健康光環(huán)境設計的研究與應用分析

馬 馳，秦和林

（中山馳馬燈飾照明設計工程有限公司/中山市燈都照明技術研究院，廣東 中山 528400 ）

LED照明光源越來越多地應用于人居空間的照明。與傳統(tǒng)照明光源相比，LED光源具有可控制、壽命長、啟動快、體積小等特點，這對于健康照明的動態(tài)控制和多樣化應用具有重要意義。通過健康光環(huán)境的設計，根據(jù)不同需求對人居環(huán)境的光照進行調節(jié)控制，不僅可以提高人居空間的光照質量，建立符合人居環(huán)境視覺健康的光環(huán)境，還可以打造符合情緒和生理節(jié)律的健康照明空間，為光照環(huán)境的設計和使用提供更多可能。同時，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(huán)境進行優(yōu)化設計，提高照明光品質和光健康水平。本文基于現(xiàn)行建筑照明相關標準和健康照明要求，提出當下健康光環(huán)境設計策略建議。

1 全光譜LED概述

在過去很長一段時間，人們對照明的主要需求是亮度，但隨著人們生活水平的提高，部分人開始追求更健康、更舒適的光環(huán)境。在此背景下，健康照明的理念被提出來，并受到市場的廣泛關注。當前健康照明的概念主要指制造出來的照明光源光譜盡可能接近太陽光譜，照明在滿足基本照明需求的同時，還應考慮人們的心理需求。如何判斷照明燈具是不是健康照明燈具，除顯色指數(shù)、色溫、照度、亮度、頻閃等指標符合要求，其光譜與太陽光光譜的吻合度也應該達到一定的要求。

更準確地說，全光譜LED 是一種類太陽光譜LED，其可見光部分中的紅綠藍比例與太陽光近似，顯色指數(shù)Ra接近100（太陽光的顯色指數(shù)為100）。同時，全光譜LED還盡可能降低自然光中對人體有害的紅紫外線。相較于普通LED，全光譜LED的藍光峰值更低，可見光波段具備更好的連續(xù)性，因而具備更優(yōu)的照明光品質，如圖1所示。相關研究顯示，人體視覺的辨識能力極易受到光譜完整性的影響，特別是兒童發(fā)育階段。一般而言，越接近太陽光譜，光譜連續(xù)性越好，顯色指數(shù)更高，物體的色彩也能更好地被還原。因此，全光譜健康照明LED對保護人們的視力健康，提高光品質及視覺舒適性，降低人們在LED光照環(huán)境下不自覺的生理性緊張，改善人們學習、工作、生活的質量具有重大意義。

圖1 普通LED與全光譜LED

為了使全光譜LED可以隨著照明需求的改變而做出相應的調整，從而為用戶提供最佳的照明體驗，相關科研人員開始研究將各種先進科學技術應用到照明系統(tǒng)中。通過將智能技術與全光譜LED的有效融合，科學預設全光譜LED 所處場景，包括房間、教室、辦公室、餐廳等。為此，可借助智能控制系統(tǒng)模擬光照條件，再結合數(shù)據(jù)庫中已具備的各種場景信息，加以比較、處理，將光照指標調整到最佳需求狀態(tài)，以更好地滿足場景內實際的照明需求，從而為用戶提供更加健康舒適、智能化的照明體驗。

2 健康光環(huán)境的視覺與非視覺效應

光對人的生物效應分為視覺與非視覺效應。真正意義上的健康照明需要兼顧這兩個方面，既要關注是否“看得見、看得清”，也要關注是否能“看得舒服”“看得身心舒爽”。如今，科研人員致力于研究光照對人類健康的影響，更進一步說，是關注照明對人的生理、心理等非視覺特性的影響，光敏視網膜神經節(jié)細胞被發(fā)現(xiàn)以來，相關研究不斷深入。照明條件無論是對人的生理還是心理都會產生重大影響。因此，在生理上，不同年齡對照明亮度有著不同的要求。隨著年齡增長，晶狀體透光性變差，要求較高的照度。在視覺心理上，不同照明條件通過視覺器官會引起不同的心理機理反應[1]。

另外，不同的光照強度也能影響人的心理，在一定的光照強度下能增強人的食欲，改善情緒與睡眠等。但是，光照強度的增強也并非都是好處，例如，雖然其可改善阿爾茲海默癥患者的睡眠情況和認知能力，但卻對患者注意力產生負面影響。又如，紫外線能消滅一些微生物或病原體，有助于人體生成維生素D，可對佝僂病、軟骨癥進行防治，能預防老年人骨質疏松，提高人體免疫力等；紅外線則有助于人體血液循環(huán)與新陳代謝，在很大程度上增強人體免疫功能，并在軟組織損傷、肌肉痙攣、肌肉勞損等方面具備顯著的治療效果。當前醫(yī)學與光學等領域的研究人員都非常關注如何借助光譜中的有益光線服務人類。

另外，藍光危害也是目前大家熱議的一個問題。藍光危害是指400～500 nm藍光波段所帶來的視網膜光化學損傷。其實質是輻亮度、藍光加權函數(shù)和時間的共同作用。只有光源的輻亮度高、藍光成分豐富、使用時間長，才會引起藍光危害。太陽是離我們最近的具有極高輻亮度的自然光源，只要注視時間超過0.5 s就可能引起藍光危害。當然，人們在看到強光時會自我保護，視線很快離開強光源。

3 教室健康光環(huán)境的幾點設計思考

3.1 教室環(huán)境中的光健康思考

教室照明設計中的光健康包括視覺健康和非視覺健康兩方面。2018年8月教育部等8部門聯(lián)合印發(fā)《綜合防控兒童青少年近視實施方案》(教體藝[2018]3號)以來，兒童青少年近視防控工作取得積極進展和成效。近期，教育部辦公廳等十五部門關于印發(fā)《兒童青少年近視防控光明行動工作方案(2021—2025年)》的通知表示，將進一步改善學生視覺環(huán)境，改善教學設施和條件，落實教室、宿舍、圖書館等采光和照明要求。在國家政策的大力支持下，教室光環(huán)境得到了普遍改善與提升，但是對于光健康的思考還存在不足和誤區(qū)。

眾所周知，光線過亮、過暗、不均勻、頻閃、眩光時，眼睛的調節(jié)幅度和頻率很大，屬于過度調節(jié)，時間長了會引起視覺疲勞，進而導致視力下降[2]。目前，對于教室照明的視覺健康方面，在滿足基本視覺需要以外，設計師已將防眩光處理、降低頻閃及閃爍造成的不舒適感納入設計考量的范圍之中。但是，垂直照度指標和空間亮度明亮感評價指標也與視覺舒適度息息相關，應加入到設計的考慮因素中。在建筑室內照明設計中，不費力就能看到人臉部特征的亮度為10～20 cd/㎡,這意味著垂直照度至少為100 lx, 而水平照度是其要求的2倍，即200 lx，這是長期有人活動的房間要求的最小照度。對于工作區(qū)的照明，為了得到滿意的視覺效果，優(yōu)先選擇的照度范圍為1 000～2 000 lx，但出于經濟和節(jié)能的考慮，目前的設計標準要求低于視覺滿意的需要，比如，教室照明的桌面照度要求僅為300 lx[3]。同時，對于亮度的理解也存在一些誤區(qū)。物體本身的亮度與人感覺到的亮度是不相同的，人感覺到的亮度只與物體反射進入人眼的光線多少有關，這個值與材料的反射率有直接的關系，如圖2所示。

圖2 人在空間中觀察的視線于光線

由于教室照明使用人群為兒童青少年這一特殊群體，應充分考慮視覺需要以外的非視覺影響，通過教室光環(huán)境的動態(tài)調節(jié)，來設計滿足這一群體生理和心理健康發(fā)展需要的光環(huán)境，因此，在經濟條件允許的情況下，教室照明的照度值可大幅度提高，色溫值也不應做出具體限制[4]。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)和生活會造成嚴重的視疲勞，影響視力健康和學習效率。通過模擬實際應用場景（見圖3）,對教室照明光環(huán)境優(yōu)化設計，高于標準要求實現(xiàn)教室健康照明光環(huán)境。

圖3 對標準教室進行照明模擬

3.2 老年人居住空間中的光健康思考

隨著我國人口老齡化程度加深，老年群體的日常生活令人操心不已。住宅燈光照明是室內生活起居的剛需。老年人對光線的敏感度，隨著年齡的增長而降低，容易導致看不清東西。而高瓦數(shù)的吸頂燈易產生點光源眩光，使眼睛產生不適感。部分老人有起夜習慣，高亮的燈容易影響睡眠，而市面上小夜燈的亮度又普遍不夠，老年人因起夜尋找燈開關或因磕絆而摔傷的情況時有發(fā)生。物聯(lián)網時代，智能家居大力發(fā)展，但其操作對老年人而言相對復雜，維護也較為繁瑣，老年人群體難以上手。

研究顯示，人的視力系統(tǒng)會隨著年齡的增長而老化，這些老化主要有：調節(jié)能力下降，容易發(fā)生屈光不正，損害對比敏感度；眼內光散射增加，視網膜對比度降低，易導致失能眩光；適光水平降低，導致空間對比敏感度降低；視網膜照度降低，需要增加視覺目標的照度；暗適應變慢。除此之外，眼部發(fā)生病理性變化的概率也會隨年齡增大而增加，如白內障、黃斑變性、青光眼及糖尿病視網膜病變等，其視覺安全問題日益突顯[5]。

健康光環(huán)境細分下的老年照明設計，在國內市場才剛剛起步。隨著人口老齡化的加劇，以及老年人家庭對生活品質追求的提高，老年人健康照明產品領域具有較廣闊的發(fā)展前景，這一項目能填補細分領域的空白。

燈具因搭載兩種色溫的LED 燈珠，可實現(xiàn)色溫漸變；因搭載變壓適配器，可實現(xiàn)亮度的無極調節(jié)，安全、可靠、易上手，老年人不用改變原來的使用習慣，降低智能產品進入老年人家庭的門檻。每天按時開啟某個設備，離家一鍵關燈，起夜燈光自動亮起，家中普通落地燈變智能燈，出門后關掉家中開關，離家忘關燈時自動關燈。

針對養(yǎng)老建筑室內健康照明設計，應遵循以人為本的設計理念，為老人在不同的空間提供不同方式的照明設計，滿足其在不同空間對光照環(huán)境的需求。通過分析老年人的視覺特征和行為習慣，結合健康照明的設計趨勢及國內外相關研究成果，針對不同的室內空間提出設計建議, 如表1所示。同時，關注健康照明相關理論基礎和研究，并積極將其設計理念運用到實際的養(yǎng)老建筑項目中，做出優(yōu)化老年人生活空間質量的設計方案，對解決人口老齡化問題將產生積極作用。

表1 老年人照明光環(huán)境推薦值

4 結論

光與人類健康有著密切的關系。我們應辯證地看待光對人類健康的影響，脫離實際應用場景、應用人群特征、設計使用狀態(tài)來純粹談光的某個物理量對人類健康的影響都是片面和不正確的。

在晝夜節(jié)律系統(tǒng)中起著至關重要作用的光有5個特征：眼睛接收到的光量或水平、光的光譜特性、曝光的時間和持續(xù)時間、一個人的曝光歷史、晝夜高光照對比性。但對于如何量化其與晝夜節(jié)律系統(tǒng)之間的關系以及這些特征之間的協(xié)同和協(xié)作關系，我們的認知還非常有限，仍需大量的科學實驗進行研究。

在人居光環(huán)境設計中，將美學、功能和健康有機結合在一起是一項任重而道遠的目標。未來的設計師，尤其是光環(huán)境設計師不僅需要懂建筑、電光源、美學知識，還需要學習一些醫(yī)學相關的知識。隨著大型地下空間和室內無自然采光空間建設的增加，人們室內活動時間的增長，高品質的光環(huán)境對人的健康影響越來越重要。相信在不久的將來，會產出更多的研究成果，有助于人居空間健康光環(huán)境的進一步發(fā)展。