上海教室照明地方标准DB31/T 539-2020的创新点分析

杨玉娟，欧阳芳，韩 冰

(1.上海市教育委员会教育技术装备中心，上海 200070；2.国家灯具质量检验检测中心，上海 201114)

引言

国家八部委2018年下发文件，关注重视中国学生近视问题，提出了一系列的措施和要求控制。里面就提到了中小学校教室照明环境必须100%满足标准要求。作为近视综合防控中的重要一环，“改善学校教室光环境”关系到未来五年各项近视综合防控方案和考核标准的制定和整体实施，更将影响2023年和2030年两个防控目标的顺利实现。我国现行教室照明标准为2011年颁布的GB 7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》。其对使用三基色荧光灯灯具的教室课桌面、黑板面的平均照度及照度均匀性、教室灯光色温、眩光指数等都提出了强制性要求。

近年来随着照明产品的不断更新，尤其是LED照明产品的成熟和完善，2011版的地方标准已经不能完全满足现阶段教室照明的需要。在此背景下，顺应科技发展、环境保护等的发展趋势，消除公众对LED技术的误区和顾虑，发展能够满足近视综合防控需求的“LED教室照明”技术迫在眉睫。2018年底，上海市教育装备技术中心联合复旦大学、国家灯具质量检验检测中心共同开展了地方标准的修订工作。至2020年初经过相关资料的调研、数据收集和论证、征求意见的整理和总结等工作后，2020版《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》正式发布，并于2020年5月1日起开始实施。

1 标准修订的创新之处

1.1 LED教室照明灯具及环境的要求

1.1.1 蓝光危害

蓝光危害是指当蓝光辐亮度达到标准规定的2类或者3类时，会在较短的时间或瞬间对人眼造成的伤害。有害蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，引起视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡。光敏感细胞的死亡将会导致视力下降甚至完全丧失，这种损坏是不可逆的。蓝光还会导致黄斑病变。人眼中的晶状体会吸收部分蓝光渐渐混浊形成白内障，而大部分的蓝光会穿透晶状体，尤其是儿童晶状体较清澈，无法有效抵挡蓝光，从而更容易导致黄斑病变以及白内障。

目前国内正式施行的标准GB 50034—2013、GB 7793—2010等，包括2011版的上海地方标准基本都没有针对LED灯具的要求。随着LED照明产品技术的不断进步，长寿命、低功耗、高效能、高显色指数等特点都比传统的照明产品更具优势，尤其在智能控制、调光调色等功能是传统荧光灯灯具产品所不具备的，所以LED灯具在学校教室场所也有越来越多的应用需求。但LED灯具市场也存在良莠不齐的现象，如何规范LED灯具产品的参数特性、使用条件等，是本次标准修订的重点内容之一。

考虑到LED灯具的特殊性和使用受众的特殊性，本标准对LED灯具做了严格的要求。以LED灯具的蓝光危害为例：LED灯具的表面亮度较高，而学生尤其是幼儿园和低年级学校的学生的眼睛蓝光透过率又高，比成年更容易发生蓝光危害。蓝光危害是最近社会关注的重点，根据现在上海修订的地方标准对LED灯具的蓝光要求是RG0。RG0级：免除级，不造成任何危害(所包含的蓝光危害部分定义为在10000s内不造成对视网膜危害)。

1.1.2 显色指数

《光源显色性的表示和测量方法》(GB/T 26180—2010 /CIE 13.3-1995,IDT)给出了R1～R14共计14个色样的光谱辐射因子(光谱辐亮度系数)，其中一般显色指数Ra是1～8号色样的算术平均值。GB/T 5702 光源显色性评价方法在CIE 13.3的基础上，又给出了第15个色样，即中国女性肤色的光谱辐亮度系数。R9的要求是因为绝大多数的白光LED是蓝光芯片激发黄色荧光粉，复合产生白光，早期的黄粉发射光谱的半宽小，覆盖不到红光波段，所以需要第9个色样，即饱和红色，来保障光源对红色物体的还原性。

为了保证教室照明中显色指数足够和有足够的红光光谱，特别要求LED灯具的一般显色指数Ra≥90，特殊显色指数R9(饱和红)≥50[1]。

1.1.3 闪烁

闪烁为因亮度或光谱分布随时间波动的光刺激引起的不稳定的视觉现象。灯具的闪烁可以引起严重的视疲劳和其他视觉认知功能异常。当前《视觉工效学原则室内工作场所照明》(GB/T 13379—2008)对灯具闪烁频率的规定为：a)采用直流供电；b)使照明光源在高频(≥20 kHz)下工作；c)将邻近的照明灯具或照在同一(小)区域的照明灯具，接在电源的不同相序上。在进一步的科研结果提出之前，本专家共识建议在额定电压下工作时，光输出波形的波动深度应不大于 IEEE 1789:2015 中“无显著影响”水平对应的限值要求。

1.1.4 学生眼部垂直照度

教室照明首先要保证课桌面及书写板的照度和均匀度要求，因相关的标准中都有明确的要求，这里就不再赘述了。除此之外，近些年的科研成果指出，哺乳动物视网膜上除了我们已知的两种感官细胞(视锥细胞和视杆细胞)，还存在第三类感官细胞(视网膜特化感光神经节细胞)。这种细胞并不参与视觉成像，但是却将光信号通过超交叉神经核传到下丘脑的松果体引起褪黑素分泌的变化。第三类感官细胞的发现揭示了光的非视觉效应，开启了光健康研究的新纪元。

从视觉需求的指标来看，为了保障教室整体空间的明亮，除了对课桌面水平照度有要求，对于眼部垂直照度也有要求。参照国内外的资料和标准，再考虑到新地标对统一眩光值要求是16，所以规定对设计桌面维持平均照度大于等于500 lx的教室空间，要求眼部维持垂直照度要大于等于200 lx[1]。这个要求对灯具的配光要求更高了，在保持眩光满足要求的同时，还要有足够的垂直照度。由于这是个比较新的参数要求，可供参考的已有资料比较少，在标准制定过程中特别做了有针对性的验证，选择了部分教室做了相应的检测，检测结果如表1所示。

从表1中可以看出，在满足眩光和桌面照度均匀度的前提下，在满足桌面水平照度达到500 lx以上的条件下，眼部垂直照度一般是水平照度的0.4～0.45之间。以目前灯具自身设计加上合理安装，还是可以满足垂直照度、桌面照度和统一眩光值之间的平衡，达到一个全满足要求的结果。

表1 照度及眩光数据表Table 1 Sheet of Illuminance and glare data

1.2 降低书写板灯具对教师直接眩光的影响

教室中的眩光分为两种：不舒适眩光和直接眩光。不舒适眩光，产生不舒适感觉，但并不一定降低视觉对象的可见度；而直接眩光，是由视野中，特别是在靠近视线方向存在的发光体所产生的眩光。教室灯对学生的眩光就是不舒适眩光，可以用统一眩光值这一数值来判断是否满足标准的要求。但书写板灯安装不当，则会对老师的眼睛产生强烈的直接眩光，这在之前的标准中都没有涉及。通过实地调研，老师在面向学生授课时(图1)，老师的眼睛与书写板面在同一方向上，书写板灯在给书写板提供照明的同时，也会对老师的眼睛产生直接眩光，所以难以完全避免。

图1 书写板灯安装位置示意图表Fig.1 Writing board light installation location schematic table

一般认为人眼的视角，是一个120°的锥形。而书写板的配光在90～270°方向是非对称的，如果可以把书写板灯安装在人眼60°视角以上的区域(图1中“√”区域)，那书写板灯具就不会对授课老师产生过多的直接眩光。行业标准中有一个相对位置公式：

h≥(d-0.30)÷cos60°×tan60°+1.55

(1)

其中：d——书写板灯具出光面边沿距离书写板最远的水平距离；h——书写板灯具出光面边沿距离地面的最低垂直距离。在新版地方标准中简化了这个公式，仅仅列出一个相对的位置要求：书写板灯具出光口面到书写板的水平距离≤80 cm；到书写板上沿的垂直距离≥20 cm[1]。以我们前期的调研数据(图1)所示，现阶段的书写板灯具位置基本可以满足标准要求，同时老师在正常教学过程中面对学生授课时，基本不会受到书写板灯具直接眩光的影响。随着标准的进一步推进和灯具技术的发展，相信不久的将来就会出现我们可以安装在期望位置的书写板灯具。

1.3 教室照明环境的日常维护和监控

现阶段很多教室照明新建和改建以后，都会做照明验收检测及结果评估。但验收结束以后在实际使用过程中的维护和照明环境的变化监督工作基本等于零。现有的对教室灯具使用过程中的维护和监控基本都不涉及。实际使用过程中，教室灯具应根据实际使用情况规定一个使用年限，才能保证教室照明环境持续满足标准的要求。之前的改造工作我们基本使用的是双端荧光灯灯具，双端荧光灯光源的老化速度相对较快，基本上使用2 000 h就应该更换一次；同时灯具的格栅和反射器也存在老化和衰减的现象，但这方面的资料却不多。我们针对不同时间段改造的30间双端荧光灯教室做了一个数据统计，一次测试是正常使用状态下的照度，然后对灯具做清洁工作，同时更换全新的光源再做相同的检测，得到的结果如表2所示。从表2中可以看出，双端荧光灯教室灯具在使用过程中的维护和清洁工作很不到位，在清洁和更换新光源以后，教室照明的参数有明显的提升；同时对灯具来说，使用5年以后基本就达到灯具有效寿命的极限，再继续使用下去，即使更换了全新的光源，很多教室照明水平也达不到标准的最低要求。所以我们在修订版标准中建议，双端荧光灯教室灯的使用寿命为五年，到了年限以后应及时更换！

表2 不同使用时间的教室照明情况Table 2 Classroom lighting at different usage times

LED教室灯因为有相应的寿命计推算标准，所以我们可以直接用检测结果来判断它的大致使用寿命。国标GB/T 33721—2017《LED灯具可靠性试验方法》中就规定了多种测试方法，可以计算或推算LED灯具的使用寿命，该标准中的耐久性和环境测试的这些项目，和其他一些标准有较多相似的地方，这里也就不再重复介绍。关于LED灯具的光通维持寿命试验方法，即该标准第14章的1 000 h法和直接法[2]，由于检测周期和测试样本及难易度的原因，灯具生产单位基本上都是选择用1 000 h法来进行寿命验证。根据生产单位的声称，标准可有效推算灯具有效寿命是否满足25 000～50 000 h。以有效寿命25 000 h为例，按照每天使用10 h计算，通过GB/T 33721—2017检测的灯具使用年限应在8年左右。

除了确定教室灯具的实际使用寿命外，本标准特别明确了教室灯具每年两次的清洁工作和每年至少一次的照明环境监测工作，以保证学校教室光环境满足标准的要求。

1.4 明确测试方法，严防以次充好

有了合格的教室照明产品，在教室安装好后，需要做相应的检测来验证教室照明是否能满足标准要求。现在的检测方法也很多，以书写板照度的检测为例。现在使用的书写板最常见的尺寸是4 m×1.2 m(本文中未注明的均以该尺寸为例)。国内教室现行相关标准中对黑板的照度规定限值是：维持平均照度≥500 lx，照度均匀度≥0.7或0.8。检测方法主要有0.4 m中心布点(方法1)和0.5 m中心布点(方法2)两种(图2)。测试结果如表3所示。

图2 两种书写板照度测试方法点位图Fig.2 Two kinds of writing board illumination test method point map

表3 书写板照度测试结果比较表Table 3 Writing board illumination test results comparison table

从表3中可以看出，两种测试方法得到的照度平均值基本相同，同时两种测试方法得到的照度均匀度偏差较大。测试点分布越均匀、测试点越多，则测得的数据越接近真值，这是照度测试的一个基本原则。所以测试点数要尽可能多。新修订的地标中，提高书写板照度均匀度限值的本意是对书写板照明提出更高的要求，但如果检测方法不做相应的提升，或用了不适合的测试方法，就达不到这样一个目的，给不合格的照明效果有了滥竽充数的空间。明确测试方法就是为了测试结果更真实准确，同时也保证了不同的测试人员测试结果的一致性。

2 结语

上海早在2007年就在全国率先开展了教室照明改造工作，经过几年的努力，对全市范围内的中小学校及部分幼儿园的灯具都做了更新。使用多年以后，在最近的调研中发现有些学校还在使用第一轮改造的灯具，并没有更新，现有的照明环境已经不能满足教室照明标准的要求。加上新的照明手段不断出现，2011版的标准明显缺少对新技术和新产品的相关规定。通过本次标准修订，增加了对新产品LED教室灯具，同时对新技术教室照明智能化等都提出了具体要求，为今后一段时间内上海地区的教室照明新建、改建工作做了明确的规定。希望本标准对青少年近视防控工作有一定的帮助。