居室照明環境光污染現狀及標準研究

孫登峰，侯曉妮，葉善蓉，孫嗣陽，喬 倩，錢杉杉，王顧希

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

居室照明環境光污染現狀及標準研究

孫登峰，侯曉妮，葉善蓉，孫嗣陽，喬 倩，錢杉杉，王顧希

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

為更好地控制居室照明環境中光污染，開展室內環境照明質量及光源質量相關標準研究，涉及參數包括照度、照度均勻度、光源顏色、光源頻閃、電磁輻射、光輻射生物安全等，同時還研究居室內主要光污染及其存在水平。結果顯示：我國居室內照度，尤其是操作照明標準和水平較低，均勻性較差；光源標稱色溫的相對誤差為0.03%～16.48%，顯色指數低于80的光源可達55.6%；光源頻閃廣泛存在；光輻射生物安全與光源的相對色溫緊密相關。基于此，對居室內照明環境的照度及其均勻度和光源使用的標準要求提出建議，以期為居室內環境光污染控制標準制定提供參考。

居室；光污染；照明質量；光源質量；標準

0 引 言

隨著人工照明技術的普遍化和多樣化，光污染成為了繼廢氣、廢水、廢渣和噪聲污染之后的第5種環境污染[1]。由于居住建筑的照明設計和燈具選擇通常根據居住者的喜好隨意進行，照明質量安全未引起足夠的重視，因而室內環境光污染對人的生理和心理產生的負面影響隱蔽性強。目前，城市人口人均每天在室內度過的時間超過15～16h[2-3]，隱蔽的室內光污染還長期地影響著現代居民的健康[4-6]，甚至產生視力下降、白內障、皮膚癌等嚴重后果。

我國涉及室內照明的主要標準是GB 50034——2013《建筑照明設計標準》[7]和GB/T 5700——2008《照明測量方法》[8]，其分別規定了新建、改建和擴建以及裝飾的居住、公共和工業建設的照明設計要求及照明測量方法，對我國公共建筑光照質量提高和綠色節能改善起到了重要的促進作用。但其對居住建筑的指導意義尚未引起足夠重視，照明方式與種類、照明光源及其附屬裝置選擇并未嚴格按照標準執行，具有較大的隨意性和偶然性，進而導致室內光污染不確定性增加。其次，隨著科學技術的進步以及新型人工光源的推廣普及，新技術對室內環境照明質量提出了新的挑戰。劉志勇[9]針對我國標準提出了對色溫范圍、照明標準、亮度范圍、照明總均勻度和眩光控制的不同看法。再次，各國照明標準差異顯著，李農等[10]研究表明我國室內臥室閱讀照度標準是150 lx，美國為300 lx，日本為500 lx，且我國室內照度標準體系尚不完善。

鑒于此，本文擬對國內外室內環境光污染相關限量標準進行研究，通過實際測量或調查研究的方式研究我國居室照明環境的光污染現狀，結合我國居室環境中普遍存在的光污染種類及其存在水平，對我國居室照明環境的光污染控制標準提出建議，以期為我國制定居室環境光污染限量標準提供參考。

1 國內外室內環境光污染相關限量標準

1.1 國內外居室照度標準要求

國際照明委員會（CIE）[11]、英國[12]、美國、日本、俄羅斯等[13]都規定了建筑設計的照度要求。我國也于2013年發布實施了GB 50034——2013《建筑照明設計標準》[7]，對居住建筑提出了較為詳細的照度要求。這些國內外標準對居室照度的要求如表1所示，可以看出：我國針對居住建筑室內的照度要求較為詳盡，不僅對起居室、臥室、餐廳、廚房、衛生間、電梯、走道、樓梯間、車庫進行了照度規定，還就照明功能和老年人特殊照明需求進行了照度區分；而CIE、英國等多以室內工作場所的照明設計要求形式對一般照明和操作性照明進行規定，沒有我國標準詳盡，俄羅斯最為粗放。從照度標準值看，英國與CIE要求基本接近，美國照明標準值普遍較高，歐美發達國家照度值普遍高于我國；日本對一般照明要求較低，對閱讀、操作、化妝等功能性照明的照度值要求較高，特別是對衛生間進行了 “一般照明”和“洗臉、化妝”的區分；俄羅斯照度值水平與我國基本一致。綜合分析可知，GB 50034——2013對照度按照房間或場所或使用者需求進行詳盡要求更符合客觀實際，但是有必要提高照度水平，尤其是功能性照明的照度要求。

照度均勻度是規定表面上的最小照度與平均照度之比，如果房間內照度差別太大，會引起視覺不舒適和疲勞感。我國對于居住建筑的照度均勻度并未做明確規定，一方面不利于限制室內眩光，另一方面不利于形成舒適的室內照明環境。CIE規定功能性照明的照度均勻度不應小于0.7（上一版為0.8），鄰近周邊區域的照度均勻度不應小于0.5[11]，值得我國居室照明參考。

眩光是指對視野內的高亮區域的一種視覺感受，可表現為不舒適眩光或失能眩光。失能眩光基本發生于室外照明，不舒適眩光通常由室內明亮光源或室外光線直射引起，通過遮光限制或其他限制措施可以有效避免室內眩光出現，所以我國標準針對居住建筑僅給出了限制措施并未給出具體的統一眩光值要求。

表1 國內外居室照度標準比較1）

1.2 室內光源質量標準要求

光源是居室內環境光污染的最主要來源，因此國內外標準對照明光源質量進行了一系列標準規定，并在建筑設計中對照明光源的選擇進行了重點要求。除前述光源顯色指數外，還對光源色溫、頻閃效應、電磁輻射、光輻射生物安全進行了明確規定。

1.2.1 光源顏色

國內外標準主要從光源的顯色性和色溫兩個方面規定了光源的顏色。光源顯色性表示光源對顏色的還原程度，用光源顯色指數Ra表示。光源的相關色溫被定義為“當光源的色品點不在黑體軌跡上，且光源的色品與某一溫度下的黑體的色品最接近時，該黑體的絕對溫度”，符號為Tcp，單位為開（K）。GB 50034——2013規定客房、臥室適用相關色溫小于3300K的電光源，辦公室、教室、閱覽室、商場等適用3300～5300K的光源；同時要求長期停留的房間或場所，選用LED光源的色溫不宜高于4000K。

各國標準都對光源的顯色性進行了規定且較為接近，如表1所示。對起居室、臥室、餐廳、廚房、衛生間等房間，CIE和我國均要求光源顯色指數Ra不低于80；我國對于電梯、走道、樓梯間、車庫的光源顯色指數Ra要求不得低于60，而CIE和英國（未列出）均要求Ra不得低于40，這可能和照明光源技術進步有關。

CIE要求 “燈的制造商應提供方案中要求采用的燈經驗證過的Tcp值。燈的Tcp值不應小于設計中規定的數值”。GB 50034——2013明確要求：考慮到室內照明的舒適以及目前發光二極管燈光生物安全的考慮，光源色溫不宜高于4000K。

1.2.2 頻閃效應

閃爍是指由于亮度或光譜分布隨時間波動的光刺激而引起的不穩定的視覺現象[14]。CIE S 008/E——2001要求設計照明系統宜避免閃爍和頻閃效應，并指出“采用直流供電或高頻燈（約30kHz）或將照明燈具接于多相電源時，能達到避免閃爍和頻閃效應的目的”。GB 50034——2013要求：對頻閃效應有限制的場合，應采用高頻電子鎮流器。

1.2.3 電磁輻射

GB/T 31725——2014《照明設備對人體電磁輻射的評價》[15]等同采用國際電工委員會IEC 62493——2009為照明設備周邊空間電磁場的測量提出了適當的評價方法、標準化工作條件和測量距離要求，與英國BS EN 62493——2015也基本一致。該標準參照ICNIRP——1998[16]、IEEE C95.1——2005和IEEE C95.6——2002給出的普通公眾暴露水平，通過測量和/或計算評價照明設備電磁場及其對人體潛在的影響。 評價包括[17]：1）頻率介于 20 kHz～10 MHz之間的感應電流密度；2）照明設備周圍頻率介于100kHz～300MHz的比吸收率（SAR）。值得注意的是該標準并非用于替代暴露標準中的定義和程序，而是專為符合暴露要求而規定的補充程序。

除了照明設備外，光、地磁場等天然電磁場，彩電、電腦、洗衣機、冰箱等家用電器產生的工頻電磁場，移動通信設備、無線Wifi、微波爐等產生的射頻電磁場都是室內環境中電磁場的重要來源。我國國家環境保護部、國家衛生和計劃生育委員會等針對環境中的電磁輻射制定了十分嚴格的電磁輻射環境保護管理辦法。鑒于電磁輻射來源多樣性和分布不均性，在考慮室內環境中電磁輻射限量時，建議根據暴露要求將各種來源電磁輻射予以總量限定。

1.2.4 光輻射生物安全性

近年來，光輻射的生物安全性[18-20]受到高度關注，國際照明委員會（CIE）[21]、國際電工委員會（IEC）[22]、歐洲（EN）[23]、美國國家標準組織（ANSI）[24]和我國[25]均制定了光輻射生物安全標準。上述標準主要從皮膚和眼睛光化學紫外危害、眼睛的近紫外危害、視網膜藍光危害、視網膜藍光小光源危害、視網膜熱危害、視網膜微弱視覺刺激熱危害、眼睛的紅外輻射危害、皮膚熱危害共8各方面制定了曝輻限值；但在波長測量范圍、波長采樣間隔、危害的評估限值、危害加權函數等方面略有差異[26]。我國燈和燈系統的光生物學安全性曝輻限值如表2和表3所示。

目前，僅美國ANSI/IESNA RP-27.1標準規定了無晶狀體人眼危害。我國制定的GB/T 20145——2008等同采用CIE S 009/E，沒有對無晶狀體人眼危害進行曝輻限值規定。此外，在危害評價時，ANSI/IESNA標準的采樣間隔要求基本為1 nm，而我國標準及其他標準通常是5nm。

2 我國居室內主要光污染及其存在水平

為了解我國居室主要的光污染及其存在水平，通過實際測量或調查研究的方式進行研究，包括照度及照度均勻度，光源的顏色、頻閃和生物安全性。

2.1 居室環境照度及照度均勻度現狀

室內環境照度及照度均勻度報道較少，表4對查閱到的相關數據進行了整理，可以看出：劉煒、張玉蘭等[27-28]報道了住宅室內照明光環境，而其他報道多為工作場所照明光環境，如辦公場所[29]、醫院閱片室[30]、高校圖書館[31]、高校體育館[32]等。

表2 燈和燈系統光輻射對皮膚表面與角膜的曝輻限值（輻照度基值）

表3 燈和燈系統光輻射對視網膜的曝輻限值（輻亮度基值）

表4顯示：上海地區辦公室照明的平均照度（337lx）最高，其余工作場所照明的平均照度均比居室照明高，在126 lx以上。北京、上海、重慶居室環境照明的平均照度分別為116，116，111lx，基本滿足GB 50034——2013的要求。但相對起居室、臥室的閱讀寫作，餐廳，廚房操作臺面等的照度要求，上述照度平均值難以達到要求。

隨機選取成都市22戶住戶進行了不同功能房間光照度測量分析，結果[33]表明：就照度水平而言，被測居室、臥室、老年人臥室、餐廳、廚房、衛生間的平均照度值能夠達到國家標準要求的房間數量占被測同類型房間數量的比例不超過20%，低于標準值要求一半的房間占比為25%～91.7%；盡管我國國家標準對成人臥室和老年人臥室的照度有不同的設計要求，但在實際的居室照明環境中成人臥室和老年人臥室照度總體水平相當。

目前居室內照度均勻度很少報道，22戶住戶不同功能房間測量結果顯示：照度均勻度不低于0.7的房間數量占該類型房間數量6.7%～42.9%。

2.2 光源顏色現狀

作者從市場上隨機選取標稱功率在4～13 W、標稱色溫在2 700～6 500 K的LED燈和熒光燈共計36 支進行了相關色溫（Tcp）和顯色指數（Ra）測量，表5列出了各光源的相關色溫。19支知名品牌光源實測相對色溫與標稱相對色溫的相對誤差為0.20%～8.27%，17支國產品牌光源實測相對色溫與標稱相對色溫的相對誤差為0.03%～16.48%。個別國產光源的標稱相對色溫與實測相對色溫相差較大，可達1071K。城市居民在選擇居室光源時主要以功率為依據，冷、暖色溫均會選擇。表5中光源系從市民選擇照明光源市場隨機獲得，雖不能代表市民選用照明光源的真實情況，但可以在一定程度上反映出居室內光源色溫的不達標程度。

表4 國內部分地區的室內照明光環境質量

表5 各光源的相關色溫（Tcp）1）

對上述36支燈顯色性測試的結果顯示[34]：顯色指數Ra符合國家標準要求（即Ra≥80）的光源數量僅占所測光源的44.4%。劉煒等[27-28]報道實測結果如表4所示：北京、重慶被調研光源顯色指數不小于80的占80%；上海僅為55.6%。

2.3 光源頻閃現狀

曾麗梅等[35]研究了常用電光源頻閃特性，結果表明：高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈波動深度為70%～90%；使用配電感鎮流器的雙端熒光燈波動深度為56%～75%；白熾燈以及使用電子鎮流器的單、雙端熒光燈的波動深度為20%～50%；電子節能燈的波動深度為10%～30%；無極熒光燈和直流LED燈的波動深度不大于5%。因此，即使采用直流供電或高頻燈（約30kHz）也并非沒有頻閃存在。

2.4 光輻射生物安全

顧芳波等[18]模擬室內實際照明環境，研究了標稱功率為1～18W 7種規格的21個LED射燈樣品在室內照明環境下的光生物安全性，共有16個燈樣品會對視網膜造成不同程度的損傷。其研究表明：在一般室內照明環境下，LED射燈的藍光危害值、輻照度值與實際功率呈線性，當實測功率超過3W時就會對視網膜造成不同程度損傷。值得注意的是，該研究所選擇樣品的相對色溫均在6634～8540K范圍內，相對色溫均遠高于居室內用LED的相關色溫要求（Tcp≤4000K）。

侯曉妮等[34]對前述標稱功率為4～13W的36支燈進行了光生物安全測試與分析，結果表明：具有I類危害的燈僅3支，II類危害的燈僅1支，且均屬于國產普通品牌；它們的標稱色溫均為6 500 K，實測色溫分別為 6493，6527，6604，7571K。 進一步分析表明：色溫高的室內用燈藍色比往往也更高，室內用燈色溫在6500K及以上時出現藍光危害的可能性更高。因此，本文認為：居室用燈的藍光危害主要與高的相關色溫有關，而非取決于實測功率，也并非廣泛存在。

3 對我國居室環境光污染控制標準的建議

3.1 照度及照度均勻性控制標準

比較國內外居室內照明環境的照度及照度均勻度標準，結合我國室內照明的實際情況，本文認為，我國居室內照度水平偏低，需要適當提高，具體為：臥室一般活動照明提高至100lx（老人臥室為200lx），床頭、閱讀照明提高至 200 lx（老人：300～500 lx）；餐廳和廚房操作臺面提高至200lx；衛生間分為一般照明和洗臉化妝，一般照明為100 lx，洗臉、化妝為200lx；走道、樓梯間、車庫提高至75lx，其余房間的照度標準不變。所有房間的顯色指數要求不調整。

居室內照明環境的照度均勻度不應小于0.7，電梯前廳、走道、樓梯間、車庫等區域的照度均勻度不應小于0.5。

3.2 居室內光源使用要求

居室內使用的光源除了滿足產品標準及建筑照明設計標準的相關要求外，還應滿足以下要求：1）光源顏色要求：相對色溫不超過5 300 K，顯色指數Ra不小于80；2）頻閃深度越小越好，最高不得超過5%；3）燈和燈系統的光生物學安全性滿足GB/T 20145——2008無危害要求。此外，應盡快針對室內環境電磁輻射安全性進行研究并制定相應限值要求。

4 結束語

通過國內外居室環境相關照明質量標準及室內用光源質量標準的比較研究，居室環境照度、照度均勻度和光源的顏色、頻閃效應、光生物安全性的光污染現狀研究，認為我國居室內照度水平偏低，需要適當提高，衛生間宜分為一般照明和洗臉化妝照明分別要求；同時指出居室用燈的藍光危害主要與高的相關色溫有關，而非取決于實測功率，也并非廣泛存在。基于上述研究，本文建議了我國居室環境光污染控制標準，對居室環境照度及照度均勻性，居室內光源顏色、頻閃深度、光生物安全性提出了明確要求，以期為相關研究者和我國居室環境光污染限量標準制定提供有益參考。

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（編輯：李剛）

Study on the current situation and standards about light pollutions in houses

SUN Dengfeng， HOU Xiaoni， YE Shanrong， SUN Siyang， QIAO Qian， QIAN Shanshan， WANG Guxi
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

In order to reduce light pollutions in houses in a more effective way，standards relating quality of lighting and light quality in house was reviewed， including illuminance， uniformity of illuminance， light color， light flickering， electromagnetic radiation， photobiological safety， etc.，and the primary light pollutions in houses and existing levels were also studied.The study results show that the level of illuminance in house of our country，especially that operation lighting standard and level are relatively lower，even the uniformity is also low.The relative error of nominal color temperature of the light is 0.03%-16.48%，and for the light with CRI(color rendering index)less than 80， it is more than 55.6%； Light flickering widely exists， and the photobiological safety is more dependent on the relative color temperature of the light.Based on the above，the illuminance standards on illuminance and illuminance uniformity and light are recommended，so as to provide reference for the preparation of environmental light pollutions in houses.

house； light pollution； lighting quality； light quality； standard

A

：1674-5124（2017）07-0010-06

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.002

2017-04-15；

：2017-05-08

四川省科技支撐計劃項目（2015FZ0094）

孫登峰（1979-），男，重慶市人，副研究員，碩士，主要從事室內環境質量標準與檢測技術研究。