一、國內(nèi)中小學(xué)校教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比對
1.1分類方式
1.1.1名稱:質(zhì)量評價類、設(shè)計類、產(chǎn)品類、測量方法類
1.1.2適用范圍:國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和團體標(biāo)準(zhǔn)
1.1.3發(fā)布?xì)w口單位:原衛(wèi)生部、原住建部、行業(yè)協(xié)會和標(biāo)準(zhǔn)化委員會及地方教育局等機構(gòu)
1.2教室照明標(biāo)準(zhǔn)概況
1.2.1國家標(biāo)準(zhǔn)
1.2.1《兒童青少年學(xué)習(xí)用品近視防控衛(wèi)生要求》(GB 40070-2021)重點解讀:
①該標(biāo)準(zhǔn)從保護兒童青少年視力健康、預(yù)防和控制近視的角度,規(guī)定了兒童青少年日常接觸到的與近視防控相關(guān)學(xué)習(xí)用品的衛(wèi)生要求。
②在教室燈具方面規(guī)定了色溫、顯色指數(shù),特別是要求LED燈具的特殊顯色指數(shù)R9要大于0等,還對燈具的藍(lán)光危害和頻閃做了規(guī)定。
③首次提出了關(guān)于一些過量光照的限制指標(biāo),如在教學(xué)多媒體產(chǎn)品顯示技術(shù)中,專門提出了教學(xué)多媒體產(chǎn)品使用時屏幕應(yīng)不大于400cd/m²,;在讀寫作業(yè)臺燈衛(wèi)生要求中,提出了當(dāng)人處于坐姿的位置時,人眼觀察到的所有發(fā)光部件的表面亮度應(yīng)不超過2000cd/m²的上限要求,對于防止眩光傷眼有重要指導(dǎo)作用。
①該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中小學(xué)校普通教室桌面、黑板面照度,教室和黑板照明設(shè)計安裝的要求,主要涵蓋照度、顯色指數(shù)、色溫、光強分布、統(tǒng)一眩光值和安裝方法的相關(guān)指標(biāo),除了常規(guī)的照明指標(biāo),加入了智能照明的理念,支持采用調(diào)光系統(tǒng),分別調(diào)節(jié)照明和照度。
②明確提到應(yīng)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(diào)節(jié)不同區(qū)域照明、照度,這就需要智能照明去實現(xiàn)。此外,該標(biāo)準(zhǔn)沒有非普通教室(如閱覽室、舞蹈室和美術(shù)室等)的規(guī)定,也缺少頻閃、特殊顯色指數(shù)、藍(lán)光危害等影響教室整體光環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo),難以對使用者形成全面的認(rèn)識和引導(dǎo)。
1.2.3《中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》(GB50099-2011)重點解讀:
①該標(biāo)準(zhǔn)在用光方面也規(guī)定了天然光和人工照明的要求,采光方面主要是教學(xué)用房工作面或地面上的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和窗地面積比、室內(nèi)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(tǒng)一眩光值、顯色指數(shù)、照明功率密度及對應(yīng)照度值。
②該標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布實施多年,缺乏部分重要指標(biāo),如黑板的照度,色溫等,難以適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的需要,有待更新。
1.2.4《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)和《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50033-2013)重點解讀:
①該標(biāo)準(zhǔn)是建筑工程設(shè)計師設(shè)計應(yīng)用照明電氣最重要的一部標(biāo)準(zhǔn),包括各類建筑照明設(shè)計的數(shù)量指標(biāo)(如照度)、質(zhì)量指標(biāo)(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(yè)建筑的照明標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
②該標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點是規(guī)定了人工照明的相關(guān)指標(biāo),而《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50033-2013)則明確指出充分利用天然光資源,采用采光系數(shù)來評價采光效果,但關(guān)于天然光和室內(nèi)人工照明之間的關(guān)聯(lián)未能夠充分的說明闡述。
③《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2013和建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033-2013目前仍是公共建筑照明重要的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),如《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)中規(guī)定的統(tǒng)一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的定義和計算方法經(jīng)常被其它標(biāo)準(zhǔn)引用,給照度標(biāo)準(zhǔn)值分級也一直被沿用。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了學(xué)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(huán)境的整體認(rèn)知,但對采光和照明的規(guī)定是獨立的,兩者相互影響相互作用關(guān)系沒有闡述,教室照明指標(biāo)也沒有區(qū)分普通和專業(yè)教室,該標(biāo)準(zhǔn)建議使用的光源規(guī)定小于26mm細(xì)管直形稀土三基色熒光燈,也沒有光生物安全指標(biāo)要求,該標(biāo)準(zhǔn)難以適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)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(biāo)準(zhǔn)
① 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中小學(xué)校教室照明技術(shù)的熒光燈燈具技術(shù)要求、LED燈具技術(shù)要求、教室的照明質(zhì)量和節(jié)能要求、安裝和維護要求和驗收規(guī)則。
②該標(biāo)準(zhǔn)的編寫基礎(chǔ)是國家標(biāo)準(zhǔn)GB7793《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,GB/T 36876《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計安裝衛(wèi)生要求》以及GB40070《兒童青少年學(xué)習(xí)用品近視防控衛(wèi)生要求》,因此該標(biāo)準(zhǔn)條款完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
③詳細(xì)規(guī)定了學(xué)校教室照明環(huán)境的現(xiàn)場檢測項目、檢測方法以及檢測機構(gòu)的要求,有助于學(xué)校的對照明改造工程的驗收,保證教室光環(huán)境達標(biāo),為青少年提供一個有利于視力健康的學(xué)習(xí)環(huán)境。
④提出了有利于青少年視力健康的照明產(chǎn)品和光環(huán)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(xiàn)場驗收的檢驗項目加入了頻閃,以及鼓勵使用獲得認(rèn)證的有利于視力健康相關(guān)產(chǎn)品等。
⑤貫徹了“健康、智能、節(jié)能”等高質(zhì)量發(fā)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(wǎng)絡(luò)進行智能控制的燈具,鼓勵通過認(rèn)證的視力健康產(chǎn)品等。
⑥創(chuàng)新性的提出教室照明光環(huán)境要求分為兩檔,第一檔為國家標(biāo)準(zhǔn)的最低要求,第二檔為有利于視力健康和照明節(jié)能的更高要求,提供給有條件的學(xué)校更多選擇。
⑦主要亮點為提出了LED燈具的專門技術(shù)要求,例如提出有利于學(xué)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(xiàn)場驗收的檢驗項目加入了頻閃,以及鼓勵使用獲得認(rèn)證的有利于視力健康相關(guān)產(chǎn)品以外,還鼓勵使用模擬太陽光的全光譜燈具,相關(guān)的參數(shù)要求為R1-R15均大于90。
⑧該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施,將有利于推進全省中小學(xué)校教室照明改造工作。
1.3.2上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計規(guī)范》(DB 31/T 539-2020)重點解讀:
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的照明質(zhì)量指標(biāo)相對國標(biāo)是比較完善的,除了適用于普通教室,也適用于各類專業(yè)教室,區(qū)分了無視覺顯示終端和有視覺顯示終端教室,創(chuàng)新性的加入垂直照度的指標(biāo),此外,還引入了分級評級的指標(biāo)形式對照度、眩光提出基礎(chǔ)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(lán)光危害要求。該標(biāo)準(zhǔn)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(qū)別,為了提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(guān)注光對人的視覺舒適度和非視覺健康影響,對光生物效應(yīng)設(shè)計提出“應(yīng)進行照明設(shè)計,實現(xiàn)動態(tài)照明、情景照明等優(yōu)化效果”。
1.3.3南京市地方標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)幼兒園教室照明驗收管理規(guī)范》(DB3201/T 1006-2020)重點解讀:
①規(guī)定了中小學(xué)幼兒園教室照明驗收管理規(guī)范,提出了教室照明驗收管理的驗收流程、性能指標(biāo)、設(shè)計要求、安裝要求,該標(biāo)準(zhǔn)相比同類標(biāo)準(zhǔn)有很多創(chuàng)新,例如首次要求教室照明可視化設(shè)計數(shù)據(jù)貫穿項目全流程,將計算機輔助設(shè)計的性能數(shù)據(jù)與驗收現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)在多環(huán)節(jié)對照校驗,提高設(shè)計到驗收的質(zhì)量可控性;首次提出藍(lán)光雙重檢測機制,不僅要求每一類燈具必須出具無視網(wǎng)膜藍(lán)光危害檢測報告,還在現(xiàn)場驗收環(huán)節(jié)中,增加便攜式光生物安全測試儀現(xiàn)場雙重檢測,開展現(xiàn)場檢測,以確保將藍(lán)光危害風(fēng)險降到最低。
②為確保具有較強的可操作性,該標(biāo)準(zhǔn)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(xué)校教室照明的真實設(shè)計方案、資料信息和測量數(shù)據(jù),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(yè)驗收申請、技術(shù)資料審核、委托專業(yè)部門抽檢、項目學(xué)校功能核定,直至形成驗收報告的全流程,都通過數(shù)據(jù)圖表的方式呈現(xiàn)出來。
1.3.4河南省地方標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)及幼兒園室內(nèi)照明技術(shù)規(guī)范(征求意見稿)》重點解讀:
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1.4團體標(biāo)準(zhǔn)
二、教室照明健康光環(huán)境指標(biāo)比對
2.1光源的選擇
①光源可分為自然光源和人造光源兩大類,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(diào)節(jié)生物鐘、改善睡眠、改善人們的心情、減輕季節(jié)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(yīng)首先優(yōu)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(yōu)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(qū)域會發(fā)生強烈的明暗對比,產(chǎn)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(guān)參考資料,會給采光相關(guān)指標(biāo)范圍一個上限值。團體標(biāo)準(zhǔn)《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計規(guī)范》(T/CIES 030-2020)規(guī)定“南向采光教室靠窗側(cè)課桌面的天然光照度不宜大于3000lx,超過時應(yīng)采用遮陽系統(tǒng)。”,但國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對遮陽系統(tǒng)的要求和規(guī)定內(nèi)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(yīng)國家號召節(jié)能環(huán)保。
③在人造光源方面,熒光燈因其藍(lán)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(shù)的提高,LED燈在教室照明中的使用得到更普遍的認(rèn)可,主要原因有:(1)有效抑制藍(lán)光,將教室燈具的視網(wǎng)膜藍(lán)光危害等級降到RG0,排除藍(lán)光危害這一焦點問題。(2)LED燈很容易進行光學(xué)配光,呈現(xiàn)照明效果比熒光燈好,視覺健康舒適度優(yōu)于熒光燈。(3)目前已研發(fā)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(rèn)為是最優(yōu)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(zhì)上。
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2.2桌面平均照度指標(biāo)分析
2.3眩光指標(biāo)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(yè)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(fā)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(huán)境品質(zhì)的重要因素之一。
③統(tǒng)一眩光值,簡稱UGR。度量處于視覺環(huán)境中的照明裝置發(fā)出的光對人眼引起不舒適感主觀反應(yīng)的心理參量。其值可按CIE統(tǒng)一眩光值公式計算。
④眩光指標(biāo)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(huán)境,有一部分光會直接照射進入學(xué)生的眼睛,學(xué)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(fā)出的光僅僅照在課桌面上,較少光直接照射到學(xué)生的眼睛中,視覺舒適度越好。因而,UGR越小的教室光環(huán)境越有利于學(xué)生的視力健康,同時,UGR越小,技術(shù)難度會相應(yīng)越大,成本也可能會增加。
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2.4頻閃指標(biāo)分析
2.5顯示性指標(biāo)分析
①光源對物體真實顏色的呈現(xiàn)程度稱為光源的顯色性。顯色指數(shù)(CRI)取前8種常見顏色的顯色指數(shù)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(dǎo)致近視。
②CRI是國內(nèi)相關(guān)教室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的核心指標(biāo)之一,都規(guī)定了Ra≥80。R9(深色鮮紅)是顯色性很重要且特殊的指數(shù),部分標(biāo)準(zhǔn)也增加了對R9的要求,如《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2013中要求LED燈具做光源R9≥0,《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計規(guī)范》(T/CIES 030-2020)中要求LED燈具做光源R9≥10,廣東地標(biāo)則提出更高的顯色指數(shù)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(jù)研究表明,暴露在類太陽光譜的光線下,可以提高關(guān)鍵的學(xué)習(xí)能力,如工作記憶、認(rèn)知處理速度和測試準(zhǔn)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(biāo)要求的條件下,對照可見波段太陽光譜輻照度的比例,構(gòu)建健康照明光環(huán)境類太陽光譜。
因此營造健康光環(huán)境的光源,不僅可見光波段與太陽光譜R1~R15的顯色指數(shù)非常接近,而且相應(yīng)的光譜強度分布也應(yīng)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(chǎn)品,同時又滿足顯色指數(shù)、色溫、照度、亮度、頻閃、眩光等指標(biāo)要求的照明產(chǎn)品是健康照明產(chǎn)品。
2.6測試方法分析
②取不同的測量間距,測試結(jié)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(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)如《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計規(guī)范》(DB 31/T 539-2020)等,規(guī)定課桌面劃出1m×1m,黑板畫出0.4m×0.4m的正方形網(wǎng)格為測量區(qū)域。
⑤對于統(tǒng)一眩光值的測試和計算方法,國內(nèi)教室照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都是參照《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)略有不同,《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計規(guī)范》(DB 31/T 539-2020)、《中小學(xué)幼兒園教室照明驗收管理規(guī)范》(DB3201/T 1006-2020)和《中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)范》(T/JYBZ 005-2018)取教室后墻面的中點,《中小學(xué)教室健康照明設(shè)計規(guī)范》(T/CIES 030-2020)和《深圳市中小學(xué)教室照明技術(shù)規(guī)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(xué)校教室照明技術(shù)規(guī)范》(DB44/T 2335-2021)則綜合考慮了便利性,以及擔(dān)心遺漏最后一排燈的情況,規(guī)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(tǒng)一眩光值,取兩值中較大的值作為測量值。
三、結(jié)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(yīng)遵循自然光為主,添加人造燈具為輔的設(shè)計原則。對于教室質(zhì)量的評價,不再是孤立地單獨考評人工照明。
②細(xì)分受眾,細(xì)分作業(yè)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(yè)模式,對色溫、顯色性和藍(lán)光危害等的要求也不同。
③健康的光環(huán)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(jù)白天晚上不同時段、場合,建立動態(tài)照明。如休息時間的照度值和色溫可以區(qū)別于上課,從而調(diào)節(jié)人的疲勞度和注意力;晚上上自修的照度值也可以區(qū)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(huán)境應(yīng)該整體空間都是明亮的,使用環(huán)境光均勻照亮整個區(qū)域。
⑥關(guān)注視看品質(zhì),強調(diào)設(shè)計方法對提升照明品質(zhì)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)改進需求
①標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容應(yīng)擴展,加強對教室光環(huán)境整體的考慮,避免脫離采光、孤立考慮人工照明。在標(biāo)準(zhǔn)體系中加強引導(dǎo),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(yīng)同等重視,分析氣候、朝向、樓層等做出針對性的設(shè)計方案。白天和晚上的不同時段的天然光有很大區(qū)別,白天的教室應(yīng)充分利用天然光,晚上基本只需考慮人工照明。
②標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系應(yīng)進行細(xì)分,應(yīng)加強精細(xì)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(biāo),合理制定照度指標(biāo)值。目前國內(nèi)照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都缺乏對不同年齡層群體的細(xì)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(yīng)進一步對不同年齡層細(xì)分,做到更加精細(xì)化,適應(yīng)不同生理特點的照明指標(biāo)。
③標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)應(yīng)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(zhuǎn)變。從人的人生理健康、生理節(jié)律出發(fā),關(guān)注提升視覺舒適性和健康護眼,加強對減少視疲勞的指標(biāo)引導(dǎo)。