浅谈教室照明舒适度

根据《国民视觉健康报告》白皮书和《2018年我国儿童青少年近视调查》结果，2012年我国5岁以上总人口中近视的总患病人数在4.5亿左右；2018年儿童青少年总体近视率为53.6%，小学阶段从一年级的15.7%增加到六年级的59.0%，而高中生和大学生的近视患病率都超过70%。

我国青少年近视患病率已居世界第一位。如果没有有效的政策干预，到2020年我国近视患病人数将达7亿。

另一方面，作为学生学习的主要场所，相当一部分教室的照明环境并不达标。北京、上海、广州等大城市的调查都证实了这一现状。

对这个问题，2018年8月教育部等八部门印发《综合防控儿童青少年近视实施方案》，要求学校教室照明卫生标准达标率100%。各省市与中央签订《全面加强儿童青少年近视防控工作责任书》，并陆续出台了教室照明环境改造的政策。教室照明环境改造有相关国家及行业标准为依据，严格按标准执行、无需多言。

今天我们聊聊在达标基础之上，教室照明的舒适度。

有研究表明，教室光环境对于提升学习成绩的贡献率高达21%，在七大环境因素中占比最高（Barrett et al., 2015）。因此，科学的教室照明环境设计不仅可以改善学生视力，更能够提高学生的学习绩效。

影响教室照明舒适度的因素

自然光

不少研究表明自然光不仅更受学生欢迎（Rittner and Robbin, 2002; Heschong, 2003; Earthman, 2004），而且适当的自然光刺激有助于预防近视（Yong Wong et al, 2015; Hidemasa Torii et al, 2016）。

照度

显然教室照明不可能仅靠自然光，必然需要人工照明。照度作为照明系统最重要的指标之一，基本上各国都制定有类似的标准，例如：美国、英国、中国等国家都规定课桌桌面的平均照度不低于300 lux，但几乎所有标准都没有规定照度的上限。虽然不少研究表明高亮度（如1000 lux）能够提高学生注意力（Sleegers et al., 2013; Singh and Arora, 2014），但是过量的照明会引发身体不适和眩光失能（Kim and Koga, 2005; Osterhaus, 2005）。

照度均匀度

指的是规定表面上的最小照度与平均照度之比，通常照度越均匀视觉舒适度越高。相关标准规定课桌面的照度均匀度不低于0.7，黑板的照度均匀度不低于0.8。

炫光

舒适的照明环境要避免各类眩光，产生眩光的原因包括亮度过高、分布不均匀和直射。国标规定教室的统一眩光值（UGR）小于眩光临界值19。在一些行业和地方标准中，则有更为严格的规定，如不高于16。

频闪

指的是因亮度或光谱分布随时间的变化造成的视觉和非视觉影响。几乎所有类型的光源都可能产生频闪，但不同类型的光源有不同的频闪特征和安全指标。国际上电气和电子工程师协会IEEE、国际照明委员会CIE等对频闪的危害范围有明确规定，我国的一些行业和地方标准参考上述标准。需要说明的是，光输出波形的频率大于3,125Hz就已经超过人眼神经反应速度，因此检测时可免除考核（高频豁免）。

蓝光危害

蓝光危害是指光线中400-500nm蓝色波段在亮度过高时，引起的眼睛紧张、疲劳，长时间照射可能对视网膜造成损伤。根据相关国标和国际标准，蓝光危害分为无危险、低危险（1类）、中危险（2类）和高危险（3类）四个等级，由于蓝光危害在亮度较高的时候才存在，因此，对于亮度小于10,000cd/m2的灯具可以视为无危害等级，无需检测。

显色指数（CRI）

通俗地讲就是以自然光（或标准光源）为参考基准，在人工照明环境中对物体色彩的还原度。颜色与在自然光下越接近显色指数越高，视觉效果肯定越好。最高值为100，意味着该光源与自然光照射下显示的颜色完全一样。相关标准要求普通教室的显色指数（Ra）不低于80，而美术教室、多媒体教室投影区等特殊场合则要求不低于90。

色温（CCT）

色温的定义不太通俗易懂，这里我们可以简单地理解为灯光的冷暖色度。色温的单位是“K”（开尔文），数值越大色度越“冷”，数值越小色度越“暖”。例如：3000K色温类似日出后的阳光，而5500K类似中午的日光，普通荧光灯的色温约为6500K。

从直观感受上，暖光会令人放松、冷光使人更清醒和专注。因此，餐厅、酒店多用低色温的暖光源，办公室多用高色温的冷光源。在教室环境中，很多研究证实了色温对学生学习绩效的影响。

例如，Sleegers (2013)的研究表明在高色温（6500K）照明环境中学生更能集中注意力；Yan (2010)的实验结果则显示在中等色温（4000K）环境中，学生的学习效率最高；Weesolowski (2014)发现照明的丰富变化能够提高小学生的社交行为；韩国科技院（KAIST）的两位学者（Choi and Suk, 2016）建议对于简单、标准和高认知负荷的活动建议分别采用3500K，5000K和6500K色温。

被过度渲染的“蓝光”危害

一段时间关于“蓝光危害”的宣传引起了社会的广泛关注，不了解真实情况的普通民众甚至谈“蓝”色变，实际上是被误导了。

首先，无论是自然光还是人工照明蓝光成分普遍存在。从光生物安全角度看，同样的色温下合格的LED灯具产生的蓝光并不比其他类型的光源高，且远低于日光中的蓝光辐射剂量。

其次，蓝光不可或缺。研究表明，蓝光作为自然光的重要波段，对于调节人体生物节律和代谢过程，保持人体健康至关重要。

第三，蓝光危害主要在于过亮和长时间照射，正所谓过犹不及。亮度小于10,000cd/m2的灯具为无危害等级的免检产品，实际上大部分正规厂家的LED教室灯均满足这个标准。此外，在实际使用过程中，根据教学活动灵活地调节灯光亮度和色温，比如课间休息降低亮度、文科教学采用暖色温（暖色温时蓝光成分更少），这样不仅能有效减少蓝光辐射，而且变换的照明环境也有助于减轻眼疲劳。

被忽视的黑板照度均匀度

黑板是教学活动的重要工具，学生日常注视黑板的时间很长，不少学生反映黑板看久了会感觉模糊、眼睛胀痛，甚至头晕。黑板区域的照明对学生健康和舒适度非常重要，国标规定黑板面的照度需要达到500 lux，但是更加重要的黑板照度均匀度却被很多人忽视了。黑板面积较大，如果照度不均匀，一块亮、一块暗，学生在看黑板时瞳孔需要频繁调节，极易造成眼睛疲劳。

黑板灯的品质和安装方式都会影响到黑板的照度均匀度，因此，需要实地测试才能确定是否合格。相关国标对黑板照度均匀度的测量方法有明确规定。以规格4 m× 1.2 m的黑板为例，划分为0.4 m×0.4 m大小的单元格，共10×3=30个，取单元格的中心位置为测量点，下图所示：

测量每个测量点的照度（30个照度值），并计算平均照度。用30个照度值中的最小值除以平均照度，即可得出黑板的照度均匀度。国标规定的黑板照度均匀度不低于0.8，也就是说，测量点的最小照度值不能低于平均照度的80%。

色温与照度曲线

从前面对照度和色温的介绍中，我们了解到：

1、照度不能低于标准，但也不是越大越好

2、不同色温对于学生有不同影响

色温和照度的组合在一起对舒适度的影响就更复杂了，对此我们可以借助色温与照度曲线（Kruithof’s curve）做大致评估。图形的横竖坐标分别是色温和照度，中部是色温和照度组合恰当为舒适区，而其他区域则被认为不舒适，其中左上区域偏红（色温低及照度高），右下区域则偏蓝（色温高及照度低）。因此，我们在设计教室照明模式时，应尽量落在中部舒适区内。

场景化照明

随着教学活动越来越丰富多样，对场景化教学的需求也越来越强。另一方面，相关研究表明不同的亮度、色温对于不同的教学活动有不同的影响，根据具体的教学场景选择合适的照明参数，能够提高学生的学习绩效。加拿大滑铁卢大学的研究小组在相关文献中断言“教室照明研究已进入场景化阶段”（Sun et al, 2018）。例如，文科教学采用较暖色温可提升学生的创造性思维；理科教学采用较冷色温学生会更专注；课间采用低亮度、暖色温有助于学生休息放松，下节课更高效；分组教学时，通过分区亮度控制能起到促进组内互动、减少组间干扰的效果。

最后，在设计场景化照明模式时，别忘了尽可能落在Kruithof曲线的舒适区内。

总结

综上所述，在选择和设计教室照明时可按照下表进行考量，在确保达标底线的基础上，也力求满足舒适度要求，给学生一个健康、舒适、高效的教室光环境。

参考文献

Barrett, P., Davies, F., Zhang, Y., & Barrett, L. (2015). The impact of classroom design on pupils’ learning: Final results of a holistic, multi-level analysis. Building and Environment, 89, 118-133.

Earthman, G. I. (2004). Prioritization of 31 criteria for school building adequacy. Baltimore, MD: American Civil Liberties Union Foundation of Maryland.

Heschong, L. (2003). Windows and classrooms: A study of student performance and the indoor environment. California Energy Commission.

Kim, W., & Koga, Y. (2005). Glare constant Gw for the evaluation of discomfort glare from windows. Solar Energy, 78(1), 105-111.

Osterhaus, W. K. (2005). Discomfort glare assessment and prevention for daylight applications in office environments. Solar Energy, 79(2), 140-158.

Rittner, H., & Robbin, M. (2002). Color and light in learning. School Planning & Management, 41(2), 57–58.

Singh, M. P., & Arora, R. (2014). Classroom Illuminance: Its impact on Students’ Health Exposure & Concentration Performance. In User Centered Design and Occupational Wellbeing–Proceedings of International Ergonomics Conference HWWE2014. McGraw Hill Education (Prof) (pp. 704-708).

Sleegers, P. J. C., Moolenaar, N. M., Galetzka, M., Pruyn, A., Sarroukh, B. E., & Van der Zande, B. (2013). Lighting affects students’ concentration positively: Findings from three Dutch studies. Lighting research & technology, 45(2), 159-175.

孙宝石, 曹石, & 李宗臣. (2018). 学习绩效与教室照明环境研究述评. 应用心理学, 24(4), 291-303.

严永红, 关杨, 刘想德, & 刘炜. (2010). 教室荧光灯色温对学生学习效率和生理节律的影响. 土木建筑与环境工程, 32(4), 85-89.

 

作者：sunfish

编发：数言信息

 

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