关于传统黑板灯照明存在的眩光问题及分析

赵丽娜 江魏佳 倪俊贇 俞浙铭 程敏

1广东加华美认证有限公司上海分公司，上海200233

2中认尚动（上海）检测技术有限公司，上海200233

0 引言

据国家卫生健康委在2018年6月举行的专题新闻发布会消息，我国近视人数已超过4.5亿，其中近视高发年龄段为青少年阶段。数据显示，我国大中小学生近视比例为：小学生45.7%，初中生74.4%，高中生83.3%，大学生87.7%，我国近视患病人数已居世界首位[1]。儿童青少年近视率居高不下、不断攀升，近视低龄化、重度化日益严重，已成为一个关系国家和民族未来的大问题。为此，习近平总书记发表了关于学生近视问题的重要指示精神，要求切实加强新时代儿童青少年近视防控工作，紧接着教育部等八部门也印发了关于《综合防控儿童青少年近视实施方案》的通知[2]。由此可见，关心青少年视力健康成了当前至关重要的国家大事。

当然，解决好问题的前提是发现导致该问题的原因，而影响青少年视力健康的因素有很多。当前，青少年学生每天在教室学习的时间平均超过6h，同时这段时间的用眼强度非常高，所以良好的教室照明环境对用眼健康是非常必要的。然而，当前教室照明光环境大多不满足国家标准要求，照明灯具急需进行改造优化，尤其是黑板灯具，大多不能满足黑板照明要求。为此，本研究重点介绍了当前教室中黑板灯具的现状并分析了存在的问题。

1 当前黑板灯具的现状

由于黑板灯具所选用的大多都是T8双端荧光灯，而基于双端荧光灯光源的黑板灯具在配光设计上只能采用反射原理来实现非对称配光，这样的配光结果是在C90-270面上光输出角度偏大。为了使黑板照明达到标准要求，其安装高度相对比较低且距黑板水平距离较大，如此安装容易对老师产生直接或间接眩光，从而严重影响老师的课堂教学工作。

通过对上海、浙江等地区改造后的学校教室进行摸底调研，发现进行灯光改造后的教室中有很大部分黑板灯的照度均匀度仍存在不合格现象。通过现场调研以及同老师交流，发现到黑板灯的灯光会对老师产生强烈的直接眩光，造成老师在上课时眼睛很不舒适，如图1所示。老师会通过调整黑板灯原始的安装角度来减少直接眩光，从而导致黑板灯的照度和照度均匀度发生改变，通过测试发现调整角度后的黑板照明达不到当前国家标准的要求，尤其是照度均匀度0.8的要求，如图2所示，黑板下半部分亮度明显偏暗。

图1 正常黑板灯安装情况

图2 调整角度后黑板灯照明效果

2 传统黑板灯具配光测试结果

基于双端荧光灯的黑板灯具大多都是采用 T8双端荧光灯作为光源，光源直径为26 mm，通过铝阳极氧化镀膜反射器来进行反射配光处理，如图3所示。

图3 黑板灯实物图

因为光源尺寸较大，而被照黑板的尺寸也较宽，所以只能采用反射的方式来进行光学设计，这样势必会出现灯具出光口面过大，C90-270面发光角不容易控制在较小范围内。为了满足黑板照度和照度均匀度的要求，黑板灯的安装位置和反射角度的控制是黑板灯需要探讨研究的难点问题，如图4所示，d为黑板灯出光口面中心距黑版面的水平距离，h为黑板灯出光口面中心距黑板上沿的垂直距离。

图4 教室内黑板与黑板灯相对位置示意图

目前，常见的黑板灯C0/180和C90/270两个面的光强分布主要有以下几种，见表1。C90/270面光束角范围在36°～52°之间，对于近场黑板照明来说，灯具出光角度偏大是不利于近距离安装的，容易造成老师处于高眩光的照明环境中，从而影响整个的课堂教学效果。

表1 目前常见的黑板灯配光

3 对不同配光方式的黑板灯测试结果的模拟计算及分析

为了充分证明黑板灯容易对老师产生高眩光的现象，根据标准GB 7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》中对黑板照明的要求[3]，结合标准GB/T 5700—2008《照明测量方法》所提出的测量方法[4]，以及标准GB/T36876—2018《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》中对黑板灯具安装距离的要求[5]，文章通过对目前常见几家黑板灯进行配光测试，并将测试结果IES文件按照标准要求运用DIALux软件进行眩光模拟计算，如图5所示。

图5 教室光环境模拟分析图

模拟计算所选取的典型教室长、宽、高分别为9.0m、7.2 m、3.5 m，黑板长和宽为4.0 m和1.2 m。除了黑板灯配光不一致，其他室内参数和教室灯参数设置均一致。UGR计算点在黑板上均匀选取30个点[4]，横纵相邻两点的间距为0.4m，布点方式如图6所示，其模拟计算结果见表2-1到表5-1，并通过对比分析选出UGR模拟计算结果最小的安装模式，见表2-2、3-2、4-2和5-2。表中a、b、c、d分别表示黑板灯不同安装坐标位置，a(0.7,0.1），b(0.7,0.2)，c(1.0,0.2)，d(1.0,0.1)。

图6 黑板上UGR布点图

表2-1 1#黑板灯模拟计算结果

表2-2 序号b安装模式下黑板上UGR模拟计算结果

表3-1 2#黑板灯模拟计算结果

表3-2 序号b安装模式下黑板上UGR模拟计算结果

表4-1 3#黑板灯模拟计算结果

表4-2 序号b安装模式下黑板上UGR模拟计算结果

表5-1 4#黑板灯模拟计算结果

表5-2 序号b安装模式下黑板上UGR模拟计算结果

4 结论

文章通过对四款不同的黑板灯在相同的教室环境中进行模拟计算分析，得出在相应标准的安装要求下[5]，虽然能够实现标准中黑板照度及照度均匀度的照明要求，但是从模拟计算的结果中可以看出，所有灯具对老师产生的眩光是相当高的。眩光大小会随着老师身高的不同而不同，身高越高，所感受到的眩光越大。另外，黑板灯具安装越高，离黑板越近，老师所感受到的眩光越小。

通过模拟计算分析可以清晰地看到，基于双端荧光灯的黑板灯在当前标准的安装要求下很难避免对老师产生眩光问题，否则就会引起降低黑板照明效果的矛盾。所以文章建议适当调整标准中黑板灯安装位置的限制要求，同时优化黑板灯配光角度大小，从而达到提高教室照明中光环境优化设计的效果。