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基于視覺健康的教室照明光環境設計策略

發布日期:2020-03-10 點擊次數:1179

阮程1,黃耀偉1,汪洋1,2

(1.長春希達電子技術有限公司,吉林長春 130103;2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,吉林長春 130103)

摘要:隨著互聯網、半導體照明、5G、AI等產業的迅猛發展,人們對光的需求已遠遠超過照明的基本需求,更加注重光品質和光環境健康度。本文以防控兒童青少年近視為背景,分析教室照明國內政策與標準,調研目前教室光環境現狀,嘗試提出基于視覺健康的教室照明光環境設計策略,有效減緩或抑制兒童青少年近視率的增長。

關鍵詞:光品質,光環境健康度,防控近視,視覺健康

1. 引言

人類獲取超過80%的外部信息是來源于視覺,視覺負荷加重帶來的影響日益凸顯,如何有效抑制或減緩近視率的增長成為世界焦點難題?;谝曈X健康的照明光環境研究正經歷基礎理論、創新應用、搶占標準高地等不斷延伸和深入的過程。

近期,國外在基于視覺健康的照明光環境研究取得初步進展。2016年美國研究團隊發表在《Current Biology》的研究是在小鼠視網膜找到了一種新型神經節細胞,對光反應延遲較長且對遠離樹突的光刺激有明顯反應,被認為可能和近視的發生高度相關,為LED未來在近視和視疲勞防控方面的應用提供了新注解[1]。同年發表在《EBio Medicine》的工作是日本研究學者通過跟蹤對比實驗發現,適度的近紫外光環境能夠減緩或抑制青少年眼軸的發育,降低近視率[2]。

我國在這方面的研究也在同步開展,理論研究和臨床實驗正在探索中,但目前沒有確定防控近視和視疲勞的照明方案和產品。2014年,在中科院“璀璨行動”重點項目支持下,完成精準光譜擬合研究、光生物安全性和光生物效應分析以及光對視網膜傷害和視覺功能的影響研究,取得階段性成果[3, 4]。2017年國家“十三五”重點研發計劃“戰略性先進電子材料”將健康照明的研究列入重點專項,擬解決健康照明的重大核心科學問題。

2. 教室照明國內標準與政策分析

2.1教室照明國內政策分析

2018年我國半導體照明產業整體產值首次突破7600億元。作為戰略性新興產業和實現節能減排的重要抓手,半導體照明產業在國際國內都迎來了新的發展機遇。2018年8月習總書記就我國兒童青少年近視高發問題做出重要指示,要求有關部門結合深化教育改革,制定有效的綜合防治方案降低兒童青少年的近視率?!督】抵袊?030規劃》指出,“健康是促進人的全面發展的必然要求,是經濟社會發展的基礎條件”,國家八部委公布的《綜合防控兒童青少年近視方案》目標是:“到2023年,力爭實現全國兒童青少年總體近視率在2018年的基礎上每年降低0.5個百分點以上,近視高發省份每年降低1個百分點以上;6歲兒童近視率控制在3%左右,小學生近視率下降到38%以下,初中生近視率下降到60%以下,高中階段學生近視率下降到70%以下”,作為與人民群眾息息相關的照明,其健康屬性必將凸顯,意義重大。隨后,教育部、國家衛生健康委等部門相繼發布多項報告和行動旨在全力做好全國兒童青少年近視防控和健康教育工作,提升全民族健康素質,實現健康中國和教育強國的戰略發展要求。

2.2教室照明國內標準調研比對分析

與教室照明相關的國內標準調研匯總如表1所示,標準中衡量教室照明燈具和光環境的指標主要包括平均照度,眩光值,顯色指數,照明功率密度,均勻度,色溫和光效7個參數,根據對比結果顯示在2018年前發布的標準中,以上參數指標基本一致,2019年國家半導體照明工程研發及產業聯盟(CSA)最新發布的T/CSA 050-2019《教室用LED照明系統產品要求和測試方法》標準中,平均照度,眩光值,照明功率密度和均勻度指標要求均有所提高,色溫范圍變小,LED燈具光效值更加明確,并在標準中增加了人眼基礎屈光、人眼角膜曲率、人眼眼軸長度、人眼高階像差、光學傳遞函數、人眼睫狀肌調節聚集調節比6個生理指標定量評價照明對人眼視覺疲勞和視覺舒適度的評價方法和指標(VICO)。

表1 與教室照明相關的國內標準

序號

標準名

標準號

維持平均照度(lx)

眩光UGR

顯色指數(Ra)

照明功率密度(W?m-2

均勻度U0

色溫(K)

LED燈具光效(lm/W)

1

中小學校教室采光和照明衛生標準

GB 7793-2010

≥300

≤19

≥80

現行值/目標值 11/9

≥0.7

3300-5500

/

2

中小學校設計規范

GB 50099-2011

300

19

80

現行值/目標值11/9

≥0.7

/

/

3

中華人民共和國建筑照明設計標準

GB 50034-2013

300

19

80

現行值/目標值9/8

0.6

3300-5500

≥60-75

4

中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求

GB/T 36876-2018

≥300

≤19

≥80

現行值/目標值11/9

≥0.7

3300-5300

/

5

中小學校教室照明技術規范

T/JYBZ 005-2018

≥300

≤16

≥80

≤9

≥0.7

3300-5500

/

6

教室用LED照明系統產品要求和測試方法

T/CSA 050-2019

黑板面

500-1000

桌面

500-600

≤16

≥80

現行值/目標值9/8

≥0.8

4500-5200

黑板燈≥70教室燈≥80

備注

參考平面

課桌面/0.75m

3. 教室照明現狀

2019年1月底對長春市新建的兩所重點學校進行教室照明光環境現場測試,測試結果顯示燈具顯色指數、色溫和空間光分布均勻度未達到國家標準要求,如表2所示,教室照明現場勘查記錄表如表3所示。

表2標準與現場測試數據對比

標準/學校名稱

標準號

維持平均照度(lx)

眩光值UGR

顯色指數(Ra)

照明功率密度(W?m-2

均勻度U0

色溫(K)

中小學校教室采光和照明衛生標準

GB 7793-2010

≥300

≤19

≥80

現行值/目標值 11/9

≥0.7

3300-5500

學校及幼兒園教室照明產品節能認證技術

CQC 3155-2016

≥300

≤16

≥80

≤8

≥0.7

3500-5000

A實驗學校

GB 50034-2013

522.3

/

77.5

5.42

0.65

5622

B實驗學校

GB/T 36876-2018

314.3

/

79.4

4.88

0.65

6046

備注:參考平面(課桌面)/0.75m測試日期 2019.01.29

表3 照明現場勘察表

 

4. 教室照明光環境設計策略

根據前期的研究發現,光對人的影響包括視覺和節律兩個方面,不同波長的光譜能量分布直接作用于人眼感光細胞(視錐細胞,視桿細胞和ipRGCs細胞),產生神經沖動傳遞到大腦中樞系統,出現視覺和相應激素的分泌[5-7],如圖1所示。教室照明光環境設計中,需要兼顧視覺健康和作業效能,降低或抑制兒童青少年近視的發展,同時保證他們的學習效率和環境舒適度。燈具設計指標以國家標準要求為基礎,建議桌面照度500lx-750lx,顯色指數不低于90,色溫不宜高于4000K,眩光UGR不高于16,空間光分布均勻度不低于0.7,藍光危害等級RG0,光頻閃無危害。對于新建教室,建議參考GB 50034《建筑照明設計標準》和GB/T 51268《綠色照明檢測及評價標準》對教室采光進行設計。在教室光環境設計過程中,充分考慮人工光源和室內采光的匹配,提高兒童青少年的視覺舒適度和作業效能。根據不同生活場景,包括教室,兒童房和書房,對兒童青少年所在的室內場所進行全方位健康光環境設計,如圖2所示,降低或抑制兒童青少年近視率,提高學習效率和睡眠質量,降低疲勞感。


圖1 視覺和節律模型

圖2 兒童青少年光環境

5.總結與展望

本文基于教室照明標準和學校教室照明光環境現狀,迫切提出基于視覺健康的教室照明光環境設計策略,同時嘗試建議教室照明光環境設計中考慮作業效能等非視覺(節律)因素,為兒童青少年營造健康卓越光環境,旨在降低或減緩兒童青少年近視發病率,提高國民健康水平,實現有效近視防控。

參考文獻

[1] Mani A, Schwartz G W. Circuit mechanisms of a retinal ganglion cell with stimulus-dependent response latency and activation beyond its dendrites[J]. Current Biology, 2017(4):471-482.

[2] Torii H, Kurihara T, Seko Y, et al. Violet light exposure can be a preventive strategy against myopia progression[J]. EBio Medicine, 2017(15):210-219.

[3] Cheng Ruan, Yaowei Huang, Yang Wang. Research on the healthy style of future lighting[A]. The LED age: Challenge from Asia[C], The 11th Asia Lighting Conference (Kobe, Japan), 2018:9.

[4] 阮程, 黃耀偉, 汪洋. 嬰幼兒健康光環境的研究進展及其設計策略[J]. 照明工程學報, 2018(6):16-20.

[5] 郝洛西, 曹亦瀟, 崔哲. 光與健康的研究動態與應用展望[J]. 照明工程學報, 2017(6):1-15.

[6] Rea M S, Figueiro M G, Andrew B, et al. Circadian light[J]. Journal of Circadian Rhythms, 2010(8):2.

[7] 江怡辰. 以人為本照明設計理念下的晝夜節律照明研究動態與思考[A]. 中國照明學會. 2018年中國照明論壇——半導體照明創新應用暨智慧照明發展論壇論文集[C]. 中國照明學會:中國照明學會, 2018:12.

上一條基于《綜合防控兒童青少年近視實施方案》的 教室照明改造工程的光環境設計、施工與測量方法
下一條京津地區LED廣告屏的光侵擾模擬研究

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