徐 華

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

0 引言

LED在照明領域的深入，具有耗電量低、電光功率轉(zhuǎn)換接近100%、使用壽命長等優(yōu)點的LED給照明帶來了無限的可能性，在室外、道路照明方面基本上取代了傳統(tǒng)光源，在室內(nèi)照明領域發(fā)展也十分迅速。但在學校照明方面的應用還處于步履蹣跚的階段，主要是基于對學生用眼安全方面的顧慮。本文擬對LED在學校照明中的應用進行探討，以期能夠拋磚引玉。

1 LED的藍光危害問題

電光源產(chǎn)生的對人眼有害的光輻射主要有：紫外線、藍光和紅外線。

紫外線是電磁波譜中波長從100～380nm輻射的總稱。紫外線的波長愈短，對人眼的危害越大。過量的紫外線引起光化學反應，可使人體機能發(fā)生一系列變化，尤其是對人體的皮膚、眼睛以及免疫系統(tǒng)等造成危害。眼睛是對紫外線最為敏感的部位，紫外線能對晶狀體造成損傷，是老年性白內(nèi)障的致病因素之一。波長250～320nm紫外線的照射可引起角膜炎、結(jié)膜炎，過強的紫外線還可造成眼底損傷。紫外線照射哺乳動物可引起基因突變，導致皮膚癌。

波長在780nm～1mm的光輻射稱為紅外線。紅外線的頻率接近多數(shù)物質(zhì)分子的固有振動頻率，極易被物質(zhì)所吸收并產(chǎn)生熱效應。過量紅外線輻射人眼會造成傷害，波長800～1 200nm的短波紅外線可透過角膜進入眼球、房水、虹膜、晶狀體和玻璃體液，吸收而導致的白內(nèi)障稱之為“紅外線白內(nèi)障”,該癥狀多見于玻璃制造工人和鋼鐵冶煉工人，紅外線能加速人眼淚液的蒸發(fā)，導致干眼癥。

目前采用的白光LED，絕大部分是采用450nm左右的藍光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生白光，它的光譜波長范圍為380～780nm，不產(chǎn)生380nm以下的紫外光和780nm以上的紅外光，僅存在380～500nm的藍光，在無紅外線和紫外線方面，LED較常規(guī)電光源有較強的優(yōu)越性。

波長500nm左右的光通常稱為藍光，藍光會損傷視網(wǎng)膜細胞的線粒體，特別是線粒體DNA。藍光主要是對色素起損害作用，而這種色素僅蓄積在視網(wǎng)膜細胞中。過量藍光進入視網(wǎng)膜,引發(fā)視網(wǎng)膜感光能力大幅提升,當視網(wǎng)膜捕獲的光子達到一定量之后,視網(wǎng)膜細胞開始死亡,從而造成視網(wǎng)膜損傷。另外，藍光在進入人眼之后還會影響褪黑素的生成，褪黑素是人腦松果體產(chǎn)生的一種激素,目前已知的作用是促進睡眠、調(diào)節(jié)時差等功能,也就是人體的生物鐘，過量輻射的藍光的確具有傷害性，應當引起重視。

傳統(tǒng)光源同樣含有藍光成分，筆者參考了中國航空規(guī)劃發(fā)展有限公司陳寅生先生2013年住建部課題2013-K1-64《LED照明在民用建筑中的應用研究》和國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(上海)副主任俞安琪先生對市場產(chǎn)品測試分析，得出的結(jié)論是，市場上合格的LED光源與同色溫三基色熒光燈光源進行“藍光”能量比較，在波峰和380～500nm波段處，LED照明光源的“藍光”能量均

藍光危害并不專屬于LED燈具，金鹵燈和熒光燈早就存在藍光，對于室內(nèi)用LED照明產(chǎn)品只能使用藍光危害分類在1類及以下的燈具；對于特殊人群(糖尿病人和光敏藥物影響的人)或者可能處于特殊體位(例如嬰幼兒)能直接看到LED燈的情況，則應該使用0類(無危害)產(chǎn)品。

根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，LED照明藍光占可見光能量的比例與色溫相關，基本符合公式：PB=0.005·λ(PB為藍光能量占可見光能量的百分比；λ為LED照明燈的色溫)。

由此可見，色溫越低，藍光能量越低，室內(nèi)LED照明產(chǎn)品的色溫一般不超過4 000K，一般顯色指數(shù)應達到80以上，特殊顯色指數(shù)R9>0，基本可避免富藍LED照明產(chǎn)品對人體健康可能存在的不利影響。

2 關于照明標準

GB 50034-2013《建筑照明設計標準》對LED的使用提出了基本要求，長期工作或停留的房間和場所，色溫一般不宜超過4 000K，一般顯色指數(shù)應達到80以上，特殊顯色指數(shù)R9應大于零，色容差不應大于5SDCM，既避免了藍光危害，也滿足了視覺舒適性的要求。

在JGJ 310-2013《教育建筑電氣設計規(guī)范》(以下簡稱《教規(guī)》)中，基于當時LED的技術條件，在對光源和燈具進行選擇時，沒有對LED進行推薦。由于LED技術發(fā)展迅速、節(jié)能效果顯著，用于學校照明已經(jīng)成熟，但在應用過程中如果不加以限定和引導，也會帶來危害。在2017年，住建部組織對建筑行業(yè)提高標準的課題研究時，對學校采用LED燈的要求提出了具體規(guī)定，把《教規(guī)》中的第8.4.3條、8.4.5條做了如下修訂(修訂部分見斜體字)：

【8.4.3】教育建筑照明設計時應按下列規(guī)定選擇光源：

1閱覽室、書庫、教室、會議室、辦公室等宜采用細管徑三基色直管形熒光燈、發(fā)光二極管(LED)燈。

2休息室、超市等宜采用細管徑直管形熒光燈、緊湊型熒光燈、發(fā)光二極管(LED)燈或小功率的金屬鹵化物燈。

3風雨操場、體育場館宜采用金屬鹵化物燈、發(fā)光二極管(LED)燈，也可根據(jù)建筑高度不同，采用大功率細管徑熒光燈。

4校園照明宜采用緊湊型熒光燈、發(fā)光二極管(LED)燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈。

5應急照明應選用熒光燈、發(fā)光二極管(LED)燈等能快速點燃的光源。

6閱覽室、書庫、教室、會議室、實驗室內(nèi)采用的LED燈色溫不應高于4 000K，顯色指數(shù)(Ra)不應小于80，特殊顯色指數(shù)R9應大于零，色容差不應大于5SDCM，黑板用LED燈的色容差不應大于3SDCM。(新增)

【8.4.5】教育建筑的燈具選擇應符合下列規(guī)定：

5閱覽室、書庫、教室、會議室、實驗室采用直接型LED燈時，燈具遮光角不應小于30°。(新增)

由于當時《教規(guī)》中沒有推薦LED燈，在目前的學校照明設計中，還遇到采用LED燈被審圖單位判定不滿足規(guī)范的情況，是十分不應該的。

3 關于LED照明應用

在學校照明中，尤其是教室和閱覽室，對光環(huán)境的要求應該十分嚴苛，應關注色溫、顯色性、色容差等參數(shù)，滿足了這些基本參數(shù)，基本上可以避免藍光危害，但除此之外，對視力影響較大的還有眩光和頻閃。

產(chǎn)生眩光的主要因素：光源的亮度(亮度越高，眩光越顯著)；光源的位置(越接近視線，眩光越顯著)；光源的數(shù)量(光源數(shù)目越多，眩光越顯著)；周圍的環(huán)境(環(huán)境亮度越暗，眼睛適應亮度越低，眩光也就越顯著)。由于LED是直接發(fā)光，光的方向性很強，效率高，GB 50034-2013《建筑照明設計標準》限制眩光的措施中，是根據(jù)光源表面平均亮度，規(guī)定燈具遮光角的，在光源平均亮度≥500kcd/m2時，燈具遮光角不應<30°，因此不論LED燈表面亮度如何，要求在學校閱覽室、書庫、教室、會議室、實驗室中的直接性LED燈具遮光角不應<30°，更有利于防止眩光。目前有不少帶防眩格柵的LED燈，既有很大的遮光角，燈具表面亮度也很低，防眩效果很好，見圖1。

圖1 防眩格柵LED燈

LED平面燈具(也稱面板燈)設計獨特，光經(jīng)過高透光率的導光板后形成一種均勻的平面發(fā)光效果，表面亮度不高，照明均勻性好、光線柔和、舒適，可有效緩解眼疲勞，比較適合用于學校照明。面板燈樣式見圖2。

圖2 面板燈

頻閃是指電光源光通量波動的深度。光通量波動深度越大，頻閃越嚴重，電光源光通量波動深度大小與電光源的技術品質(zhì)有直接關系。電光源頻閃效應對青少年的眼睛傷害很大。理論上使用交流電的光源都有頻閃，而市面上宣稱沒有頻閃的護眼燈只是將普通的交流電的頻閃通過特殊裝置變成更高的頻閃頻率，減少對人眼的影響，但頻閃還是存在的，并且高頻處理會產(chǎn)生高強度的電磁波，

對人體也會有害。真正沒有頻閃的只有使用直流電的LED燈(直流電不存在頻閃問題)，但目前給直流供電的驅(qū)動電源是交流變直流，驅(qū)動電源質(zhì)量也會引起LED燈的頻閃(有時頻閃還是十分嚴重的)，在學校照明中應引起重視。

另外，色溫與人的興奮度、注意力集中與否密切相關，如在課堂上適當提高色溫能夠激發(fā)學生的興奮點、集中注意力，課間休息時適當降低色溫，讓學生精神放松、合理休息，圖3是不同色溫下的課堂狀態(tài)，對于采用LED燈實現(xiàn)色溫的調(diào)節(jié)是很容易的。

圖3 不同色溫下的課堂狀態(tài)

4 結(jié)束語