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国内中小学校教室照明标准关键值比对和光环境评价方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-11-16 浏览次数:818

一、国内中小学校教室照明相关标准比对

1.1分类方式

1.1.1名称:质量评价类、设计类、产品类、测量方法类

1.1.2适用范围:国家标准、地方标准和团体标准

1.1.3发布归口单位:原卫生部、原住建部、行业协会和标准化委员会及地方教育局等机构

1.2教室照明标准概况

1.2.1国家标准

1.2.1《儿童青少年学习用品近视防控卫生要求》(GB 40070-2021)重点解读:

①该标准从保护儿童青少年视力健康、预防和控制近视的角度,规定了儿童青少年日常接触到的与近视防控相关学习用品的卫生要求。

②在教室灯具方面规定了色温、显色指数,特别是要求LED灯具的特殊显色指数R9要大于0等,还对灯具的蓝光危害和频闪做了规定。

③首次提出了关于一些过量光照的限制指标,如在教学多媒体产品显示技术中,专门提出了教学多媒体产品使用时屏幕应不大于400cd/m²,;在读写作业台灯卫生要求中,提出了当人处于坐姿的位置时,人眼观察到的所有发光部件的表面亮度应不超过2000cd/m²的上限要求,对于防止眩光伤眼有重要指导作用。

1.2.2《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》(GB/T 36876-2018)重点解读:

①该标准规定了中小学校普通教室桌面、黑板面照度,教室和黑板照明设计安装的要求,主要涵盖照度、显色指数、色温、光强分布、统一眩光值和安装方法的相关指标,除了常规的照明指标,加入了智能照明的理念,支持采用调光系统,分别调节照明和照度。

②明确提到应充分利用自然光,在不同气象条件时,宜随室外自然光变化调节不同区域照明、照度,这就需要智能照明去实现。此外,该标准没有非普通教室(如阅览室、舞蹈室和美术室等)的规定,也缺少频闪、特殊显色指数、蓝光危害等影响教室整体光环境质量的重要指标,难以对使用者形成全面的认识和引导。

1.2.3《中小学校设计规范》(GB50099-2011)重点解读:

①该标准在用光方面也规定了天然光和人工照明的要求,采光方面主要是教学用房工作面或地面上的采光系数标准和窗地面积比、室内各表面的反射比值,人工照明方面主要包括维持平均照度、统一眩光值、显色指数、照明功率密度及对应照度值。

②该标准已发布实施多年,缺乏部分重要指标,如黑板的照度,色温等,难以适应当前社会发展的需要,有待更新。

1.2.4《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)和《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)重点解读:

①该标准是建筑工程设计师设计应用照明电气最重要的一部标准,包括各类建筑照明设计的数量指标(如照度)、质量指标(照度均匀度、眩光限制、光源颜色、显色性、反射比等)、照明功率密度限值、照明配电及控制等,涵盖了居住建筑、公共建筑和工业建筑的照明标准和节能标准。

②该标准侧重点是规定了人工照明的相关指标,而《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)则明确指出充分利用天然光资源,采用采光系数来评价采光效果,但关于天然光和室内人工照明之间的关联未能够充分的说明阐述。

③《建筑照明设计标准》GB 50034-2013和建筑采光设计标准》GB 50033-2013目前仍是公共建筑照明重要的依据标准,如《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)中规定的统一眩光值(UGR)和眩光值(GR)的定义和计算方法经常被其它标准引用,给照度标准值分级也一直被沿用。

1.2.5《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB 7793-2010)重点解读:

该标准规定了学校教室采光和照明要求,综合考虑了采光和照明的双向重要因素,有助于加强使用者对教室光环境的整体认知,但对采光和照明的规定是独立的,两者相互影响相互作用关系没有阐述,教室照明指标也没有区分普通和专业教室,该标准建议使用的光源规定小于26mm细管直形稀土三基色荧光灯,也没有光生物安全指标要求,该标准难以适应当前社会发展的需要,有待更新。

1.2.6《照明测量方法》GB/T 5700-2008和《采光测量方法》GB/T 5699-2017重点解读:

①《照明测量方法》GB/T 5700-2008规定了室内外照明场所的照明测量仪器、测量方法和测量内容,学校教室、实验室、美术教室的桌面照度测点间距为2.0m×2.0m,教室黑板照度测点间距为0.5m×0.5m。

②《采光测量方法》GB/T 5699-2017规定了室内室外照度、亮度、材料光学参数的测量,采光系数、采光均匀度、窗地面积比和采光达标面积比、眩光的计算。

③照度测量办法(中心布点法):

1.3地方标准

1.3.1广东省地方标准《中小学校教室照明技术规范》(DB44/T 2335-2021)重点解读:

1.3.1.1 该标准规定了中小学校教室照明技术的荧光灯灯具技术要求、LED灯具技术要求、教室的照明质量和节能要求、安装和维护要求和验收规则。

1.3.1.2 该标准的编写基础是国家标准GB7793《中小学校教室采光和照明卫生标准》,GB/T 36876《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》以及GB40070《儿童青少年学习用品近视防控卫生要求》,因此该标准条款完全符合国家相关标准要求。

1.3.1.3 详细规定了学校教室照明环境的现场检测项目、检测方法以及检测机构的要求,有助于学校的对照明改造工程的验收,保证教室光环境达标,为青少年提供一个有利于视力健康的学习环境。

1.3.1.4 提出了有利于青少年视力健康的照明产品和光环境要求,例如提高教室顶部的照度,LED灯具要求红色光R9大于50,现场验收的检验项目加入了频闪,以及鼓励使用获得认证的有利于视力健康相关产品等。

1.3.1.5 贯彻了“健康、智能、节能”等高质量发展理念,例如考虑了黑板灯具的安装对讲课教师的影响,鼓励使用可以接入网络进行智能控制的灯具,鼓励通过认证的视力健康产品等。

1.3.1.6 创新性的提出教室照明光环境要求分为两档,第一档为国家标准的最低要求,第二档为有利于视力健康和照明节能的更高要求,提供给有条件的学校更多选择。

1.3.1.7 主要亮点为提出了LED灯具的专门技术要求,例如提出有利于学校安装符合要求的LED灯具;以及提出了有利于青少年视力健康的条款,例如除了提高教室顶部的照度,LED灯具要求红色光R9大于50,现场验收的检验项目加入了频闪,以及鼓励使用获得认证的有利于视力健康相关产品以外,还鼓励使用模拟太阳光的全光谱灯具,相关的参数要求为R1-R15均大于90。

1.3.2上海市地方标准《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)重点解读:

1.3.2.1 该标准规定的照明质量指标相对国标是比较完善的,除了适用于普通教室,也适用于各类专业教室,区分了无视觉显示终端和有视觉显示终端教室,创新性的加入垂直照度的指标,此外,还引入了分级评级的指标形式对照度、眩光提出基础值和推荐值,对荧光灯提出光生物安全要求,对LED灯具提出蓝光危害要求。该标准考虑到布置测量点间距的不同可能会引起照度以及照度均匀度的较大区别,为了提高测量数据的准确度,教室桌面水平照度测量点为1m×1m的间距,书写板照度测量点为0 .4m×0.4m的间距。同时,关注光对人的视觉舒适度和非视觉健康影响,对光生物效应设计提出“应进行照明设计,实现动态照明、情景照明等优化效果”。

1.3.3南京市地方标准《中小学幼儿园教室照明验收管理规范》(DB3201/T 1006-2020)重点解读:

1.3.3.1 规定了中小学幼儿园教室照明验收管理规范,提出了教室照明验收管理的验收流程、性能指标、设计要求、安装要求,该标准相比同类标准有很多创新,例如首次要求教室照明可视化设计数据贯穿项目全流程,将计算机辅助设计的性能数据与验收现场实测数据在多环节对照校验,提高设计到验收的质量可控性;首次提出蓝光双重检测机制,不仅要求每一类灯具必须出具无视网膜蓝光危害检测报告,还在现场验收环节中,增加便携式光生物安全测试仪现场双重检测,开展现场检测,以确保将蓝光危害风险降到最低。

1.3.3.2 为确保具有较强的可操作性,该标准的资料性附录中提供了多达23页的《照明验收测量常用表》《照明测量项目及方法》等说明性文件,还特别附录了《教室照明项目验收管理案例》。该案例包含南京市两所试点学校教室照明的真实设计方案、资料信息和测量数据,并按照工作开展路径进行图文对照注释,将项目实施概要、验收组织、安装企业验收申请、技术资料审核、委托专业部门抽检、项目学校功能核定,直至形成验收报告的全流程,都通过数据图表的方式呈现出来。

1.3.4河南省地方标准《中小学及幼儿园室内照明技术规范(征求意见稿)》重点解读:

1.3.4.1 该标准结合河南省中小学新建、改建、扩建教室室内实际测量结果、现阶段照明技术发展趋势,充分考虑了目标人群中小学生及幼儿园正处于生长发育关键时期,对眩光、闪烁、光生物安全等进行了考虑。充分考虑了与其它相关标准的协调性,如现场光生物安全测量条件和方法依据《半导体照明设备和系统的光辐射安全测试方法》(GB/T 36005-2018)。教室照明照度测试方法依据《照明测量方法》(GB/T 5700-2008)。同时,还考虑到当前动态及智能照明控制系统的发展情况,增加了对照明控制装置的检测,并且还引入了照明光环境光衰概念,从光环境整体考虑衰减情况,更好的将光环境光照度与近视成因相关联,达到主力近视防控的目的。

二、教室照明健康光环境指标比对

2.1.1 光源可分为自然光源和人造光源两大类,人造光源在教室灯普遍使用的是荧光灯和LED灯;天然光就是自然光源的其中一类,影响着人体健康,天然光可以调节生物钟、改善睡眠、改善人们的心情、减轻季节性情感障碍(SAD),减轻抑郁症状、促进人体吸收钙跟磷酸盐、有益视力等;故天然光在教室照明的中重要性越来越被看重,在白天的时候应首先优先考虑自然光,而将人工照明作为辅助。近年来模拟自然光的健康LED

2.1.2 光源的选择光成为研究热点。

2.1.3 在人造光源方面,荧光灯因其蓝光含量较LED灯低,替换方便,总体成本会较低,教室照明改造以前普通使用的光源是荧光灯,但随着LED灯技术的提高,LED

2.1.4 教室中如何优化利用自然光也是需要考量的,如果过度的阳光进入教室,靠近窗户区域会发生强烈的明暗对比,产生眩光,影响人的视觉舒适度,不利于视力健康。某些建筑相关参考资料,会给采光相关指标范围一个上限值。团体标准《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)规定“南向采光教室靠窗侧课桌面的天然光照度不宜大于3000lx,超过时应采用遮阳系统”,但国内标准对遮阳系统的要求和规定内容较少或几乎没有。能利用好天然光,不仅对人体健康有好处,还能相应国家号召节能环保。灯在教室照明中的使用得到更普遍的认可,主要原因有:(1)有效抑制蓝光,将教室灯具的视网膜蓝光危害等级降到RG0,排除蓝光危害荧光灯。(2)目前已研发出全光谱LED,其光谱接近天然光,并能达到很高的Ra值,目前被认为是最优的人造光源,日后若能将价格降下来并大面积在教室照明中使用,将更有利于保护青少年的视力健康。(3)LED灯很容易进行光学配光,呈现照明效果比荧光灯好,视觉健康舒适度优。故对光源的选择上,除了要合理利用天然光,对人造光源的选择还要定位于光源的品质上。

2.2桌面平均照度指标分析

2.2.1 眩光是指视野中由于不适宜亮度分布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。研究证明,随着眩光强度的增加,被试的视觉作业绩效逐步降低。长时间的强光刺激会阻碍黄斑视力功能的正常发育,同时,暗视觉长期得不到锻炼,会给近视和弱视留下隐患。因而,眩光是影响教室光环境品质的重要因素之一。

2.2.2 现行国标都是按照UGR19来要求,有些地标或团标会提出分档要求,如《中小学校教室照明技术规范》(DB44/T 2335-2021)提出UGR分为19和16两档要求,《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)对眩光提出三档的分档要求,分别是:19、16和13。团标《中小学教室照明技术规范》(T/JYBZ 005-2018)提出UGR16,对眩光控制提出更高的要求。

2.2.3 统一眩光值,简称UGR。度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起不舒适感主观反应的心理参量。其值可按CIE统一眩光值公式计算。

眩光指标分析

UGR较大的教室光环境,有一部分光会直接照射进入学生的眼睛,学生正常看黑板时,可能感觉到刺眼,引起不舒适感。而UGR越小,灯具发出的光仅仅照在课桌面上,较少光直接照射到学生的眼睛中,视觉舒适度越好。因而,UGR越小的教室光环境越有利于学生的视力健康,同时,UGR越小,技术难度会相应越大,成本也可能会增加。

2.4频闪指标分析
 
2.4.1 学习时照明光线的稳定程度直接影响阅读的效能及对眼睛的危害程度。除了光线的强弱可以导致视觉疲劳之外,光的闪烁、眩光同样会引起视觉疲劳。可见,光的频闪对视力健康的危害是不可忽视的,目前,除了《室内工作场所的照明》(GB/T 26189-2010)、地标和团标外,大部分国标都未对频闪作出限定。目前国内标准对频指标的要求都是参照IEEE Recommended Practicesfor Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks toViewersIEEE Std 1789 IEEE-2015),测试时要求灯具是无危害等级。
 
2.5显示性指标分析
 
2.5.1 光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。显色指数(CRI)取前8种常见颜色的显色指数的平均值,记为Ra,表征此光源显色性。Ra值越大,光源的显色性越好。如果选用低显指的灯具,反射回儿童眼中的色彩会失去饱和度,造成颜色失真,容易造成视觉疲劳,进而可能会导致近视。
 
2.5.2 CRI是国内相关教室标准规定的核心指标之一,都规定了Ra80、R9(深色鲜红)是显色性很重要且特殊的指数,部分标准也增加了对R9的要求,如《建筑照明设计标准》GB 50034-2013中要求LED 灯具做光源R90,《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)中要求LED灯具做光源
 
2.5.3 R910,广东地标则提出更高的显色指数要求R950。教室灯具的显色性越好,视觉效果越好,越有利于青少年的视力健康。
 
2.5.4 照明光谱介绍:据研究表明,暴露在类太阳光谱的光线下,可以提高关键的学习能力,如工作记忆、认知处理速度和测试准确性。
 
2.5.5 下图给出了一组太阳可见光谱相对强度的分布情况。从太阳光谱辐照度分布图可以看出,在可见光波段各光谱辐照度差别,除紫光部分小一点外,其他光谱辐照度差别不是很大,因此可在满足教室照明指标要求的条件下,对照可见波段太阳光谱辐照度的比例,构建健康照明光环境类太阳光谱。
 
 
因此营造健康光环境的光源,不仅可见光波段与太阳光谱R1~R15的显色指数非常接近,而且相应的光谱强度分布也应大致相同。也就是说,光源光谱强度分布图与太阳光光谱强度分布图吻合度大的照明产品,同时又满足显色指数、色温、照度、亮度、频闪、眩光等指标要求的照明产品是健康照明产品。
 
2.6 测试方法分析
 
2.6.1 测试方法在实际测试中有重要的指导作用,国内教室照明相关标准的测试方法几乎都是依据《照明测量方法》(GB/T 5700-2008),教室课桌面照度和黑板照度都按中心布点法布置测试点,并且规定课桌面按2m×2m,黑板按0.5m×0.5m的正方形网格布点测试。
 
2.6.2 取不同的测量间距,测试结果可能不同,测点间距越小,照度值可能越接近真实值。故近年来发布的标准如《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)等,规定课桌面划出1m×1m,黑板画出0.4m×0.4m的正方形网格为测量区域。
 
2.6.3 《照明测量方法》(GB/T 5700-2008)只给出了布点方式,对测试区域选择上并未明确,对于室黑板面照度的测量区域,各标准的规定都是比较统一的,当黑板区域有电子白板(荧幕、电视)等多媒体显示终端时,参考平面不含多媒体显示终端所占面积。
 
2.6.4 对于课室桌面照度的测量区域,各标准的规定有一定出入,《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)等规定课室桌面照度的测量区域:横线以最前排课桌前沿书写板水平距离2.2m画一条直线,以此直线为基准线向后排每间距1m划一条直线,直到不足1m为止;竖线第一条线距左墙面的距离是教室的宽度取整数后除以2,每间隔1m画一条线,直到不足1m为止。
 
2.6.5 《中小学校教室照明技术规范》(DB44/T 2335-2021)规定教室课桌面照度的测量区域以距离黑板向后2.20 m,距离后墙向前1.10 m以及左右墙面组成的矩形区域。
 
2.6.6 对于统一眩光值的测试和计算方法,国内教室照明相关标准都是参照《建筑照明设计标准》GB50034-2013,测量(观察)位置按照坐姿眼睛高度1.2m,水平位置各标准略有不同,《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539-2020)、《中小学幼儿园教室照明验收管理规范》(DB3201/T 1006-2020)和《中小学教室照明技术规范》(T/JYBZ 005-2018)取教室后墙面的中点,《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030-2020)和《深圳市中小学教室照明技术规范》(T/SZEEIA 001-2021)取位于离教室后墙水平距离1.1m的中点,《中小学校教室照明技术规范》(DB44/T 2335-2021)则综合考虑了便利性,以及担心遗漏最后一排灯的情况,规定在离教室后墙水平距离0.5m和1.1m的中点各测试一次统一眩光值,取两值中较大的值作为测量值。
 
三、结论和展望

3.1教室照明遵循原则
 
3.1.1 重视天然光在教室照明中的利用,灯光布置应遵循自然光为主,添加人造灯具为辅的设计原则。对于教室质量的评价,不再是孤立地单独考评人工照明。
 
3.1.2 细分受众,细分作业模式。针对不同年龄层的人的生理特点不同,所需照度值不尽相同。不同的作业模式,对色温、显色性和蓝光危害等的要求也不同。
 
3.1.3 健康的光环境除了要满足能看清的基本功能外,还要重视人眼视觉疲劳和视觉舒适度,注重人的生理和心理健康。
 
3.1.4 加入智能照明,根据白天晚上不同时段、场合,建立动态照明。如休息时间的照度值和色温可以区别于上课,从而调节人的疲劳度和注意力;晚上上自修的照度值也可以区别于白天上课的照度值。
 
3.1.5 重视整体空间的亮暗分布,舒适的光环境应该整体空间都是明亮的,使用环境光均匀照亮整个区域。
 
3.1.6 关注视看品质,强调设计方法对提升照明品质的作用。如鼓励使用间接光,以获得更高的天花板亮度于更加柔和的光,减少直接光的刺激。
 
3.2教室照明相关标准改进需求
 
3.2.1 标准的内容应扩展,加强对教室光环境整体的考虑,避免脱离采光、孤立考虑人工照明。在标准体系中加强引导,充分利用天然光,考虑天然光和人工照明的有机融合,对于人工照明和天然光应同等重视,分析气候、朝向、楼层等做出针对性的设计方案。白天和晚上的不同时段的天然光有很大区别,白天的教室应充分利用天然光,晚上基本只需考虑人工照明。
 
3.2.2 标准的指标体系应进行细分,应加强精细化考虑针对儿童青少年年龄层制定更为符合人生理特点的照度指标,合理制定照度指标值。目前国内照明相关标准都缺乏对不同年龄层群体的细分,儿童、成年人、老年人的眼睛生理状况(瞳孔大小、晶状体透明度)有很大不同,应进一步对不同年龄层细分,做到更加精细化,适应不同生理特点的照明指标。
 
3.2.3 标准指标应满足基本视看功能到提升视觉舒适性和健康护眼的方向转变。从人的人生理健康、生理节律出发,关注提升视觉舒适性和健康护眼,加强对减少视疲劳的指标引导。

(来源:高迅照明)

 
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