LED 灯具在教室照明中的运用研究

2021-11-26张江滨

中国建筑金属结构 2021年4期

张江滨

我国对于教室照明具有明确要求，根据相关条款规定，在教室照明应用当中，其课桌面平均照度应保持在300LX。同时，对于眩光照度、均匀度、功率密度等也具有明确考核。目前，教室照明灯具大致可分为两类，教室灯具以及黑板灯具，其分别对课桌以及黑板提供照明。有效的灯光对于学生的学习非常重要，灯光安装在天花板当中，因此在设立照明标准时，必须考虑到眩光因素以及相关的阴影，通过有效配比增强LED 的使用效果，以达到有效应用。就目前LED 应用趋势而言，我国在现有基础上完成了后续改良，对LED 照明具有初步的应用标准以及应用经验。这将为LED 后续改良奠定坚实基础，提供良好的发展思路。

1.LED 照明灯具在教室照明中的应用优势

1.1 LED 照明灯具光利用率

就传统荧光灯而言，荧光灯的发光机制是在其内饰灯柱上全面发光。对于屋顶灯具而言，其存在明显缺陷。荧光灯发出的光源约有40%的光直接照射到工作面当中，而另外60%则通过东西的反射，呈现分散状态，灯具反射率达70%[1]。就市面常见的三色荧光灯进行分析，三色荧光灯的灯光效率约为95lm/W。因此，存在明显的应用不足。而LED 照明灯具可以保证其显色度≥90；色温5000K，可以提供舒适、有效的照明环境。此外，其光源集中，具有明显的光利用率。其效能已然超过了传统的三色荧光灯，是目前学校灯具照明当中的主要照明选择。

1.2 黑板灯的照明均匀度

目前，就黑板灯照明度而言，在中小学教室当中，其黑板宽度按照国家统一标准设定；而荧光灯管的长度也按照统一标准设定[2]。传统荧光灯具对黑板进行照明过程当中，其黑板的照明以及照明均匀度无法达到相关标准。而采用58W 灯具照明，虽然照明均匀度得到明显改善，但是其整体依然具有较大的不合格率，且能效指标较低，无法增强教室照明效果。在单位测量过程当中，全国各地的教室传统荧光灯照明的黑板项目均匀度以及项目合格率不足20%，表明目前黑板灯照明尚未得到学校的相关认知。

1.3 LED 灯具有极长的使用寿命

就照明灯具而言，其自身的寿命以及维护成本关系到我国社会建设以及“节能减排”、“绿色发展”目标的执行。而传统的荧光灯照明寿命较低，损坏率较高，这就意味着在生产过程当中，会导致污染以及能耗增加[3]。就使用单位角度而言，荧光灯的频繁损坏以及维修也会增加学校自身的人力以及物力运行成本。目前，学校使用的荧光灯每年需换一次灯管，并且在使用当中，要想保证其5 年一换，完成理想使用寿命，就需将灯光照明度保持在70%，但此灯光照明度显然无法满足学生以及教师的整体需求。而LED 灯具性能对比非常明显，LED 在100%光源投入下，可以使用5 年左右，维护成本仅为传统人工光源灯具的12%。因此，极具应用性以及推广价值。同时，LED还具有优良的调控功能。作为一种新型灯光技术，LED 可以实现智能照明以及个性照明。就传统荧光灯灯管而言，其自身虽然通过调控也可实现一定程度的照明需求，但是其整体效率不足，且荧光灯有可能会因电极温度导致其使用寿命大幅下降。而LED 在调光过程当中，可以完成0%～100%的调整，且可实现冷光到暖光的响应极快。在运行过程当中，使用中央处理系统进行调控时，可以完成智能控制。当LED 灯光检测到相关人员在场时，其灯光可实现100%照明；而当人离场后，灯光可维持在1%～3%的夜间灯光照明模式。在为周边障碍物提供基本照明环境的基础上，提供有效节能。当相关人员进入后，其LED 感应器可立即调整到75%的照明亮度。有人员在场超过30s 后，可增加至100%，具有远程调控功能。因此，就教师教学以及学生学习而言，LED灯具的应用前景非常广阔，极具推广价值[4]。

2.LED 照明中蓝光视觉危害

2.1 蓝光危险来自辐亮度

就目前而言，LED 照明虽然具有明显的优势，但是也有一定的危害。其中，最明显的便是蓝光视觉危害。就蓝光危害进行分析，蓝光主要来自辐亮度。辐亮度可以对发光体产生明显影响，在使用眼睛观察光源或发光体时，其人眼对蓝光耐受力较弱，因此也容易引起相关视力受损[5]。据调查报告显示，我国目前将蓝光视网膜危险进行了分级，其中：

（1）“0”级为无危险等级。其辐射亮度保持在≤100Wm-2sr-1 以下，在此等级下，人眼不会感到疲劳。在≤100Wm-2sr-1 灯光进行相应工作时，不会造成光生物危害；

（2）“1 级”低危险辐射亮度保持在辐亮度≤1X104Wm-2sr-1 时，会产生轻度危害；

（3）“2 级”危害，则是辐亮度≤4X106Wm-2sr-1 时，其灯光会使人肉眼感到强烈不适；

（4）“3 级”高危害亮度为辐亮度＞4X106Wm-2sr-1，此灯光可在极短时间内造成严重危害。

因此，据我国目前大量数据调查而言，市面上的LED 灯视网膜均属于1 级到2级。就目前中小学生的视网膜发育情况而言，其晶体对于蓝光穿透率较高。

2.2 蓝光的司辰视觉影响

在以往的研究当中，其医学观点一致认为人类视觉仅存在两种感光细胞，分别为“锥状细胞”以及“杆状细胞”[6]。但在2002 年，美国医疗领域发现人眼视觉具有第3 类感光细胞——司辰细胞。司辰细胞的作用可以实现光通过视网膜产生光物效应，因此，司辰细胞被称之为2002 年十大发现之一。目前，蓝光波长在450nm～480nm 左右，可以与人眼的司辰视觉产生一定关联，可以抑制人体分泌褪黑素。LED 灯色温低于1000K，且光谱中的红色以及绿色光源比例一致，LED灯的蓝色较目前常用的三色荧光灯略低，二者进行对比，可以得知LED 灯蓝色区域略低。

就目前技术水准而言，LED 灯具可以做到保持显色度大于等于90，在相同色温时有效高于三色荧光灯。但在实际应用当中，LED 灯具良莠不齐，特别是其红色显色指数R9；一般LED 灯具R9 为0，甚至于小于0；好点的LED 教育灯具，其R9 大于等于50；高端的产品R9 才大于90。因此，现在的LED 灯照明水准在显色方面已经与常规的三色荧光灯持平或高于三色荧光灯。但市场上，LED 灯具产品鱼龙混杂，加上对照明知识的不足以及我国现有部分厂家刻意曲解的宣传模式，对蓝光造成了不良引导，使我国居民对于蓝光的危害产生了片面化的情绪。

很多人在购买灯具时，灯具厂均会打上“无蓝光”字样。但经过科学实践证明，其自然界的光源以及人工合成的三基色光源均有蓝光。无蓝光，则不会有白光。蓝光可以有效改良人类的情绪，据相关研究证实，在冬季某些地区有可能无法得到长时间的照明，缺乏蓝光会产生季节性忧郁症。在治疗过程当中，相关医护人员对志愿者由太阳光色由暖白光变为冷白光，人们的精神也会变得饱满，其反应力以及敏捷力也会得到显著提升。因此，蓝光对于学习以及工作效率将有明显增强，能使居民的心情愉悦感增加。但到晚上，随着太阳光色温的转换，褪黑素将逐步分泌，低温色光可以给居民以提示，使其可以完成休息转换。因此，司辰节律紊乱是导致免疫力下降的重要因素。蓝光是LED灯具所产生的相关正常光源，只要使用得当，即可保证蓝光有效。因此，其在教室照明当中可以得到显著应用。