浅谈教室照明设计中的光源选择

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【摘要】在目前教室照明中，已有部分学校使用LED代替原有的稀土三基色荧光灯。本文将从LED光源和三基色荧光灯的发光原理、色温、蓝光、灯的危害分类来探讨教室照明设计中的光源选择。

【关键词】LED；三基色荧光灯；蓝光；色温

引言

近年来全国儿童青少年总体近视率为53.6%。其中，6岁儿童为14.5%，小学生为36.0%，初中生为71.6%，高中生为81.0%，且该数据呈逐年上升的曲线。教室是学生学习的重要场所，教室照明的光源选择不当将会成为学生近视的一个重要因素。在目前教室照明中，已有部分学校使用LED代替原有的稀土三基色荧光灯。以下将会探讨教室照明设计中的光源选择，以供相关技术人员参考。

1光源概述

稀土三基色荧光灯的发光原理是通过一定的电压作用在惰性气体上产生真空紫外线激发三基色稀土荧光粉而间接发光。三基色荧光灯是由三基色按照不同比例合成的且有多种色温选择的高显色性光源。LED的发光原理是利用固态半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压时，半导体中的载流子发生复合放出过剩的能量，从而引起光子发射产生光。当前，白光LED灯大多是用蓝光LED激发黄色荧光粉发出白光。不同色温LED发射光谱与激发黄色光粉的发光光谱的比例不同，高色温LED光谱中蓝光所占的比重明显高于低色温LED。类太阳光LED作为照明的发展方向，其发光原理为使用紫光LED激发荧光粉得到红绿蓝三色光。这种发光方式相对于传统的LED来说极大的减少了蓝光，使LED的光谱接近太阳光。该类灯具价格昂贵，尚未在市场中普及，但未来有望大规模使用。

2色温的选择

人对光色的爱好与照度水平有相应的关系，表1给出了各种照度水平下不同色温的照明给人的不同印象。根据《建筑照明设计标准》GB50034—2013的规定，普通教室的课桌面照度值为300lx，黑板照度为500lx。根据表1知，教室内光源的应选择中性色温（3300K～5300K）。

3蓝光影响

蓝光危害是指由波长主要介于400nm~500nm的辐射后引起的光化学损伤，导致视网膜损伤的潜能。这种损伤主要分为两类：蓝光直接与视觉感光细胞中的视觉色素反应所产生的损伤以及蓝光与视网膜色素上皮细胞中的脂褐素反应所引发的损伤。教室内光源中蓝光含量过高将会导致学生的视网膜损伤，增加学生的近视概率。光源中蓝光含量过高会对人体生物钟产生一定干扰。太阳的色温变化可以代表人类生活的作息规律，日出时的低色温到正午的高色温，再到日落时的低色温，这是长期以来人类适应的照明环境。室内照明大都在晚上使用，按照人的生活规律，晚上适应的是低色温照明环境，如果长期使用高色温白光照明，会影响人们的司辰视觉，影响睡眠，生物钟紊乱，降低人的免疫力，带来“富蓝化”问题。在中性色温的情况下，LED光源中的蓝光含量高于三基色荧光灯和太阳光中的蓝光含量，三基色荧光灯中的蓝光含量低于太阳光中的蓝光含量。类太阳光LED中蓝光的含量与太阳光中的蓝光含量相近，LED光谱、三基色荧光灯光谱、太阳光光谱、类太阳光LED光谱如图1所示。

4蓝光危害评价

国内关于灯的光生物安全性的标准为《灯和灯系统的光生物安全性》GB/T20145—2006，该标准援引自CIES009/E：2002《灯和灯系统的光生物安全性》。标准将灯的危险分类分为四类：①无危险类；②类危险（低危险）；③类危险（中度危险）；④类危险（高危险）。其中无危险类的灯适用条件如下：（1）在8h（30000s）曝辐中不造成光化学紫外线危害；（2）在1000s（约16min）内不造成近紫外危害；（3）在10000s（约2.8h）内不造成对视网膜蓝光危害；（4）在10s内不造成对视网膜热危害；（5）在1000s内不造成对眼睛的红外辐射危害。LED光源与三基色荧光灯不存在紫外线危害、近紫外危害、热危害和红外辐射危害，主要是蓝光危害。该标准定义的无危险类的灯能保证1000s（约2.8h）内对视网膜不造成蓝光危害。这个分类方式仅表现灯的潜在危险，灯的危险还与利用率、曝光时间和照明效果相关。教室内灯光的使用时间主要为夜晚自习及白天自然光不足的时候，对于自然光不充足的地区，连续使用时间往往大于10000s（约2.8h）。LED灯即使通过无危险的测试认证，也不能保证其蓝光对人无影响。三基色荧光灯的蓝光含量低于太阳光的蓝光含量，可不计对人的危害。因此，灯的危险分类应考虑灯光的使用时间，优化灯和灯系统的危险分类及测试技术。

5应用总结

LED照明因其光效高、易于控制而应用广泛。但其蓝光含量偏高，可能会对学生的视觉及生理产生影响。三基色荧光灯的蓝光含量低于太阳光的蓝光含量，可不计蓝光危害。青少年学生视力正处于发育阶段，且教室作为青少年学生长时间学习的场所，为保护青少年学生的视力，降低青少年学生的近视率，现行教室照明设计中建议采用细管径三基色直管形荧光灯。《教育建筑电气设计规范》JGJ310—2013及《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》GB/T36876—2018均推荐采用细管径三基色直管形荧光灯。《灯和灯系统的光生物安全性》GB/T20145—2006中的灯的危险分类方式未考虑灯光的使用时间的影响。对于长时间的使用人工照明的场所无法进行准确的灯危险评估。希望灯和灯系统的危险分类的完善将会有利于教室照明光源的选择。同时，近太阳光LED的出现弥补了现在LED蓝光含量偏高的劣势，相信未来随着技术的发展与完善，近太阳光LED可应用于教室照明，为学生创造一个健康的光环境。

参考文献

[1]建筑照明设计标准：GB50034—2013[S].

[2]灯和灯系统的光生物安全性：GB/T20145—2006[S].

[3]教育建筑电气设计规范：JGJ310—2013[S].[4]中小学校普通教室照明设计安装卫生要求：GB/T36876—2018[S].

[5]北京照明学会照明设计专业委员会，照明设计手册（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2016.

作者：王理想 王瑜 单位：中机中联工程有限公司