中小學教室桌面照度上限值指標簡述

夏啟航，郭文利，王舒陽，許 楠

(1.中科院建筑設計研究院有限公司，北京 100086；2.上海華為技術有限公司，上海 201206)

引言

中小學教室是青少年日常學習與活動的主要場所。數據顯示，我國中小學生每天大約60%的時間在教室[1]。教室的光環境質量對學生的生理健康、學習效率影響顯著。為提升教室光環境，呵護學生健康成長，江蘇、浙江等多地已開展中小學教室照明改造工程。課桌面照度作為健康教室光環境驗收的重要指標，是評價改造效果的重要依據。然而，部分改造中存在著“燈光越亮越好”的誤區，盲目通過人工照明大幅增加課桌面照度，不僅造成了能源的浪費，增加了資金投入，而且導致學生視疲勞，影響視力健康。除此之外，改造過程中也缺乏對天然光照度的關注，造成中小學教室課桌面局部天然光照度過高的現象普遍。

1 背景

1.1 人工照明照度值缺乏上限

我國的各類標準關于桌面水平照度基本規定在300 lx?！督ㄖ彰髟O計標準》(征求意見稿)GB 50034—2020的教育建筑照明標準值表中對于教室課桌面的照度標準值定為300 lx[2]。在《中小學教室健康照明設計規范》(T/CIES 030—2020)中規定普通教室課桌面的維持平均照度為300 lx[3]。然而，在學校教室照明改造中，部分競標者為了體現自身優勢，一味追求“明亮”效果，使得桌面照度遠超標準限定值，增加了過多的資金投入，引起了無謂的能源消耗與碳排放。以全國共有各類學校51萬所[4]、約1 000萬間教室計算，如果不精準控制課桌面照度的范圍，實施效果的照度值由300 lx提高到500 lx，那么每年將會增加用電量約15.9億度，增加約124.8萬噸碳排放(1)用電量按每年的授課天數159 d，每天開燈5 h，燈具光效80 lm/W計算。在第75屆聯合國大會上，我國明確指出2030年達到碳達峰，2060年實現碳中和的目標。實現“雙碳”目標，這要求照明節能進一步加強。照明節能的合理方式不僅是提升燈具光效，更要加強有效利用天然光，減少過度的人工照明。

李震宇[5]認為，教室的照度絕不是越高越好，學生需要長時間面對的多是白紙黑字的書本，白色反射全頻白光，與黑字形成反差。在過高的亮度條件下，人們的色覺功能反而會降低，出于本能，就會將書本拉近，眼睛受到的刺激更加強烈而容易引起視覺疲勞，從而引發近視。

1.2 天然光照度值缺乏上限

天然采光是教室白天主要的照明來源，目前我國現行的《建筑采光標準》(GB 50033—2013)要求教室內的天然光照度不得低于450 lx[6]。但天然光不是越多越好，我國大部分區域(如Ⅰ-Ⅲ類光氣候區)日照較強，中小學教室課桌面呈現局部天然光照度過高的現象比較普遍。張昕等[7]通過對全國5個光氣候區、7個城市學校教室的采光進行模擬研究，發現在未采用遮陽設施時，無論南向還是北向教室，全年250 h以上時間課桌面區域天然光照度達到1 000 lx的面積占比超過44%，遠超WELL標準中規定的小于教室面積的10%。以第Ⅲ類光氣候區北京的部分學校為例，晴天情況下，南向采光的教室近窗側部分課桌照度可達3 000～9 000 lx[8]，其產生的眩光嚴重影響學生視看效果與學習效率。

綜上所述，明確合理的照度上限值對于減少學生視疲勞、實現健康護眼與經濟節能具有重要意義。

2 課桌面照度上限值的分析

2.1 照度上限值考量要素

照度上限值的確定，與視覺功效、視疲勞、作業模式特點、視覺主體的生理特點、天然光采光情況、能耗要求等因素都密切相關。

首先，隨著年齡的增長，人的瞳孔會逐漸變小，晶狀體變得更厚，透明度更低[9]。因此中小學生對光更加敏感和脆弱，而視看能力要強于成年人和老年人。對于相同的視覺任務，年輕人需要的照度比高齡人要少。過高的作業面照度沒有積極意義。而長時間在強光環境下人眼調節幅度變大，長時間繃緊睫狀肌，造成視疲勞加劇，嚴重者出現眼痛眼干的癥狀。

此外，中小學校學生在上課時的視覺作業以“長時間、雙視點、定向性”為基本特征，在我國中、高考備考壓力下，中學上課時間長普遍存在。“雙視點”指學生視線主要集中于黑板與桌面兩個目標?！岸ㄏ蛐浴笔侵改抗舛ㄏ蛴谝朁c，上課時不能隨意變換方向、目標點或者閉眼休息。除了視看黑板以外，經常進行閱讀與寫字作業，考試測驗也會頻繁發生。此外，在上課狀態下，局部課桌高照度時，學生往往缺乏察覺，也無法自由隨意和及時地拉起窗簾遮陽，難以形成自我保護。以上特征是兒童青少年區別于成年人視覺作業的重要特征，兒童比成年人更容易造成視疲勞。

因此，照度上限值應重點關注長時間作業狀態下對視疲勞的減緩程度，考慮到青少年群體的生理發育特點和學習中長時間盯看文字的視覺作業特點。

2.2 照度上限值指標分析

我國學校教室照明驗收標準是基于《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)[10]的測量標準，即只針對人工照明進行驗收測量。而中小學教學時間主要為白天，天然光為教室提供大量照度，教室光環境融合了天然光和人工光的雙重作用。如果只設定一個上限值，實際上驗收只能監管到人工照明，仍然無法解決天然光照度過高的問題。因此，中小學教室桌面照度上限值應包含兩部分：人工照明上限值與天然光照度上限值。為中小學教室照明提供綜合性、個性化的干預措施，探索滿足相應目標人群的視覺健康需求。

人工光和天然光的光譜構成有巨大差異，同樣強度的光對人的生理和心理影響有顯著差別，兩者的照度上限值應區別分析。

2.2.1 人工照明的課桌面照度上限值指標分析

近年來，隨著健康照明理念的普及，越來越多的學者關注到了光環境與人體健康的關系。邵志棟[11]研究了6名學生使用平板電腦閱讀時，50～1 000 lx的不同 LED 照度光環境對學習者學習效率、腦疲勞及視疲勞的影響。實驗結果表明LED照度在700 lx附近學習效率最大，腦疲勞最嚴重，視疲勞較低。且照度大于700 lx時，學習效率逐漸降低，視疲勞急劇增加。

黃海靜[12]選擇3名學生為被試者，研究教室照明條件下學生瞳孔大小隨亮度水平的變化規律，結果表明當照度從300 lx提高到500 lx時，瞳孔面積迅速縮小，但照度達750 lx之后，隨著亮度(照度)水平的提高，瞳孔面積變化率減小，即亮度增大對瞳孔收縮的影響大大減緩。

吳思穎[13]選取學生為實驗對象，模擬教室環境搭建實驗室，讓實驗者在100～600 lx的光環境中進行視覺舒適度評價實驗、警覺度評價實驗及視疲勞試驗。通過32人的主觀評價實驗，得出高校教室內學生視覺較舒適、警覺度較高及視疲勞程度較低的照度閾值范圍為315.58～451.08 lx。

從以上研究中可以發現，照度變化與學生生理狀態有較為清晰的關系，照度增加到一定值后，視疲勞程度會迅速增加，進一步影響學生學習效率與視力健康。

國內部分標準對于照度上限值已做出明確限定，如《建筑照明設計標準》(征求意見稿)GB 50034—2020對于各類照度標準值做了專門注釋：“設計照度與照度標準值的偏差不應超過+20%[2]?！贝藯l款具有明確的引導傾向：希望設計師在照度模擬計算時遵循既不應低于也不應過多，將照度維持在300～360 lx之間，實現效果與節能的最佳平衡，這種精準控制在應用驗收和貫徹節能時是非常必要和有實效的。此外，2021年最新發布的《深圳市中小學教室照明技術規范》(T/SZEEIA 001—2021)首次明確提出了普通教室的課桌面照度上限值為750 lx[14]。各標準關于人工光照度上下限推薦值的對比如表1所示。

表1 各標準關于人工光照度上下限推薦值的對比

綜上，人工照明平均照度維持值宜控制在300～360 lx，而不應超過750 lx。

2.2.2 天然光照明的課桌面照度上限值指標分析

英國拉夫堡大學的Mardaljevic教授在2005年首次提出“有效的天然采光照度”(UDI)，將其定義為使用者有益于進行工作和學習的室內工作面照度[15]。在2012年的研究報告中指出在公共建筑中300～3 000 lx是人們普遍接受且滿意的照度范圍，這個范圍內可能不需要額外的人工照明[16]。

王夢蕊[17]通過問卷調查得出大部分學生可以接受1000～3 000 lx范圍內的光線照度，對2 000～3 000 lx范圍內的照度有高滿意度的評分，當教室內自然光照度值超過3 000 lx時，部分學生反映教室內光線過亮，無法順利進行閱讀任務。該結論與Mardaljevic教授的研究結果基本一致。

我國《建筑采光標準》(GB 50033—2013)規定了采光系數的上限值，即采光系數7%，規定采光系數的上限是為了防止夏天太陽輻射對室內產生的過熱影響以及由此引起的不舒適眩光[6]，但其在實際應用中缺乏直觀性與便利性。

美國提出天然光照度值在100～2 000 lx為合適照度，大于2000 lx為過高照度[6]。北美LEED 2009中指出，天然光照度水平不應超過5 382 lx[18]?！吨行W教室健康照明設計規范》(T/CIES 030—2020)提出“南向采光教室靠窗側課桌面的天然光照度不宜大于3 000 lx”條款[3]。邊宇[19]經調研發現，200～2 000 lx是大多數學生在天然光下學習或進行其他簡單作業所喜好的照度范圍。結合其他研究成果，舒適的天然光環境中，其上限值約為2 000～3 000 lx。劉佳平[20]也提出照度不宜大于3 000 lx，經采樣調查發現，隨照度增加，滿意人數百分比上升，超過3 000 lx時滿意人數反而減少。各標準或書籍關于天然光照度上下限推薦值對比如表2所示。

表2 各標準關于天然光照度上下限推薦值對比

綜上，南向采光的教室天然光照度宜控制在2 000 lx以內，而不應超過3 000 lx。北向采光的靠窗側天然光照度雖然也存在大于3 000 lx的情況，但并非直射光，對視覺作業負面影響在接受范圍之內，因而建議只針對南向教室規定。

3 結論

從中小學生的視看需求和經濟節能方面統籌考慮，在教室照明標準制定中應增加對照度上限值的界定，包括人工照明照度上限和天然光照度上限。人工照明平均照度維持值宜控制在300～360 lx，而不應超過750 lx；南向采光的教室天然光照度宜控制在2 000 lx以內，而不應超過3 000 lx。我們應在“健康中國”戰略下進一步保護和改善中小學的視覺健康。