教室健康照明设计的研究与应用

阮 程，黄耀伟，张 鑫，2，汪 洋，2

(1.长春希达电子技术有限公司，吉林 长春 130103； 2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130103)

引言

随着人们对健康的需求越来越强烈，亟需对儿童青少年视觉健康光环境进行优化设计，提高照明光品质和光健康水平。本文基于目前国家标准要求，结合教室健康照明实际需求[1-5]，梳理教室照明光健康和光品质参数，提出当下教室照明设计策略建议，助力教室健康照明发展。

1 教室健康照明指标梳理

根据目前对传统教室照明光环境的调研测试和GB 7793—2010《中小学教室采光和照明卫生标准》、GB 50099—2011《中小学校设计规范》以及GB 50034—2013《建筑照明设计要求》的基本要求，从光品质和光健康两个维度对教室健康照明光环境因数及指标要求进行分析梳理，本文把光品质分为相关色温Tc、显色指数Ra、特殊显色指数R9、色容差SDCM、色漂Duv、色彩逼真度Rf以及色彩饱和度Rg七项参数；光健康分为照度、照度均匀度、蓝光危害、频闪、眩光、光谱以及舒适度七项参数。以上参数根据国家标准对教室照明灯具光电色指标，及光生物安全性指标进行严格要求，如图1所示。本文建议选用教室照明灯具的参数测试结果应该符合图1的要求。

图1 教室健康照明光环境参数Fig.1 Light environment indicators of healthy lighting in classroom

2 光生物安全、光品质及光健康标准

面临健康照明市场迫切需求及产品设计的多样化，国内外进行相关标准规范的部署，已经发布的基于光生物效应的相关标准可分为三大类：第一类是基于光生物安全的标准；第二类是基于光品质的标准；第三类是光健康标准[6]。对于第一类光生物安全标准，目前广泛使用的包括12项(表1)，与光品质相关的标准共计14项(表2)，与光健康相关的标准共有11项(表3)。

表1 光生物安全相关标准Table 1 Standards related to photobiological safety

表2 光品质相关标准Table 2 Standards related to light quality

表3 光健康相关标准Table 3 Standards related to light health

3 教室健康照明设计及应用研究

传统教室使用照明灯具存在色温高、照度和均匀度偏低、眩光和频闪严重等问题，儿童和青少年长时间在此环境中作业和生活会造成严重的视疲劳，影响视力健康和学习效率，本文通过模拟实际应用场景，对教室照明光环境优化设计，高于标准要求实现教室健康照明光环境。本设计按照标准教室尺寸：9 m(长)×7 m(宽)×3.6 m(高)进行照明模拟，灯具选用类型和参数如表4所示。采用9盏教室灯和3盏黑板灯进行室内照明模拟，灰阶等照度图和伪彩表现图如图2所示，桌面和黑板面照度均匀分布，光通维持率设置为0.8，课桌面平均照度为559 lx，照度均匀度为0.858；黑板面平均照度为665 lx，照度均匀度为0.805，对比表1和表2，完全满足光生物安全和光品质的标准要求。

表4 教室健康照明灯具规格参数Table 4 Specification parameters of classroom health lighting

图2 灰阶照度图和伪彩表现图Fig.2 Gray scale map and pseudo color rendering

按照上述照明设计进行实际教室照明改造，改造前后实测数据对比如表5所示，改造后桌面平均照度为534 lx，照度均匀度(最小照度/平均照度)为0.81，黑板面平均照度为651 lx，照度均匀度为0.82，均高于国标要求。改造前后现场对比如图4所示，可以看出改造后桌面和黑板面照度明显提高，光分布均匀，无不舒适眩光。

表5 改造前后实测数据对比表Table 5 Comparison table of measured data before and after transformation

根据儿童青少年实际视觉健康和作业效率需求，优选高指标照明灯具，提出教室健康照明光环境设计相关指标建议值如表6所示。

图3 课桌面和黑板面照度及照度均匀度模拟Fig.3 Simulation of illumination and illumination uniformity of desktop and blackboard

图4 照明改造前后现场对比Fig.4 Field comparison before and after lighting transformation

表6 教室健康照明设计指标建议Table 6 Suggestions on design indicators of healthy lighting in classroom

4 结语

本文对目前国内外关于教室健康照明的标准进行梳理，按照光生物安全、光品质与光健康的标准要求进行分类汇总，在实际标准教室进行照明设计和改造前后实测分析，建议设计人员在教室健康照明设计时参考表6中的建议要求，合理进行照明设计，积极推动“学校教育场所照明用具准入制度”及“学校照明标准”的建立，进一步提高教室及家庭健康光环境质量。