教室健康照明設(shè)計的研究與應(yīng)用

阮 程，黃耀偉，張 鑫，2，汪 洋，2

(1.長春希達(dá)電子技術(shù)有限公司，吉林 長春 130103； 2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長春 130103)

引言

隨著人們對健康的需求越來越強(qiáng)烈，亟需對兒童青少年視覺健康光環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高照明光品質(zhì)和光健康水平。本文基于目前國家標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合教室健康照明實際需求[1-5]，梳理教室照明光健康和光品質(zhì)參數(shù)，提出當(dāng)下教室照明設(shè)計策略建議，助力教室健康照明發(fā)展。

1 教室健康照明指標(biāo)梳理

根據(jù)目前對傳統(tǒng)教室照明光環(huán)境的調(diào)研測試和GB 7793—2010《中小學(xué)教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50099—2011《中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》以及GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計要求》的基本要求，從光品質(zhì)和光健康兩個維度對教室健康照明光環(huán)境因數(shù)及指標(biāo)要求進(jìn)行分析梳理，本文把光品質(zhì)分為相關(guān)色溫Tc、顯色指數(shù)Ra、特殊顯色指數(shù)R9、色容差SDCM、色漂Duv、色彩逼真度Rf以及色彩飽和度Rg七項參數(shù)；光健康分為照度、照度均勻度、藍(lán)光危害、頻閃、眩光、光譜以及舒適度七項參數(shù)。以上參數(shù)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對教室照明燈具光電色指標(biāo)，及光生物安全性指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格要求，如圖1所示。本文建議選用教室照明燈具的參數(shù)測試結(jié)果應(yīng)該符合圖1的要求。

圖1 教室健康照明光環(huán)境參數(shù)Fig.1 Light environment indicators of healthy lighting in classroom

2 光生物安全、光品質(zhì)及光健康標(biāo)準(zhǔn)

面臨健康照明市場迫切需求及產(chǎn)品設(shè)計的多樣化，國內(nèi)外進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的部署，已經(jīng)發(fā)布的基于光生物效應(yīng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可分為三大類：第一類是基于光生物安全的標(biāo)準(zhǔn)；第二類是基于光品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)；第三類是光健康標(biāo)準(zhǔn)[6]。對于第一類光生物安全標(biāo)準(zhǔn)，目前廣泛使用的包括12項(表1)，與光品質(zhì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共計14項(表2)，與光健康相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共有11項(表3)。

表1 光生物安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards related to photobiological safety

表2 光品質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standards related to light quality

表3 光健康相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Standards related to light health

3 教室健康照明設(shè)計及應(yīng)用研究

傳統(tǒng)教室使用照明燈具存在色溫高、照度和均勻度偏低、眩光和頻閃嚴(yán)重等問題，兒童和青少年長時間在此環(huán)境中作業(yè)和生活會造成嚴(yán)重的視疲勞，影響視力健康和學(xué)習(xí)效率，本文通過模擬實際應(yīng)用場景，對教室照明光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計，高于標(biāo)準(zhǔn)要求實現(xiàn)教室健康照明光環(huán)境。本設(shè)計按照標(biāo)準(zhǔn)教室尺寸：9 m(長)×7 m(寬)×3.6 m(高)進(jìn)行照明模擬，燈具選用類型和參數(shù)如表4所示。采用9盞教室燈和3盞黑板燈進(jìn)行室內(nèi)照明模擬，灰階等照度圖和偽彩表現(xiàn)圖如圖2所示，桌面和黑板面照度均勻分布，光通維持率設(shè)置為0.8，課桌面平均照度為559 lx，照度均勻度為0.858；黑板面平均照度為665 lx，照度均勻度為0.805，對比表1和表2，完全滿足光生物安全和光品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 教室健康照明燈具規(guī)格參數(shù)Table 4 Specification parameters of classroom health lighting

圖2 灰階照度圖和偽彩表現(xiàn)圖Fig.2 Gray scale map and pseudo color rendering

按照上述照明設(shè)計進(jìn)行實際教室照明改造，改造前后實測數(shù)據(jù)對比如表5所示，改造后桌面平均照度為534 lx，照度均勻度(最小照度/平均照度)為0.81，黑板面平均照度為651 lx，照度均勻度為0.82，均高于國標(biāo)要求。改造前后現(xiàn)場對比如圖4所示，可以看出改造后桌面和黑板面照度明顯提高，光分布均勻，無不舒適眩光。

表5 改造前后實測數(shù)據(jù)對比表Table 5 Comparison table of measured data before and after transformation

根據(jù)兒童青少年實際視覺健康和作業(yè)效率需求，優(yōu)選高指標(biāo)照明燈具，提出教室健康照明光環(huán)境設(shè)計相關(guān)指標(biāo)建議值如表6所示。

圖3 課桌面和黑板面照度及照度均勻度模擬Fig.3 Simulation of illumination and illumination uniformity of desktop and blackboard

圖4 照明改造前后現(xiàn)場對比Fig.4 Field comparison before and after lighting transformation

表6 教室健康照明設(shè)計指標(biāo)建議Table 6 Suggestions on design indicators of healthy lighting in classroom

4 結(jié)語

本文對目前國內(nèi)外關(guān)于教室健康照明的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，按照光生物安全、光品質(zhì)與光健康的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行分類匯總，在實際標(biāo)準(zhǔn)教室進(jìn)行照明設(shè)計和改造前后實測分析，建議設(shè)計人員在教室健康照明設(shè)計時參考表6中的建議要求，合理進(jìn)行照明設(shè)計，積極推動“學(xué)校教育場所照明用具準(zhǔn)入制度”及“學(xué)校照明標(biāo)準(zhǔn)”的建立，進(jìn)一步提高教室及家庭健康光環(huán)境質(zhì)量。