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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

發布日期:2020-06-15 點擊次數:905

劉立東1,孫彥武2, 齊春光2

(1.東北師范大學附屬中學明珠校區,吉林長春,130000;

2.長春為實照明科技有限公司,吉林長春,130000)

 

  

全球照明聯盟 2018 年所發布的照明發展路線圖將照明發展分為五個階段:傳統高效照明、LED 照明、智慧(智能)照明、可服務可升級的智慧照明及以人為本照明(HCL)。目前全球照明行業處于第三階段至第四階段之間。但縱觀長春市各中小學老舊教學樓的教育照明現狀,依然處于第一個階段,這顯然已落后于當前照明科技的發展。本文依據青少年教育光環境的各項健康照明指標,以長春市多所學校教學樓教育照明現狀為背景,以東北師范大學附屬中學明珠校區的教室照明實際改造工程為例,試提出教育照明改造工程的光環境設計、施工與測量方法要點。

關鍵詞

教育照明,健康照明,改造工程,照明光環境設計,測量方法

 

Lighting Environment Design, Construction and Measuring Method of Classroom Lighting Reconstruction Project,based on the Implementation Plan of Integrated Prevention of Children and Adolescent Smyopia

 

ABSTRACT:

Lighting development roadmap released by Global Lighting Alliance in 2018 divides lighting development into five stages: Traditional high-efficiency lighting, LED lighting, Intelligent lighting, Serviceable and upgradeable intelligent lighting and HCL. At present, the global lighting industry is between the third stage and the fourth stage.But throughout the primary and secondary schools and universities in Changchun city,the current situation of education lighting is still on the first stage, which is obviously behind the current development of lighting technology. Based on the healthy lighting indicators of the youth education lighting environment, taking the current situation of the education lighting of school buildings in Changchun as the background, and taking the practical reconstruction project of the education lighting in the Mingzhu campus of the middle school affiliated to NENU as an example, this paper is trying to put forward the key points of the design, construction and measuring method of the lighting environment in the education lighting reconstruction project.

Key words:

Education Lighting, Healthy Lighting, Reconstruction Project, Lighting Environment Design, Measuring Method

 

 

 

 

 

 

一、中小學校教室照明的國家政策及相關標準

有關中小學校教室照明的國家政策:

2018年8月30日,教育部等八部門制定《綜合防控兒童青少年近視實施方案》(學校教室照明衛生標準達標率應達到100%)。

《教育部發文公布2018年全國兒童青少年近視防控試點縣(市、區)和改革試驗區遴選結果名單》要求:為中小學生配備符合標準的可調節課桌椅、坐姿矯正器和其他近視防控相關設施和用具,嚴格按照普通中小學校、中等職業學校建設標準,落實教室、宿舍、圖書館(閱覽室)等采光和照明要求,使用利于視力健康的照明設備,落實學校教室照明衛生標準達標率100%要求,提供符合用眼衛生要求的學習環境。

習近平總書記于2018年8月28日作出重要指示強調:我國學生近視呈現高發、低齡化趨勢,嚴重影響孩子們的身心健康,這是一個關系國家和民族未來的大問題,必須高度重視,不能任其發展。全社會都要行動起來,共同呵護好孩子的眼睛,讓他們擁有一個光明的未來。

    東北師范大學附屬中學明珠校區校方依照《實施方案》和新版標準自查,決定升級本校教室照明光環境,提出教室照明改造需求。本文以有關中小學校教室照明的國家政策為依據,結合前沿照明科技,以東北師范大學附屬中學明珠校區的教室照明實際改造工程為例,為老舊學校教室照明改造的光環境設計、施工與測量提供一種實際操作辦法,為中小學師生提供照明光環境領域的健康保障。

當前執行的有關中小學校教室照明的相關國家標準:

建筑照明設計標準 GB50034-2013 (中國人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 聯合發布)

中小學校教室采光和照明衛生標準 GB7793-2010 (中華人民共和國衛生部、中國國家標準化管理委員會 聯合發布)

中小學校及幼兒園教室照明產品節能認證技術規范 CQC3155-2016 (中國質量認證中心 發布)

中小學教室照明技術規范 T/JYBZ 005-2018 (中國教育裝備行業協會 發布)

中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求 GB/T36876-2018 (國家市場監督管理總局、中國國家標準化管理委員會 聯合發布)

表1:有關中小學校教室照明各個新版標準的關鍵指標對比表及驗收標準

照明主要參數

國家標準

國家標準

中國質量認證中心認證技術規范

團體標準

國家市場監督管理總局

照明驗收標準

GB7793-2010

GB50034-2013

CQC3155-2016

T/JYBZ 005-2018

GB/T36876—2018

推薦使用T/JYBZ 005-2018 做為參考判定標準。 因其參數最為嚴格,滿足學生與教師的健康需求。

黑板照度

500lx

500lx

500lx

500lx

500lx

500lx

黑板面均勻度

0.8

0.7

0.7

0.8

0.8

0.8

教室照度

300lx

300lx

300lx

300lx

300lx

300lx

教室照度均勻度

0.7

0.6

0.7

0.7

0.7

0.7

顯色指數

80

80

80

80

80

80

色溫

3300~5500K

不要求

3000~5000K

3300~5500K

3300~5300K

3300~5500K

眩光限值

19

19

16

16

19

≤16 判定優;16<UGR≤19 判定良

頻閃

/

/

/

3.20%

/

3.20%

藍光危害

國家標準

國家標準

RG0

RG1

/

RG0

根據新版國家標準確定的教室照明驗收標準如上表。

 

但改造前的教室照明狀態應根據施工年代依照舊版《建筑照明設計標準GB50034-2004》執行與測量判定,評估指標見表2:

表2:學校建筑照明標準值

房間或場所

參考平面

照度標準值

UGR

Ra

教室

課桌面

300lx

19

80

教室黑板

黑板面

500lx

19

80

 

 

二、教室照明改造前的實地勘察工作

 

具體實地勘察內容詳見表3:

表3:教室照明改造現場勘查記錄表

教室照明改造現場勘查記錄表

教室名稱

初二22班

教室功能

普通教室

位置區域

A/3322房號

教室長度m

9.2

教室寬度m

7.85

教室面積m2

72.22

教室層高m

3.42

燈具安裝

高度m

黑板燈 2.7

教室燈 2.7

 

課桌面高度m

0.75

課桌面

長m / 寬m

0.6 / 0.4

學生課桌面的面積m2

0.24

第一排課桌距離黑板面的水平距離m

2.5

黑板長度m

4.3

黑板寬度m

1.3

黑板下邊沿離地高度m

0.88

黑板燈具:選擇黑板中心點與燈具長度中心點的位置測量燈具的頻閃百分比

與光譜參數。

頻閃百分比

色溫

色容差SDCM

一般顯指Ra

特殊顯指R9

光譜圖名稱

4.12%

5910K

6.2

81.8

35

改造前黑板燈具光譜圖

教室燈具:選擇燈具中心處課桌面上的燈下點測量燈具的頻閃百分比與光譜參數。

頻閃百分比

色溫

色容差SDCM

一般顯指Ra

特殊顯指R9

光譜圖名稱

4.12%

5910K

6.2

81.8

35

改造前教室燈具光譜圖

黑板照度lx

測量點位:10*3 間隔0.4m

246

487

652

692

629

658

729

667

493

297

365

469

585

644

537

551

656

598

471

421

262

461

531

559

502

518

562

547

459

331

平均照度lx

519

垂直照度

均勻度

0.47

課桌面照度lx

測量點位:6*7 間隔1m

241

331

345

366

347

305

313

372

392

387

360

312

326

397

414

409

369

345

308

382

388

391

372

388

328

353

377

379

340

338

316

328

366

384

328

334

309

312

339

361

318

303

平均照度lx

349

水平照度

均勻度

0.69

黑板燈具和教室燈具的安裝位置測量與記錄

黑板燈橫向裝燈間距 1.8m

教室燈橫向裝燈間距 2.5m

室內天花大梁的尺寸和位置的測量與記錄

/

/

吊式電扇的尺寸和安裝位置的測量與記錄(如無吊式電扇不填寫)

/

/

需對每一類燈具進行藍光危害等級的測量評估。

黑板燈 RG0

教室燈 RG0

需在講臺中心位置和教室后墻中心位置分別設置兩個統一眩光值(UGR)測量點,分別模擬教師講課視角與學生聽課視角進行統一眩光值(UGR)的測量評估。

教師講課視角 19

學生聽課視角 19

*備注1:以上記錄內容適用于學校內有授課教育功能的全部功能空間。

**備注2:教室照明改造后的測量與教室照明改造前測量方法相同,只是室內空間尺寸及黑板課桌尺寸等已有數據無需重復測量。

***備注3:黑板面垂直照度及垂直照度均勻度的測量方法:

具體測量依據《中小學教室照明技術規范 T/JYBZ 005-2018》。

將4000mm*1200mm的標準黑板以橫縱間距400mm劃分為3行10列的網格,測量30個網格中心的照度值,從中取垂直照度平均值和垂直照度最小值,計算垂直照度均勻度。

****備注4:課桌面水平照度及水平照度均勻度的測量方法:

具體測量依據《中小學教室照明技術規范 T/JYBZ 005-2018》。

將課桌椅區域以橫縱間距1000mm劃分網格,直至小于1000mm為止。測量各個網格中心750mm高度工作面的照度值,從中取水平照度平均值和水平照度最小值,計算水平照度均勻度。老舊學??芍苯訙y量各個課桌面中心點的照度值做為測量方法。

教室照明改造前測量數據分析結論:

教室照明改造前勘查測量數據依照舊版《建筑照明設計標準GB50034-2004》判定全部合格,但因舊版標準僅判定照度、UGR和Ra三項參數,對新版標準中的照度均勻度、色溫、頻閃和藍光危害等級等指標不做判定,因此校方依照新版標準對當前的教室照明光環境進行升級改造,以符合當前技術條件下全部的健康教育照明設計參數。

 

表4:依照新版標準對教室照明改造前燈具及光環境存在的問題與不利因素說明如下

問題點

問題描述

不利因素

燈具問題

色溫偏高,達到5910K,超出標準3300K~5500K要求范圍。

高色溫的人工光環境短時間內有刺激大腦的效應,但長時間會造成腦疲勞,即高色溫反跳現象。

燈具光源閃爍百分比達到4.12%,超過標準要求≤3.20%的要求。

輕則造成用眼疲勞、視覺紊亂,頭痛、惡心;重則造成視力下降,誘發光敏性癲癇。

使用熒光燈管裸露光源,測量出統一眩光值(UGR)=19,達到UGR≤19的臨界值。

若超出統一眩光值限值標準,會引起視覺疲勞,導致屈光不正,損害青少年視網膜組織,造成不可逆損傷。

燈具光源壽命短,使用常規熒光燈管,壽命20000hrs。

相較于LED光源≥30000hrs的長壽命,由于熒光燈管壽命短,造成燈具維護周期短、維護成本增加。

光環境

設計問題

黑板面垂直照度均勻度為0.47,未達到新版標準≥0.8的要求。

黑板是學生上課時的視覺焦點,黑板面垂直照度不均勻,導致學生用眼期間不斷調整晶狀體,造成用眼疲勞及視力下降。

燈具全部是向下照射的吊鏈式全截光燈具,天花板位置無照明光源直接照射。

教室天花位置沒有照明光源直接照射,導致視覺上教室頂部昏暗,整個教室空間照明不均勻,置身其中感覺壓抑。

 

 

三、依照新版標準與《實施方案》教室照明燈具選型原則與光環境設計方法

 

遵循健康教育照明的方向原則,關注各類燈具產品的各項照明參數,教室照明燈具選型原則如下:

1.燈具色溫選擇范圍3300K~5500K,色容差SDCM≤5;

2.光譜連續性好,光譜圖像中無明顯缺失的斷層;

3.平均顯色指數Ra≥90,特殊顯色指數R9≥60(美術教室的特殊顯色指數R9≥90);

4.黑板燈具光效≥90lm/W,教室燈具光效≥90lm/W(分為直下式照射模式和導光板側發光模式,分別制定各類燈具的光效選型標準);

5.燈具配光合理,能滿足水平及垂直照度均勻度的要求,依照照明設計軟件的模擬成果進行燈具配光選型;

6.燈具光源閃爍百分比≤3.20%,藍光危害等級達到RG0標準;

7.燈具壽命≥30000hrs。

 

教室照明光環境設計方法:

應用DIALux專業照明設計軟件,1:1建立教室空間模型,然后進行燈具選型與燈具安裝位置和角度的照明設計工作,分區計算照度均勻度,評測設置點位的統一眩光值(UGR),最終目標是使其符合各項標準,并達到最嚴格的教室照明標準要求。

照明設計完成后可明確每一盞燈詳細的裝燈定位,輸出布燈圖(黑板燈需規范燈具安裝角度),在施工過程中嚴格依照布燈圖的燈位坐標和燈具角度進行安裝,先期打造一個樣板間進行驗證,全部改造工程施工完畢后再進行二次驗證。

 

圖1 照明設計建模圖

 

 

圖2 照明設計偽色圖

 

 

圖3 黑板面照度分析圖

 

 

圖4 課桌范圍照度分析圖

 

 

 

四、照明改造施工過程中的關鍵質量控制點

 

為把控施工質量,嚴格按照設計標準推進工作,實現最優設計效果,需在施工前編制《工程施工方案》與《質量控制點》,并在施工過程中嚴格執行,明確施工監理工作重點。

在東北師范大學附屬中學明珠校區的教室照明改造工程中,除常規電氣施工控制要點外,需在如下細節部分加強施工管理:

1.為防止黑板燈具及教室燈具在天花處脫落,在吊桿內部安裝φ2.0mm鋼絲繩作為二次加固保障,鋼絲繩穿于吊桿內隱藏式安裝(詳見圖5);

2.為防止黑板燈具及教室燈具在吊桿處脫落砸傷師生,在燈具吊桿外端與燈體本身再加裝一條φ1.0mm的鋼絲繩,使其更加安全牢固(詳見圖6);

3.全部燈具的安裝位置嚴格依照設計布燈圖的燈位坐標進行安裝,使用紅外線水平投線儀,配合卷尺、直尺定位與打孔;使用膨脹螺栓固定吊桿及鋼絲繩;黑板燈具及教室燈具的吊桿長度依照光環境照明設計方案截??;黑板燈具安裝角度依照光環境照明設計方案進行調整;

4.燈具回路外露主線需套波紋管,主線與燈具供電引線使用接線端子連接安裝(詳見圖7);

5.舊燈具、開關面板拆除后的孔洞、縫隙在改造施工完成后有外露現象,增加墻體及天花板的填縫美化工序;

6.施工完成后桌椅擺放歸位,并做好清潔工作。做足細化服務的品質,增加服務附加值,使服務超出客戶預期。

 

圖5                      圖6                        圖7

 

 

五、普通教室照明改造前后光環境效果與測量數據對比

 

圖8 教室照明改造前實拍圖

 

 

圖9 教室照明改造后實拍圖

 

表5:普通教室照明改造前后光環境測量數據(依照新版標準和照明驗收標準判定)

No.

照明參數

照明改造后

判定結果

1

黑板面平均照度

638lx

合格

2

黑板面照度均勻度

0.81

合格

3

黑板燈色溫

5301K

合格

4

黑板燈色容差SDCM

3.6

合格

5

黑板燈一般顯色指數Ra

96.6

合格

6

黑板燈特殊顯色指數R9

99

合格

7

課桌面平均照度

415lx

合格

8

課桌面照度均勻度

0.73

合格

9

教室燈色溫

5142K

合格

10

教室燈色容差SDCM

2.8

合格

11

教室燈一般顯色指數Ra

93.5

合格

12

教室燈特殊顯色指數R9

76

合格

13

教室眩光指數UGR

14

14

燈具頻閃百分比

黑板燈1.48%

合格

教室燈1.48%

合格

15

燈具藍光危害等級

黑板燈RG0

合格

教室燈RG0

合格

 

教室照明改造后測量與分析結論:

通過上表中的教室照明改造后光環境測量數據分析可知,改造后的照明健康指數如眩光、頻閃、藍光危害等級均符合國家標準,平均照度、照度均勻度這類照明舒適度指數均滿足新版國標要求。通過照明改造,實現了健康教育照明的目的。

對比教室照明改造前后的實拍圖片可看出:改造后使用的教室燈具背部有射向天花的光,解決了改造前“教室天花位置沒有照明光源直接照射,導致視覺上教室頂部昏暗,整個教室空間照明不均勻,置身其中感覺壓抑”的問題,實現了照明舒適度的要求。照明改造后通過《教育照明改造工程專用客戶意見調研表》針對師生做照明光環境的滿意度調查,反饋意見滿意,改造后的光環境大幅優于改造前,尤其在眩光和燈具色溫方面,提升教育學習的環境舒適度。

照明改造前東北師范大學附屬中學明珠校區教室內使用45W高光效熒光燈管(每間教室燈具總功率45W*9+45W*2=496W),照明改造后使用的教室燈具與黑板燈具功率均為36W(每間教室燈具總功率36W*9+36W*2=396W),節能率達到20%,取得了很好的節能環保照明改造效果,詳見表6。

表6:照明改造前后總功率與節能率統計表

改造前總功率

改造后總功率

節能率= (改造前總功率-改造后總功率)/改造前總功率

495W

396W

20.0%

 

 

六、總結與展望

 

關注中小學青少年的健康照明是我們的重點研究方向,本著以人為本、健康照明的理念升級當前學校的照明設施,重新對教室照明光環境進行專業設計與規劃布局,施工完成后增強檢測工序、嚴格把關,以保障師生的健康教育照明環境達到最優狀態。

另外,未來還可試點建設基于國際最新科技的多種類型照明智能控制技術與各類傳感器、窗簾電機等設備的綜合應用模式,實現白天時以人造光源作為輔助,智能開關或調整照度,依照實時的陽光色溫同步人造光源的色溫,可充分利用自然光,又能避開強烈的自然光對學生生理健康的不良影響,環保節能;夜晚人造光源智能控制,根據實際需求智能調照度、調色溫,既提升學生聽課的專注度,又不破環學生人體節律,實現對生理健康的積極干預。

 

 

參考文獻

 

[1] 建筑照明設計標準. GB50034-2013

[2] 中小學校教室采光和照明衛生標準. GB7793-2010

[3] 中小學校及幼兒園教室照明產品節能認證技術規范. CQC3155-2016

[4] 中小學教室照明技術規范. T/JYBZ 005-2018

[5] 中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求. GB/T36876-2018

[6] 物聯網時代的智慧照明發展趨勢. 臺灣電信月刊, 2018,9-10月,29-32

[7] 白明奇. 2017年諾貝爾生理或醫學獎--晝夜節律的分子控制機轉. 科學發展, 2018,546:55-58

[8] 關楊,嚴永紅. 改善學生亞健康的教室環境動態照明研究進展. 照明工程學報, 2019,30(3):19-23

[9] 教育部. 教育部、國家衛生健康委員會等八部門聯合印發《綜合防控兒童青少年近視實施方案》.




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