夏启航，郭文利，王舒阳，许 楠

(1.中科院建筑设计研究院有限公司，北京 100086；2.上海华为技术有限公司，上海 201206)

引言

中小学教室是青少年日常学习与活动的主要场所。数据显示，我国中小学生每天大约60%的时间在教室[1]。教室的光环境质量对学生的生理健康、学习效率影响显著。为提升教室光环境，呵护学生健康成长，江苏、浙江等多地已开展中小学教室照明改造工程。课桌面照度作为健康教室光环境验收的重要指标，是评价改造效果的重要依据。然而，部分改造中存在着“灯光越亮越好”的误区，盲目通过人工照明大幅增加课桌面照度，不仅造成了能源的浪费，增加了资金投入，而且导致学生视疲劳，影响视力健康。除此之外，改造过程中也缺乏对天然光照度的关注，造成中小学教室课桌面局部天然光照度过高的现象普遍。

1 背景

1.1 人工照明照度值缺乏上限

我国的各类标准关于桌面水平照度基本规定在300 lx。《建筑照明设计标准》(征求意见稿)GB 50034—2020的教育建筑照明标准值表中对于教室课桌面的照度标准值定为300 lx[2]。在《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)中规定普通教室课桌面的维持平均照度为300 lx[3]。然而，在学校教室照明改造中，部分竞标者为了体现自身优势，一味追求“明亮”效果，使得桌面照度远超标准限定值，增加了过多的资金投入，引起了无谓的能源消耗与碳排放。以全国共有各类学校51万所[4]、约1 000万间教室计算，如果不精准控制课桌面照度的范围，实施效果的照度值由300 lx提高到500 lx，那么每年将会增加用电量约15.9亿度，增加约124.8万吨碳排放(1)用电量按每年的授课天数159 d，每天开灯5 h，灯具光效80 lm/W计算。在第75届联合国大会上，我国明确指出2030年达到碳达峰，2060年实现碳中和的目标。实现“双碳”目标，这要求照明节能进一步加强。照明节能的合理方式不仅是提升灯具光效，更要加强有效利用天然光，减少过度的人工照明。

李震宇[5]认为，教室的照度绝不是越高越好，学生需要长时间面对的多是白纸黑字的书本，白色反射全频白光，与黑字形成反差。在过高的亮度条件下，人们的色觉功能反而会降低，出于本能，就会将书本拉近，眼睛受到的刺激更加强烈而容易引起视觉疲劳，从而引发近视。

1.2 天然光照度值缺乏上限

天然采光是教室白天主要的照明来源，目前我国现行的《建筑采光标准》(GB 50033—2013)要求教室内的天然光照度不得低于450 lx[6]。但天然光不是越多越好，我国大部分区域(如Ⅰ-Ⅲ类光气候区)日照较强，中小学教室课桌面呈现局部天然光照度过高的现象比较普遍。张昕等[7]通过对全国5个光气候区、7个城市学校教室的采光进行模拟研究，发现在未采用遮阳设施时，无论南向还是北向教室，全年250 h以上时间课桌面区域天然光照度达到1 000 lx的面积占比超过44%，远超WELL标准中规定的小于教室面积的10%。以第Ⅲ类光气候区北京的部分学校为例，晴天情况下，南向采光的教室近窗侧部分课桌照度可达3 000～9 000 lx[8]，其产生的眩光严重影响学生视看效果与学习效率。

综上所述，明确合理的照度上限值对于减少学生视疲劳、实现健康护眼与经济节能具有重要意义。

2 课桌面照度上限值的分析

2.1 照度上限值考量要素

照度上限值的确定，与视觉功效、视疲劳、作业模式特点、视觉主体的生理特点、天然光采光情况、能耗要求等因素都密切相关。

首先，随着年龄的增长，人的瞳孔会逐渐变小，晶状体变得更厚，透明度更低[9]。因此中小学生对光更加敏感和脆弱，而视看能力要强于成年人和老年人。对于相同的视觉任务，年轻人需要的照度比高龄人要少。过高的作业面照度没有积极意义。而长时间在强光环境下人眼调节幅度变大，长时间绷紧睫状肌，造成视疲劳加剧，严重者出现眼痛眼干的症状。

此外，中小学校学生在上课时的视觉作业以“长时间、双视点、定向性”为基本特征，在我国中、高考备考压力下，中学上课时间长普遍存在。“双视点”指学生视线主要集中于黑板与桌面两个目标。“定向性”是指目光定向于视点，上课时不能随意变换方向、目标点或者闭眼休息。除了视看黑板以外，经常进行阅读与写字作业，考试测验也会频繁发生。此外，在上课状态下，局部课桌高照度时，学生往往缺乏察觉，也无法自由随意和及时地拉起窗帘遮阳，难以形成自我保护。以上特征是儿童青少年区别于成年人视觉作业的重要特征，儿童比成年人更容易造成视疲劳。

因此，照度上限值应重点关注长时间作业状态下对视疲劳的减缓程度，考虑到青少年群体的生理发育特点和学习中长时间盯看文字的视觉作业特点。

2.2 照度上限值指标分析

我国学校教室照明验收标准是基于《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)[10]的测量标准，即只针对人工照明进行验收测量。而中小学教学时间主要为白天，天然光为教室提供大量照度，教室光环境融合了天然光和人工光的双重作用。如果只设定一个上限值，实际上验收只能监管到人工照明，仍然无法解决天然光照度过高的问题。因此，中小学教室桌面照度上限值应包含两部分：人工照明上限值与天然光照度上限值。为中小学教室照明提供综合性、个性化的干预措施，探索满足相应目标人群的视觉健康需求。

人工光和天然光的光谱构成有巨大差异，同样强度的光对人的生理和心理影响有显著差别，两者的照度上限值应区别分析。

2.2.1 人工照明的课桌面照度上限值指标分析

近年来，随着健康照明理念的普及，越来越多的学者关注到了光环境与人体健康的关系。邵志栋[11]研究了6名学生使用平板电脑阅读时，50～1 000 lx的不同 LED 照度光环境对学习者学习效率、脑疲劳及视疲劳的影响。实验结果表明LED照度在700 lx附近学习效率最大，脑疲劳最严重，视疲劳较低。且照度大于700 lx时，学习效率逐渐降低，视疲劳急剧增加。

黄海静[12]选择3名学生为被试者，研究教室照明条件下学生瞳孔大小随亮度水平的变化规律，结果表明当照度从300 lx提高到500 lx时，瞳孔面积迅速缩小，但照度达750 lx之后，随着亮度(照度)水平的提高，瞳孔面积变化率减小，即亮度增大对瞳孔收缩的影响大大减缓。

吴思颖[13]选取学生为实验对象，模拟教室环境搭建实验室，让实验者在100～600 lx的光环境中进行视觉舒适度评价实验、警觉度评价实验及视疲劳试验。通过32人的主观评价实验，得出高校教室内学生视觉较舒适、警觉度较高及视疲劳程度较低的照度阈值范围为315.58～451.08 lx。

从以上研究中可以发现，照度变化与学生生理状态有较为清晰的关系，照度增加到一定值后，视疲劳程度会迅速增加，进一步影响学生学习效率与视力健康。

国内部分标准对于照度上限值已做出明确限定，如《建筑照明设计标准》(征求意见稿)GB 50034—2020对于各类照度标准值做了专门注释：“设计照度与照度标准值的偏差不应超过+20%[2]。”此条款具有明确的引导倾向：希望设计师在照度模拟计算时遵循既不应低于也不应过多，将照度维持在300～360 lx之间，实现效果与节能的最佳平衡，这种精准控制在应用验收和贯彻节能时是非常必要和有实效的。此外，2021年最新发布的《深圳市中小学教室照明技术规范》(T/SZEEIA 001—2021)首次明确提出了普通教室的课桌面照度上限值为750 lx[14]。各标准关于人工光照度上下限推荐值的对比如表1所示。

表1 各标准关于人工光照度上下限推荐值的对比

综上，人工照明平均照度维持值宜控制在300～360 lx，而不应超过750 lx。

2.2.2 天然光照明的课桌面照度上限值指标分析

英国拉夫堡大学的Mardaljevic教授在2005年首次提出“有效的天然采光照度”(UDI)，将其定义为使用者有益于进行工作和学习的室内工作面照度[15]。在2012年的研究报告中指出在公共建筑中300～3 000 lx是人们普遍接受且满意的照度范围，这个范围内可能不需要额外的人工照明[16]。

王梦蕊[17]通过问卷调查得出大部分学生可以接受1000～3 000 lx范围内的光线照度，对2 000～3 000 lx范围内的照度有高满意度的评分，当教室内自然光照度值超过3 000 lx时，部分学生反映教室内光线过亮，无法顺利进行阅读任务。该结论与Mardaljevic教授的研究结果基本一致。

我国《建筑采光标准》(GB 50033—2013)规定了采光系数的上限值，即采光系数7%，规定采光系数的上限是为了防止夏天太阳辐射对室内产生的过热影响以及由此引起的不舒适眩光[6]，但其在实际应用中缺乏直观性与便利性。

美国提出天然光照度值在100～2 000 lx为合适照度，大于2000 lx为过高照度[6]。北美LEED 2009中指出，天然光照度水平不应超过5 382 lx[18]。《中小学教室健康照明设计规范》(T/CIES 030—2020)提出“南向采光教室靠窗侧课桌面的天然光照度不宜大于3 000 lx”条款[3]。边宇[19]经调研发现，200～2 000 lx是大多数学生在天然光下学习或进行其他简单作业所喜好的照度范围。结合其他研究成果，舒适的天然光环境中，其上限值约为2 000～3 000 lx。刘佳平[20]也提出照度不宜大于3 000 lx，经采样调查发现，随照度增加，满意人数百分比上升，超过3 000 lx时满意人数反而减少。各标准或书籍关于天然光照度上下限推荐值对比如表2所示。

表2 各标准关于天然光照度上下限推荐值对比

综上，南向采光的教室天然光照度宜控制在2 000 lx以内，而不应超过3 000 lx。北向采光的靠窗侧天然光照度虽然也存在大于3 000 lx的情况，但并非直射光，对视觉作业负面影响在接受范围之内，因而建议只针对南向教室规定。

3 结论

从中小学生的视看需求和经济节能方面统筹考虑，在教室照明标准制定中应增加对照度上限值的界定，包括人工照明照度上限和天然光照度上限。人工照明平均照度维持值宜控制在300～360 lx，而不应超过750 lx；南向采光的教室天然光照度宜控制在2 000 lx以内，而不应超过3 000 lx。我们应在“健康中国”战略下进一步保护和改善中小学的视觉健康。