上海教室照明地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T 539-2020的創(chuàng)新點(diǎn)分析

楊玉娟，歐陽芳，韓 冰

(1.上海市教育委員會(huì)教育技術(shù)裝備中心，上海 200070；2.國(guó)家燈具質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，上海 201114)

引言

國(guó)家八部委2018年下發(fā)文件，關(guān)注重視中國(guó)學(xué)生近視問題，提出了一系列的措施和要求控制。里面就提到了中小學(xué)校教室照明環(huán)境必須100%滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。作為近視綜合防控中的重要一環(huán)，“改善學(xué)校教室光環(huán)境”關(guān)系到未來五年各項(xiàng)近視綜合防控方案和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定和整體實(shí)施，更將影響2023年和2030年兩個(gè)防控目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。我國(guó)現(xiàn)行教室照明標(biāo)準(zhǔn)為2011年頒布的GB 7793—2010《中小學(xué)校教室采光和照明衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。其對(duì)使用三基色熒光燈燈具的教室課桌面、黑板面的平均照度及照度均勻性、教室燈光色溫、眩光指數(shù)等都提出了強(qiáng)制性要求。

近年來隨著照明產(chǎn)品的不斷更新，尤其是LED照明產(chǎn)品的成熟和完善，2011版的地方標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)階段教室照明的需要。在此背景下，順應(yīng)科技發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等的發(fā)展趨勢(shì)，消除公眾對(duì)LED技術(shù)的誤區(qū)和顧慮，發(fā)展能夠滿足近視綜合防控需求的“LED教室照明”技術(shù)迫在眉睫。2018年底，上海市教育裝備技術(shù)中心聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、國(guó)家燈具質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心共同開展了地方標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。至2020年初經(jīng)過相關(guān)資料的調(diào)研、數(shù)據(jù)收集和論證、征求意見的整理和總結(jié)等工作后，2020版《中小學(xué)校及幼兒園教室照明設(shè)計(jì)規(guī)范》正式發(fā)布，并于2020年5月1日起開始實(shí)施。

1 標(biāo)準(zhǔn)修訂的創(chuàng)新之處

1.1 LED教室照明燈具及環(huán)境的要求

1.1.1 藍(lán)光危害

藍(lán)光危害是指當(dāng)藍(lán)光輻亮度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2類或者3類時(shí)，會(huì)在較短的時(shí)間或瞬間對(duì)人眼造成的傷害。有害藍(lán)光具有極高能量，能夠穿透晶狀體直達(dá)視網(wǎng)膜，引起視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的萎縮甚至死亡。光敏感細(xì)胞的死亡將會(huì)導(dǎo)致視力下降甚至完全喪失，這種損壞是不可逆的。藍(lán)光還會(huì)導(dǎo)致黃斑病變。人眼中的晶狀體會(huì)吸收部分藍(lán)光漸漸混濁形成白內(nèi)障，而大部分的藍(lán)光會(huì)穿透晶狀體，尤其是兒童晶狀體較清澈，無法有效抵擋藍(lán)光，從而更容易導(dǎo)致黃斑病變以及白內(nèi)障。

目前國(guó)內(nèi)正式施行的標(biāo)準(zhǔn)GB 50034—2013、GB 7793—2010等，包括2011版的上海地方標(biāo)準(zhǔn)基本都沒有針對(duì)LED燈具的要求。隨著LED照明產(chǎn)品技術(shù)的不斷進(jìn)步，長(zhǎng)壽命、低功耗、高效能、高顯色指數(shù)等特點(diǎn)都比傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)，尤其在智能控制、調(diào)光調(diào)色等功能是傳統(tǒng)熒光燈燈具產(chǎn)品所不具備的，所以LED燈具在學(xué)校教室場(chǎng)所也有越來越多的應(yīng)用需求。但LED燈具市場(chǎng)也存在良莠不齊的現(xiàn)象，如何規(guī)范LED燈具產(chǎn)品的參數(shù)特性、使用條件等，是本次標(biāo)準(zhǔn)修訂的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

考慮到LED燈具的特殊性和使用受眾的特殊性，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED燈具做了嚴(yán)格的要求。以LED燈具的藍(lán)光危害為例：LED燈具的表面亮度較高，而學(xué)生尤其是幼兒園和低年級(jí)學(xué)校的學(xué)生的眼睛藍(lán)光透過率又高，比成年更容易發(fā)生藍(lán)光危害。藍(lán)光危害是最近社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)在上海修訂的地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED燈具的藍(lán)光要求是RG0。RG0級(jí)：免除級(jí)，不造成任何危害(所包含的藍(lán)光危害部分定義為在10000s內(nèi)不造成對(duì)視網(wǎng)膜危害)。

1.1.2 顯色指數(shù)

《光源顯色性的表示和測(cè)量方法》(GB/T 26180—2010 /CIE 13.3-1995,IDT)給出了R1～R14共計(jì)14個(gè)色樣的光譜輻射因子(光譜輻亮度系數(shù))，其中一般顯色指數(shù)Ra是1～8號(hào)色樣的算術(shù)平均值。GB/T 5702 光源顯色性評(píng)價(jià)方法在CIE 13.3的基礎(chǔ)上，又給出了第15個(gè)色樣，即中國(guó)女性膚色的光譜輻亮度系數(shù)。R9的要求是因?yàn)榻^大多數(shù)的白光LED是藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉，復(fù)合產(chǎn)生白光，早期的黃粉發(fā)射光譜的半寬小，覆蓋不到紅光波段，所以需要第9個(gè)色樣，即飽和紅色，來保障光源對(duì)紅色物體的還原性。

為了保證教室照明中顯色指數(shù)足夠和有足夠的紅光光譜，特別要求LED燈具的一般顯色指數(shù)Ra≥90，特殊顯色指數(shù)R9(飽和紅)≥50[1]。

1.1.3 閃爍

閃爍為因亮度或光譜分布隨時(shí)間波動(dòng)的光刺激引起的不穩(wěn)定的視覺現(xiàn)象。燈具的閃爍可以引起嚴(yán)重的視疲勞和其他視覺認(rèn)知功能異常。當(dāng)前《視覺工效學(xué)原則室內(nèi)工作場(chǎng)所照明》(GB/T 13379—2008)對(duì)燈具閃爍頻率的規(guī)定為：a)采用直流供電；b)使照明光源在高頻(≥20 kHz)下工作；c)將鄰近的照明燈具或照在同一(小)區(qū)域的照明燈具，接在電源的不同相序上。在進(jìn)一步的科研結(jié)果提出之前，本專家共識(shí)建議在額定電壓下工作時(shí)，光輸出波形的波動(dòng)深度應(yīng)不大于 IEEE 1789:2015 中“無顯著影響”水平對(duì)應(yīng)的限值要求。

1.1.4 學(xué)生眼部垂直照度

教室照明首先要保證課桌面及書寫板的照度和均勻度要求，因相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的要求，這里就不再贅述了。除此之外，近些年的科研成果指出，哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜上除了我們已知的兩種感官細(xì)胞(視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞)，還存在第三類感官細(xì)胞(視網(wǎng)膜特化感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞)。這種細(xì)胞并不參與視覺成像，但是卻將光信號(hào)通過超交叉神經(jīng)核傳到下丘腦的松果體引起褪黑素分泌的變化。第三類感官細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)揭示了光的非視覺效應(yīng)，開啟了光健康研究的新紀(jì)元。

從視覺需求的指標(biāo)來看，為了保障教室整體空間的明亮，除了對(duì)課桌面水平照度有要求，對(duì)于眼部垂直照度也有要求。參照國(guó)內(nèi)外的資料和標(biāo)準(zhǔn)，再考慮到新地標(biāo)對(duì)統(tǒng)一眩光值要求是16，所以規(guī)定對(duì)設(shè)計(jì)桌面維持平均照度大于等于500 lx的教室空間，要求眼部維持垂直照度要大于等于200 lx[1]。這個(gè)要求對(duì)燈具的配光要求更高了，在保持眩光滿足要求的同時(shí)，還要有足夠的垂直照度。由于這是個(gè)比較新的參數(shù)要求，可供參考的已有資料比較少，在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中特別做了有針對(duì)性的驗(yàn)證，選擇了部分教室做了相應(yīng)的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，在滿足眩光和桌面照度均勻度的前提下，在滿足桌面水平照度達(dá)到500 lx以上的條件下，眼部垂直照度一般是水平照度的0.4～0.45之間。以目前燈具自身設(shè)計(jì)加上合理安裝，還是可以滿足垂直照度、桌面照度和統(tǒng)一眩光值之間的平衡，達(dá)到一個(gè)全滿足要求的結(jié)果。

表1 照度及眩光數(shù)據(jù)表Table 1 Sheet of Illuminance and glare data

1.2 降低書寫板燈具對(duì)教師直接眩光的影響

教室中的眩光分為兩種：不舒適眩光和直接眩光。不舒適眩光，產(chǎn)生不舒適感覺，但并不一定降低視覺對(duì)象的可見度；而直接眩光，是由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發(fā)光體所產(chǎn)生的眩光。教室燈對(duì)學(xué)生的眩光就是不舒適眩光，可以用統(tǒng)一眩光值這一數(shù)值來判斷是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。但書寫板燈安裝不當(dāng)，則會(huì)對(duì)老師的眼睛產(chǎn)生強(qiáng)烈的直接眩光，這在之前的標(biāo)準(zhǔn)中都沒有涉及。通過實(shí)地調(diào)研，老師在面向?qū)W生授課時(shí)(圖1)，老師的眼睛與書寫板面在同一方向上，書寫板燈在給書寫板提供照明的同時(shí)，也會(huì)對(duì)老師的眼睛產(chǎn)生直接眩光，所以難以完全避免。

圖1 書寫板燈安裝位置示意圖表Fig.1 Writing board light installation location schematic table

一般認(rèn)為人眼的視角，是一個(gè)120°的錐形。而書寫板的配光在90～270°方向是非對(duì)稱的，如果可以把書寫板燈安裝在人眼60°視角以上的區(qū)域(圖1中“√”區(qū)域)，那書寫板燈具就不會(huì)對(duì)授課老師產(chǎn)生過多的直接眩光。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有一個(gè)相對(duì)位置公式：

h≥(d-0.30)÷cos60°×tan60°+1.55

(1)

其中：d——書寫板燈具出光面邊沿距離書寫板最遠(yuǎn)的水平距離；h——書寫板燈具出光面邊沿距離地面的最低垂直距離。在新版地方標(biāo)準(zhǔn)中簡(jiǎn)化了這個(gè)公式，僅僅列出一個(gè)相對(duì)的位置要求：書寫板燈具出光口面到書寫板的水平距離≤80 cm；到書寫板上沿的垂直距離≥20 cm[1]。以我們前期的調(diào)研數(shù)據(jù)(圖1)所示，現(xiàn)階段的書寫板燈具位置基本可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)老師在正常教學(xué)過程中面對(duì)學(xué)生授課時(shí)，基本不會(huì)受到書寫板燈具直接眩光的影響。隨著標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步推進(jìn)和燈具技術(shù)的發(fā)展，相信不久的將來就會(huì)出現(xiàn)我們可以安裝在期望位置的書寫板燈具。

1.3 教室照明環(huán)境的日常維護(hù)和監(jiān)控

現(xiàn)階段很多教室照明新建和改建以后，都會(huì)做照明驗(yàn)收檢測(cè)及結(jié)果評(píng)估。但驗(yàn)收結(jié)束以后在實(shí)際使用過程中的維護(hù)和照明環(huán)境的變化監(jiān)督工作基本等于零?，F(xiàn)有的對(duì)教室燈具使用過程中的維護(hù)和監(jiān)控基本都不涉及。實(shí)際使用過程中，教室燈具應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況規(guī)定一個(gè)使用年限，才能保證教室照明環(huán)境持續(xù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。之前的改造工作我們基本使用的是雙端熒光燈燈具，雙端熒光燈光源的老化速度相對(duì)較快，基本上使用2 000 h就應(yīng)該更換一次；同時(shí)燈具的格柵和反射器也存在老化和衰減的現(xiàn)象，但這方面的資料卻不多。我們針對(duì)不同時(shí)間段改造的30間雙端熒光燈教室做了一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次測(cè)試是正常使用狀態(tài)下的照度，然后對(duì)燈具做清潔工作，同時(shí)更換全新的光源再做相同的檢測(cè)，得到的結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，雙端熒光燈教室燈具在使用過程中的維護(hù)和清潔工作很不到位，在清潔和更換新光源以后，教室照明的參數(shù)有明顯的提升；同時(shí)對(duì)燈具來說，使用5年以后基本就達(dá)到燈具有效壽命的極限，再繼續(xù)使用下去，即使更換了全新的光源，很多教室照明水平也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的最低要求。所以我們?cè)谛抻啺鏄?biāo)準(zhǔn)中建議，雙端熒光燈教室燈的使用壽命為五年，到了年限以后應(yīng)及時(shí)更換！

表2 不同使用時(shí)間的教室照明情況Table 2 Classroom lighting at different usage times

LED教室燈因?yàn)橛邢鄳?yīng)的壽命計(jì)推算標(biāo)準(zhǔn)，所以我們可以直接用檢測(cè)結(jié)果來判斷它的大致使用壽命。國(guó)標(biāo)GB/T 33721—2017《LED燈具可靠性試驗(yàn)方法》中就規(guī)定了多種測(cè)試方法，可以計(jì)算或推算LED燈具的使用壽命，該標(biāo)準(zhǔn)中的耐久性和環(huán)境測(cè)試的這些項(xiàng)目，和其他一些標(biāo)準(zhǔn)有較多相似的地方，這里也就不再重復(fù)介紹。關(guān)于LED燈具的光通維持壽命試驗(yàn)方法，即該標(biāo)準(zhǔn)第14章的1 000 h法和直接法[2]，由于檢測(cè)周期和測(cè)試樣本及難易度的原因，燈具生產(chǎn)單位基本上都是選擇用1 000 h法來進(jìn)行壽命驗(yàn)證。根據(jù)生產(chǎn)單位的聲稱，標(biāo)準(zhǔn)可有效推算燈具有效壽命是否滿足25 000～50 000 h。以有效壽命25 000 h為例，按照每天使用10 h計(jì)算，通過GB/T 33721—2017檢測(cè)的燈具使用年限應(yīng)在8年左右。

除了確定教室燈具的實(shí)際使用壽命外，本標(biāo)準(zhǔn)特別明確了教室燈具每年兩次的清潔工作和每年至少一次的照明環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，以保證學(xué)校教室光環(huán)境滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 明確測(cè)試方法，嚴(yán)防以次充好

有了合格的教室照明產(chǎn)品，在教室安裝好后，需要做相應(yīng)的檢測(cè)來驗(yàn)證教室照明是否能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)在的檢測(cè)方法也很多，以書寫板照度的檢測(cè)為例?，F(xiàn)在使用的書寫板最常見的尺寸是4 m×1.2 m(本文中未注明的均以該尺寸為例)。國(guó)內(nèi)教室現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)黑板的照度規(guī)定限值是：維持平均照度≥500 lx，照度均勻度≥0.7或0.8。檢測(cè)方法主要有0.4 m中心布點(diǎn)(方法1)和0.5 m中心布點(diǎn)(方法2)兩種(圖2)。測(cè)試結(jié)果如表3所示。

圖2 兩種書寫板照度測(cè)試方法點(diǎn)位圖Fig.2 Two kinds of writing board illumination test method point map

表3 書寫板照度測(cè)試結(jié)果比較表Table 3 Writing board illumination test results comparison table

從表3中可以看出，兩種測(cè)試方法得到的照度平均值基本相同，同時(shí)兩種測(cè)試方法得到的照度均勻度偏差較大。測(cè)試點(diǎn)分布越均勻、測(cè)試點(diǎn)越多，則測(cè)得的數(shù)據(jù)越接近真值，這是照度測(cè)試的一個(gè)基本原則。所以測(cè)試點(diǎn)數(shù)要盡可能多。新修訂的地標(biāo)中，提高書寫板照度均勻度限值的本意是對(duì)書寫板照明提出更高的要求，但如果檢測(cè)方法不做相應(yīng)的提升，或用了不適合的測(cè)試方法，就達(dá)不到這樣一個(gè)目的，給不合格的照明效果有了濫竽充數(shù)的空間。明確測(cè)試方法就是為了測(cè)試結(jié)果更真實(shí)準(zhǔn)確，同時(shí)也保證了不同的測(cè)試人員測(cè)試結(jié)果的一致性。

2 結(jié)語

上海早在2007年就在全國(guó)率先開展了教室照明改造工作，經(jīng)過幾年的努力，對(duì)全市范圍內(nèi)的中小學(xué)校及部分幼兒園的燈具都做了更新。使用多年以后，在最近的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)有些學(xué)校還在使用第一輪改造的燈具，并沒有更新，現(xiàn)有的照明環(huán)境已經(jīng)不能滿足教室照明標(biāo)準(zhǔn)的要求。加上新的照明手段不斷出現(xiàn)，2011版的標(biāo)準(zhǔn)明顯缺少對(duì)新技術(shù)和新產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)定。通過本次標(biāo)準(zhǔn)修訂，增加了對(duì)新產(chǎn)品LED教室燈具，同時(shí)對(duì)新技術(shù)教室照明智能化等都提出了具體要求，為今后一段時(shí)間內(nèi)上海地區(qū)的教室照明新建、改建工作做了明確的規(guī)定。希望本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)青少年近視防控工作有一定的幫助。