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中小学教室照明设计标准研究简述

2021-09-28张明宇霍晓蕊谢一鸣郭晓萍张成铭

照明工程学报 2021年4期
关键词:色温照度亮度

许 楠,张 昕,张明宇,霍晓蕊,谢一鸣,郭晓萍,张成铭

(1.中科院建筑设计研究院有限公司,北京 100086;2.清华大学建筑学院,北京 100084;3.天津大学 天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室,天津 300072;4.教育部教育装备研究与发展中心,北京 100080)

引言

中小学教室是青少年日常学习与活动的主要场所,我国青少年每日在校时间超过8 h,其中在教室内活动的时间达到在校总时间的70%以上[1]。教室光环境的质量对于青少年的视力健康,以及生理、心理健康都有着直接或间接的影响[2,3]。近年来,全国各地逐步开展教室照明改造,但目前改造方式偏重灯具替换而轻视设计,缺乏对教室整体光环境的综合要素考量,单纯考虑人工照明;同时,改造中所引用的标准相对滞后,国内各学校教室照明的规范标准之间也存在诸多差异。如果盲目以灯具替换为主要方式的改造可能会收效甚微,甚至走向误区。只有制定科学的中小学教室照明标准,对于我国青少年儿童近视防控起到重要的技术支持作用,才能保障学校教室照明改造的品质与效果。本文通过对近年来国内外教室照明标准及相关照明研究综述进行分析,多角度地对国内外现行的中小学教室照明标准进行综述比对,以探讨新时期下我国中小学教室照明标准和主要指标的走向。

1 国内外相关标准简述

1.1 国内教室照明标准分析

目前,涉及学校教室照明的国内标准从名称上,有“标准”、“规范”、“要求”等,主要分为设计类、产品类、测量方法类、质量评价类等类别,从适用范围上可分为国家标准、行业标准、地方标准及团体标准4种,见表1。

表1 国内主要的学校教室照明标准汇总Table 1 Summary of school classroom lighting standards at home

1.1.1 质量评价类

《中小学校教室照明质量分级评价》(T/SIEATA 000001—2020)对于普通教室、专用教室和公共教学用房进行了分级评价,分为AAA级、AAAA级、AAAAA级三个级别,该标准对于照度、显色值、眩光、均匀度也提出了更高要求。此外,在满足视觉功效的基础上更加重视健康照明和非视觉效应,引入了视黑素等效勒克斯(EML)、眼部垂直照度的指标,这两个指标是过去我国学校类照明标准中所没有的。

1.1.2 设计类

设计类标准从专业构成范畴上来讲可分为两类。

第一类是单纯的照明设计标准,仅涉及人工照明指标,如《中小学校普通教室照明设计安装卫生要求》(GB/T 36876—2018),主要涵盖人工照明的相关指标,如照度、显色性、色温、眩光控制、灯具布置方式、灯具要求等,除了一般性的照明指标,还对智能照明加强了引导,明确鼓励采用调光系统,可调节照明、照度。但是,标准内容未涵盖天然光、遮阳设施、教室空间各表面的反射率、材质特性、光源特殊显色指数等影响教室整体光环境质量的重要要素,难以对使用者形成全面的认识与引导。

《中小学教室照明技术规范》(T/JYBZ 005—2018)相对于《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)提高了均匀度和眩光值的标准,增加了色容差、教室照明功率密度的要求。《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539—2020)进一步完善了教室类型的照明指标,在普通教室的基础上补充了各类专业教室的指标,尤其是具有显示终端教室提出了更为详细的指标,如维持垂直照度的标准值;此外引入了分级评级的指标形式对照度、对眩光提出了基础值和推荐值,对于灯具的光生物危害也提出了明确的分类控制要求。同时,关注光对人的视觉舒适度和非视觉健康影响,标准中提出了“考虑光生物效应进行照明设计,引导动态照明和情景照明”。

第二类是涵盖采光与人工照明两个范畴的设计标准,该标准综合考虑了采光与照明的双向重要因素,更有助于加强使用者对教室光环境的整体认知,如《建筑采光设计标准》(GB 50033—2013)和《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB 7793—2010),主要指标包括采光系数,但关于天然光和室内人工照明之间的关联未能够充分的说明阐述,内容不够全面,缺乏针对各类专业教室的照明指标。并且两部标准已经颁布实施多年,部分指标与参数,如灯具类型、眩光控制、显色指数、特殊显色指数、光生物安全缺乏相应的指标已难以适应当前需要,有待更新。

中国照明学会颁布的团体标准《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)在涵盖采光和人工照明的基础上,强调了教室照明设计中天然光和人工照明之间的有机联系,明确提出了优先利用天然光的设计原则,提出了一系列改善天然光的设计要求,如遮阳形式、天然光照度上限(不宜高于3 000 lx)等。除普通教室外,还补充完善了多媒体教室、美术教室等各专业教室的照明指标与要求。标准更加关注防止视疲劳、人性化需求等方面,加强了对眩光防控的要求,补充了更多有助于提升视觉舒适性的照明设计方法,对设计者能够设计出更高品质的教室光环境具有积极的引导作用,体现出了以人为本的健康照明理念。

1.1.3 产品类

《灯和灯系统的光生物安全性》(GB/T 20145—2006/CIE S 009/E:2002)对紫外危害、蓝光危害、视网膜热损伤等200~3 000 nm波段光生物危害进行评估。为了防止长期受到蓝光辐射的视网膜产生视网膜光化学损伤,使用光源的光谱辐亮度与蓝光危害函数加权积分后的能量,也就是蓝光加权辐亮度(LB)用来界定蓝光危害程度。《灯和灯系统的光生物安全 第2部分:非激光光辐射安全相关的制造要求指南》(GB/T 30117.2—2013;IEC TR62471—2:2009)对LED光源产品的蓝光危害进行了安全级别分类,分为RG0(豁免级)、RG1(I类,低危险)、RG2(II类,中等危险)、RG3(III类,高危险)。

《中小学校及幼儿园教室照明产品节能认证技术规范》(CQC 3155—2016)、《中小学校及幼儿园教室照明产品节能认证规则》(CQC 31—465318—2016)对教室灯具的蓝光危害、颜色特性、功率、初始光通量、光度特性和效能等指标进行了要求。

《教室用LED照明系统产品要求和测试方法》(T/CSA 050—2019)引入了视觉健康舒适度指数(VICO),给定了VICO的标准值与测量办法。该标准强调通过评判人眼的生理功能,对照明产品进行评定。《LED照明产品视觉健康舒适度测试》(CSA035.1—2016/CSA035.2—2017/CSA035.3—2017)针对LED产品界定了视觉健康舒适度的量化分级以及测试流程与测试方法。

《儿童青少年学习用品近视防控卫生要求》(GB 40070—2021)是2021年3月发布的针对儿童青少年近视防控的专项国家标准,内容规定了与近视防控相关的诸多环境因素,包括教科书、教辅材料、学习用杂志、课业薄册、考试试卷、学习用报纸、学龄前儿童学习读物,以及普通教室照明灯具、读写作业台灯和教学多媒体等儿童青少年学习用品的卫生要求。该标准侧重于人的用眼健康,首次提出关于一些过量光照的限制指标,如教学多媒体显示技术中,对如亮度、闪烁、屏幕尺寸等提出明确的指标,并专门提出了教学多媒体设备使用时的屏幕亮度上限为400 cd/m2,更加关注防止过高亮度对青少年儿童的视力影响。在读写台灯方面,明确提出了正常坐姿下,人眼观察到的发光部件表面亮度应不超过2 000 cd/m2的上限要求,对于防止眩光伤眼有重要指导作用。

1.1.4 测量方法类

《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)给出了室内室外人工照明测量方法的规定以及测量值,教室水平面照度测点的选择推荐为2 m×2 m间距。《采光测量方法》(GB/T 5699—2017)给出室外室内采光照度测量,采光系数、采光均匀度、窗地比等计算。《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)和《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539—2020)中,为了提高测量数据的精准度,教室桌面水平照度测点的选择推荐1 m×1 m间距,有助于更真实的显示个体课桌面的照明情况。

1.2 国外教室照明标准主要特点简要分析

1.2.1 美国

由北美照明工程学会出版的ANSI/IES RP3-13《美国国家教育设施照明标准》(American National Standard Practice on Lighting for Educational Facilities)指标属于推荐性指标,主要有4个明显特点:

(1)标准中对不同年龄段的用户设置了不同的照度推荐值,小于25岁年龄段的使用者所需照度仅为65岁以上年龄段使用者所需照度的1/4,对于中小学教室可以使用其中小于25岁年龄段的推荐值[4]。

(2)充分考虑了教室功能多元化的特点,根据不同视觉作业的需求,设定不同的照度值,针对多媒体屏幕、投影、黑白、白板,绘画、交流、一般上课等不同作业模式提出明确的照度推荐值。

(3)考虑到垂直面的视看需要,提出了垂直照度推荐值,如音乐教室、美术教室等。

(4)提倡灯具可以布置成多种方式,不同照明方式可达到营造环境、应用场景及避免光幕反射的作用。

1.2.2 欧洲

由欧盟标准委员会出版的EN 12464—1:2011《光和照明-工作场所照明-第1部分:室内工作场所》(Light and Lighting-Lighting of work places)为欧盟的基础标准,该标准中提出普通教室的照度应该是可调节的且应考虑照度与表面反射系数的平衡。例如,其规定了墙面的照度应大于50 lx且反射系数应在0.5~0.8之间。同时该标准还将作业面照度分为三个区域,即作业面区域、作业面邻近区域(紧邻作业面0.5 m的环形区域)和背景区域(作业面周围3 m的环形区域)。标准规定作业面邻近区域的照度不得低于作业面区域照度一级,而背景区域不得低于其1/3。英国CIBSE颁布的《照明指南5-教育照明》(Lighting Guide 5:Lighting for education)是基于EN 12464—1:2011 指标体系制定各项光度指标,并且提出了更多的设计方法的引导,如眩光的防控与遮阳,提出设计师应当重视控制日光过量导致靠近窗户位置的眩光,给出了15个标准遮阳形式的设计方式[5]。

1.2.3 澳洲

由澳大利亚标准委员会与新西兰标准委员会联合发布的《室内与工作场所照明 第2.3部分:具体应用-教育与培训设施》(AS NZS 1680.2.3:2008)为澳洲两国的国家标准。该标准有2个明显特点:(1)根据课程内容的差异性,对于不同用途的教室进行精细化划分,其区别主要体现在对于照度的要求不同;(2)提出了针对不同作业功能时采用不同色温指标:a)对于照度不大于240 lx的空间,最好采用暖色或中间色照明;否则,冷色灯光往往会给空间带来阴郁的感觉;b)除非需要特定的效果,否则不宜在同一房间内使用具有不同色温的灯。

新西兰照明指南《设计优质的学习空间:照明》中涵盖了较多照明设计的建议,强调了专业照明设计的重要性,如提出了3种照明布置方式:a)嵌入式灯具与窗户平行布置,与日光良好融合;b)安装半直接照明灯具,产生更宽、更均匀的光传播;c)采用具有传感器的照明控制系统方案可以满足最佳成本效益。同时,该照明指南注明在教室设计时不应套用,而是需要专业的照明设计师完成[6]。

1.2.4 日本

日本文部科学省发布的《照明标准通用规则》(JISZ9110:2011)是日本照明行业的国家标准,该标准对于空间的亮暗对比有特殊的规定,目的是为了避免因亮度对比过大,学生眼睛在桌面和黑板之间往复而产生视疲劳,从而提出了最大、最小照度之比不大于20∶1,推荐在10∶1以内,并给出了一个详尽的测量和检查办法[7]。

表2 国外学校教室照明标准汇总Table 2 Summary of school classroom lighting standards at abroad

2 国内外相关教室照明标准主要指标对比简述

影响教室室内光环境品质的因素诸多,本文主要针对天然光、照度水平、亮度分布、眩光控制、显色性、色温6方面主要指标进行对比分析。

2.1 天然光

人们普遍认为天然光会影响人体健康,天然光与更低的缺勤率、更少的疲劳、减轻季节性情感障碍(SAD)、减轻抑郁症状、改善皮肤状况、更好的视力、对阿尔茨海默氏症中出现的行为障碍的积极影响以及其他多种健康优势有关[8]。通过调查美国3个州3个学区的教室,数据显示在一年内教室里采光最多、窗户最大的教室,学生在数学考试、阅读考试中表现更好[9]。

英国、美国、澳大利亚等国家的标准首先强调将天然光的利用放在重要的位置,并且有多章节的详细要求,其中包括眩光控制、有效视野、遮阳设施以及与人工照明的融合。这些标准中都指出由于学校大部分时间是在白天使用,应首先利用天然光而将人工照明作为辅助。

但是,受天然光作用,教室内局部课桌区域会发生光照过强的情况,过度的阳光进入室内会造成强烈的明暗对比,影响人的视看舒适度,并可能导致伤眼。采光研究权威Mardaljevic教授在定义由他自己提出的动态采光指标有效采光度(UDI)时将该指标值的范围限定为100~3 000 lx,这个照度范围是经过对建筑使用者的广泛调查后提出的,超过3 000 lx则被视为可能导致视觉不舒适[10]。北美LEED 2009指出,在晴天空条件下,9月21日上午9点和下午3点时的天然光照度值最大不能超过5 000 lx。此外,天然光过强会增加室内空调能耗,因此在充分利用天然光资源的同时,还应该合理采用遮阳等方式有效控制过度采光[11]。动态指标采光阈占比(sDA)和年日照时数(ASE)已被WELL、LEED与IES标准采用,如WELL中指出,年曝光量 ASE1000,250不宜超过10%的教室面积,即:教室内天然光曝光量达到1 000 lx且全年时间超过250 h的面积,应小于教室面积的10%。综合来看,动态指标可以更加准确地描述采光水平,值得借鉴。

在国内标准中,对遮阳设施(遮阳板)要求和规定内容较少,一般是通过窗帘遮阳,且对窗帘的形式、透射率、颜色、材质少有涉及。英国照明指南《照明指南5-教育照明》中指出遮阳设施的重要性,强调应通过遮光板等设施来减少直射光线,若不被有效地遮挡,则会造成强烈的眩光,从而导致教师直接关上室内窗帘而完全阻隔天然光。

2.2 照度水平

本文所述照度水平主要是针对学校教室的课桌面照度进行类比,在教室照明相关的标准中的照度推荐值有着不同的涵盖范围,见表3。通常,教室光环境中的照度分为天然光照度和人工光照度,两者相互影响。我国目前实施的标准大都将天然光照度和人工光照度分开研究,各类标准中均未叙述两者之间的联系。《美国国家教育设施照明标准》(ANSI/IES RP3-13)中,指出推荐照度值是指人工照明和/或天然光。照度值是天然光照度值或混合人工照明的混合照度值,在英国照明指南《照明指南5-教育照明》中明确指出,提及的“照明”指的是天然光和人工照明。

表3 国内外学校教室课桌面照度指标对比(lx)Table 3 Comparison of classroom desktop illumination indicators at domestic and abroad

国外各学校照明标准对于普通教室设定的课桌面推荐照度值基本在300 lx,个别国家如美国、澳洲略有差别,澳洲标准《室内与工作场所照明第2.3节:教育与培训设施具体应用》(AS NZS 1680.2.3:2008)中的教室课桌面推荐照度值为240 lx。新西兰的设计指南《设计优质的学习空间:照明》(Designing Quality Learning Spaces:Lighting)[6]提出,读写作业面合适的照度在300~500 lx。

《美国国家教育设施照明标准》(ANSI/IES RP3-13)中提出不同年龄段的人群,其推荐照度值不同,见表4。小于25岁年龄段的使用者所需照度仅为大于65岁年龄段使用者所需照度的1/4,并且照度推荐值为200 lx[4],25~65岁之间的成年人的照度推荐值为400 lx,大于65岁的为800 lx。可见美国标准特别强调了针对不同年龄的人在视力上和眼睛生理结构应采用不同的照度标准,强调了眼睛状况和照度需求之间存在必然关联。此外,对于不同教室场景和作业模式,在水平照度基础上增加了垂直照度指标,如美术教室,规定垂直照度尤为重要,更有利于视看画板等实际作业需求。

表4 《美国国家教育设施照明标准》(ANSI/IES RP 3-13)(节选)Table 4 American National Standard Practice on Lighting for Educational Facilities(ANSI/IES RP 3-13)

我国的各类标准关于桌面水平照度基本规定在300 lx,近年来部分标准也出现了课桌面照度分两级,分为300 lx和500 lx,并推荐高值,如上海地标《中小学校及幼儿园教室照明设计规范》(DB 31/T 539—2020)、《中小学校教室照明质量分级评价》(T/SIEATA 000001—2020)等。但是,关于水平照度值的上限值应如何界定,缺乏明确和统一的规定,如《建筑照明设计标准(征求意见稿)》中提出设计照度不应高出标准值的20%,其目的是希望照度值维持在300 lx,而不是越高越好。《深圳市中小学教室照明技术规范》(T/SZEEIA 001—2021)设立了照度上限值在750 lx。

2.3 亮度分布

亮度分布指的是空间中明暗变化的情况,而照度均匀度是单纯考虑人工照明的均匀度,无法验证白天情况下教室的实际感受。由于主要学习时间是白天,只有在白天模式下考虑融合天然光的明暗对比,才能真实有效。因此本文重点探讨天然光影响下的亮度分布。

视野的亮度分布可控制眼睛的明暗适应水平,该水平影响工作的可见度,合理的亮度分布指标可以保证教室空间明亮感,提高师生的视觉舒适度。而过大的亮度对比会造成眼部适应困难或者眼部不适,如黑板亮度与课桌亮度差异大,视线往复不停调节适应照度,处于亮度水平差异过大的环境中,视线在不同区域往复,就要不停地适应亮度,会造成睫状肌紧张状态,长时间处于这种状态下,会导致睫状肌失去弹性以致影响视力[16]、引起视疲劳,严重还会导致不舒适性眩光。

《美国国家教育设施照明标准》(ANSI/IES RP3-13)中提出在纸质阅读材料和电脑显示屏之间的对比不应超过3倍。WELL建筑标准v1对亮度分布进行了更为细致的规定:1)工作表面与直接相邻表面之间的最大亮度对比,包括相邻视觉显示终端屏幕,表面亮度与相邻表面亮度比不得超过3倍;2)同一房间内工作表面与相隔较远的不相邻表面之间的亮度对比,表面亮度与相隔较远的另一表面亮度比不得超过10倍。日本文部科学省《学校环境卫生管理手册》2018年版提出了课桌面和黑板面的最大、最小照度之比在10:1以内。

国内现行标准对亮度分布指标尚无过多阐述,仅有《建筑照明设计标准(征求意见稿)》中,规定了墙面的平均照度不宜低于工作面平均照度的30%,顶棚的平均照度不宜低于工作面平均照度的20%。此外,亮度分布受空间表面反射比影响。《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)明确了教室各表面的适宜反射比范围。

2.4 眩光控制

眩光是影响教室光环境质量的主要因素,研究证明,随着眩光强度增大,作业绩效逐步降低[17],长时间强光刺激会影响黄斑视力正常发育,与此同时造成暗适应能力降低,都是造成近视发生的因素[18]。而且,学生上课的视看特点与成年人办公视看不同,上课期间学生必须保持视线专注和定向,不会像成年人一样目光自由,所以眩光对学生的影响作用比办公室的成年人会更大,创建更低眩光环境对于教室来讲是更加必要的。

如表5所示,《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB 7793—2010)中规定统一眩光值(UGR)应小于19。《中小学教室照明技术规范》(T/JYBZ 005—2018)等标准提出UGR为16,《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)则提出UGR为16和13两档的分级要求,对于眩光控制有着更高水准的引导。

表5 国内外学校教室照明标准眩光控制指标对比Table 5 Comparison of glare control indexes of classroom lighting standards at domestic and abroad

由于目前UGR是针对直接照明系统的评测方法,而针对非直接照明系统,该指标则无法适用[19]。《美国国家教育设施照明标准》(ANSI/IES RP3-13)使用视觉舒适度(VCP)作为眩光衡量指标,该指标是一种用于评估照明场景的指标,它定义为在视觉眩光方面会感到舒适的特定场景(视点和方向)的人们所占的百分比。相较于UGR,该指标更注重人的主观感受。该标准规定教室的VCP应大于80以满足使用要求。

2.5 显色性

目前显色指数(CRI)仍是国内外广泛应用的一个重要指标,但CRI是对光源8个标准色样的显色指数求平均值得到,并不适用于评价LED光源[20]。因此,很多标准开始增加特殊显色指数R9来进行补充限定,如《建筑照明设计标准》等标准均在Ra大于80的基础上增加了R9大于0的要求,《中小学校教室照明质量分级评价》(T/SIEATA 000001—2020)中提出了更高的显色性要求Ra大于90,R9大于50。此外,CIE正在研究一般显色指数的替代评价方法,如一般色保真度指数(General colour fidelity index,Rf)等,而新提出的色品度CQS(Color Quality Scale)则选取了15种饱和色进行测量评价,可以更加细致地表现光的显色能力。

2.6 色温

对于普通教室,很多标准中并未给出明确的色温限制,但英国和美国的教育建筑照明设计指南中都有提出4 000K是一个合适的色温选择。我国的《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB 7793—2010)提出“色温应不小于3 300 K,且应不大于5 500 K”。室内与工作场所照明;第2.3节:教育与培训设施具体应用[15](AS NZS 1680.2.3:2008)规定色温应小于5 300 K。

对于一些专业教室,如美术教室,《室内工作场所照明》[12](ISO 8995:2002(E))和《照明标准通用规则》[14](JIS Z9110:2010)对于美术教室提出了色温大于5 000 K的指标,《光与照明-工作场所照明》(EN 12464—1:2011),分为普通学校与美术学校的美术教室两类,该标准未对普通学校的美术教室色温值做明确规定,美术学校的美术教室色温建议5 000~6 500 K。

《健康建筑评价标准》指出,人在不同时间、场景下对于色温的需求存在一定的差异,通过调节色温可以满足这种差异性以进一步提升光环境质量。因此,在该标准中可自动调节色温并且与天然光色温接近照明时的人工照明是照明系统的加分项[11]。德国标准DIN SPEC 67600—2013《生物效应照明设计指南》(Biologically effective illumination Design guidelines)充分考虑了教室内不同时段学生的作业模式与生理节律的基础上设置了色温推荐值,色温与天然光和作业需求有一定关联,一般课程的标准照明色温为4 000 K;课堂作业的提高照明水平到1 000 lx,色温6 000 K,以提高学生注意力;午间教室使用色温2 700 K形成温暖平静的灯光氛围;在首堂课与午后第一堂课选用高色温12 000 K,较高照度650 lx,用以促使学生抵御在这个时间段容易产生疲劳困倦的生理特性。

我国的《建筑室内照明设计标准(征求意见稿)》条文说明中提出,“考虑到室内照明的舒适以及目前LED灯光生物安全的考虑且国外的研究证明色温大于4 000 K可具有光生物的不安全性,提出夜间使用色温不宜高于4 000 K”。

3 主要结论及展望

3.1 国外学校教室照明相关标准的优点归纳

通过对比国内外教室照明标准的部分指标的异同点,主要有以下几方面值得参考借鉴:

1)重视天然光在教室照明中的利用,强调以天然光为主、人工光为辅的基本原则。对于照明质量的评价,不是孤立地单独考评人工照明。

2)细分受众、细分作业模式,针对年龄层和人的生理特点,确立不同照度指标。如强调细分年龄层而采取不同的照度值;如根据不同作业模式,采用了不同的照度值、色温、显色性。

3)照明指标的制定不仅仅关注到满足视看清晰的基本功能,同时重视非视觉效应,提出动态照明的指引,强调照明对人的生理节律、视觉舒适性、心理情绪等多方面影响。如WELL建筑标准和德国的非视觉生物效应设计指南[21]中提出了昼夜照明的不同指标和动态照明场景;如通过色温与照度的变化,调节人的疲劳度和集中力。

4)重视整体空间的亮暗分布,其亮暗分布的内涵并非单纯指人工照明的照度均匀度,而是含天然光和人工光共同作用的结果。

5)关注视看品质,强调设计方法对提升照明品质的作用。在很多国外的规范、指南中会强调照明设计及照明设计师的重要性,如鼓励采用直接间接相结合的方式,以获得更高的天花板亮度(环境亮度)与更加柔和的光,使师生面部呈现的更生动自然,有助于提高教学体验,同时还能显现出被照物的立体感[4]。

3.2 我国学校照明标准的改进方向

相对我国近年来很多标准的修编与内容调整,比较关注桌面照度和灯具性能的提高,而国外并未强调一味提升照度值与过于强调灯具参数,而是更加关注眩光的控制、天然光的利用、明暗对比、视觉舒适度、精细化的作业需求、场景模式和关注光生物效应等多因素。放眼未来,我国学校教室照明技术标准应从以下几个方面深入思考:

1)标准的内容范畴应扩展,加强对教室光环境整体的考虑,避免脱离采光、孤立考虑人工照明。在标准体系中加强引导,充分利用天然光,考虑天然光和人工照明的融合。对于人工照明和天然光应同等重视,分析气候、采光、房间功能等做出针对性的设计方案。采光规范和照明规范缺乏融合。部分规范只涉及人工照明,没有述及天然光与人工光的联系,白天与晚间的不同时段对教室光环境有很大影响。白天的教室照明应尤为充分利用天然光,照度指标应考虑融合天然光和人工光的照度,将室内照度控制在合理区间。

2)开展与采光指标相关联的建筑设计指标间的自洽性研究。实践中控制教学楼间距的最重要指标为满窗日照指标。满窗日照关注的是最不利教室,即天然采光下限,但最不利教室达标也意味着大量教室的曝光过量。“以北京冬至日满窗日照仅0.77 h的教室为例,其年日均窗口垂直照度(8:00—16:00)仍高出北向基准照度59%,意味着通过季节性的遮阳导光,即将过量日光转化为可接受的照度范围,并增加走廊侧补光,仍具有实现合理采光的可能性”[22]。因此,有必要对冬至日满窗日照等标准的合理性展开更深入的研究。

3)标准的指标体系应进行细分,应加强精细化考虑针对儿童青少年年龄层制定更为符合人生理特点的照度指标,合理制定照度指标值。目前各个标准中缺乏对不同年龄层群体的细分,儿童、成年人、老人的眼睛生理状况(瞳孔大小、晶状体透明度)有很大不同,应进一步对不同年龄层细分,做到更加精细化、适应不同生理特点的照明指标。

4)标准指标应从满足基本视看功能到提升视觉舒适性和健康护眼的方向转变。照度越高人对物体的分辨能力也越高,但引发视疲劳的可能性也越大。当前大多数标准对关于照度过高、眩光(含天然光眩光)等容易伤害眼睛的指标要素关注的不够。未来应加强对照明对人生理健康、生理节律的影响,关注提升视觉舒适性和健康护眼,加强对减少视疲劳的指标引导。

5)标准规范中应加强对照明设计手法的引导,促进设计师采用优质的照明设计,以对教室光环境提升发挥更为重要的作用。我国很多规范中缺乏进一步对不同视觉作业任务的指标规定。照明设计手法的引导和规定条款甚少,建设方、设计师过于重视量化指标,忽视多元化的设计手法对光环境的影响。实际上,设计手法是提升空间视觉舒适度的重要因素。

综上所述,中小学教室照明的指标体系涵盖的内容与专业领域在快速扩展,应注意借鉴国内外先进的照明标准与健康理念,加强对整体光环境的研究和多学科研究,使标准指标更加符合细分场景与人本需求。

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