淺談教室照明設(shè)計中的光源選擇

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【摘要】在目前教室照明中，已有部分學(xué)校使用LED代替原有的稀土三基色熒光燈。本文將從LED光源和三基色熒光燈的發(fā)光原理、色溫、藍(lán)光、燈的危害分類來探討教室照明設(shè)計中的光源選擇。

【關(guān)鍵詞】LED；三基色熒光燈；藍(lán)光；色溫

引言

近年來全國兒童青少年總體近視率為53.6%。其中，6歲兒童為14.5%，小學(xué)生為36.0%，初中生為71.6%，高中生為81.0%，且該數(shù)據(jù)呈逐年上升的曲線。教室是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要場所，教室照明的光源選擇不當(dāng)將會成為學(xué)生近視的一個重要因素。在目前教室照明中，已有部分學(xué)校使用LED代替原有的稀土三基色熒光燈。以下將會探討教室照明設(shè)計中的光源選擇，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1光源概述

稀土三基色熒光燈的發(fā)光原理是通過一定的電壓作用在惰性氣體上產(chǎn)生真空紫外線激發(fā)三基色稀土熒光粉而間接發(fā)光。三基色熒光燈是由三基色按照不同比例合成的且有多種色溫選擇的高顯色性光源。LED的發(fā)光原理是利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓時，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量，從而引起光子發(fā)射產(chǎn)生光。當(dāng)前，白光LED燈大多是用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉發(fā)出白光。不同色溫LED發(fā)射光譜與激發(fā)黃色光粉的發(fā)光光譜的比例不同，高色溫LED光譜中藍(lán)光所占的比重明顯高于低色溫LED。類太陽光LED作為照明的發(fā)展方向，其發(fā)光原理為使用紫光LED激發(fā)熒光粉得到紅綠藍(lán)三色光。這種發(fā)光方式相對于傳統(tǒng)的LED來說極大的減少了藍(lán)光，使LED的光譜接近太陽光。該類燈具價格昂貴，尚未在市場中普及，但未來有望大規(guī)模使用。

2色溫的選擇

人對光色的愛好與照度水平有相應(yīng)的關(guān)系，表1給出了各種照度水平下不同色溫的照明給人的不同印象。根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50034—2013的規(guī)定，普通教室的課桌面照度值為300lx，黑板照度為500lx。根據(jù)表1知，教室內(nèi)光源的應(yīng)選擇中性色溫（3300K～5300K）。

3藍(lán)光影響

藍(lán)光危害是指由波長主要介于400nm~500nm的輻射后引起的光化學(xué)損傷，導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷的潛能。這種損傷主要分為兩類：藍(lán)光直接與視覺感光細(xì)胞中的視覺色素反應(yīng)所產(chǎn)生的損傷以及藍(lán)光與視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的脂褐素反應(yīng)所引發(fā)的損傷。教室內(nèi)光源中藍(lán)光含量過高將會導(dǎo)致學(xué)生的視網(wǎng)膜損傷，增加學(xué)生的近視概率。光源中藍(lán)光含量過高會對人體生物鐘產(chǎn)生一定干擾。太陽的色溫變化可以代表人類生活的作息規(guī)律，日出時的低色溫到正午的高色溫，再到日落時的低色溫，這是長期以來人類適應(yīng)的照明環(huán)境。室內(nèi)照明大都在晚上使用，按照人的生活規(guī)律，晚上適應(yīng)的是低色溫照明環(huán)境，如果長期使用高色溫白光照明，會影響人們的司辰視覺，影響睡眠，生物鐘紊亂，降低人的免疫力，帶來“富藍(lán)化”問題。在中性色溫的情況下，LED光源中的藍(lán)光含量高于三基色熒光燈和太陽光中的藍(lán)光含量，三基色熒光燈中的藍(lán)光含量低于太陽光中的藍(lán)光含量。類太陽光LED中藍(lán)光的含量與太陽光中的藍(lán)光含量相近，LED光譜、三基色熒光燈光譜、太陽光光譜、類太陽光LED光譜如圖1所示。

4藍(lán)光危害評價

國內(nèi)關(guān)于燈的光生物安全性的標(biāo)準(zhǔn)為《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》GB/T20145—2006，該標(biāo)準(zhǔn)援引自CIES009/E：2002《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》。標(biāo)準(zhǔn)將燈的危險分類分為四類：①無危險類；②類危險（低危險）；③類危險（中度危險）；④類危險（高危險）。其中無危險類的燈適用條件如下：（1）在8h（30000s）曝輻中不造成光化學(xué)紫外線危害；（2）在1000s（約16min）內(nèi)不造成近紫外危害；（3）在10000s（約2.8h）內(nèi)不造成對視網(wǎng)膜藍(lán)光危害；（4）在10s內(nèi)不造成對視網(wǎng)膜熱危害；（5）在1000s內(nèi)不造成對眼睛的紅外輻射危害。LED光源與三基色熒光燈不存在紫外線危害、近紫外危害、熱危害和紅外輻射危害，主要是藍(lán)光危害。該標(biāo)準(zhǔn)定義的無危險類的燈能保證1000s（約2.8h）內(nèi)對視網(wǎng)膜不造成藍(lán)光危害。這個分類方式僅表現(xiàn)燈的潛在危險，燈的危險還與利用率、曝光時間和照明效果相關(guān)。教室內(nèi)燈光的使用時間主要為夜晚自習(xí)及白天自然光不足的時候，對于自然光不充足的地區(qū)，連續(xù)使用時間往往大于10000s（約2.8h）。LED燈即使通過無危險的測試認(rèn)證，也不能保證其藍(lán)光對人無影響。三基色熒光燈的藍(lán)光含量低于太陽光的藍(lán)光含量，可不計對人的危害。因此，燈的危險分類應(yīng)考慮燈光的使用時間，優(yōu)化燈和燈系統(tǒng)的危險分類及測試技術(shù)。

5應(yīng)用總結(jié)

LED照明因其光效高、易于控制而應(yīng)用廣泛。但其藍(lán)光含量偏高，可能會對學(xué)生的視覺及生理產(chǎn)生影響。三基色熒光燈的藍(lán)光含量低于太陽光的藍(lán)光含量，可不計藍(lán)光危害。青少年學(xué)生視力正處于發(fā)育階段，且教室作為青少年學(xué)生長時間學(xué)習(xí)的場所，為保護(hù)青少年學(xué)生的視力，降低青少年學(xué)生的近視率，現(xiàn)行教室照明設(shè)計中建議采用細(xì)管徑三基色直管形熒光燈?！督逃ㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范》JGJ310—2013及《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計安裝衛(wèi)生要求》GB/T36876—2018均推薦采用細(xì)管徑三基色直管形熒光燈?！稛艉蜔粝到y(tǒng)的光生物安全性》GB/T20145—2006中的燈的危險分類方式未考慮燈光的使用時間的影響。對于長時間的使用人工照明的場所無法進(jìn)行準(zhǔn)確的燈危險評估。希望燈和燈系統(tǒng)的危險分類的完善將會有利于教室照明光源的選擇。同時，近太陽光LED的出現(xiàn)彌補(bǔ)了現(xiàn)在LED藍(lán)光含量偏高的劣勢，相信未來隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，近太陽光LED可應(yīng)用于教室照明，為學(xué)生創(chuàng)造一個健康的光環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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作者：王理想 王瑜 單位：中機(jī)中聯(lián)工程有限公司