教室燈具的照明質量分析與研究

顏穩萍

引言

我國兒童青少年的近視率越來越高， 已經呈現低齡化和重度化的發展趨勢。 為了更好地保護學生的視力健康， 加強兒童青少年的近視防控工作，教育部等八部門聯合發出《綜合防控兒童青少年近視實施方案》的通知，要求嚴格按照普通中小學校、中等職業學校建設標準，落實教室、宿舍、圖書館（閱覽室）等采光和照明要求，使用利于視力健康的照明設備。

教室作為學生長時間學習的場所， 光環境質量的好壞直接影響學生的視力健康。 為了滿足教室光環境的照明要求， 采用合理的教室照明燈具是非常有必要的。 2023 年以來，全國各地中小學校積極響應近視防控工作的號召，抓緊對學校教室進行燈光改造。 目前教室照明燈具根據光學主要采用的有3 大類：一是以燈管結合反射罩的教室照明燈具； 二是以LED 光源結合格柵防眩方案的教室照明燈具； 三是以LED 光源結合微晶板方案的教室照明燈具。 教室光環境改造難點在于維持平均照度、照度均勻度、統一眩光值（UGR）滿足國家標準要求。本文將對以上3 種類型的教室照明燈具的照明質量進行分析和研究，得出不同光學方案的優缺點，并給出教室照明燈具的優化設計方向。

教室光環境評價指標

為了更好地評價教室光環境照明質量，住房和城鄉建設部、原衛生部等部門陸續發布相關標準，如GB 50034—2013 《建筑照明設計標準》、GB 50099原2011《中小學校設計規范》、GB 7793—2010《中小學校教室采光和照明衛生標準》、 國家推薦性標準GB/T 36876—2018 《中小學校普通教室照明設計安裝衛生要求》。 其中GB/T 36876—2018綜合了以上幾份標準要求，對桌面維持平均照度、照度均勻度和眩光等都提出了具體要求，參數要求較為完善。 本文將依據GB/T 36876—2018 標準要求進行測試和對比分析，具體教室光環境照明指標如表1 所示[1]。

表1 教室光環境照明指標要求

評價光環境的主要參數有維持平均照度、照度均勻度和統一眩光值（UGR），其值將直接體現教室整體光環境的舒適度， 也是直接影響學生視力健康的3 個主要參數。 目前國內教室照明相關標準對教室的桌面維持平均照度均要求不低于300lx，桌面照度均勻度不低于0.7，而統一眩光值UGR 主要分為有不高于19 和不高于16 兩種主流限值。由于眩光過大會引起人眼的不舒適，長時間處于高眩光的狀態下會使視覺功能下降， 從而影響學生的專注力和學習效率， 因此教室光環境照明對眩光的要求越來越高， 更多團體標準和地方標準均要求UGR 不高于16。

教室照明燈具光學性能

針對目前在中小學校較為常見的3 種類型教室燈具進行光學性能測試， 光學性能主要包括配光曲線、光通量、光束角等參數，結果如表2 所示。

表2 常見教室燈具光學性能

從以上常見教室燈具性能可以發現1 號樣品采用的是燈管方案，燈管發光角度較大。 為了提高學習區域的有效照明效率，通過增設反射罩將背后的光線反射到學習區域， 發光角度C0/C180 為136.4毅，C90/270 為113.9毅， 配光曲線呈大圓形，燈具對大角度光線并沒有進行約束；2 號樣品采用的LED 光源具有發光面積小、角度大、效率高及壽命長等特點，LED 光源發出的光線經過乳白擴散板進行均勻擴散后，再經過格柵板對大角度的光線進行壓制，因此燈具的發光角度較小，配光曲線呈類橢圓形；3 號樣品同樣采用LED 光源， 不同在于LED 光源發出的光線經過帶有凸透鏡結構的微晶板，微晶板具有較好的折射效果，可有效將發光角度縮小到C0/C180 為95.3毅，C90/270 為100.5毅，有效抑制了大角度光線。

教室照明光環境質量測試

通過對比分析以上3 種不同類型教室燈具的光學特性發現， 光學性能的差異將直接影響教室照明質量參數，如桌面維持照度、照度均勻度和眩光等。 本文選取3 間教室空間大小相近，教室空間尺寸約9m伊7m伊3.4m，教室分別采用燈管型、格柵型和微晶型3 種不同類型燈具， 燈具數量均為9盞，按燈具安裝說明進行排布安裝[2]。

教室依據GB/T 5700—2008 《照明測量方法》進行測試， 普通教室按標準規定的中心布點法對教室的課桌區域進行布點， 距離前排課桌的前沿與前方黑板的水平距離為2.2m（講臺區域）以外均作為教室課桌區域，課桌區域按2m伊2m 正方形網格進行劃分，測試點為正方形網格的中心點，測試點數量為9 個（3伊3）， 如圖1 所示。 使用Konica Minolta 色彩照度計CL-500A 在測試點位置進行照度測試，測試高度為課桌面高度0.75m，測試結果如表3 所示。

圖1 課桌區域測試點布置圖

表3 課桌面維持平均照度及照度均勻度

從課桌面的維持平均照度及照度均勻度對比可知，燈管型教室燈維持照度為252lx，照度均勻度為0.60，兩項指標均不能滿足標準要求。 造成不合格原因主要是由于燈具本身通過反射罩進行反射，光線損耗較大，發光效率低，同時燈管型教室燈發光角度大， 有效照明較低； 格柵教室燈基于LED 光源高光效的優勢， 通過合理的光學設計提高有效照明， 使維持平均照度和照度均勻度均達到較好的效果，其維持平均照度均為412lx，照度均勻度均0.87； 微晶教室燈采用導光板和微晶結構，其燈具效率更高，維持平均照度為501lx，照度均勻度為0.85， 從現場亮度效果來看微晶教室燈會顯得更加明亮， 主要原因是微晶教室燈的光學效率較高。

為了更好地分析對比教室燈具在不同位置的UGR 值情況，本文將模擬學生在不同位置上以不同視角對教室統一眩光值進行測試。 測試時使用LMK Mobile Advanced 現場亮度及眩光測試設備進行UGR 測試， 該設備同時搭配Labsoft 軟件能夠準確地對現場亮度照片進行圖像分析和計算，測試UGR 準確度高，大大提高檢測效率[3]?？紤]到講臺方向黑板燈的影響眩光會比較高， 所以測試點位置均布置在學生上課區域， 測試點布置于教室后方兩個邊角和三面墻面的中點， 眩光測試點布置如圖2 所示。 測試時測試設備角度以正對教室中心，水平向前，為了盡可能將全部燈具納入眩光考核，測試儀器應盡可能地靠近墻面，將儀器放置于距離墻面距離0.5m 遠的位置，測試高度模擬學生坐姿高度1.2m 進行測試，教室不同位置統一眩光值實測結果如表4 所示。

圖2 眩光測試布置圖

表4 教室不同位置統一眩光值（高度1.2m）

從表4 可以看出燈管型教室燈統一眩光值已經超出GB/T 36876-2018 標準中UGR≤19 的限值，UGR 最高值達到了19.6， 可見燈管實際造成的眩光是比較嚴重的。 其燈具表面亮度較高，對大角度光線并沒有很好的控制， 因此整體眩光值都偏高；格柵型教室燈則表現出較好的防眩光效果，UGR 最大才13.4，最小達到了11.9，格柵型防眩效果最佳， 其格柵對大角度光線起到了很好的限制作用。 同時在教室里以站立的角度平視看，較難看到內部LED 光源，進一步說明燈具良好的防眩效果；微晶型同樣也是除去大角度光線，將眩光控制在較低值，教室燈雖然防眩效果沒格柵效果好，但UGR 眩光最大才14.4，防眩效果不僅滿足國標UGR≤19 的要求， 同時滿足團標和地標UGR≤16 的要求，防眩效果也是相當不錯。

結果分析與建議

通過對比分析不同類型的教室燈， 可以發現傳統燈管型的教室燈維持平均照度低、 照度均勻度差且過度的眩光， 已經不能滿足教室舒適明亮的光環境， 很容易造成學生視力疲勞。 采用LED光源的格柵型教室燈， 通過設計光學格柵對LED光源的光線進行遮擋和反射， 使教室燈在滿足維持平均照度和照度均勻度的效果下， 有效將眩光控制在較低的范圍， 是目前教室燈具當中眩光控制最低的。 另一種采用LED 光源的微晶型教室燈通過微晶面板的折射作用， 也實現了較好的教室光環境。 它具有良好的防眩效果，整體教室維持平均照度也較高。

綜上所分析的結果， 發現采用較為簡易的燈管型教室燈，往往教室光環境是不達標的。 建議學校教室盡量采用LED 光源的格柵型或微晶型教室燈，并且通過對燈具進行合理地排布安裝，以達到較好的教室光環境，從而保護學生的視力健康。