室內用燈的光生物安全測試與分析

侯曉妮 孫登峰 張云嫦 孫嗣旸 錢杉杉 喬倩

摘 要：針對我國室內常用的LED燈及熒光燈可能存在光生物安全問題，從市場上隨機選取5個品牌4～13 W的燈共計36只，依據GB/T 20145——2006 《燈和燈系統的光生物安全》分別測量每只燈的實際色溫、藍色比、光生物安全評價參量，并對其光生物安全進行評價。結果顯示：標稱色溫與實測色溫差異較大，且普遍存在，最大可達1 071 K；36只燈中存在光生物安全問題的燈有4只，其危害主要為藍光小光源危害或藍光視網膜危害。對此，重點分析室內用燈藍光危害與亮度和藍色比的關系，研究表明：應用實測亮度與亮度限量值評估藍光危害的結果與標準方法基本一致；高色溫室內用燈往往具有較高的亮度和藍色比，存在光生物安全危害的可能性更大。因此，建議加強對室內用燈色溫的監督管理，并需對高色溫室內用燈的光生物安全進行評價，以確保室內用燈的光生物安全。

關鍵詞：熒光燈；LED燈；光生物安全；藍光危害；藍光小光源

文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2016）09-0021-06

0 引 言

室內用燈往往根據居民個人喜好隨意選擇和設計，使得室內光污染對人的生理和心理產生的負面影響更具隱蔽性和長期性。近年來，人們為了追求節能特性，室內用燈常常采用LED燈和熒光燈[1-4]，并以LED燈為主。然而，LED燈及熒光燈的光生物安全問題受到了廣泛關注[5-8]。尤其是LED燈被認為普遍存在藍光危害[9-11]。眼睛長時間直視存在藍光危害的室內用燈后可能引起視網膜的光化學損傷，產生大量具有細胞毒性的自由基，破壞細胞正常生長。除藍光危害外，室內用燈還可能對人體皮膚和眼睛造成光化學紫外危害、近紫外危害、視網膜熱危害、眼睛的紅外危害以及皮膚熱危害等生物安全問題[12]。因此，室內用燈的光生物安全問題應該屬于室內環境光污染研究的重要內容。

目前國內外研究者主要圍繞LED藍光危害進行了評價和實驗，且由于研究目的的差異，所測燈及燈系統具有光生物安全的比例迥異，且不能體現室內用燈的特點。

為了解室內用燈的光生物安全現狀，并提出可行的室內用燈選擇措施，本研究根據室內用燈的特點，從市場上隨機選取了5個品牌4～13 W的燈共計36只，希望按照GB/T 20145——2006 《燈和燈系統的光生物安全》[12]的測量方法和評價依據對每只燈的實際色溫、藍色比、光生物安全評價參量進行測量和評價，并對室內用燈的主要生物安全問題進行關鍵因素分析，探討其簡易評價方法和室內用燈選擇方法。以期為相關科研人員的研究工作和居民用燈選擇提供建議和參考。

1 實驗部分

1.1 樣 品

標稱功率為4，5，6，10，12，13 W，品牌為普通品牌A、普通品牌B、知名品牌A、知名品牌B和知名品牌C的熒光燈和LED燈共計36只。所有樣品均從燈具市場隨機選取，盡量保證每個品牌選取的樣品包含每個標稱功率。

1.2 實驗裝置

光輻射安全測試系統采用杭州遠方的OST-300，OST-300系統包括了燈和燈系統的輻射安全測試硬件和軟件評定兩部分。其中，硬件部分如圖1所示。

1.3 實驗方法

為防止雜散光的干擾，所有實驗操作均在暗室進行。

首先，分別對儀器系統的光譜、照度、亮度進行定標：將紫外光輻射標準燈和可見-紅外光輻射標準燈先后對準導軌中心位置，調好距離，點亮燈，穩定30 min，待燈穩定后，在軟件操作界面進行光譜定標，定標完成后保存數據退出。參照上述步驟，再先后采用光輻射強度標準燈和標準亮度源分別對照度和亮度進行定標。

定標完成之后，使用樣品燈替換標準燈，對準導軌中心位置，點亮燈并穩定30 min。待燈穩定后，將燈移至500 Lx處，進行距離測試。然后通過儀器操作系統進行光譜和輻亮度測試，得到測量結果。

1.4 危害評價方法

參照GB/T 20145——2006，所有測量結果按表1和表2進行計算，并依據其規定的限值進行光生物完全評價。

2 結果與討論

2.1 典型室內用燈的測量結果與光生物安全評價

以普通品牌A的燈絲型全周光LED燈泡為例，按照前述實驗方法進行測量，該燈的標稱功率為4 W，標稱色溫為2 700 K。圖2為該燈在200～1 650 nm范圍內的歸一化光譜圖，該圖顯示該燈的峰值波長為610 nm，相關光譜主要集中在417～820 nm范圍內，光譜中藍色比為71.8%。表3為該燈在3個視場角下的加權輻亮度的測量值及其對應的限值，可以看出，3個市場角下LB視網膜藍光危害和LR視網膜熱危害的測量值均小于限值，表明該燈的輻亮度對于視網膜的藍光危害和熱危害在GB/T 20145——2006可接受范圍。

表4列出了光化學紫外危害、藍光小光源、眼睛的近紫外危害、眼睛的紅外輻射危害、皮膚熱危害、視網膜藍光危害、視網膜熱危害以及視網膜熱微弱危害的測試結果。測試結果顯示：光化學紫外危害的時間不小于8 h，即正常情況下8 h曝輻中該燈不會造成化學紫外危害。同樣，在1 000 s 內不會造成眼睛近紫外危害和紅外輻射危害，在10 000 s內不會造成視網膜藍光危害，在10 s內不會造成視網膜熱危害，而對于皮膚熱危害，由于人體受熱刺激之后存在回避反應，所以不考慮輻照時間大于10 s后還會造成皮膚熱危害的情況。

結合表3和表4的測量結果，根據GB/T 20145——2006對連續燈的分類要求進行綜合分析，確定該燈屬于無危險類。

2.2 光生物安全測試結果分析

隨機選取了市場上不同功率、有代表性的5種品牌燈具，對其進行光生物安全測試，測試結果列于表5。基于大多室內用燈的實際情況，所選燈的標稱功率在4～13 W，標稱色溫在2 700～6 500 K，燈類型包括LED燈和熒光燈。可以看出：實測色溫與標稱色溫相差100 K以上的燈共15只，占所有燈的41.67%；色溫相差最大的為普通品牌B、標稱功率12 W、標稱色溫6 500 K的燈，色溫相差1 071 K。由此可見，市場上無論是普通品牌還是知名品牌的燈，標稱色溫均不準確。

36只燈的光生物安全評價參量ES、EB、EUVA、EIR、EH、LB、LR、LIR詳見表5，結果顯示，其中屬于1類危險的燈為3只，2類危險的燈為1只，這4只燈均為普通品牌，主要危害為藍光小光源或視網膜藍光危害，它們的標稱色溫均為6 500 K，實測色溫分別為6 493，6 527，6 604，7 571 K。這可能是因為400～500 nm藍光波段光源的輻亮度過高導致[9]。同時，其他普通品牌燈及全部被測知名品牌燈均為無危險類。可見目前市場上大多數室內用燈均無光生物安全危害，僅少數高色溫燈可能具有光生物安全危害。

2.4 室內用燈藍光危害與藍色比

根據光生物安全標準GB/T 20145——2006，光源的藍光危害可以用藍光加權輻亮度、藍光加權輻照度和曝輻時間來表征。可見，在相同輻照時間下，藍光危害的大小與室內用燈在400～500 nm藍光波段的輻亮度絕對值大小有直接關系。本研究測得室內用燈的光譜圖為歸一化光譜圖，與圖2比較發現，具有藍光危害的室內用燈的光譜圖（圖4）中，在400～500 nm的藍光波段的相對光譜含量較高，即這些具有藍光危害的室內用燈的光譜中往往具有較高的藍色比。這可能是因為高藍色比是實現高亮度的重要途徑。

對表5中各室內用燈的藍色比與色溫進行相關分析（見圖5），從趨勢上可以看出，色溫高的室內用燈藍色比往往也更高。本研究也顯示室內用燈色溫在6 500 K及以上時，出現藍光危害可能性更高。由此可見，在選擇室內用燈時，應當避免選擇高色溫光源。部分學者建議室內用燈的色溫不宜超過4 500 K[13]。

3 結束語

本研究參照GB/T 20145——2006對5種品牌共計36只室內用燈進行了光生物安全測試和評價。結果顯示市場上大多室內用燈是光生物安全的，但仍有部分高色溫室內用燈存在藍光危害，即視網膜藍光危害和藍光小光源危害。通過對室內用燈的藍光危害與亮度進行分析，表明采用實測亮度與亮度上限比較的方法可以較好地評估室內用燈的藍光危害。通過對室內用燈的藍光危害與藍色比（及色溫）進行分析，表明具有藍光危害的室內用燈往往具有較高的藍色比和色溫。基于此，建議室內用燈不要一味追求高亮度，并盡量不要選用高色溫燈。鑒于市售室內用燈色溫標稱值與實測值相差較大，不利于據此判斷室內用燈的光生物安全性，為了保護室內光環境安全，建議加強對室內用燈的色溫的監督管理，在具備條件的情況下，應當依據國家標準對市售室內用燈的光生物安全性進行測試和評價。

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（編輯：徐柳）