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— 國內中小學校教室照明標準關鍵值比對和光環境評價方法 —

國內中小學校教室照明標準關鍵值比對和光環境評價方法

發布日期:2022-11-08

一、國內中小學校教室照明相關標準比對

1.1分類方式

1.1.1名稱:質量評價類、設計類、產品類、測量方法類

1.1.2適用范圍:國家標準、地方標準和團體標準

1.1.3發布歸口單位:原衛生部、原住建部、行業協會和標準化委員會及地方教育局等機構

1.2教室照明標準概況

1.2.1國家標準

1.2.1《兒童青少年學習用品近視防控衛生要求》(GB 40070-2021)重點解讀:

①該標準從保護兒童青少年視力健康、預防和控制近視的角度,規定了兒童青少年日常接觸到的與近視防控相關學習用品的衛生要求。

②在教室燈具方面規定了色溫、顯色指數,特別是要求LED燈具的特殊顯色指數R9要大于0等,還對燈具的藍光危害和頻閃做了規定。

③首次提出了關于一些過量光照的限制指標,如在教學多媒體產品顯示技術中,專門提出了教學多媒體產品使用時屏幕應不大于400cd/m²,;在讀寫作業臺燈衛生要求中,提出了當人處于坐姿的位置時,人眼觀察到的所有發光部件的表面亮度應不超過2000cd/m²的上限要求,對于防止眩光傷眼有重要指導作用。

①該標準規定了中小學校普通教室桌面、黑板面照度,教室和黑板照明設計安裝的要求,主要涵蓋照度、顯色指數、色溫、光強分布、統一眩光值和安裝方法的相關指標,除了常規的照明指標,加入了智能照明的理念,支持采用調光系統,分別調節照明和照度。

②明確提到應充分利用自然光,在不同氣象條件時,宜隨室外自然光變化調節不同區域照明、照度,這就需要智能照明去實現。此外,該標準沒有非普通教室(如閱覽室、舞蹈室和美術室等)的規定,也缺少頻閃、特殊顯色指數、藍光危害等影響教室整體光環境質量的重要指標,難以對使用者形成全面的認識和引導。

1.2.3《中小學校設計規范》(GB50099-2011)重點解讀:

①該標準在用光方面也規定了天然光和人工照明的要求,采光方面主要是教學用房工作面或地面上的采光系數標準和窗地面積比、室內各表面的反射比值,人工照明方面主要包括維持平均照度、統一眩光值、顯色指數、照明功率密度及對應照度值。

②該標準已發布實施多年,缺乏部分重要指標,如黑板的照度,色溫等,難以適應當前社會發展的需要,有待更新。

1.2.4《建筑照明設計標準》(GB 50034-2013)和《建筑采光設計標準》(GB 50033-2013)重點解讀:

①該標準是建筑工程設計師設計應用照明電氣最重要的一部標準,包括各類建筑照明設計的數量指標(如照度)、質量指標(照度均勻度、眩光限制、光源顏色、顯色性、反射比等)、照明功率密度限值、照明配電及控制等,涵蓋了居住建筑、公共建筑和工業建筑的照明標準和節能標準。

②該標準側重點是規定了人工照明的相關指標,而《建筑采光設計標準》(GB 50033-2013)則明確指出充分利用天然光資源,采用采光系數來評價采光效果,但關于天然光和室內人工照明之間的關聯未能夠充分的說明闡述。

③《建筑照明設計標準》GB 50034-2013和建筑采光設計標準》GB 50033-2013目前仍是公共建筑照明重要的依據標準,如《建筑照明設計標準》(GB 50034-2013)中規定的統一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的定義和計算方法經常被其它標準引用,給照度標準值分級也一直被沿用。

該標準規定了學校教室采光和照明要求,綜合考慮了采光和照明的雙向重要因素,有助于加強使用者對教室光環境的整體認知,但對采光和照明的規定是獨立的,兩者相互影響相互作用關系沒有闡述,教室照明指標也沒有區分普通和專業教室,該標準建議使用的光源規定小于26mm細管直形稀土三基色熒光燈,也沒有光生物安全指標要求,該標準難以適應當前社會發展的需要,有待更新。

③照度測量辦法(中心布點法):

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1.3地方標準

① 該標準規定了中小學校教室照明技術的熒光燈燈具技術要求、LED燈具技術要求、教室的照明質量和節能要求、安裝和維護要求和驗收規則。

②該標準的編寫基礎是國家標準GB7793《中小學校教室采光和照明衛生標準》,GB/T 36876《中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求》以及GB40070《兒童青少年學習用品近視防控衛生要求》,因此該標準條款完全符合國家相關標準要求。

③詳細規定了學校教室照明環境的現場檢測項目、檢測方法以及檢測機構的要求,有助于學校的對照明改造工程的驗收,保證教室光環境達標,為青少年提供一個有利于視力健康的學習環境。

④提出了有利于青少年視力健康的照明產品和光環境要求,例如提高教室頂部的照度,LED燈具要求紅色光R9大于50,現場驗收的檢驗項目加入了頻閃,以及鼓勵使用獲得認證的有利于視力健康相關產品等。

貫徹了“健康、智能、節能”等高質量發展理念,例如考慮了黑板燈具的安裝對講課教師的影響,鼓勵使用可以接入網絡進行智能控制的燈具,鼓勵通過認證的視力健康產品等。

創新性的提出教室照明光環境要求分為兩檔,第一檔為國家標準的最低要求,第二檔為有利于視力健康和照明節能的更高要求,提供給有條件的學校更多選擇。

⑦主要亮點為提出了LED燈具的專門技術要求,例如提出有利于學校安裝符合要求的LED燈具;以及提出了有利于青少年視力健康的條款,例如除了提高教室頂部的照度,LED燈具要求紅色光R9大于50,現場驗收的檢驗項目加入了頻閃,以及鼓勵使用獲得認證的有利于視力健康相關產品以外,還鼓勵使用模擬太陽光的全光譜燈具,相關的參數要求為R1-R15均大于90。

⑧該標準的發布實施,將有利于推進全省中小學校教室照明改造工作。

1.3.2上海市地方標準《中小學校及幼兒園教室照明設計規范》(DB 31/T 539-2020)重點解讀:

該標準規定的照明質量指標相對國標是比較完善的,除了適用于普通教室,也適用于各類專業教室,區分了無視覺顯示終端和有視覺顯示終端教室,創新性的加入垂直照度的指標,此外,還引入了分級評級的指標形式對照度、眩光提出基礎值和推薦值,對熒光燈提出光生物安全要求,對LED燈具提出藍光危害要求。該標準考慮到布置測量點間距的不同可能會引起照度以及照度均勻度的較大區別,為了提高測量數據的準確度,教室桌面水平照度測量點為1m×1m的間距,書寫板照度測量點為0.4m×0.4m的間距。同時,關注光對人的視覺舒適度和非視覺健康影響,對光生物效應設計提出“應進行照明設計,實現動態照明、情景照明等優化效果”。

1.3.3南京市地方標準《中小學幼兒園教室照明驗收管理規范》(DB3201/T 1006-2020)重點解讀:

①規定了中小學幼兒園教室照明驗收管理規范,提出了教室照明驗收管理的驗收流程、性能指標、設計要求、安裝要求,該標準相比同類標準有很多創新,例如首次要求教室照明可視化設計數據貫穿項目全流程,將計算機輔助設計的性能數據與驗收現場實測數據在多環節對照校驗,提高設計到驗收的質量可控性;首次提出藍光雙重檢測機制,不僅要求每一類燈具必須出具無視網膜藍光危害檢測報告,還在現場驗收環節中,增加便攜式光生物安全測試儀現場雙重檢測,開展現場檢測,以確保將藍光危害風險降到最低。

②為確保具有較強的可操作性,該標準的資料性附錄中提供了多達23頁的《照明驗收測量常用表》《照明測量項目及方法》等說明性文件,還特別附錄了《教室照明項目驗收管理案例》。該案例包含南京市兩所試點學校教室照明的真實設計方案、資料信息和測量數據,并按照工作開展路徑進行圖文對照注釋,將項目實施概要、驗收組織、安裝企業驗收申請、技術資料審核、委托專業部門抽檢、項目學校功能核定,直至形成驗收報告的全流程,都通過數據圖表的方式呈現出來。

1.3.4河南省地方標準《中小學及幼兒園室內照明技術規范(征求意見稿)》重點解讀:

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1.4團體標準

二、教室照明健康光環境指標比對

2.1光源的選擇

①光源可分為自然光源人造光源兩大類,人造光源在教室燈普遍使用的是熒光燈和LED燈;天然光就是自然光源的其中一類,影響著人體健康,天然光可以調節生物鐘、改善睡眠、改善人們的心情、減輕季節性情感障礙(SAD),減輕抑郁癥狀、促進人體吸收鈣跟磷酸鹽、有益視力等;故天然光在教室照明的中重要性越來越被看重,在白天的時候應首先優先考慮自然光,而將人工照明作為輔助。近年來模擬自然光的健康LED光成為研究熱點。

②教室中如何優化利用自然光也是需要考量的,如果過度的陽光進入教室,靠近窗戶區域會發生強烈的明暗對比,產生眩光,影響人的視覺舒適度,不利于視力健康。某些建筑相關參考資料,會給采光相關指標范圍一個上限值。團體標準《中小學教室健康照明設計規范》(T/CIES 030-2020)規定“南向采光教室靠窗側課桌面的天然光照度不宜大于3000lx,超過時應采用遮陽系統。”,但國內標準對遮陽系統的要求和規定內容較少或幾乎沒有。能利用好天然光,不僅對人體健康有好處,還能相應國家號召節能環保。

③在人造光源方面,熒光燈因其藍光含量較LED燈低,替換方便,總體成本會較低,教室照明改造以前普通使用的光源是熒光燈,但隨著LED燈技術的提高,LED燈在教室照明中的使用得到更普遍的認可,主要原因有:(1)有效抑制藍光,將教室燈具的視網膜藍光危害等級降到RG0,排除藍光危害這一焦點問題。(2)LED燈很容易進行光學配光,呈現照明效果比熒光燈好,視覺健康舒適度優于熒光燈。(3)目前已研發出全光譜LED,其光譜接近天然光,并能達到很高的Ra值,目前被認為是最優的人造光源,日后若能將價格降下來并大面積在教室照明中使用,將更有利于保護青少年的視力健康。故對光源的選擇上,除了要合理利用天然光,對人造光源的選擇還要定位于光源的品質上。

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2.2桌面平均照度指標分析

2.3眩光指標分析

①眩光是指視野中由于不適宜亮度分布,或在空間或時間上存在極端的亮度對比,以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件。研究證明,隨著眩光強度的增加,被試的視覺作業績效逐步降低。長時間的強光刺激會阻礙黃斑視力功能的正常發育,同時,暗視覺長期得不到鍛煉,會給近視和弱視留下隱患。因而,眩光是影響教室光環境品質的重要因素之一。

③統一眩光值,簡稱UGR。度量處于視覺環境中的照明裝置發出的光對人眼引起不舒適感主觀反應的心理參量。其值可按CIE統一眩光值公式計算。

④眩光指標分析

▲UGR=21.4

▲UGR=17.7

▲UGR=13.6

通過照片可以直觀看出,UGR較大的教室光環境,有一部分光會直接照射進入學生的眼睛,學生正??春诎鍟r,可能感覺到刺眼,引起不舒適感。而UGR越小,燈具發出的光僅僅照在課桌面上,較少光直接照射到學生的眼睛中,視覺舒適度越好。因而,UGR越小的教室光環境越有利于學生的視力健康,同時,UGR越小,技術難度會相應越大,成本也可能會增加。

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2.4頻閃指標分析

2.5顯示性指標分析

光源對物體真實顏色的呈現程度稱為光源的顯色性。顯色指數(CRI)取前8種常見顏色的顯色指數的平均值,記為Ra,表征此光源顯色性。Ra值越大,光源的顯色性越好。如果選用低顯指的燈具,反射回兒童眼中的色彩會失去飽和度,造成顏色失真,容易造成視覺疲勞,進而可能會導致近視。

②CRI是國內相關教室標準規定的核心指標之一,都規定了Ra≥80。R9(深色鮮紅)是顯色性很重要且特殊的指數,部分標準也增加了對R9的要求,如《建筑照明設計標準》GB 50034-2013中要求LED燈具做光源R9≥0,《中小學教室健康照明設計規范》(T/CIES 030-2020)中要求LED燈具做光源R9≥10,廣東地標則提出更高的顯色指數要求R9≥50。教室燈具的顯色性越好,視覺效果越好,越有利于青少年的視力健康。

③照明光譜介紹:據研究表明,暴露在類太陽光譜的光線下,可以提高關鍵的學習能力,如工作記憶、認知處理速度和測試準確性。

下圖給出了一組太陽可見光譜相對強度的分布情況。從太陽光譜輻照度分布圖可以看出,在可見光波段各光譜輻照度差別,除紫光部分小一點外,其他光譜輻照度差別不是很大,因此可在滿足教室照明指標要求的條件下,對照可見波段太陽光譜輻照度的比例,構建健康照明光環境類太陽光譜。

因此營造健康光環境的光源,不僅可見光波段與太陽光譜R1~R15的顯色指數非常接近,而且相應的光譜強度分布也應大致相同。也就是說,光源光譜強度分布圖與太陽光光譜強度分布圖吻合度大的照明產品,同時又滿足顯色指數、色溫、照度、亮度、頻閃、眩光等指標要求的照明產品是健康照明產品。

2.6測試方法分析

②取不同的測量間距,測試結果可能不同,測點間距越小,照度值可能越接近真實值。故近年來發布的標準如《中小學校及幼兒園教室照明設計規范》(DB 31/T 539-2020)等,規定課桌面劃出1m×1m,黑板畫出0.4m×0.4m的正方形網格為測量區域。

⑤對于統一眩光值的測試和計算方法,國內教室照明相關標準都是參照《建筑照明設計標準》GB 50034-2013,測量(觀察)位置按照坐姿眼睛高度1.2m,水平位置各標準略有不同,《中小學校及幼兒園教室照明設計規范》(DB 31/T 539-2020)、《中小學幼兒園教室照明驗收管理規范》(DB3201/T 1006-2020)和《中小學教室照明技術規范》(T/JYBZ 005-2018)取教室后墻面的中點,《中小學教室健康照明設計規范》(T/CIES 030-2020)和《深圳市中小學教室照明技術規范》(T/SZEEIA 001-2021)取位于離教室后墻水平距離1.1m的中點,《中小學校教室照明技術規范》(DB44/T 2335-2021)則綜合考慮了便利性,以及擔心遺漏最后一排燈的情況,規定在離教室后墻水平距離0.5m和1.1m的中點各測試一次統一眩光值,取兩值中較大的值作為測量值。

三、結論和展望

3.1教室照明遵循原則

①重視天然光在教室照明中的利用,燈光布置應遵循自然光為主,添加人造燈具為輔的設計原則。對于教室質量的評價,不再是孤立地單獨考評人工照明。

細分受眾,細分作業模式。針對不同年齡層的人的生理特點不同,所需照度值不盡相同。不同的作業模式,對色溫、顯色性和藍光危害等的要求也不同。

③健康的光環境除了要滿足能看清的基本功能外,還要重視人眼視覺疲勞和視覺舒適度,注重人的生理和心理健康。

④加入智能照明,根據白天晚上不同時段、場合,建立動態照明。如休息時間的照度值和色溫可以區別于上課,從而調節人的疲勞度和注意力;晚上上自修的照度值也可以區別于白天上課的照度值。

⑤重視整體空間的亮暗分布,舒適的光環境應該整體空間都是明亮的,使用環境光均勻照亮整個區域。

⑥關注視看品質,強調設計方法對提升照明品質的作用。如鼓勵使用間接光,以獲得更高的天花板亮度于更加柔和的光,減少直接光的刺激。

3.2教室照明相關標準改進需求

標準的內容應擴展,加強對教室光環境整體的考慮,避免脫離采光、孤立考慮人工照明。在標準體系中加強引導,充分利用天然光,考慮天然光和人工照明的有機融合,對于人工照明和天然光應同等重視,分析氣候、朝向、樓層等做出針對性的設計方案。白天和晚上的不同時段的天然光有很大區別,白天的教室應充分利用天然光,晚上基本只需考慮人工照明。

標準的指標體系應進行細分,應加強精細化考慮針對兒童青少年年齡層制定更為符合人生理特點的照度指標,合理制定照度指標值。目前國內照明相關標準都缺乏對不同年齡層群體的細分,兒童、成年人、老年人的眼睛生理狀況(瞳孔大小、晶狀體透明度)有很大不同,應進一步對不同年齡層細分,做到更加精細化,適應不同生理特點的照明指標。

標準指標應滿足基本視看功能到提升視覺舒適性和健康護眼的方向轉變。從人的人生理健康、生理節律出發,關注提升視覺舒適性和健康護眼,加強對減少視疲勞的指標引導。

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