教室健康照明設計的研究與應用

阮 程，黃耀偉，張 鑫，2，汪 洋，2

(1.長春希達電子技術有限公司，吉林 長春 130103； 2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，吉林 長春 130103)

引言

隨著人們對健康的需求越來越強烈，亟需對兒童青少年視覺健康光環境進行優化設計，提高照明光品質和光健康水平。本文基于目前國家標準要求，結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參數，提出當下教室照明設計策略建議，助力教室健康照明發展。

1 教室健康照明指標梳理

根據目前對傳統教室照明光環境的調研測試和GB 7793—2010《中小學教室采光和照明衛生標準》、GB 50099—2011《中小學校設計規范》以及GB 50034—2013《建筑照明設計要求》的基本要求，從光品質和光健康兩個維度對教室健康照明光環境因數及指標要求進行分析梳理，本文把光品質分為相關色溫Tc、顯色指數Ra、特殊顯色指數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；光健康分為照度、照度均勻度、藍光危害、頻閃、眩光、光譜以及舒適度七項參數。以上參數根據國家標準對教室照明燈具光電色指標，及光生物安全性指標進行嚴格要求，如圖1所示。本文建議選用教室照明燈具的參數測試結果應該符合圖1的要求。

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

2 光生物安全、光品質及光健康標準

面臨健康照明市場迫切需求及產品設計的多樣化，國內外進行相關標準規范的部署，已經發布的基于光生物效應的相關標準可分為三大類：第一類是基于光生物安全的標準；第二類是基于光品質的標準；第三類是光健康標準[6]。對于第一類光生物安全標準，目前廣泛使用的包括12項(表1)，與光品質相關的標準共計14項(表2)，與光健康相關的標準共有11項(表3)。

表1 光生物安全相關標準Table 1 Standards related to photobiological safety

表2 光品質相關標準Table 2 Standards related to light quality

表3 光健康相關標準Table 3 Standards related to light health

3 教室健康照明設計及應用研究

傳統教室使用照明燈具存在色溫高、照度和均勻度偏低、眩光和頻閃嚴重等問題，兒童和青少年長時間在此環境中作業和生活會造成嚴重的視疲勞，影響視力健康和學習效率，本文通過模擬實際應用場景，對教室照明光環境優化設計，高于標準要求實現教室健康照明光環境。本設計按照標準教室尺寸：9 m(長)×7 m(寬)×3.6 m(高)進行照明模擬，燈具選用類型和參數如表4所示。采用9盞教室燈和3盞黑板燈進行室內照明模擬，灰階等照度圖和偽彩表現圖如圖2所示，桌面和黑板面照度均勻分布，光通維持率設置為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的標準要求。

表4 教室健康照明燈具規格參數Table 4 Specification parameters of classroom health lighting

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

按照上述照明設計進行實際教室照明改造，改造前后實測數據對比如表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，均高于國標要求。改造前后現場對比如圖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 改造前后實測數據對比表Table 5 Comparison table of measured data before and after transformation

根據兒童青少年實際視覺健康和作業效率需求，優選高指標照明燈具，提出教室健康照明光環境設計相關指標建議值如表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 照明改造前后現場對比Fig.4 Field comparison before and after lighting transformation

表6 教室健康照明設計指標建議Table 6 Suggestions on design indicators of healthy lighting in classroom

4 結語

本文對目前國內外關于教室健康照明的標準進行梳理，按照光生物安全、光品質與光健康的標準要求進行分類匯總，在實際標準教室進行照明設計和改造前后實測分析，建議設計人員在教室健康照明設計時參考表6中的建議要求，合理進行照明設計，積極推動“學校教育場所照明用具準入制度”及“學校照明標準”的建立，進一步提高教室及家庭健康光環境質量。