上海教室照明地方標準DB31/T 539-2020的創新點分析

楊玉娟，歐陽芳，韓 冰

(1.上海市教育委員會教育技術裝備中心，上海 200070；2.國家燈具質量檢驗檢測中心，上海 201114)

引言

國家八部委2018年下發文件，關注重視中國學生近視問題，提出了一系列的措施和要求控制。里面就提到了中小學校教室照明環境必須100%滿足標準要求。作為近視綜合防控中的重要一環，“改善學校教室光環境”關系到未來五年各項近視綜合防控方案和考核標準的制定和整體實施，更將影響2023年和2030年兩個防控目標的順利實現。我國現行教室照明標準為2011年頒布的GB 7793—2010《中小學校教室采光和照明衛生標準》。其對使用三基色熒光燈燈具的教室課桌面、黑板面的平均照度及照度均勻性、教室燈光色溫、眩光指數等都提出了強制性要求。

近年來隨著照明產品的不斷更新，尤其是LED照明產品的成熟和完善，2011版的地方標準已經不能完全滿足現階段教室照明的需要。在此背景下，順應科技發展、環境保護等的發展趨勢，消除公眾對LED技術的誤區和顧慮，發展能夠滿足近視綜合防控需求的“LED教室照明”技術迫在眉睫。2018年底，上海市教育裝備技術中心聯合復旦大學、國家燈具質量檢驗檢測中心共同開展了地方標準的修訂工作。至2020年初經過相關資料的調研、數據收集和論證、征求意見的整理和總結等工作后，2020版《中小學校及幼兒園教室照明設計規范》正式發布，并于2020年5月1日起開始實施。

1 標準修訂的創新之處

1.1 LED教室照明燈具及環境的要求

1.1.1 藍光危害

藍光危害是指當藍光輻亮度達到標準規定的2類或者3類時，會在較短的時間或瞬間對人眼造成的傷害。有害藍光具有極高能量，能夠穿透晶狀體直達視網膜，引起視網膜色素上皮細胞的萎縮甚至死亡。光敏感細胞的死亡將會導致視力下降甚至完全喪失，這種損壞是不可逆的。藍光還會導致黃斑病變。人眼中的晶狀體會吸收部分藍光漸漸混濁形成白內障，而大部分的藍光會穿透晶狀體，尤其是兒童晶狀體較清澈，無法有效抵擋藍光，從而更容易導致黃斑病變以及白內障。

目前國內正式施行的標準GB 50034—2013、GB 7793—2010等，包括2011版的上海地方標準基本都沒有針對LED燈具的要求。隨著LED照明產品技術的不斷進步，長壽命、低功耗、高效能、高顯色指數等特點都比傳統的照明產品更具優勢，尤其在智能控制、調光調色等功能是傳統熒光燈燈具產品所不具備的，所以LED燈具在學校教室場所也有越來越多的應用需求。但LED燈具市場也存在良莠不齊的現象，如何規范LED燈具產品的參數特性、使用條件等，是本次標準修訂的重點內容之一。

考慮到LED燈具的特殊性和使用受眾的特殊性，本標準對LED燈具做了嚴格的要求。以LED燈具的藍光危害為例：LED燈具的表面亮度較高，而學生尤其是幼兒園和低年級學校的學生的眼睛藍光透過率又高，比成年更容易發生藍光危害。藍光危害是最近社會關注的重點，根據現在上海修訂的地方標準對LED燈具的藍光要求是RG0。RG0級：免除級，不造成任何危害(所包含的藍光危害部分定義為在10000s內不造成對視網膜危害)。

1.1.2 顯色指數

《光源顯色性的表示和測量方法》(GB/T 26180—2010 /CIE 13.3-1995,IDT)給出了R1～R14共計14個色樣的光譜輻射因子(光譜輻亮度系數)，其中一般顯色指數Ra是1～8號色樣的算術平均值。GB/T 5702 光源顯色性評價方法在CIE 13.3的基礎上，又給出了第15個色樣，即中國女性膚色的光譜輻亮度系數。R9的要求是因為絕大多數的白光LED是藍光芯片激發黃色熒光粉，復合產生白光，早期的黃粉發射光譜的半寬小，覆蓋不到紅光波段，所以需要第9個色樣，即飽和紅色，來保障光源對紅色物體的還原性。

為了保證教室照明中顯色指數足夠和有足夠的紅光光譜，特別要求LED燈具的一般顯色指數Ra≥90，特殊顯色指數R9(飽和紅)≥50[1]。

1.1.3 閃爍

閃爍為因亮度或光譜分布隨時間波動的光刺激引起的不穩定的視覺現象。燈具的閃爍可以引起嚴重的視疲勞和其他視覺認知功能異常。當前《視覺工效學原則室內工作場所照明》(GB/T 13379—2008)對燈具閃爍頻率的規定為：a)采用直流供電；b)使照明光源在高頻(≥20 kHz)下工作；c)將鄰近的照明燈具或照在同一(小)區域的照明燈具，接在電源的不同相序上。在進一步的科研結果提出之前，本專家共識建議在額定電壓下工作時，光輸出波形的波動深度應不大于 IEEE 1789:2015 中“無顯著影響”水平對應的限值要求。

1.1.4 學生眼部垂直照度

教室照明首先要保證課桌面及書寫板的照度和均勻度要求，因相關的標準中都有明確的要求，這里就不再贅述了。除此之外，近些年的科研成果指出，哺乳動物視網膜上除了我們已知的兩種感官細胞(視錐細胞和視桿細胞)，還存在第三類感官細胞(視網膜特化感光神經節細胞)。這種細胞并不參與視覺成像，但是卻將光信號通過超交叉神經核傳到下丘腦的松果體引起褪黑素分泌的變化。第三類感官細胞的發現揭示了光的非視覺效應，開啟了光健康研究的新紀元。

從視覺需求的指標來看，為了保障教室整體空間的明亮，除了對課桌面水平照度有要求，對于眼部垂直照度也有要求。參照國內外的資料和標準，再考慮到新地標對統一眩光值要求是16，所以規定對設計桌面維持平均照度大于等于500 lx的教室空間，要求眼部維持垂直照度要大于等于200 lx[1]。這個要求對燈具的配光要求更高了，在保持眩光滿足要求的同時，還要有足夠的垂直照度。由于這是個比較新的參數要求，可供參考的已有資料比較少，在標準制定過程中特別做了有針對性的驗證，選擇了部分教室做了相應的檢測，檢測結果如表1所示。

從表1中可以看出，在滿足眩光和桌面照度均勻度的前提下，在滿足桌面水平照度達到500 lx以上的條件下，眼部垂直照度一般是水平照度的0.4～0.45之間。以目前燈具自身設計加上合理安裝，還是可以滿足垂直照度、桌面照度和統一眩光值之間的平衡，達到一個全滿足要求的結果。

表1 照度及眩光數據表Table 1 Sheet of Illuminance and glare data

1.2 降低書寫板燈具對教師直接眩光的影響

教室中的眩光分為兩種：不舒適眩光和直接眩光。不舒適眩光，產生不舒適感覺，但并不一定降低視覺對象的可見度；而直接眩光，是由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發光體所產生的眩光。教室燈對學生的眩光就是不舒適眩光，可以用統一眩光值這一數值來判斷是否滿足標準的要求。但書寫板燈安裝不當，則會對老師的眼睛產生強烈的直接眩光，這在之前的標準中都沒有涉及。通過實地調研，老師在面向學生授課時(圖1)，老師的眼睛與書寫板面在同一方向上，書寫板燈在給書寫板提供照明的同時，也會對老師的眼睛產生直接眩光，所以難以完全避免。

圖1 書寫板燈安裝位置示意圖表Fig.1 Writing board light installation location schematic table

一般認為人眼的視角，是一個120°的錐形。而書寫板的配光在90～270°方向是非對稱的，如果可以把書寫板燈安裝在人眼60°視角以上的區域(圖1中“√”區域)，那書寫板燈具就不會對授課老師產生過多的直接眩光。行業標準中有一個相對位置公式：

h≥(d-0.30)÷cos60°×tan60°+1.55

(1)

其中：d——書寫板燈具出光面邊沿距離書寫板最遠的水平距離；h——書寫板燈具出光面邊沿距離地面的最低垂直距離。在新版地方標準中簡化了這個公式，僅僅列出一個相對的位置要求：書寫板燈具出光口面到書寫板的水平距離≤80 cm；到書寫板上沿的垂直距離≥20 cm[1]。以我們前期的調研數據(圖1)所示，現階段的書寫板燈具位置基本可以滿足標準要求，同時老師在正常教學過程中面對學生授課時，基本不會受到書寫板燈具直接眩光的影響。隨著標準的進一步推進和燈具技術的發展，相信不久的將來就會出現我們可以安裝在期望位置的書寫板燈具。

1.3 教室照明環境的日常維護和監控

現階段很多教室照明新建和改建以后，都會做照明驗收檢測及結果評估。但驗收結束以后在實際使用過程中的維護和照明環境的變化監督工作基本等于零。現有的對教室燈具使用過程中的維護和監控基本都不涉及。實際使用過程中，教室燈具應根據實際使用情況規定一個使用年限，才能保證教室照明環境持續滿足標準的要求。之前的改造工作我們基本使用的是雙端熒光燈燈具，雙端熒光燈光源的老化速度相對較快，基本上使用2 000 h就應該更換一次；同時燈具的格柵和反射器也存在老化和衰減的現象，但這方面的資料卻不多。我們針對不同時間段改造的30間雙端熒光燈教室做了一個數據統計，一次測試是正常使用狀態下的照度，然后對燈具做清潔工作，同時更換全新的光源再做相同的檢測，得到的結果如表2所示。從表2中可以看出，雙端熒光燈教室燈具在使用過程中的維護和清潔工作很不到位，在清潔和更換新光源以后，教室照明的參數有明顯的提升；同時對燈具來說，使用5年以后基本就達到燈具有效壽命的極限，再繼續使用下去，即使更換了全新的光源，很多教室照明水平也達不到標準的最低要求。所以我們在修訂版標準中建議，雙端熒光燈教室燈的使用壽命為五年，到了年限以后應及時更換！

表2 不同使用時間的教室照明情況Table 2 Classroom lighting at different usage times

LED教室燈因為有相應的壽命計推算標準，所以我們可以直接用檢測結果來判斷它的大致使用壽命。國標GB/T 33721—2017《LED燈具可靠性試驗方法》中就規定了多種測試方法，可以計算或推算LED燈具的使用壽命，該標準中的耐久性和環境測試的這些項目，和其他一些標準有較多相似的地方，這里也就不再重復介紹。關于LED燈具的光通維持壽命試驗方法，即該標準第14章的1 000 h法和直接法[2]，由于檢測周期和測試樣本及難易度的原因，燈具生產單位基本上都是選擇用1 000 h法來進行壽命驗證。根據生產單位的聲稱，標準可有效推算燈具有效壽命是否滿足25 000～50 000 h。以有效壽命25 000 h為例，按照每天使用10 h計算，通過GB/T 33721—2017檢測的燈具使用年限應在8年左右。

除了確定教室燈具的實際使用壽命外，本標準特別明確了教室燈具每年兩次的清潔工作和每年至少一次的照明環境監測工作，以保證學校教室光環境滿足標準的要求。

1.4 明確測試方法，嚴防以次充好

有了合格的教室照明產品，在教室安裝好后，需要做相應的檢測來驗證教室照明是否能滿足標準要求。現在的檢測方法也很多，以書寫板照度的檢測為例。現在使用的書寫板最常見的尺寸是4 m×1.2 m(本文中未注明的均以該尺寸為例)。國內教室現行相關標準中對黑板的照度規定限值是：維持平均照度≥500 lx，照度均勻度≥0.7或0.8。檢測方法主要有0.4 m中心布點(方法1)和0.5 m中心布點(方法2)兩種(圖2)。測試結果如表3所示。

圖2 兩種書寫板照度測試方法點位圖Fig.2 Two kinds of writing board illumination test method point map

表3 書寫板照度測試結果比較表Table 3 Writing board illumination test results comparison table

從表3中可以看出，兩種測試方法得到的照度平均值基本相同，同時兩種測試方法得到的照度均勻度偏差較大。測試點分布越均勻、測試點越多，則測得的數據越接近真值，這是照度測試的一個基本原則。所以測試點數要盡可能多。新修訂的地標中，提高書寫板照度均勻度限值的本意是對書寫板照明提出更高的要求，但如果檢測方法不做相應的提升，或用了不適合的測試方法，就達不到這樣一個目的，給不合格的照明效果有了濫竽充數的空間。明確測試方法就是為了測試結果更真實準確，同時也保證了不同的測試人員測試結果的一致性。

2 結語

上海早在2007年就在全國率先開展了教室照明改造工作，經過幾年的努力，對全市范圍內的中小學校及部分幼兒園的燈具都做了更新。使用多年以后，在最近的調研中發現有些學校還在使用第一輪改造的燈具，并沒有更新，現有的照明環境已經不能滿足教室照明標準的要求。加上新的照明手段不斷出現，2011版的標準明顯缺少對新技術和新產品的相關規定。通過本次標準修訂，增加了對新產品LED教室燈具，同時對新技術教室照明智能化等都提出了具體要求，為今后一段時間內上海地區的教室照明新建、改建工作做了明確的規定。希望本標準對青少年近視防控工作有一定的幫助。