教室灯具的照明质量分析与研究

颜稳萍

引言

我国儿童青少年的近视率越来越高， 已经呈现低龄化和重度化的发展趋势。 为了更好地保护学生的视力健康， 加强儿童青少年的近视防控工作，教育部等八部门联合发出《综合防控儿童青少年近视实施方案》的通知，要求严格按照普通中小学校、中等职业学校建设标准，落实教室、宿舍、图书馆（阅览室）等采光和照明要求，使用利于视力健康的照明设备。

教室作为学生长时间学习的场所， 光环境质量的好坏直接影响学生的视力健康。 为了满足教室光环境的照明要求， 采用合理的教室照明灯具是非常有必要的。 2023 年以来，全国各地中小学校积极响应近视防控工作的号召，抓紧对学校教室进行灯光改造。 目前教室照明灯具根据光学主要采用的有3 大类：一是以灯管结合反射罩的教室照明灯具； 二是以LED 光源结合格栅防眩方案的教室照明灯具； 三是以LED 光源结合微晶板方案的教室照明灯具。 教室光环境改造难点在于维持平均照度、照度均匀度、统一眩光值（UGR）满足国家标准要求。本文将对以上3 种类型的教室照明灯具的照明质量进行分析和研究，得出不同光学方案的优缺点，并给出教室照明灯具的优化设计方向。

教室光环境评价指标

为了更好地评价教室光环境照明质量，住房和城乡建设部、原卫生部等部门陆续发布相关标准，如GB 50034—2013 《建筑照明设计标准》、GB 50099原2011《中小学校设计规范》、GB 7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》、 国家推荐性标准GB/T 36876—2018 《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》。 其中GB/T 36876—2018综合了以上几份标准要求，对桌面维持平均照度、照度均匀度和眩光等都提出了具体要求，参数要求较为完善。 本文将依据GB/T 36876—2018 标准要求进行测试和对比分析，具体教室光环境照明指标如表1 所示[1]。

表1 教室光环境照明指标要求

评价光环境的主要参数有维持平均照度、照度均匀度和统一眩光值（UGR），其值将直接体现教室整体光环境的舒适度， 也是直接影响学生视力健康的3 个主要参数。 目前国内教室照明相关标准对教室的桌面维持平均照度均要求不低于300lx，桌面照度均匀度不低于0.7，而统一眩光值UGR 主要分为有不高于19 和不高于16 两种主流限值。由于眩光过大会引起人眼的不舒适，长时间处于高眩光的状态下会使视觉功能下降， 从而影响学生的专注力和学习效率， 因此教室光环境照明对眩光的要求越来越高， 更多团体标准和地方标准均要求UGR 不高于16。

教室照明灯具光学性能

针对目前在中小学校较为常见的3 种类型教室灯具进行光学性能测试， 光学性能主要包括配光曲线、光通量、光束角等参数，结果如表2 所示。

表2 常见教室灯具光学性能

从以上常见教室灯具性能可以发现1 号样品采用的是灯管方案，灯管发光角度较大。 为了提高学习区域的有效照明效率，通过增设反射罩将背后的光线反射到学习区域， 发光角度C0/C180 为136.4毅，C90/270 为113.9毅， 配光曲线呈大圆形，灯具对大角度光线并没有进行约束；2 号样品采用的LED 光源具有发光面积小、角度大、效率高及寿命长等特点，LED 光源发出的光线经过乳白扩散板进行均匀扩散后，再经过格栅板对大角度的光线进行压制，因此灯具的发光角度较小，配光曲线呈类椭圆形；3 号样品同样采用LED 光源， 不同在于LED 光源发出的光线经过带有凸透镜结构的微晶板，微晶板具有较好的折射效果，可有效将发光角度缩小到C0/C180 为95.3毅，C90/270 为100.5毅，有效抑制了大角度光线。

教室照明光环境质量测试

通过对比分析以上3 种不同类型教室灯具的光学特性发现， 光学性能的差异将直接影响教室照明质量参数，如桌面维持照度、照度均匀度和眩光等。 本文选取3 间教室空间大小相近，教室空间尺寸约9m伊7m伊3.4m，教室分别采用灯管型、格栅型和微晶型3 种不同类型灯具， 灯具数量均为9盏，按灯具安装说明进行排布安装[2]。

教室依据GB/T 5700—2008 《照明测量方法》进行测试， 普通教室按标准规定的中心布点法对教室的课桌区域进行布点， 距离前排课桌的前沿与前方黑板的水平距离为2.2m（讲台区域）以外均作为教室课桌区域，课桌区域按2m伊2m 正方形网格进行划分，测试点为正方形网格的中心点，测试点数量为9 个（3伊3）， 如图1 所示。 使用Konica Minolta 色彩照度计CL-500A 在测试点位置进行照度测试，测试高度为课桌面高度0.75m，测试结果如表3 所示。

图1 课桌区域测试点布置图

表3 课桌面维持平均照度及照度均匀度

从课桌面的维持平均照度及照度均匀度对比可知，灯管型教室灯维持照度为252lx，照度均匀度为0.60，两项指标均不能满足标准要求。 造成不合格原因主要是由于灯具本身通过反射罩进行反射，光线损耗较大，发光效率低，同时灯管型教室灯发光角度大， 有效照明较低； 格栅教室灯基于LED 光源高光效的优势， 通过合理的光学设计提高有效照明， 使维持平均照度和照度均匀度均达到较好的效果，其维持平均照度均为412lx，照度均匀度均0.87； 微晶教室灯采用导光板和微晶结构，其灯具效率更高，维持平均照度为501lx，照度均匀度为0.85， 从现场亮度效果来看微晶教室灯会显得更加明亮， 主要原因是微晶教室灯的光学效率较高。

为了更好地分析对比教室灯具在不同位置的UGR 值情况，本文将模拟学生在不同位置上以不同视角对教室统一眩光值进行测试。 测试时使用LMK Mobile Advanced 现场亮度及眩光测试设备进行UGR 测试， 该设备同时搭配Labsoft 软件能够准确地对现场亮度照片进行图像分析和计算，测试UGR 准确度高，大大提高检测效率[3]。考虑到讲台方向黑板灯的影响眩光会比较高， 所以测试点位置均布置在学生上课区域， 测试点布置于教室后方两个边角和三面墙面的中点， 眩光测试点布置如图2 所示。 测试时测试设备角度以正对教室中心，水平向前，为了尽可能将全部灯具纳入眩光考核，测试仪器应尽可能地靠近墙面，将仪器放置于距离墙面距离0.5m 远的位置，测试高度模拟学生坐姿高度1.2m 进行测试，教室不同位置统一眩光值实测结果如表4 所示。

图2 眩光测试布置图

表4 教室不同位置统一眩光值（高度1.2m）

从表4 可以看出灯管型教室灯统一眩光值已经超出GB/T 36876-2018 标准中UGR≤19 的限值，UGR 最高值达到了19.6， 可见灯管实际造成的眩光是比较严重的。 其灯具表面亮度较高，对大角度光线并没有很好的控制， 因此整体眩光值都偏高；格栅型教室灯则表现出较好的防眩光效果，UGR 最大才13.4，最小达到了11.9，格栅型防眩效果最佳， 其格栅对大角度光线起到了很好的限制作用。 同时在教室里以站立的角度平视看，较难看到内部LED 光源，进一步说明灯具良好的防眩效果；微晶型同样也是除去大角度光线，将眩光控制在较低值，教室灯虽然防眩效果没格栅效果好，但UGR 眩光最大才14.4，防眩效果不仅满足国标UGR≤19 的要求， 同时满足团标和地标UGR≤16 的要求，防眩效果也是相当不错。

结果分析与建议

通过对比分析不同类型的教室灯， 可以发现传统灯管型的教室灯维持平均照度低、 照度均匀度差且过度的眩光， 已经不能满足教室舒适明亮的光环境， 很容易造成学生视力疲劳。 采用LED光源的格栅型教室灯， 通过设计光学格栅对LED光源的光线进行遮挡和反射， 使教室灯在满足维持平均照度和照度均匀度的效果下， 有效将眩光控制在较低的范围， 是目前教室灯具当中眩光控制最低的。 另一种采用LED 光源的微晶型教室灯通过微晶面板的折射作用， 也实现了较好的教室光环境。 它具有良好的防眩效果，整体教室维持平均照度也较高。

综上所分析的结果， 发现采用较为简易的灯管型教室灯，往往教室光环境是不达标的。 建议学校教室尽量采用LED 光源的格栅型或微晶型教室灯，并且通过对灯具进行合理地排布安装，以达到较好的教室光环境，从而保护学生的视力健康。