中小学教室健康照明设计的探讨

周晨亮，俞 彬

(浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006)

引言

近年来，照明的需求已经从对光效、节能和成本的追求，上升到对光品质、光健康、光生物安全和光环境的需求，倡导“健康照明”，提高光品质及舒适性具有非常重要的现实意义。中小学教室作为重要的教育场所，教学内容、设施越来越复杂，视觉作业内容更加多样，尤其是智能终端的使用不断增加，对照明的不同要求也随之产生。

1 健康照明的概念

健康照明是近年来行业和学术界聚焦的概念，对健康照明的定义，一般可理解为利用人工和天然光照明，提高人的生活、工作和学习的品质和能效，促进人的生理和心理健康。2000年在荷兰召开的健康建筑国际年会对健康建筑进行了定义，其中就包括了照度的要求，后续各国颁布的相关标准、规范等都把照明列入影响健康建筑环境评估的范围[1,2]。

2 中小学教室健康照明设计内容及关键问题

2.1 中小学教室健康照明基本要求

长期以来我国校园建设时不重视乃至忽略建筑照明是影响学生视力健康的主要因素之一。沈英琪等[3]对不同地区46所学校使用荧光灯管、荧光灯具、LED灯管、LED普通灯具和LED教室专用灯具的教室进行测试，结果显示抽样测试教室存在桌面照度和黑板照度值偏低、照度均匀度不达标、显色指数低于国家标准、教室灯具没有加装防眩光部件、灯具色温超出标准要求等问题。中小学教室需要高质量、适应新教学模式的照明，使师生们拥有一个健康舒适的视觉环境，保护学生的视力，激发学生的求知热情，提高学习效率。因此，需要综合考虑和平衡多方面的因素，如人工照明的相关色温和显色性、课桌面的水平照度和黑板面的垂直照度、照度均匀度、直接眩光和反射眩光的控制、照明各表面的亮度分布、照明控制等。

(1)相关色温。相关色温是对灯光颜色的度量。相关色温度在3 000 K左右时，光色偏黄；相关色温度在5 000 K以上时，光色偏蓝[4]。不同相关色温度的光，具有不同的照明和视觉效果。在学校照明中，为更好、更长时间地与天然采光的色温相匹配，色温一般采用中间色温。

(2)显色性。显色指数是对光源显色性的度量，用于评价光源对色彩的还原能力。显色指数越高，色还原度越高，人眼区分物体颜色越轻松。

(3)照度和照度均匀度。为满足学生长时间的读写活动要求，首先应提供合适的水平照度，提高学生的注意力和专注力。同时，由于黑板、实验主体、电脑显示屏等垂直平面的存在，学生要不时地将视线从课本转移至垂直面，因此还要考虑一定的垂直照度，尤其是黑板面的垂直照度。

(4)眩光控制。眩光在学校照明中直接影响学生的视觉健康，需要控制照明的直接眩光和反射眩光。

(5)闪烁和频闪控制。波动深度是表征光源频闪特性的参数。灯具在交流或脉冲直流电源的驱动下会出现闪烁的现象，导致视疲劳和脑疲劳。目前国内外广泛采用IEEE Std 1789—2015相关要求评估观察静止状态下光源的闪烁[5]。

(6)亮度分布。教室内亮度分布应防止过高的亮度和过高亮度对比。为提升视觉舒适度，在学校照明中同一室内空间内的亮度对比不宜超过10∶1，同时相邻房间的亮度比不宜大于3∶1[6]。

(7)光生物安全。由于青少年儿童正处于视觉发育的重要阶段，同时其眼睛的光谱透过率明显高于成人，所以在中小学教室照明设计时应根据使用功能的需求选择光生物安全性能满足要求的照明产品。

(8)照明控制。学校照明控制通常有日光探测、人员动静探测、场景调整或自动时间场景调度等。学校照明中的天然光是一个不断变化的光源，需要进行适当控制，并结合人工照明进行平衡。

2.2 中小学教室健康照明标准

2018年8月30日，教育部、国家卫生健康委员会等八部门联合印发《综合防控儿童青少年近视实施方案》，国家各教育管理部门、标准化机构以及地方政府加强了教室照明标准的编制、实施和管理，相关标准从不同方面规定了学校或教室的相关照明参数和指标要求，见表1～表3[7]。

表1 学校照明标准Table 1 Lighting standard of school

表2 教室相关色温对比Table 2 Comparison of correlated colour temperature in classroom

表3 教室照明标准值对比Table 3 Comparison of classroom lighting standard value

为切实加强儿童青少年近视防控工作，《儿童青少年学习用品近视防控卫生要求》(GB 40070—2021)[8]自2022年3月1日起正式实施。标准规定，普通教室照明灯具色温应不小于3 300 K且不大于5 300 K，符合我国现行标准《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)[9]、《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB31/T 539—2020)[10]等的有关规定。同时，GB 50034—2013[9]要求长期工作或停留的房间或场所色温不宜高于4 000 K，选用同类光源的色容差不应大于5SDCM，频闪效应可视度SVM不应大于1.3，且中小学校、幼儿园建筑主要功能房间采用的照明光源和灯具，其SVM值不应大于1.0。

从《中小学教室照明技术规范》(T/JYBZ 005—2018)开始，教室照明的要求不断被提升，直接眩光UGR要求从不大于19变为不大于16[11-13]。DB31/T 539—2020[10]则在教室课桌面300 lx/500 lx的平均水平照度和UGR16的照明标准基础上，提出了学生眼位垂直照度的推荐指标，进一步提升了教室照明的要求。规范指出，用于室内照明光源的一般显色指数Ra的初始值应不低于80，用于美术教室的灯具一般显色指数Ra的初始值应不低于90；对LED灯具，一般显色指数Ra的初始值应不低于90，特殊显色指数R9应大于50。同时，有条件的场所，建议考虑光生物效应进行照明设计，实现动态照明、情景照明等优化效果[10]。《深圳市中小学教室照明技术规范》(T/SZEEIA 001—2021)[14]中则首次明确提出了普通教室的课桌面照度上限值为750 lx。

2.3 中小学教室健康照明设计指标建议

中小学教室照明灯具色温应不小于3 300 K且不大于5 300 K，针对中小学教室照明的LED光源和LED灯具，额定相关色温不宜高于4 000 K，选用同类灯或灯具的色容差不应大于5SDCM，这一方面限制了过高色温的光源对人眼可能造成的损伤，同时保证了光线明亮柔和，有助于学生集中注意力。有条件的学校也可采用Tunable White的可调节亮度、色温的照明系统，提供不同照度水平、不同色温的照明场景，如集中精神、放松休息、讨论、演示等不同模式的照明，提高学生的学习效率。

为了适应LED灯具的使用，从显色性的角度上保证RGB三色，中小学教室一般灯具的R9应大于0，照明光源的Ra应不低于80。其中，普通教室的灯具一般显色指数Ra应不低于85，在诸如艺术教室等对颜色还原度要求较高空间的灯具，一般显色指数Ra应不低于90，特殊显色指数R9应大于50。

考虑到蓝光危害、灯具的配光设计、黑板照度均匀度以及当前照明灯具生产企业现阶段的生产水平等因素，中小学教室照明灯具的蓝光危险组别宜采用IEC/TR 62778最高安全级别RG0[15]。同时推荐IEEE 1789—2015中波动深度的限制要求以及国际照明委员会(CIE)提出的闪变指数PstLM(小于1.0)和频闪效应可视度SVM(小于1.0)的限值方法；且统一眩光值(UGR)不宜大于16，有条件的地区宜不大于13。

此外，中小学普通教室课桌面上的维持平均照度值不应小于300 lx,其照度均匀度应不小于0.7，其他场所的维持平均照度值和照度均匀度根据使用功能的不同而有所不同。教室黑板应设局部照明灯，其维持平均照度值不应小于500 lx，其照度均匀度不应小于0.8。为防止日光产生的眩光影响，南向采光教室靠窗侧课桌面的天然光照度不宜大于3 000 lx[16]，超过时应采用遮阳系数降低照度。有条件的学校，也可考虑光生物效应进行照明设计，增加照明控制系统，充分发挥LED产品的特点和数字化控制技术的优势，实现动态照明、情景照明、智能照明等优化效果。

3 结语

健康照明是人对居住环境要求不断提升过程中形成的必然需求。本文基于目前教室照明标准规范要求，结合教室健康照明实际需求，从相关色温、显色性、照度和照度均匀度、眩光控制、闪烁和频闪控制、亮度分布、光生物安全、照明控制等方面进行分析，提出当下中小学教室照明设计指标建议，实现从照明到健康智慧照明的全新升级，有效减少学生视觉疲劳，降低近视率，同时能帮助学生集中注意力，提高学习效率，使课堂教学变得更加顺畅、高效、智能。