教室健康照明設計要求

庹元科 傅劍峰

中機中聯工程有限公司（重慶 400039）

0 引言

當前，青少年近視與亞健康問題引起了學校與社會的廣泛關注。大量研究表明，不良的學習與生活習慣是造成該問題的主觀原因，不健康的光環境是重要的客觀原因。文章基于相關研究文獻與規范，結合實際，闡述了教室健康照明設計各項參數選取原由、具體參考設計值及燈具選取與安裝要求。

1 研究背景

1.1 青少年近視

據相關數據顯示，我國7～12歲小學生、13～15歲初中生、16～18歲高中生及19～22歲大學生的視力不良率分別為45.71%、74.36%、83.28%和86.36%。我國學生近視率呈上升趨勢，嚴重影響青少年的身心健康，成為學校和社會關注的重要公共衛生問題。有待通過制定并強化國家強制的工程與產品的設計標準，規范、監督、管理市場，保護青少年視力健康[1-2]。

導致青少年近視的因素很多，但現有研究認為主要包括以下三個方面：（1）遺傳原因；（2）不良的學習與生活習慣，如過度使用電子產品、不良的閱讀及書寫習慣等均容易導致近視；（3）生活與學習光環境影響，光照環境不佳會引起并容易加快近視，甚至會引發眼部疾病。在上述方面中，光照環境影響是造成近視的主要客觀原因，而青少年每天有超過一半的時間處在教室光照環境中，因此科學、健康的教室照明設計成為維護青少年健康、預防近視的重要手段[3]。

1.2 青少年亞健康

亞健康是介于健康與疾病之間的一種臨界狀態，在這種狀態下，身體沒有明顯的病理特征，而是以持續、反復發作的疲勞為主要癥狀表現，同時伴有軀體疼痛、睡眠障礙等心理或身體癥狀。青少年長時間處于亞健康狀態會導致人體免疫功能嚴重下降，表現有憂郁、焦慮、疲勞、學習效率下降、適應能力差、人際關系緊張等。

導致青少年亞健康的原因較多，如學習時間過長、生活不規律、學習壓力過大等。精神不振與焦慮、憤怒及健忘等是青少年亞健康的典型情緒反應。適宜的室內光照環境對調節人體情緒與生理狀況具有積極作用，光照環境對亞健康的改善主要體現在生理節律調節與心理壓力緩解兩個方面。同時，光照環境能顯著影響人的情緒。光照環境會影響與情緒高度相關的激素分泌，進而影響人的情緒與精神狀態，合理的人工照度及色溫等環境可對人的情緒改善起到積極作用。研究并改善青少年的亞健康狀況，優化其生活學習環境的照明設計，對促進青少年身心健康具有重要意義[2]。

2 教室健康照明的設計要求

2.1 桌面水平照度、照度均勻度、色溫

目前，國家標準《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）要求教室課桌面照度＞300 lx。蔡建奇等[3]認為該照度要求是以白種人為參考標準制定的，而中國人在生理特征上與白種人存在顯著的生理結構差異（中國人的瞳孔比白種人的小），中國人的色素耐光性遠高于白種人的色素耐光性，這種人種差異造成了中國人的眼瞳孔的入光量較白種人的需求更高。根據他們團隊5年的實驗結果顯示，500～600 lx的桌面水平照度最適于中國人眼生理特性。

重慶大學健康照明研究團隊關楊等[2]分別在實驗室、教室等場所中完成了在人工光條件下光譜、光強影響大學生生理、心理指標的系列實驗，包括不同光源、光譜、光強、不同色溫下的視覺實驗，以及學習效率-疲勞實驗、腦電波實驗等。多個實驗均表明，在4 000 K左右的中間色溫組合500～750 lx的高照度下，人的學習效率與大腦皮層的興奮性最強。

牛萍娟等[4]通過實驗證明，良好的光照環境和合適色溫會對注意力、學習疲勞程度等產生積極影響，并對視力的調節及預防近視有積極作用。實驗用9種不同LED測試環境（不同色溫和照度）下的照明環境，進行了學習效率、雙眼調節力和生理指標參數測試，同時結合主觀評價，得出理想的工作和學習照度和色溫為500 lx、4 500 K的結論。

綜上所述，適宜教室的最佳照度和色溫為500 lx、4 000～5 000 K，而教室內課桌面上照度的水平均勻度應不低于0.8。

2.2 垂直照度

相關文獻研究得出，當垂直照度在300～600 lx時，人眼舒適度較高，垂直照度過高或過低都會造成一定的不舒適[5]。

2.3 黑板照明設計

最新團體標準《中小學教室照明技術規范》（T/JYBZ 005—2018）要求黑板平均照度≥500 lx。蔡建奇等[3]通過實驗發現，教室黑板照度應在500～750 lx，照度均勻度應≥0.85。

2.4 燈具安裝和眩光抑制

燈具采用吊桿安裝方式，按教室縱向（燈具長軸垂直于黑板）均勻布置，燈具距課桌垂直距離m應≥1.7 m。若設有吊扇，燈具出光面應低于吊扇。燈具安裝示意圖如圖1所示。

黑板燈具不應在教師站姿眼位處產生眩光，不應布置在教師站在講臺水平視線45°仰角以內位置，即圖1所示虛線范圍外。燈具與黑板平行間距d宜≤0.8 m，距黑板上緣距離h宜＞0.2 m。

圖1 燈具安裝示意圖

照明設計時，還可采用下列措施防止和減少眩光：（1）教室內普通照明不應采用直接敞開式燈具或者遮光角＜30°的普通格柵燈具或點光源燈具；（2）限制燈具出光口表面發光亮度；（3）房間設置窗簾防止直接眩光；（4）黑板表面由耐磨無光澤的材料制成，以防止眩光。

2.5 閃爍、頻閃

2020年實施的《民用建筑電氣設計標準》（GB 51348—2019）指出了頻閃的危害，輕則導致視覺疲勞、偏頭痛，降低工作效率，重則導致工傷。

電氣與電子工程師協會（IEEE）制定的標準IEEE Std 1789—2015定義了照明產品頻閃的評價標準，主要評價指標包括頻閃指數（Flicker Index,FI）和頻閃比率（Percent Flicker,PF）。其中，頻閃指數是指一個波動周期內超出平均值的光輸出部分除以總的光輸出部分，即頻閃指數=面積1/(面積1+面積2)；頻閃比率則指一個波動周期內光輸出最大值A和最小值B的差與光輸出最大值和最小值之和的比，即頻閃比率=100(A-B)/(A+B)，如圖2所示。

圖2 頻閃指數和頻閃比率

IEEE Std 1789—2015文件中，將頻閃風險分為幾個等級，其中區域1為無風險級，區域2為低風險級，區域3為不能被接受等級，如圖3所示。

圖3 風險等級劃分

對燈具，則要求在額定電壓下工作時，光輸出波形的頻閃比率限值不高于一定的限值，如表1所示。《民用建筑電氣設計標準》（GB 51348—2019）規定長時間視覺工作場所內的照明光源頻閃指數應≤10%的取值。

表1 頻閃比率限值要求

2.6 光生物安全性與燈具參數選擇

光輻射主要通過光化學和熱輻射對人體皮膚、眼睛前表面以及視網膜產生損害。對皮膚輕則產生紅斑，重則導致皮膚癌；對眼睛可導致視網膜炎、角膜灼傷、視網膜灼傷及白內障等。其中，藍光危害是LED照明中公眾關注度最高的一種光輻射危害，藍光是白光LED不可缺少的組成部分，能對人體視網膜造成光化學損傷。研究表明，藍光會影響人的睡眠，導致白內障術后的眼底損傷等危害。對青少年長期學習的教室開展光生物安全健康照明評價，降低照明環境對青少年的負面影響，設計與改造教室的健康照明是社會的緊迫需求，也是目前光生物安全研究的重點課題[6]。

合理選擇燈具參數，可通過控制光源亮度、減少眩光等減輕光輻射危害。國內對燈具光生物危害的檢測標準，逐步根據燈具光生物安全相關的參數完善了一整套光危害檢測的測量評價方法。《燈和燈系統的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）是由全國照明電器標準化技術委員會等同轉化了CIE S 009/E:2002標準而制定的，其中6.1節規定了燈具的光生物安全性等級。2018年實施的《普通照明用LED產品光輻射安全要求》（GB/T 34034—2017）確立了LED產品光輻射安全評估以及光輻射危害分類的一般原則。

教室是學生長期停留的場所，雙端熒光燈照明燈具應符合照國家標準《燈和燈系統的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）規定的無危險類，LED照明燈具應符合照國家標準《普通照明用LED產品光輻射安全要求》（GB/T 34034—2017）規定的豁免類。

3 結論

（1）教室照明質量應符合照明標準值的規定，如表2所示。（2）燈具不應采用直接敞開式燈具或者遮光角＜30°的普通格柵及點光源燈具，安裝要減少眩光，防止頻閃效應和閃爍現象。（3）熒光燈照明燈具與LED照明燈具均應符合照國家標準要求。

表2 照明標準值