈穩(wěn)定后，將燈移至500 Lx處，進(jìn)行距離測試。然后通過儀器操作系統(tǒng)進(jìn)行光譜和輻亮度測試，得到測量結(jié)果。

1.4 危害評(píng)價(jià)方法

參照GB/T 20145——2006，所有測量結(jié)果按表1和表2進(jìn)行計(jì)算，并依據(jù)其規(guī)定的限值進(jìn)行光生物完全評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 典型室內(nèi)用燈的測量結(jié)果與光生物安全評(píng)價(jià)

以普通品牌A的燈絲型全周光LED燈泡為例，按照前述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測量，該燈的標(biāo)稱功率為4 W，標(biāo)稱色溫為2 700 K。圖2為該燈在200～1 650 nm范圍內(nèi)的歸一化光譜圖，該圖顯示該燈的峰值波長為610 nm，相關(guān)光譜主要集中在417～820 nm范圍內(nèi)，光譜中藍(lán)色比為71.8%。表3為該燈在3個(gè)視場角下的加權(quán)輻亮度的測量值及其對(duì)應(yīng)的限值，可以看出，3個(gè)市場角下LB視網(wǎng)膜藍(lán)光危害和LR視網(wǎng)膜熱危害的測量值均小于限值，表明該燈的輻亮度對(duì)于視網(wǎng)膜的藍(lán)光危害和熱危害在GB/T 20145——2006可接受范圍。

表4列出了光化學(xué)紫外危害、藍(lán)光小光源、眼睛的近紫外危害、眼睛的紅外輻射危害、皮膚熱危害、視網(wǎng)膜藍(lán)光危害、視網(wǎng)膜熱危害以及視網(wǎng)膜熱微弱危害的測試結(jié)果。測試結(jié)果顯示：光化學(xué)紫外危害的時(shí)間不小于8 h，即正常情況下8 h曝輻中該燈不會(huì)造成化學(xué)紫外危害。同樣，在1 000 s 內(nèi)不會(huì)造成眼睛近紫外危害和紅外輻射危害，在10 000 s內(nèi)不會(huì)造成視網(wǎng)膜藍(lán)光危害，在10 s內(nèi)不會(huì)造成視網(wǎng)膜熱危害，而對(duì)于皮膚熱危害，由于人體受熱刺激之后存在回避反應(yīng)，所以不考慮輻照時(shí)間大于10 s后還會(huì)造成皮膚熱危害的情況。

結(jié)合表3和表4的測量結(jié)果，根據(jù)GB/T 20145——2006對(duì)連續(xù)燈的分類要求進(jìn)行綜合分析，確定該燈屬于無危險(xiǎn)類。

2.2 光生物安全測試結(jié)果分析

隨機(jī)選取了市場上不同功率、有代表性的5種品牌燈具，對(duì)其進(jìn)行光生物安全測試，測試結(jié)果列于表5?；诖蠖嗍覂?nèi)用燈的實(shí)際情況，所選燈的標(biāo)稱功率在4～13 W，標(biāo)稱色溫在2 700～6 500 K，燈類型包括LED燈和熒光燈?？梢钥闯觯簩?shí)測色溫與標(biāo)稱色溫相差100 K以上的燈共15只，占所有燈的41.67%；色溫相差最大的為普通品牌B、標(biāo)稱功率12 W、標(biāo)稱色溫6 500 K的燈，色溫相差1 071 K。由此可見，市場上無論是普通品牌還是知名品牌的燈，標(biāo)稱色溫均不準(zhǔn)確。

36只燈的光生物安全評(píng)價(jià)參量ES、EB、EUVA、EIR、EH、LB、LR、LIR詳見表5，結(jié)果顯示，其中屬于1類危險(xiǎn)的燈為3只，2類危險(xiǎn)的燈為1只，這4只燈均為普通品牌，主要危害為藍(lán)光小光源或視網(wǎng)膜藍(lán)光危害，它們的標(biāo)稱色溫均為6 500 K，實(shí)測色溫分別為6 493，6 527，6 604，7 571 K。這可能是因?yàn)?00～500 nm藍(lán)光波段光源的輻亮度過高導(dǎo)致[9]。同時(shí)，其他普通品牌燈及全部被測知名品牌燈均為無危險(xiǎn)類。可見目前市場上大多數(shù)室內(nèi)用燈均無光生物安全危害，僅少數(shù)高色溫?zé)艨赡芫哂泄馍锇踩：Α?/p>

2.4 室內(nèi)用燈藍(lán)光危害與藍(lán)色比

根據(jù)光生物安全標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20145——2006，光源的藍(lán)光危害可以用藍(lán)光加權(quán)輻亮度、藍(lán)光加權(quán)輻照度和曝輻時(shí)間來表征?？梢姡谙嗤椪諘r(shí)間下，藍(lán)光危害的大小與室內(nèi)用燈在400～500 nm藍(lán)光波段的輻亮度絕對(duì)值大小有直接關(guān)系。本研究測得室內(nèi)用燈的光譜圖為歸一化光譜圖，與圖2比較發(fā)現(xiàn)，具有藍(lán)光危害的室內(nèi)用燈的光譜圖（圖4）中，在400～500 nm的藍(lán)光波段的相對(duì)光譜含量較高，即這些具有藍(lán)光危害的室內(nèi)用燈的光譜中往往具有較高的藍(lán)色比。這可能是因?yàn)楦咚{(lán)色比是實(shí)現(xiàn)高亮度的重要途徑。

對(duì)表5中各室內(nèi)用燈的藍(lán)色比與色溫進(jìn)行相關(guān)分析（見圖5），從趨勢上可以看出，色溫高的室內(nèi)用燈藍(lán)色比往往也更高。本研究也顯示室內(nèi)用燈色溫在6 500 K及以上時(shí)，出現(xiàn)藍(lán)光危害可能性更高。由此可見，在選擇室內(nèi)用燈時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免選擇高色溫光源。部分學(xué)者建議室內(nèi)用燈的色溫不宜超過4 500 K[13]。

3 結(jié)束語

本研究參照GB/T 20145——2006對(duì)5種品牌共計(jì)36只室內(nèi)用燈進(jìn)行了光生物安全測試和評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示市場上大多室內(nèi)用燈是光生物安全的，但仍有部分高色溫室內(nèi)用燈存在藍(lán)光危害，即視網(wǎng)膜藍(lán)光危害和藍(lán)光小光源危害。通過對(duì)室內(nèi)用燈的藍(lán)光危害與亮度進(jìn)行分析，表明采用實(shí)測亮度與亮度上限比較的方法可以較好地評(píng)估室內(nèi)用燈的藍(lán)光危害。通過對(duì)室內(nèi)用燈的藍(lán)光危害與藍(lán)色比（及色溫）進(jìn)行分析，表明具有藍(lán)光危害的室內(nèi)用燈往往具有較高的藍(lán)色比和色溫。基于此，建議室內(nèi)用燈不要一味追求高亮度，并盡量不要選用高色溫?zé)?。鑒于市售室內(nèi)用燈色溫標(biāo)稱值與實(shí)測值相差較大，不利于據(jù)此判斷室內(nèi)用燈的光生物安全性，為了保護(hù)室內(nèi)光環(huán)境安全，建議加強(qiáng)對(duì)室內(nèi)用燈的色溫的監(jiān)督管理，在具備條件的情況下，應(yīng)當(dāng)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)市售室內(nèi)用燈的光生物安全性進(jìn)行測試和評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳曉晨，蔡喆，彭振堅(jiān)，等. 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性檢測問題分析[J]. 信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（7）：70-71.

[2] 俞安琪，許建興. LED燈具在教室照明中的優(yōu)勢及應(yīng)用[J].光源與照明，2016（1）：42-45.

[3] 嚴(yán)永紅，關(guān)楊，劉想德，等. 教室熒光燈色溫對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率和生理節(jié)律的影響[J]. 土木建筑與環(huán)境工程，2010（4）：85-89.

[4] 梁佩瑩，蔡忠岳，陳培宏，等. 教室燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子測量技術(shù)，2014，37（9）：83-87.

[5] Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires： IEC/TR 62778—2014[S]. aeneva： International Electrotechnical Commission，2014.

[6] 劉磊. LED燈具藍(lán)光危害測試[J]. 信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2014（11）：32-35.

[7] 孔強(qiáng)強(qiáng)，宋鵬，王美霞，等. LED燈具的光生物安全測試與分析[J]. 中國照明電器，2014（10）：38-42.

[8] 顧芳波，朱騰飛，錢楓，等. 室內(nèi)LED射燈光生物安全分析[J]. 中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，25（3）：332-336.

[9] 劉婕，莊曉波，要華，等. 光源藍(lán)光危害的測試與評(píng)估[J].照明工程學(xué)報(bào)，2013（24）：45-50.

[10] 饒豐，吳曉程，王雅靜，等. 用亮度和色溫測算LED藍(lán)光危害[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（32）：121-123.

[11] 陳志忠. LED照明產(chǎn)品藍(lán)光危害的分析與測試[J]. 中國照明電器，2013（12）：40-43.

[12] 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性：GB/T 20145—2006[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[13] 胡靜慧，傅嘯琪. 談LED照明藍(lán)光危害與富藍(lán)化光環(huán)境[J].中國照明電器，2013（11）：9-11.

（編輯：徐柳）