教室健康照明设计要求

庹元科 傅剑峰

中机中联工程有限公司（重庆 400039）

0 引言

当前，青少年近视与亚健康问题引起了学校与社会的广泛关注。大量研究表明，不良的学习与生活习惯是造成该问题的主观原因，不健康的光环境是重要的客观原因。文章基于相关研究文献与规范，结合实际，阐述了教室健康照明设计各项参数选取原由、具体参考设计值及灯具选取与安装要求。

1 研究背景

1.1 青少年近视

据相关数据显示，我国7～12岁小学生、13～15岁初中生、16～18岁高中生及19～22岁大学生的视力不良率分别为45.71%、74.36%、83.28%和86.36%。我国学生近视率呈上升趋势，严重影响青少年的身心健康，成为学校和社会关注的重要公共卫生问题。有待通过制定并强化国家强制的工程与产品的设计标准，规范、监督、管理市场，保护青少年视力健康[1-2]。

导致青少年近视的因素很多，但现有研究认为主要包括以下三个方面：（1）遗传原因；（2）不良的学习与生活习惯，如过度使用电子产品、不良的阅读及书写习惯等均容易导致近视；（3）生活与学习光环境影响，光照环境不佳会引起并容易加快近视，甚至会引发眼部疾病。在上述方面中，光照环境影响是造成近视的主要客观原因，而青少年每天有超过一半的时间处在教室光照环境中，因此科学、健康的教室照明设计成为维护青少年健康、预防近视的重要手段[3]。

1.2 青少年亚健康

亚健康是介于健康与疾病之间的一种临界状态，在这种状态下，身体没有明显的病理特征，而是以持续、反复发作的疲劳为主要症状表现，同时伴有躯体疼痛、睡眠障碍等心理或身体症状。青少年长时间处于亚健康状态会导致人体免疫功能严重下降，表现有忧郁、焦虑、疲劳、学习效率下降、适应能力差、人际关系紧张等。

导致青少年亚健康的原因较多，如学习时间过长、生活不规律、学习压力过大等。精神不振与焦虑、愤怒及健忘等是青少年亚健康的典型情绪反应。适宜的室内光照环境对调节人体情绪与生理状况具有积极作用，光照环境对亚健康的改善主要体现在生理节律调节与心理压力缓解两个方面。同时，光照环境能显著影响人的情绪。光照环境会影响与情绪高度相关的激素分泌，进而影响人的情绪与精神状态，合理的人工照度及色温等环境可对人的情绪改善起到积极作用。研究并改善青少年的亚健康状况，优化其生活学习环境的照明设计，对促进青少年身心健康具有重要意义[2]。

2 教室健康照明的设计要求

2.1 桌面水平照度、照度均匀度、色温

目前，国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）要求教室课桌面照度＞300 lx。蔡建奇等[3]认为该照度要求是以白种人为参考标准制定的，而中国人在生理特征上与白种人存在显著的生理结构差异（中国人的瞳孔比白种人的小），中国人的色素耐光性远高于白种人的色素耐光性，这种人种差异造成了中国人的眼瞳孔的入光量较白种人的需求更高。根据他们团队5年的实验结果显示，500～600 lx的桌面水平照度最适于中国人眼生理特性。

重庆大学健康照明研究团队关杨等[2]分别在实验室、教室等场所中完成了在人工光条件下光谱、光强影响大学生生理、心理指标的系列实验，包括不同光源、光谱、光强、不同色温下的视觉实验，以及学习效率-疲劳实验、脑电波实验等。多个实验均表明，在4 000 K左右的中间色温组合500～750 lx的高照度下，人的学习效率与大脑皮层的兴奋性最强。

牛萍娟等[4]通过实验证明，良好的光照环境和合适色温会对注意力、学习疲劳程度等产生积极影响，并对视力的调节及预防近视有积极作用。实验用9种不同LED测试环境（不同色温和照度）下的照明环境，进行了学习效率、双眼调节力和生理指标参数测试，同时结合主观评价，得出理想的工作和学习照度和色温为500 lx、4 500 K的结论。

综上所述，适宜教室的最佳照度和色温为500 lx、4 000～5 000 K，而教室内课桌面上照度的水平均匀度应不低于0.8。

2.2 垂直照度

相关文献研究得出，当垂直照度在300～600 lx时，人眼舒适度较高，垂直照度过高或过低都会造成一定的不舒适[5]。

2.3 黑板照明设计

最新团体标准《中小学教室照明技术规范》（T/JYBZ 005—2018）要求黑板平均照度≥500 lx。蔡建奇等[3]通过实验发现，教室黑板照度应在500～750 lx，照度均匀度应≥0.85。

2.4 灯具安装和眩光抑制

灯具采用吊杆安装方式，按教室纵向（灯具长轴垂直于黑板）均匀布置，灯具距课桌垂直距离m应≥1.7 m。若设有吊扇，灯具出光面应低于吊扇。灯具安装示意图如图1所示。

黑板灯具不应在教师站姿眼位处产生眩光，不应布置在教师站在讲台水平视线45°仰角以内位置，即图1所示虚线范围外。灯具与黑板平行间距d宜≤0.8 m，距黑板上缘距离h宜＞0.2 m。

图1 灯具安装示意图

照明设计时，还可采用下列措施防止和减少眩光：（1）教室内普通照明不应采用直接敞开式灯具或者遮光角＜30°的普通格栅灯具或点光源灯具；（2）限制灯具出光口表面发光亮度；（3）房间设置窗帘防止直接眩光；（4）黑板表面由耐磨无光泽的材料制成，以防止眩光。

2.5 闪烁、频闪

2020年实施的《民用建筑电气设计标准》（GB 51348—2019）指出了频闪的危害，轻则导致视觉疲劳、偏头痛，降低工作效率，重则导致工伤。

电气与电子工程师协会（IEEE）制定的标准IEEE Std 1789—2015定义了照明产品频闪的评价标准，主要评价指标包括频闪指数（Flicker Index,FI）和频闪比率（Percent Flicker,PF）。其中，频闪指数是指一个波动周期内超出平均值的光输出部分除以总的光输出部分，即频闪指数=面积1/(面积1+面积2)；频闪比率则指一个波动周期内光输出最大值A和最小值B的差与光输出最大值和最小值之和的比，即频闪比率=100(A-B)/(A+B)，如图2所示。

图2 频闪指数和频闪比率

IEEE Std 1789—2015文件中，将频闪风险分为几个等级，其中区域1为无风险级，区域2为低风险级，区域3为不能被接受等级，如图3所示。

图3 风险等级划分

对灯具，则要求在额定电压下工作时，光输出波形的频闪比率限值不高于一定的限值，如表1所示。《民用建筑电气设计标准》（GB 51348—2019）规定长时间视觉工作场所内的照明光源频闪指数应≤10%的取值。

表1 频闪比率限值要求

2.6 光生物安全性与灯具参数选择

光辐射主要通过光化学和热辐射对人体皮肤、眼睛前表面以及视网膜产生损害。对皮肤轻则产生红斑，重则导致皮肤癌；对眼睛可导致视网膜炎、角膜灼伤、视网膜灼伤及白内障等。其中，蓝光危害是LED照明中公众关注度最高的一种光辐射危害，蓝光是白光LED不可缺少的组成部分，能对人体视网膜造成光化学损伤。研究表明，蓝光会影响人的睡眠，导致白内障术后的眼底损伤等危害。对青少年长期学习的教室开展光生物安全健康照明评价，降低照明环境对青少年的负面影响，设计与改造教室的健康照明是社会的紧迫需求，也是目前光生物安全研究的重点课题[6]。

合理选择灯具参数，可通过控制光源亮度、减少眩光等减轻光辐射危害。国内对灯具光生物危害的检测标准，逐步根据灯具光生物安全相关的参数完善了一整套光危害检测的测量评价方法。《灯和灯系统的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）是由全国照明电器标准化技术委员会等同转化了CIE S 009/E:2002标准而制定的，其中6.1节规定了灯具的光生物安全性等级。2018年实施的《普通照明用LED产品光辐射安全要求》（GB/T 34034—2017）确立了LED产品光辐射安全评估以及光辐射危害分类的一般原则。

教室是学生长期停留的场所，双端荧光灯照明灯具应符合照国家标准《灯和灯系统的光生物安全性》（GB/T 20145—2006）规定的无危险类，LED照明灯具应符合照国家标准《普通照明用LED产品光辐射安全要求》（GB/T 34034—2017）规定的豁免类。

3 结论

（1）教室照明质量应符合照明标准值的规定，如表2所示。（2）灯具不应采用直接敞开式灯具或者遮光角＜30°的普通格栅及点光源灯具，安装要减少眩光，防止频闪效应和闪烁现象。（3）荧光灯照明灯具与LED照明灯具均应符合照国家标准要求。

表2 照明标准值