淺談教室照明舒適度

淺談教室照明舒適度根據(jù)《國(guó)民視覺健康報(bào)告》白皮書和《2018年我國(guó)兒童青少年近視調(diào)查》結(jié)果，2012年我國(guó)5歲以上總?cè)丝谥薪暤目偦疾∪藬?shù)在4.5億左右;2018年兒童青少年總體近視率為53.6%，小學(xué)階段從一年級(jí)的15.7%增加到六年級(jí)的59.0%，而高中生和大學(xué)生的近視患病率都超過70%。?e?emaiuE.■na?■■■■我國(guó)青少年近視患病率已居世界第一位。如果沒有有效的政策干預(yù)，到2020年我國(guó)近視患病人數(shù)將達(dá)7億。另一方面，作為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，相當(dāng)一部分教室的照明環(huán)境并不達(dá)標(biāo)。北京、上海、廣州等大城市的調(diào)查都證實(shí)了這一現(xiàn)狀。對(duì)這個(gè)問題，2018年8月教育部等八部門印發(fā)《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》，要求學(xué)校教室照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率100%。各省市與中央簽訂《全面加強(qiáng)兒童青少年近視防控工作責(zé)任書》，并陸續(xù)出臺(tái)了教室照明環(huán)境改造的政策。教室照明環(huán)境改造有相關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、無需多言。今天我們聊聊在達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)之上，教室照明的舒適度。有研究表明，教室光環(huán)境對(duì)于提升學(xué)習(xí)成績(jī)的貢獻(xiàn)率高達(dá)21%，在七大環(huán)境因素中占比最高(Barrettetal.,2015)。因此，科學(xué)的教室照明環(huán)境設(shè)計(jì)不僅可以改善學(xué)生視力，更能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效。影響教室照明舒適度的因素自然光不少研究表明自然光不僅更受學(xué)生歡迎(RittnerandRobbin,2002;Heschong,2003;Earthman,2004)，而且適當(dāng)?shù)淖匀还獯碳び兄陬A(yù)防近視(YongWongetal,2015;HidemasaToriietal,2016)。照度顯然教室照明不可能僅靠自然光，必然需要人工照明。照度作為照明系統(tǒng)最重要的指標(biāo)之一，基本上各國(guó)都制定有類似的標(biāo)準(zhǔn)，例如：美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)家都規(guī)定課桌桌面的平均照度不低于300lux，但幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)都沒有規(guī)定照度的上限。雖然不少研究表明高亮度(如1000lux)能夠提高學(xué)生注意力(Sleegersetal.,2013;SinghandArora,2014),但是過量的照明會(huì)引發(fā)身體不適和眩光失能?加andKoga,2005;Osterhaus,2005)。照度均勻度指的是規(guī)定表面上的最小照度與平均照度之比，通常照度越均勻視覺舒適度越高。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定課桌面的照度均勻度不低于0.7,黑板的照度均勻度不低于0.8。炫光舒適的照明環(huán)境要避免各類眩光，產(chǎn)生眩光的原因包括亮度過高、分布不均勻和直射。國(guó)標(biāo)規(guī)定教室的統(tǒng)一眩光值(UGR)小于眩光臨界值19。在一些行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)中，則有更為嚴(yán)格的規(guī)定，如不高于16。頻閃指的是因亮度或光譜分布隨時(shí)間的變化造成的視覺和非視覺影響。幾乎所有類型的光源都可能產(chǎn)生頻閃，但不同類型的光源有不同的頻閃特征和安全指標(biāo)。國(guó)際上電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE、國(guó)際照明委員會(huì)CIE等對(duì)頻閃的危害范圍有明確規(guī)定，我國(guó)的一些行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)參考上述標(biāo)準(zhǔn)。需要說明的是，光輸出波形的頻率大于3,125Hz就已經(jīng)超過人眼神經(jīng)反應(yīng)速度，因此檢測(cè)時(shí)可免除考核（高頻豁免）。藍(lán)光危害藍(lán)光危害是指光線中400-500nm藍(lán)色波段在亮度過高時(shí)，引起的眼睛緊張、疲勞，長(zhǎng)時(shí)間照射可能對(duì)視網(wǎng)膜造成損傷。根據(jù)相關(guān)國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)光危害分為無危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)（1類）、中危險(xiǎn)（2類）和高危險(xiǎn)（3類）四個(gè)等級(jí)，由于藍(lán)光危害在亮度較高的時(shí)候才存在，因此，對(duì)于亮度小于10,000cd/m2的燈具可以視為無危害等級(jí)，無需檢測(cè)。顯色指數(shù)（CRI）通俗地講就是以自然光（或標(biāo)準(zhǔn)光源）為參考基準(zhǔn)，在人工照明環(huán)境中對(duì)物體色彩的還原度。顏色與在自然光下越接近顯色指數(shù)越高，視覺效果肯定越好。最高值為100，意味著該光源與自然光照射下顯示的顏色完全一樣。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求普通教室的顯色指數(shù)（Ra）不低于80，而美術(shù)教室、多媒體教室投影區(qū)等特殊場(chǎng)合則要求不低于90。色溫(CCT)色溫的定義不太通俗易懂，這里我們可以簡(jiǎn)單地理解為燈光的冷暖色度。色溫的單位是“K”(開爾文)，數(shù)值越大色度越“冷”，數(shù)值越小色度越“暖”。例如：3000K色溫類似日出后的陽光，而5500K類似中午的日光，普通熒光燈的色溫約為6500K。從直觀感受上，暖光會(huì)令人放松、冷光使人更清醒和專注。因此，餐廳、酒店多用低色溫的暖光源，辦公室多用高色溫的冷光源。在教室環(huán)境中，很多研究證實(shí)了色溫對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)績(jī)效的影響。例如，Sleegers(2013)的研究表明在高色溫(6500K)照明環(huán)境中學(xué)生更能集中注意力;Yan(2010)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則顯示在中等色溫(4000K)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率最高;Weesolowski(2014)發(fā)現(xiàn)照明的豐富變化能夠提高小學(xué)生的社交行為;韓國(guó)科技院(KAIST)的兩位學(xué)者(ChoiandSuk,2016)建議對(duì)于簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)和高認(rèn)知負(fù)荷的活動(dòng)建議分別采用3500K，5000K和6500K色溫。被過度渲染的“藍(lán)光”危害一段時(shí)間關(guān)于“藍(lán)光危害”的宣傳引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，不了解真實(shí)情況的普通民眾甚至談“藍(lán)”色變，實(shí)際上是被誤導(dǎo)了。首先，無論是自然光還是人工照明藍(lán)光成分普遍存在。從光生物安全角度看，同樣的色溫下合格的LED燈具產(chǎn)生的藍(lán)光并不比其他類型的光源高，且遠(yuǎn)低于日光中的藍(lán)光輻射劑量。其次，藍(lán)光不可或缺。研究表明，藍(lán)光作為自然光的重要波段，對(duì)于調(diào)節(jié)人體生物節(jié)律和代謝過程，保持人體健康至關(guān)重要。第三，藍(lán)光危害主要在于過亮和長(zhǎng)時(shí)間照射，正所謂過猶不及。亮度小于10,000cd/m2的燈具為無危害等級(jí)的免檢產(chǎn)品，實(shí)際上大部分正規(guī)廠家的LED教室燈均滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，在實(shí)際使用過程中，根據(jù)教學(xué)活動(dòng)靈活地調(diào)節(jié)燈光亮度和色溫，比如課間休息降低亮度、文科教學(xué)采用暖色溫（暖色溫時(shí)藍(lán)光成分更少），這樣不僅能有效減少藍(lán)光輻射，而且變換的照明環(huán)境也有助于減輕眼疲勞。被忽視的黑板照度均勻度黑板是教學(xué)活動(dòng)的重要工具，學(xué)生日常注視黑板的時(shí)間很長(zhǎng)，不少學(xué)生反映黑板看久了會(huì)感覺模糊、眼睛脹痛，甚至頭暈。黑板區(qū)域的照明對(duì)學(xué)生健康和舒適度非常重要，國(guó)標(biāo)規(guī)定黑板面的照度需要達(dá)到500lux，但是更加重要的黑板照度均勻度卻被很多人忽視了。黑板面積較大，如果照度不均勻，一塊亮、一塊暗，學(xué)生在看黑板時(shí)瞳孔需要頻繁調(diào)節(jié)，極易造成眼睛疲勞。黑板燈的品質(zhì)和安裝方式都會(huì)影響到黑板的照度均勻度，因此，需要實(shí)地測(cè)試才能確定是否合格。相關(guān)國(guó)標(biāo)對(duì)黑板照度均勻度的測(cè)量方法有明確規(guī)定。以規(guī)格4mX1.2m的黑板為例，劃分為0.4mX0.4m大小的單元格，共10X3=30個(gè)，取單元格的中心位置為測(cè)量點(diǎn)，下圖所示:測(cè)量每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的照度（30個(gè)照度值），并計(jì)算平均照度。用30個(gè)照度值中的最小值除以平均照度，即可得出黑板的照度均勻度。國(guó)標(biāo)規(guī)定的黑板照度均勻度不低于0.8,也就是說，測(cè)量點(diǎn)的最小照度值不能低于平均照度的80%。色溫與照度曲線從前面對(duì)照度和色溫的介紹中，我們了解到：1、照度不能低于標(biāo)準(zhǔn)，但也不是越大越好2、不同色溫對(duì)于學(xué)生有不同影響色溫和照度的組合在一起對(duì)舒適度的影響就更復(fù)雜了，對(duì)此我們可以借助色溫與照度曲線（后〃珀。廣$curve）做大致評(píng)估。圖形的橫豎坐標(biāo)分別是色溫和照度，中部是色溫和照度組合恰當(dāng)為舒適區(qū)，而其他區(qū)域則被認(rèn)為不舒適，其中左上區(qū)域偏紅（色溫低及照度高），右下區(qū)域則

偏藍(lán)(色溫高及照度低)。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)教室照明模式時(shí)，應(yīng)盡量落在中部舒適區(qū)內(nèi)。KruiihalCurve：100Q(JQ13m*-3000 4000 SCOO 6000 7000金口1.3數(shù)KruiihalCurve：100Q(JQ13m*-3000 4000 SCOO 6000 7000金口1.3數(shù)m GelorTemperature(KeM^場(chǎng)景化照明隨著教學(xué)活動(dòng)越來越豐富多樣，對(duì)場(chǎng)景化教學(xué)的需求也越來越強(qiáng)。另一方面，相關(guān)研究表明不同的亮度、色溫對(duì)于不同的教學(xué)活動(dòng)有不同的影響，根據(jù)具體的教學(xué)場(chǎng)景選擇合適的照明參數(shù)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效。加拿大滑鐵盧大學(xué)的研究小組在相關(guān)文獻(xiàn)中斷言“教室照明研究已進(jìn)入場(chǎng)景化階段"(Sunetal,2018)。例如，文科教學(xué)采用較暖色溫可提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維;理科教學(xué)采用較冷色溫學(xué)生會(huì)更專注;課間采用低亮度、暖色溫有助于學(xué)生休息放松，下節(jié)課更高效;分組教學(xué)時(shí)，通過分區(qū)亮度控制能起到促進(jìn)組內(nèi)互動(dòng)、減少組間干擾的效果。

最后，在設(shè)計(jì)場(chǎng)景化照明模式時(shí)，別忘了盡可能落在后由門?！昵€的舒適區(qū)內(nèi)?？偨Y(jié)綜上所述，在選擇和設(shè)計(jì)教室照明時(shí)可按照下表進(jìn)行考量，在確保達(dá)標(biāo)底線的基礎(chǔ)上，也力求滿足舒適度要求，給學(xué)生一個(gè)健康、舒適、高效的教室光環(huán)境。因素說明達(dá)標(biāo)要求｛底蛆） 舒適度建設(shè)因素說明達(dá)標(biāo)要求｛底蛆） 舒適度建設(shè)眩光有害因素，越低越好 UGR319 UGRW15眩光頻閃普遍存在，影響越低越好根據(jù)光波頻率，波IS免（頻率＞3125也）頻閃動(dòng)深度不超過限值藍(lán)光右利有弊,控制在無害無 RGO無危害級(jí)藍(lán)光右利有弊,控制在無害無 RGO無危害級(jí)司內(nèi)照度照度均勻度顯色指數(shù)1、過低,過高都不好； 桌面孑3皿!.2k相而高一口有肋于改善黑板面孑S0。!繇視力和提升學(xué)習(xí)績(jī)效有利因素，越均勻越好廠奈面孑。，7需要冥地檢測(cè) 黑板面擊0.B有利因素，主流L￡D能滿 普通嘏寶二淖二燈具亮度小=10HDDDcd/nn2無危害鍛-免檢產(chǎn)品800lux^^B^3DQlux1000'最.。黑板更。50、口四足90以上足90以上色溫1.教學(xué)場(chǎng)景應(yīng)用不同的色溫和照度；2、照度和色溫應(yīng)在色溫與照度由踐的舒適區(qū)內(nèi)不同色溫土不同功效，適33QOK色溫1.教學(xué)場(chǎng)景應(yīng)用不同的色溫和照度；2、照度和色溫應(yīng)在色溫與照度由踐的舒適區(qū)內(nèi)參考文獻(xiàn)Barrett,P.,Davies,F.,Zhang,Y.,&Barrett,L.(2015).Theimpactofclassroomdesignonpupils,learning:Finalresultsofaholistic,multi-levelanalysis.BuildingandEnvironment,89,118-133.Earthman,G.I.(2004).Prioritizationof31criteriaforschoolbuildingadequacy.Baltimore,MD:AmericanCivilLibertiesUnionFoundationofMaryland.Heschong,L.(2003).Windowsandclassrooms:Astudyofstudentperformanceandtheindoorenvironment.CaliforniaEnergyCommission.Kim,W.,&Koga,Y.(2005).GlareconstantGwfortheevaluationofdiscomfortglarefromwindows.SolarEnergy,78(1),105-111.Osterhaus,W.K.(2005).Discomfortglareassessmentandpreventionfordaylightapplicationsinofficeenvironments.SolarEnergy,79(2),140-158.Rittner,H.,&Robbin,M.(2002).Colorandlightinlearning.SchoolPlanning&Management,41(2),57-58.Singh,M.P.,&Arora,R.(2014).ClassroomIlluminance:ItsimpactonStudents'HealthExposure&ConcentrationPerformance.InUserCenteredDesignandOccupationalWellbeing-ProceedingsofInternationalErgonomicsConferenceHWWE2014.McGrawHillEducation(Prof)(pp.704-708).Sleegers,P.J.C.,Moolenaar,N.M.,Galetzka,M.,Pruyn,A.,Sarroukh,B.E.,&Vand