一、國(guó)内中小(xiǎo)學(xué)校教室照明相关标准比对
1.1分(fēn)类方式
1.1.1名称:质量评价类、设计类、产品类、测量方法类
1.1.2适用(yòng)范围:國(guó)家标准、地方标准和团體(tǐ)标准
1.1.3发布归口单位:原卫生部、原住建部、行业协会和标准化委员会及地方教育局等机构
1.2教室照明标准概况
1.2.1國(guó)家标准
1.2.1《儿童青少年學(xué)习用(yòng)品近视防控卫生要求》(GB 40070-2021)重点解读:
①该标准从保护儿童青少年视力健康、预防和控制近视的角度,规定了儿童青少年日常接触到的与近视防控相关學(xué)习用(yòng)品的卫生要求。
②在教室灯具方面规定了色温、显色指数,特别是要求LED灯具的特殊显色指数R9要大于0等,还对灯具的蓝光危害和频闪做了规定。
③首次提出了关于一些过量光照的限制指标,如在教學(xué)多(duō)媒體(tǐ)产品显示技术中,专门提出了教學(xué)多(duō)媒體(tǐ)产品使用(yòng)时屏幕应不大于400cd/m²,;在读写作业台灯卫生要求中,提出了当人处于坐(zuò)姿的位置时,人眼观察到的所有(yǒu)发光部件的表面亮度应不超过2000cd/m²的上限要求,对于防止眩光伤眼有(yǒu)重要指导作用(yòng)。
①该标准规定了中小(xiǎo)學(xué)校普通教室桌面、黑板面照度,教室和黑板照明设计安装的要求,主要涵盖照度、显色指数、色温、光强分(fēn)布、统一眩光值和安装方法的相关指标,除了常规的照明指标,加入了智能(néng)照明的理(lǐ)念,支持采用(yòng)调光系统,分(fēn)别调节照明和照度。
②明确提到应充分(fēn)利用(yòng)自然光,在不同气象条件时,宜随室外自然光变化调节不同區(qū)域照明、照度,这就需要智能(néng)照明去实现。此外,该标准没有(yǒu)非普通教室(如阅览室、舞蹈室和美术室等)的规定,也缺少频闪、特殊显色指数、蓝光危害等影响教室整體(tǐ)光环境质量的重要指标,难以对使用(yòng)者形成全面的认识和引导。
1.2.3《中小(xiǎo)學(xué)校设计规范》(GB50099-2011)重点解读:
①该标准在用(yòng)光方面也规定了天然光和人工照明的要求,采光方面主要是教學(xué)用(yòng)房工作面或地面上的采光系数标准和窗地面积比、室内各表面的反射比值,人工照明方面主要包括维持平均照度、统一眩光值、显色指数、照明功率密度及对应照度值。
②该标准已发布实施多(duō)年,缺乏部分(fēn)重要指标,如黑板的照度,色温等,难以适应当前社会发展的需要,有(yǒu)待更新(xīn)。
1.2.4《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)和《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)重点解读:
①该标准是建筑工程设计师设计应用(yòng)照明電(diàn)气最重要的一部标准,包括各类建筑照明设计的数量指标(如照度)、质量指标(照度均匀度、眩光限制、光源颜色、显色性、反射比等)、照明功率密度限值、照明配電(diàn)及控制等,涵盖了居住建筑、公共建筑和工业建筑的照明标准和节能(néng)标准。
②该标准侧重点是规定了人工照明的相关指标,而《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)则明确指出充分(fēn)利用(yòng)天然光资源,采用(yòng)采光系数来评价采光效果,但关于天然光和室内人工照明之间的关联未能(néng)够充分(fēn)的说明阐述。
③《建筑照明设计标准》GB 50034-2013和建筑采光设计标准》GB 50033-2013目前仍是公共建筑照明重要的依据标准,如《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)中规定的统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的定义和计算方法经常被其它标准引用(yòng),给照度标准值分(fēn)级也一直被沿用(yòng)。
该标准规定了學(xué)校教室采光和照明要求,综合考虑了采光和照明的双向重要因素,有(yǒu)助于加强使用(yòng)者对教室光环境的整體(tǐ)认知,但对采光和照明的规定是独立的,两者相互影响相互作用(yòng)关系没有(yǒu)阐述,教室照明指标也没有(yǒu)區(qū)分(fēn)普通和专业教室,该标准建议使用(yòng)的光源规定小(xiǎo)于26mm细管直形稀土三基色荧光灯,也没有(yǒu)光生物(wù)安全指标要求,该标准难以适应当前社会发展的需要,有(yǒu)待更新(xīn)。
③照度测量办法(中心布点法):
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1.3地方标准
① 该标准规定了中小(xiǎo)學(xué)校教室照明技术的荧光灯灯具技术要求、LED灯具技术要求、教室的照明质量和节能(néng)要求、安装和维护要求和验收规则。
②该标准的编写基础是國(guó)家标准GB7793《中小(xiǎo)學(xué)校教室采光和照明卫生标准》,GB/T 36876《中小(xiǎo)學(xué)校普通教室照明设计安装卫生要求》以及GB40070《儿童青少年學(xué)习用(yòng)品近视防控卫生要求》,因此该标准条款完全符合國(guó)家相关标准要求。
③详细规定了學(xué)校教室照明环境的现场检测项目、检测方法以及检测机构的要求,有(yǒu)助于學(xué)校的对照明改造工程的验收,保证教室光环境达标,為(wèi)青少年提供一个有(yǒu)利于视力健康的學(xué)习环境。
④提出了有(yǒu)利于青少年视力健康的照明产品和光环境要求,例如提高教室顶部的照度,LED灯具要求红色光R9大于50,现场验收的检验项目加入了频闪,以及鼓励使用(yòng)获得认证的有(yǒu)利于视力健康相关产品等。
⑤贯彻了“健康、智能(néng)、节能(néng)”等高质量发展理(lǐ)念,例如考虑了黑板灯具的安装对讲课教师的影响,鼓励使用(yòng)可(kě)以接入网络进行智能(néng)控制的灯具,鼓励通过认证的视力健康产品等。
⑥创新(xīn)性的提出教室照明光环境要求分(fēn)為(wèi)两档,第一档為(wèi)國(guó)家标准的最低要求,第二档為(wèi)有(yǒu)利于视力健康和照明节能(néng)的更高要求,提供给有(yǒu)条件的學(xué)校更多(duō)选择。
⑦主要亮点為(wèi)提出了LED灯具的专门技术要求,例如提出有(yǒu)利于學(xué)校安装符合要求的LED灯具;以及提出了有(yǒu)利于青少年视力健康的条款,例如除了提高教室顶部的照度,LED灯具要求红色光R9大于50,现场验收的检验项目加入了频闪,以及鼓励使用(yòng)获得认证的有(yǒu)利于视力健康相关产品以外,还鼓励使用(yòng)模拟太阳光的全光谱灯具,相关的参数要求為(wèi)R1-R15均大于90。
⑧该标准的发布实施,将有(yǒu)利于推进全省中小(xiǎo)學(xué)校教室照明改造工作。
1.3.2上海市地方标准《中小(xiǎo)學(xué)校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)重点解读:
该标准规定的照明质量指标相对國(guó)标是比较完善的,除了适用(yòng)于普通教室,也适用(yòng)于各类专业教室,區(qū)分(fēn)了无视觉显示终端和有(yǒu)视觉显示终端教室,创新(xīn)性的加入垂直照度的指标,此外,还引入了分(fēn)级评级的指标形式对照度、眩光提出基础值和推荐值,对荧光灯提出光生物(wù)安全要求,对LED灯具提出蓝光危害要求。该标准考虑到布置测量点间距的不同可(kě)能(néng)会引起照度以及照度均匀度的较大區(qū)别,為(wèi)了提高测量数据的准确度,教室桌面水平照度测量点為(wèi)1m×1m的间距,书写板照度测量点為(wèi)0.4m×0.4m的间距。同时,关注光对人的视觉舒适度和非视觉健康影响,对光生物(wù)效应设计提出“应进行照明设计,实现动态照明、情景照明等优化效果”。
1.3.3南京市地方标准《中小(xiǎo)學(xué)幼儿园教室照明验收管理(lǐ)规范》(DB3201/T 1006-2020)重点解读:
①规定了中小(xiǎo)學(xué)幼儿园教室照明验收管理(lǐ)规范,提出了教室照明验收管理(lǐ)的验收流程、性能(néng)指标、设计要求、安装要求,该标准相比同类标准有(yǒu)很(hěn)多(duō)创新(xīn),例如首次要求教室照明可(kě)视化设计数据贯穿项目全流程,将计算机辅助设计的性能(néng)数据与验收现场实测数据在多(duō)环节对照校验,提高设计到验收的质量可(kě)控性;首次提出蓝光双重检测机制,不仅要求每一类灯具必须出具无视网膜蓝光危害检测报告,还在现场验收环节中,增加便携式光生物(wù)安全测试仪现场双重检测,开展现场检测,以确保将蓝光危害风险降到最低。
②為(wèi)确保具有(yǒu)较强的可(kě)操作性,该标准的资料性附录中提供了多(duō)达23页的《照明验收测量常用(yòng)表》《照明测量项目及方法》等说明性文(wén)件,还特别附录了《教室照明项目验收管理(lǐ)案例》。该案例包含南京市两所试点學(xué)校教室照明的真实设计方案、资料信息和测量数据,并按照工作开展路径进行图文(wén)对照注释,将项目实施概要、验收组织、安装企业验收申请、技术资料审核、委托专业部门抽检、项目學(xué)校功能(néng)核定,直至形成验收报告的全流程,都通过数据图表的方式呈现出来。
1.3.4河南省地方标准《中小(xiǎo)學(xué)及幼儿园室内照明技术规范(征求意见稿)》重点解读:
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1.4团體(tǐ)标准
二、教室照明健康光环境指标比对
2.1光源的选择
①光源可(kě)分(fēn)為(wèi)自然光源和人造光源两大类,人造光源在教室灯普遍使用(yòng)的是荧光灯和LED灯;天然光就是自然光源的其中一类,影响着人體(tǐ)健康,天然光可(kě)以调节生物(wù)钟、改善睡眠、改善人们的心情、减轻季节性情感障碍(SAD),减轻抑郁症状、促进人體(tǐ)吸收钙跟磷酸盐、有(yǒu)益视力等;故天然光在教室照明的中重要性越来越被看重,在白天的时候应首先优先考虑自然光,而将人工照明作為(wèi)辅助。近年来模拟自然光的健康LED光成為(wèi)研究热点。
②教室中如何优化利用(yòng)自然光也是需要考量的,如果过度的阳光进入教室,靠近窗户區(qū)域会发生强烈的明暗对比,产生眩光,影响人的视觉舒适度,不利于视力健康。某些建筑相关参考资料,会给采光相关指标范围一个上限值。团體(tǐ)标准《中小(xiǎo)學(xué)教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)规定“南向采光教室靠窗侧课桌面的天然光照度不宜大于3000lx,超过时应采用(yòng)遮阳系统。”,但國(guó)内标准对遮阳系统的要求和规定内容较少或几乎没有(yǒu)。能(néng)利用(yòng)好天然光,不仅对人體(tǐ)健康有(yǒu)好处,还能(néng)相应國(guó)家号召节能(néng)环保。
③在人造光源方面,荧光灯因其蓝光含量较LED灯低,替换方便,总體(tǐ)成本会较低,教室照明改造以前普通使用(yòng)的光源是荧光灯,但随着LED灯技术的提高,LED灯在教室照明中的使用(yòng)得到更普遍的认可(kě),主要原因有(yǒu):(1)有(yǒu)效抑制蓝光,将教室灯具的视网膜蓝光危害等级降到RG0,排除蓝光危害这一焦点问题。(2)LED灯很(hěn)容易进行光學(xué)配光,呈现照明效果比荧光灯好,视觉健康舒适度优于荧光灯。(3)目前已研发出全光谱LED,其光谱接近天然光,并能(néng)达到很(hěn)高的Ra值,目前被认為(wèi)是最优的人造光源,日后若能(néng)将价格降下来并大面积在教室照明中使用(yòng),将更有(yǒu)利于保护青少年的视力健康。故对光源的选择上,除了要合理(lǐ)利用(yòng)天然光,对人造光源的选择还要定位于光源的品质上。
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2.2桌面平均照度指标分(fēn)析
2.3眩光指标分(fēn)析
①眩光是指视野中由于不适宜亮度分(fēn)布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,以致引起视觉不舒适和降低物(wù)體(tǐ)可(kě)见度的视觉条件。研究证明,随着眩光强度的增加,被试的视觉作业绩效逐步降低。長(cháng)时间的强光刺激会阻碍黄斑视力功能(néng)的正常发育,同时,暗视觉長(cháng)期得不到锻炼,会给近视和弱视留下隐患。因而,眩光是影响教室光环境品质的重要因素之一。
③统一眩光值,简称UGR。度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起不舒适感主观反应的心理(lǐ)参量。其值可(kě)按CIE统一眩光值公式计算。
④眩光指标分(fēn)析
▲UGR=21.4
▲UGR=17.7
▲UGR=13.6
通过照片可(kě)以直观看出,UGR较大的教室光环境,有(yǒu)一部分(fēn)光会直接照射进入學(xué)生的眼睛,學(xué)生正常看黑板时,可(kě)能(néng)感觉到刺眼,引起不舒适感。而UGR越小(xiǎo),灯具发出的光仅仅照在课桌面上,较少光直接照射到學(xué)生的眼睛中,视觉舒适度越好。因而,UGR越小(xiǎo)的教室光环境越有(yǒu)利于學(xué)生的视力健康,同时,UGR越小(xiǎo),技术难度会相应越大,成本也可(kě)能(néng)会增加。
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2.4频闪指标分(fēn)析
2.5显示性指标分(fēn)析
①光源对物(wù)體(tǐ)真实颜色的呈现程度称為(wèi)光源的显色性。显色指数(CRI)取前8种常见颜色的显色指数的平均值,记為(wèi)Ra,表征此光源显色性。Ra值越大,光源的显色性越好。如果选用(yòng)低显指的灯具,反射回儿童眼中的色彩会失去饱和度,造成颜色失真,容易造成视觉疲劳,进而可(kě)能(néng)会导致近视。
②CRI是國(guó)内相关教室标准规定的核心指标之一,都规定了Ra≥80。R9(深色鲜红)是显色性很(hěn)重要且特殊的指数,部分(fēn)标准也增加了对R9的要求,如《建筑照明设计标准》GB 50034-2013中要求LED灯具做光源R9≥0,《中小(xiǎo)學(xué)教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)中要求LED灯具做光源R9≥10,广东地标则提出更高的显色指数要求R9≥50。教室灯具的显色性越好,视觉效果越好,越有(yǒu)利于青少年的视力健康。
③照明光谱介绍:据研究表明,暴露在类太阳光谱的光線(xiàn)下,可(kě)以提高关键的學(xué)习能(néng)力,如工作记忆、认知处理(lǐ)速度和测试准确性。
下图给出了一组太阳可(kě)见光谱相对强度的分(fēn)布情况。从太阳光谱辐照度分(fēn)布图可(kě)以看出,在可(kě)见光波段各光谱辐照度差别,除紫光部分(fēn)小(xiǎo)一点外,其他(tā)光谱辐照度差别不是很(hěn)大,因此可(kě)在满足教室照明指标要求的条件下,对照可(kě)见波段太阳光谱辐照度的比例,构建健康照明光环境类太阳光谱。
因此营造健康光环境的光源,不仅可(kě)见光波段与太阳光谱R1~R15的显色指数非常接近,而且相应的光谱强度分(fēn)布也应大致相同。也就是说,光源光谱强度分(fēn)布图与太阳光光谱强度分(fēn)布图吻合度大的照明产品,同时又(yòu)满足显色指数、色温、照度、亮度、频闪、眩光等指标要求的照明产品是健康照明产品。
2.6测试方法分(fēn)析
②取不同的测量间距,测试结果可(kě)能(néng)不同,测点间距越小(xiǎo),照度值可(kě)能(néng)越接近真实值。故近年来发布的标准如《中小(xiǎo)學(xué)校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)等,规定课桌面划出1m×1m,黑板画出0.4m×0.4m的正方形网格為(wèi)测量區(qū)域。
⑤对于统一眩光值的测试和计算方法,國(guó)内教室照明相关标准都是参照《建筑照明设计标准》GB 50034-2013,测量(观察)位置按照坐(zuò)姿眼睛高度1.2m,水平位置各标准略有(yǒu)不同,《中小(xiǎo)學(xué)校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)、《中小(xiǎo)學(xué)幼儿园教室照明验收管理(lǐ)规范》(DB3201/T 1006-2020)和《中小(xiǎo)學(xué)教室照明技术规范》(T/JYBZ 005-2018)取教室后墙面的中点,《中小(xiǎo)學(xué)教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)和《深圳市中小(xiǎo)學(xué)教室照明技术规范》(T/SZEEIA 001-2021)取位于离教室后墙水平距离1.1m的中点,《中小(xiǎo)學(xué)校教室照明技术规范》(DB44/T 2335-2021)则综合考虑了便利性,以及担心遗漏最后一排灯的情况,规定在离教室后墙水平距离0.5m和1.1m的中点各测试一次统一眩光值,取两值中较大的值作為(wèi)测量值。
三、结论和展望
3.1教室照明遵循原则
①重视天然光在教室照明中的利用(yòng),灯光布置应遵循自然光為(wèi)主,添加人造灯具為(wèi)辅的设计原则。对于教室质量的评价,不再是孤立地单独考评人工照明。
②细分(fēn)受众,细分(fēn)作业模式。针对不同年龄层的人的生理(lǐ)特点不同,所需照度值不尽相同。不同的作业模式,对色温、显色性和蓝光危害等的要求也不同。
③健康的光环境除了要满足能(néng)看清的基本功能(néng)外,还要重视人眼视觉疲劳和视觉舒适度,注重人的生理(lǐ)和心理(lǐ)健康。
④加入智能(néng)照明,根据白天晚上不同时段、场合,建立动态照明。如休息时间的照度值和色温可(kě)以區(qū)别于上课,从而调节人的疲劳度和注意力;晚上上自修的照度值也可(kě)以區(qū)别于白天上课的照度值。
⑤重视整體(tǐ)空间的亮暗分(fēn)布,舒适的光环境应该整體(tǐ)空间都是明亮的,使用(yòng)环境光均匀照亮整个區(qū)域。
⑥关注视看品质,强调设计方法对提升照明品质的作用(yòng)。如鼓励使用(yòng)间接光,以获得更高的天花(huā)板亮度于更加柔和的光,减少直接光的刺激。
3.2教室照明相关标准改进需求
①标准的内容应扩展,加强对教室光环境整體(tǐ)的考虑,避免脱离采光、孤立考虑人工照明。在标准體(tǐ)系中加强引导,充分(fēn)利用(yòng)天然光,考虑天然光和人工照明的有(yǒu)机融合,对于人工照明和天然光应同等重视,分(fēn)析气候、朝向、楼层等做出针对性的设计方案。白天和晚上的不同时段的天然光有(yǒu)很(hěn)大區(qū)别,白天的教室应充分(fēn)利用(yòng)天然光,晚上基本只需考虑人工照明。
②标准的指标體(tǐ)系应进行细分(fēn),应加强精细化考虑针对儿童青少年年龄层制定更為(wèi)符合人生理(lǐ)特点的照度指标,合理(lǐ)制定照度指标值。目前國(guó)内照明相关标准都缺乏对不同年龄层群體(tǐ)的细分(fēn),儿童、成年人、老年人的眼睛生理(lǐ)状况(瞳孔大小(xiǎo)、晶状體(tǐ)透明度)有(yǒu)很(hěn)大不同,应进一步对不同年龄层细分(fēn),做到更加精细化,适应不同生理(lǐ)特点的照明指标。
③标准指标应满足基本视看功能(néng)到提升视觉舒适性和健康护眼的方向转变。从人的人生理(lǐ)健康、生理(lǐ)节律出发,关注提升视觉舒适性和健康护眼,加强对减少视疲劳的指标引导。