中小學教室健康照明設計的探討

周晨亮，俞 彬

(浙江省建筑設計研究院，浙江 杭州 310006)

引言

近年來，照明的需求已經從對光效、節能和成本的追求，上升到對光品質、光健康、光生物安全和光環境的需求，倡導“健康照明”，提高光品質及舒適性具有非常重要的現實意義。中小學教室作為重要的教育場所，教學內容、設施越來越復雜，視覺作業內容更加多樣，尤其是智能終端的使用不斷增加，對照明的不同要求也隨之產生。

1 健康照明的概念

健康照明是近年來行業和學術界聚焦的概念，對健康照明的定義，一般可理解為利用人工和天然光照明，提高人的生活、工作和學習的品質和能效，促進人的生理和心理健康。2000年在荷蘭召開的健康建筑國際年會對健康建筑進行了定義，其中就包括了照度的要求，后續各國頒布的相關標準、規范等都把照明列入影響健康建筑環境評估的范圍[1,2]。

2 中小學教室健康照明設計內容及關鍵問題

2.1 中小學教室健康照明基本要求

長期以來我國校園建設時不重視乃至忽略建筑照明是影響學生視力健康的主要因素之一。沈英琪等[3]對不同地區46所學校使用熒光燈管、熒光燈具、LED燈管、LED普通燈具和LED教室專用燈具的教室進行測試，結果顯示抽樣測試教室存在桌面照度和黑板照度值偏低、照度均勻度不達標、顯色指數低于國家標準、教室燈具沒有加裝防眩光部件、燈具色溫超出標準要求等問題。中小學教室需要高質量、適應新教學模式的照明，使師生們擁有一個健康舒適的視覺環境，保護學生的視力，激發學生的求知熱情，提高學習效率。因此，需要綜合考慮和平衡多方面的因素，如人工照明的相關色溫和顯色性、課桌面的水平照度和黑板面的垂直照度、照度均勻度、直接眩光和反射眩光的控制、照明各表面的亮度分布、照明控制等。

(1)相關色溫。相關色溫是對燈光顏色的度量。相關色溫度在3 000 K左右時，光色偏黃；相關色溫度在5 000 K以上時，光色偏藍[4]。不同相關色溫度的光，具有不同的照明和視覺效果。在學校照明中，為更好、更長時間地與天然采光的色溫相匹配，色溫一般采用中間色溫。

(2)顯色性。顯色指數是對光源顯色性的度量，用于評價光源對色彩的還原能力。顯色指數越高，色還原度越高，人眼區分物體顏色越輕松。

(3)照度和照度均勻度。為滿足學生長時間的讀寫活動要求，首先應提供合適的水平照度，提高學生的注意力和專注力。同時，由于黑板、實驗主體、電腦顯示屏等垂直平面的存在，學生要不時地將視線從課本轉移至垂直面，因此還要考慮一定的垂直照度，尤其是黑板面的垂直照度。

(4)眩光控制。眩光在學校照明中直接影響學生的視覺健康，需要控制照明的直接眩光和反射眩光。

(5)閃爍和頻閃控制。波動深度是表征光源頻閃特性的參數。燈具在交流或脈沖直流電源的驅動下會出現閃爍的現象，導致視疲勞和腦疲勞。目前國內外廣泛采用IEEE Std 1789—2015相關要求評估觀察靜止狀態下光源的閃爍[5]。

(6)亮度分布。教室內亮度分布應防止過高的亮度和過高亮度對比。為提升視覺舒適度，在學校照明中同一室內空間內的亮度對比不宜超過10∶1，同時相鄰房間的亮度比不宜大于3∶1[6]。

(7)光生物安全。由于青少年兒童正處于視覺發育的重要階段，同時其眼睛的光譜透過率明顯高于成人，所以在中小學教室照明設計時應根據使用功能的需求選擇光生物安全性能滿足要求的照明產品。

(8)照明控制。學校照明控制通常有日光探測、人員動靜探測、場景調整或自動時間場景調度等。學校照明中的天然光是一個不斷變化的光源，需要進行適當控制，并結合人工照明進行平衡。

2.2 中小學教室健康照明標準

2018年8月30日，教育部、國家衛生健康委員會等八部門聯合印發《綜合防控兒童青少年近視實施方案》，國家各教育管理部門、標準化機構以及地方政府加強了教室照明標準的編制、實施和管理，相關標準從不同方面規定了學校或教室的相關照明參數和指標要求，見表1～表3[7]。

表1 學校照明標準Table 1 Lighting standard of school

表2 教室相關色溫對比Table 2 Comparison of correlated colour temperature in classroom

表3 教室照明標準值對比Table 3 Comparison of classroom lighting standard value

為切實加強兒童青少年近視防控工作，《兒童青少年學習用品近視防控衛生要求》(GB 40070—2021)[8]自2022年3月1日起正式實施。標準規定，普通教室照明燈具色溫應不小于3 300 K且不大于5 300 K，符合我國現行標準《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)[9]、《中小學校及幼兒園教室照明設計規范》(DB31/T 539—2020)[10]等的有關規定。同時，GB 50034—2013[9]要求長期工作或停留的房間或場所色溫不宜高于4 000 K，選用同類光源的色容差不應大于5SDCM，頻閃效應可視度SVM不應大于1.3，且中小學校、幼兒園建筑主要功能房間采用的照明光源和燈具，其SVM值不應大于1.0。

從《中小學教室照明技術規范》(T/JYBZ 005—2018)開始，教室照明的要求不斷被提升，直接眩光UGR要求從不大于19變為不大于16[11-13]。DB31/T 539—2020[10]則在教室課桌面300 lx/500 lx的平均水平照度和UGR16的照明標準基礎上，提出了學生眼位垂直照度的推薦指標，進一步提升了教室照明的要求。規范指出，用于室內照明光源的一般顯色指數Ra的初始值應不低于80，用于美術教室的燈具一般顯色指數Ra的初始值應不低于90；對LED燈具，一般顯色指數Ra的初始值應不低于90，特殊顯色指數R9應大于50。同時，有條件的場所，建議考慮光生物效應進行照明設計，實現動態照明、情景照明等優化效果[10]。《深圳市中小學教室照明技術規范》(T/SZEEIA 001—2021)[14]中則首次明確提出了普通教室的課桌面照度上限值為750 lx。

2.3 中小學教室健康照明設計指標建議

中小學教室照明燈具色溫應不小于3 300 K且不大于5 300 K，針對中小學教室照明的LED光源和LED燈具，額定相關色溫不宜高于4 000 K，選用同類燈或燈具的色容差不應大于5SDCM，這一方面限制了過高色溫的光源對人眼可能造成的損傷，同時保證了光線明亮柔和，有助于學生集中注意力。有條件的學校也可采用Tunable White的可調節亮度、色溫的照明系統，提供不同照度水平、不同色溫的照明場景，如集中精神、放松休息、討論、演示等不同模式的照明，提高學生的學習效率。

為了適應LED燈具的使用，從顯色性的角度上保證RGB三色，中小學教室一般燈具的R9應大于0，照明光源的Ra應不低于80。其中，普通教室的燈具一般顯色指數Ra應不低于85，在諸如藝術教室等對顏色還原度要求較高空間的燈具，一般顯色指數Ra應不低于90，特殊顯色指數R9應大于50。

考慮到藍光危害、燈具的配光設計、黑板照度均勻度以及當前照明燈具生產企業現階段的生產水平等因素，中小學教室照明燈具的藍光危險組別宜采用IEC/TR 62778最高安全級別RG0[15]。同時推薦IEEE 1789—2015中波動深度的限制要求以及國際照明委員會(CIE)提出的閃變指數PstLM(小于1.0)和頻閃效應可視度SVM(小于1.0)的限值方法；且統一眩光值(UGR)不宜大于16，有條件的地區宜不大于13。

此外，中小學普通教室課桌面上的維持平均照度值不應小于300 lx,其照度均勻度應不小于0.7，其他場所的維持平均照度值和照度均勻度根據使用功能的不同而有所不同。教室黑板應設局部照明燈，其維持平均照度值不應小于500 lx，其照度均勻度不應小于0.8。為防止日光產生的眩光影響，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[16]，超過時應采用遮陽系數降低照度。有條件的學校，也可考慮光生物效應進行照明設計，增加照明控制系統，充分發揮LED產品的特點和數字化控制技術的優勢，實現動態照明、情景照明、智能照明等優化效果。

3 結語

健康照明是人對居住環境要求不斷提升過程中形成的必然需求。本文基于目前教室照明標準規范要求，結合教室健康照明實際需求，從相關色溫、顯色性、照度和照度均勻度、眩光控制、閃爍和頻閃控制、亮度分布、光生物安全、照明控制等方面進行分析，提出當下中小學教室照明設計指標建議，實現從照明到健康智慧照明的全新升級，有效減少學生視覺疲勞，降低近視率，同時能幫助學生集中注意力，提高學習效率，使課堂教學變得更加順暢、高效、智能。