一组中小学教室照明质量检测数据分析

2020-07-03谢竹雯

福建建筑 2020年6期

谢竹雯

(福建省建筑科学研究院有限责任公司福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州 350108)

0 引言

2019年4月，人民网发布的《国民视觉健康大数据》指出，我国近视患者有6亿人，占人口数量的50%。其中，中小学人数超过1亿，青少年近视率居世界第一。从数量上来看，小学生近视比例将近50%，初高中生近80%，大学生甚至高达90%。从趋势上来看，视力不良状况高发、低龄化，上升趋势明显。

人类80%以上的外部世界信息是经由视觉获取，考虑到青少年日常活动超过一半时间于校园进行，教室光环境质量将直接影响他们的视觉健康。因此，科学、健康的教室照明是近视防控的重要措施，中小学校开展照明质量测评并对教室光环境加以改进非常必要。

基于此，课题组选取了某市10个中小学校作为检测对象，对19间教室照明质量进行检测。

1 照明质量检测

1.1 检测对象与仪器

被检测的10所学校共同点，是近年内有进行加固改造或装修，其教室灯具均已重新设计并安装，采用的照明光源均为LED。

检测仪器为主要为光谱辐射仪与钳形功率表。

1.2 检测内容

在工程项目验收时，照明相关检测参数通常为照度值和照明功率密度值，检测依据是现行行业标准《公共建筑节能检测标准》(JGJ/T 177)[1]、现行国家标准《建筑照明设计标准》(GB 50034)[2]、现行国家标准《照明测量方法》(GB/T 5700)[3]

除了照度和照明功率密度外，照明质量其他相关参数主要包括显色指数、相关色温、色容差、照度均匀度、统一眩光值等。这些参数的技术要求在现行国家标准《建筑照明设计标准》(GB 50034)都有明确的规定：第5.3.7条“教室照明统一眩光值小于19，照度均匀度不应小于0.60，显色指数大于80”；第4.4.1条“教室的相关色温范围宜符合3300K～5300K”；第4.4.4条“当选用发光二极管光源时，其色度应满足下列要求：长期工作或停留的房间或场所，色温不宜高于4000K，特殊显色指数R9应大于零”[2]。然而，当前工程验收检测中很少涉及以上参数。

为了较全面地反映照明质量情况，本次照明质量检测的参数主要包括照明功率密度值、照度值、照度均匀度、相关色温、一般显色指数、特殊显色指数等。另外，统一眩光值也是评价照明质量的重要参数之一，本次检测因受仪器的限制，未进行检测，将在后续的研究中进行。

表1 平均照度、功率密度与照度均匀度检测值

2 检测数据分析

2.1 照明功率密度、平均照度与照度均匀度

19间教室的照明功率密度值的检测结果如图1所示，其最大值是6.5W/m2，最小值为3.2W/m2，平均值为4.7W/m2。根据现行国家标准《建筑照明设计标准》的要求，教室照明功率密度的现行值≤9W/m2，目标值≤8W/m2[2]，其合格率为100%。

图1 教室照明功率密度值

19间教室课桌面平均照度值的检测结果如图2所示。由图2可知，其最大值为522lx，最小值为141lx，平均值为321lx，数据波动性较大。依据现行国家标准《建筑照明设计标准》的要求，教室课桌面照度标准值为300lx，设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%，即当照度在270lx～330lx区间时为合格[2]。此见，被检测的教室照度低于270lx的有7间，照度在270lx～330lx的有3间，照度高于330lx的有9间，合格率仅为16%。

图2 教室平均照度值

被检测的19间教室照度均匀度的检测结果如表1所示，最大值是0.91，最小值0.56，平均值为0.75。根据现行国家标准《建筑照明设计标准》的要求，教室照度均匀度不应小于0.6。照度均匀度大于等于0.6的有16间，小于0.6[2]的有3间，合格率为84%。

2.2 相关色温

被检测的19间教室相关色温检测结果如图3所示，最大值是6400K，最小值是4604K，平均值为5513K。根据现行国家标准《建筑照明设计标准》的要求，教室的相关色温宜在3300K～5300K之间；当选用发光二极管灯光源(LED)时，色温不宜高于4000K[2]。对照国标，被检测教室的相关色温在3300K～5300K之间的有8间，合格率为47.4%。如果考虑照明光源为LED，相关色温小于4000K的教室0间，表明了受检测的19间教室均不满足国标要求。同时，因标准对相关色温的要求为“宜”，所以该项检测数据不能判定相关色温为不合格。

图3 相关色温

2.3 显色指数

受检测的19间教室一般显色指数(Ra)检测结果如图4所示，最大值是95，最小值是69，平均值是82。根据现行国家标准《建筑照明设计标准》要求，教室的一般显色指数不应小于80[2]。而被检测教室的一般显色指数大于80的教室只有11间，合格率为58%。

图4 一般显色指数

被检测的19间教室的特殊显色指数(R9)检测结果如图5所示，最大值是92，最小值是-33，平均值是28。根据现行国家标准《建筑照明设计标准》的要求，采用LED作为照明光源时，教室的特殊显色指数应大于0[2]。此见，被检测的教室特殊显色指数大于0的教室只有11间，合格率为58%。

图5 特殊显色指数

2.4 检测结果分析

综合以上被测的19间中小学教室的照明数量和质量检测结果(表1)：照明功率密度值合格率为100%，平均照度合格率为16%，照度均匀度合格率为84%，一般显色指数合格率为58%，特殊显色指数合格率为58%。

根据市场调研分析，LED光源的光效约是荧光灯的1.1～1.5倍，所以，同样的照度要求采用LED光源时，功率密度较采用荧光灯光源容易满足标准要求。

照度的合格率较低，是因为根据国标要求取值在标准要求值的±10%范围。如果本次检测教室平均照度大于300lx即判定为合格，合格率则为63%，大幅提高。本次实验检测方法，是将照度测量区域分成正方形网格，在网格中心点测量照度。平均照度的算法是将所有网格照度检测值的和除以检测点数，所以网格的大小及位置选择、教室的实际尺寸等因素会影响检测值。如果增加教室边沿部分区域的测量点，则可能测到更小的照度，进而影响照度均匀度[4]。同样的检测方法，教室5、6、9、11、18等功率密度同为5.0(W/m2)，但是照度分别为439lx、156lx、302lx、293lx、455lx，相差极大，所以有必要对产生原因进一步分析。

3 原因分析

3.1 施工图阶段

经过图审合格的电气施工图，照明功率密度值、照度值、显色指数、色温等参数的数值在图纸上都有体现，并符合现行国家标准《建筑照明设计标准》(GB 50034)的要求。

一般情况下，设计师进行电气施工图设计时，都会计算照明功率密度值与照度值的具体数值，并在图纸上标明。所以，设计阶段，这两项参数不会出现问题。但对于其他参数，施工图上一般只体现标准的要求，比如显色指数≥80、色温≤4000K等，而不是具体的数值，不利于后期施工的把控。

另外，对于相关色温，因检测的教室照明光源均采用LED，所以标准要求相关色温不宜高于4000K，19间教室无一间符合要求。通过市场调研，普遍反应工作或学习场所采用偏白光也即相关色温5000K以上的光源，注意力会相对集中。针对相关色温，笔者进行过相关实验，将一间10人间办公室的光源相关色温由6000K更换为4000K，更换初期，10人均反映不适应，经过两个月后，办公室工作人员10人中，有8人反映相关色温4000K的光源比原来的6000K光源更舒适。当然，对于相关色温参数，这项实验无法完全论证，仅能作为参考，笔者将在后续的研究中进行更全面、更合理的实验以论证分析。

3.2 施工阶段

在施工环节中，因照明系统施工技术含量相对较低，所以施工质量一般不对照明质量造成较大的影响。该环节存在的关键问题是未把好照明产品质量关。目前，工程项目采用的照明光源基本为LED光源。LED光源产品质量参次不齐，单纯从外观上无法判定产品的优劣。在施工过程如果未严格按标准要求来核查各类照明产品的检测报告，或者未对进场光源的光通量、显色指数、色温等进行抽检，则无法控制质量。