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中小学校教室全方位护眼照明系统的设计

文章来源:admin    时间:2019-03-15

中小学校教室全方位护眼照明系统的设计

宋志明 (tel:15702460571)
改造前

改造后



  2014年全国学生体质与健康调研结果显示,我国各学段学生近视率持续上升,7―12岁小学生、13―15岁初中生、16―18岁高中生视力不良率分别为45.71%、74.36%、83.28%。2018年6月,国家卫生健康委通报,我国儿童青少年近视率已居世界第一。视力缺陷已成为我国的一个重大公共卫生问题。国家疾控中心调研发现,不良的教室照明环境是学生视力下降的重要诱因。国家自然科学基金项目《基于光生物效应的教室健康照明研究》实验中更科学地证明,教室照明不仅影响学生的视功效,还对学生的心理、生理效应产生作用,直接影响学习效率及视力健康。学生视力下降,是诸多因素综合作用的结果。但是,除原发性因素外,因照明条件不合理导致的用眼过度疲劳和照明装置光生物危害超标,是引发学生近视和其他眼疾的主要因素。尤其对正处于生长发育关键时期的中小学生来说,大部分用眼时间集中在教室,如果中小学教室照明质量低下,经过12年的学习,高中毕业时的视力正常率不会超过10%。如此严峻的现实,并没有引起各地方教育主管部门的普遍关注,一些地区中小学校的校舍越建越美,教室里的设施也越来越先进,但是校园里的小"眼镜"却越来越多。

  随着LED照明技术的飞速发展和人们对光生物效应认知程度的提升,现行的《中小学校教室采光和照明卫生标准》对教室照明质量的相关规定指标已远远低于实际需求。部分省市已经制定了高于国标的技术规范,并以此来约束本地区的新建或改造的教室照明工程质量。
中小学校教室照明设计有别于办公室、厂房、场馆等建筑照明设计,其特点是:成年人设计,未成年人使用。使用者对照明环境的认识程度尚不成熟,反馈信息的离散性较大,很多使用者甚至没有任何话语权。这就要求设计者对教室照明的基本功能、教室照明系统对学生身心健康和学习效率的影响,以及不同种类照明装置所能够达到的预期效果有着全面的了解和认知。
  全方位教室护眼照明系统的设计,需重点考虑的教室照明质量指标包括:课桌面平均照度及照度均匀度、黑板面平均照度及照度均匀度、教室统一眩光值(UGR)和光生物视觉功效;需着重关注的灯具技术指标包括:光生物安全性指标、显色指数(Ra)、特殊显指(R9)、光源色温和频闪。在满足照明质量和光生物安全要求的前提之下,适当平衡照明装置的价格、平均寿命等经济性指标。
改造前

改造后


中小学校教室照明设计关键技术指标分析如下:
一、课桌面平均照度指标   
1、教室环境照度越低,眼睛越需要接收更多的光线,瞳孔面积就会越大,眼睛处于紧张、疲劳状态;反之,教室环境照度越高,眼睛需要接收的光线越少,瞳孔面积就会越小,视觉作业就会越舒适、轻松。实验结果证实,课桌面平均照度从100Lx增大到1000Lx,瞳孔面积总体呈缩小趋势,照度达到500Lx时变化率最大。照度达到750Lx之后,瞳孔变化率明显减小,视觉功效趋于平稳。
2、课桌面平均照度从100Lx增大到300Lx,学生的识别时间呈明显减少趋势,学习效率明显提高。300Lx之后识别时间的变化趋缓。
  根据不同教室环境照度对学生视觉功效、学习效率的影响程度,综合视力健康、学习效率、单位面积能耗三方面因素,当前我国普通教室平均照度的合理设计范围应当在500Lx~550Lx之间,最高照度不宜超过750Lx。这个范围即能达到护眼、提高学习效率目的,又相对节能。
国际照明委员会(CIE) 、北美照明学会标准以及美国、德国、日本等国家标准规定的普通教室课桌面平均照度限值为500Lx以上。我国2010年修改的《中小学校教室采光和照明卫生标准》规定的课桌面平均照度大于300Lx,明显偏低。我国标准规定限值偏低的原因,是因为采用当时最先进的T5双支三基色荧光灯,按9+2(9盏教室+2盏黑板灯)模式设计,教室维持平均照度只能达到300Lx左右。
二、光生物安全性与光生物效应指标
1、光生物安全型分类指标
  我国2014年推出了《应用IEC 62471评估光源和灯具的蓝光危害》标准,2016年将灯具蓝光危害纳入了灯具强制性认证检测范围。光源和灯具的光生物危害,不仅会抬升学生的近视率,还可能引发白内障、青光眼、黄斑病等严重眼疾。我国现行产品认证制度仅对蓝光危害提出了强制性要求。中小学校教室全方位护眼照明设计,应当对人类已认知的所有光生物危害指标进行有效抑制,达到无危害(豁免)级别,包括:光化紫外、近紫外、视网膜热危险、红外辐射/眼睛等指标。
2、光生物效应指标
  教室照明光生物效应作用,是学生视觉功效和身心健康的综合体现,直接影响学生的学习效率和视力。教室照明设计除合理的确定和选择平均照度、光源色温之外,还要重视灯具的显色指数(Ra)值、特殊显色指数(R9)值和防眩措施。采用技术先进的灯具,并根据灯具固有的性能指标和教室室形指数设计灯具的数量、安装高度、安装方式和位置,不但可以达到护眼、提高学习效率的目的,又能实现节能照明的设计目标。
三、统一眩光值(UGR)
采用传统荧光灯、低档LED灯照明的教室,其维持平均照度一般低于200Lx,无需关注教室照明的眩光指标。当教室的维持平均照度达到或超过国标规定的300Lx,甚至达到先进国家标准500Lx以上时,教室照明设计需关注的另一个重要指标就是统一眩光值。
1、抑制直接眩光
  直接眩光主要来自于学生正前方灯具产生的眩光。抑制直接眩光的措施首先是选择配置有效防眩光灯罩的灯具;其次是安装方式合理,即灯具长轴与黑板面垂直,灯具下沿与桌面之间的距离大于2米(国标规定≥1.7米),最好达到2.2米以上。
2、平衡环境照度
  统一眩光值,可以简单理解为视野内物体的亮度差异大小的积分。因此,抑制眩光的另一个设计要点就是平衡环境照度。一方面应将课桌面等高水平面上的水平照度差值控制在±10%以内,环境照度越均衡,瞳孔面积越稳定,眼睛就越感觉轻松。相反,环境照度差值大,眼睛的括约肌就会不断进行调节,引起眼疲劳;如果环境照度差值过大,会感觉到"晃眼",不但会引起眼疲劳,识别时间也会变长,影响学习效率。就如对面开来汽车点亮的车灯,如果是白天环境,车灯灯光对本方基本没有影响;如果是黑夜环境,就会感觉晃眼,甚至导致瞬间视失能。另一方面应确保教室垂直照度与水平照度之比值高于0.5,提升教室照明空间的通透感。很多学校采用格栅灯具(或称小格栅灯具)进行教室护眼照明改造。格栅灯具系采用截光方式防眩,很好的解决了直接眩光问题,但其负面影响也很突出,一是垂直照度过低,学生会产生压抑感;二是课桌面与墙面等垂直面的照度差值过大,反而增加了不舒适眩光。因此,无论从护眼效果或视觉作业绩效方面考虑,格栅灯具都不适宜做中小学校教室照明。
沈阳芯光科技有限公司全方位教室护眼照明解决方案
标准教室布灯方案:


灯具名称:光生物学安全型教室专用LED护眼灯(沈阳芯光科技)
规格型号:XG01-LED-36W(1200mmX135mmX50mm)
灯具安装方式:
灯具长轴与黑板面垂直灯具与课桌面距离≥2m。
照明质量指标(达到发达国家教室照明标准):
课桌面≥500Lx;黑板面平均照度≥700 Lx;课桌面照度均匀度≥0.7;黑板面照度均匀度≥0.7;
显色指数(Ra)≥85;显色指数(R9)≥20;色温5000K~6500K;统一眩光值(UGR)≤16;
频闪≥3125Hz。
光生物安全性指标(达到发达国家光生物安全标准)
蓝光危害等级:RCO无限制;光化紫外(w•m-²)≤0.001;近紫外(w•m-²)≤10;视网膜热危险(w•m-²•sr-¹)≤28000/α;红外辐射/眼睛(w•m-²)≤100。
经济指标(超长寿命、超级节能):
教室平均照度≥500Lx时的照明功率密度值≤5.5(W/m²);灯具使用寿命≥10(学年);年维修率≤1%。


部分护眼达标工程
辽宁省实验学校崇山路校
辽宁省实验学校于洪校区
沈阳市第四中学
沈阳市第八十三中学
沈阳市第十一中学
抚顺市第二中学
鞍山市第一中学
新民市城区第四小学
上海更新学校(沈阳校区)
鲅鱼圈瑞泽外语学校
营口市上善中学
郑州市建业高级中学
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