LED教室照明的最佳照度及色溫
日期:2018-03-26
目前,學(xué)生近視眼發(fā)病率居高不下,經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),環(huán)境因素與近視眼發(fā)病率相當(dāng)密切,其中教室照明是最重要的影響因素之一。
教室照明不僅對(duì)學(xué)生視力健康有很大影響,由于眼睛的非視覺(jué)效應(yīng),不同色溫光源的光譜、光強(qiáng)度差異還會(huì)影響到學(xué)生的生理節(jié)律,使之產(chǎn)生興奮或疲勞,影響學(xué)習(xí)效率和心理、生理健康。因此,教室照明用燈不僅要考慮光源色溫、照度對(duì)學(xué)生的影響,還應(yīng)該特別注意光源的光譜安全性。
目前,教室照明主要還是以熒光燈光源為主,LED照明尚未正式進(jìn)入教室照明領(lǐng)域。只是在一些實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目中采用了LED。目前比較常見(jiàn)的是以直管LED來(lái)替代老式的T8熒光燈管,以獲得更高的光效。但由于很多學(xué)校已經(jīng)采用了光效更高的T5熒光燈,因此,這種LED應(yīng)用的思路在今后將會(huì)受到很大制約。由于LED光源目前的價(jià)格高于T5熒光燈,從光效來(lái)看,也不占優(yōu)勢(shì)。因此,如果僅以節(jié)能的概念去推廣LED教室用燈,我個(gè)人認(rèn)為前景并不太好。
目前我國(guó)青少年近視率居全球第二,特別是大學(xué)生的視力不良檢出率高達(dá)82.68%,其原因與不良的教室照明有很大關(guān)系。與熒光燈相比,LED更容易滿(mǎn)足光譜安全性的要求,我們的實(shí)驗(yàn)也證明了在相同色溫、相同照度下,LED具有更好的視功效表現(xiàn)。因此,從有利于學(xué)生視力健康、緩解學(xué)生緊張情緒的角度來(lái)看,LED較熒光燈有較大的優(yōu)勢(shì),具有非常大的市場(chǎng)潛力。
與傳統(tǒng)熒光燈光源相比,LED光源的最大優(yōu)勢(shì)是光譜易于控制,可通過(guò)以傳統(tǒng)的藍(lán)光芯片配合不同熒光粉配方、或利用多個(gè)不同光譜芯片混光等多種形式來(lái)形成所需的特定光譜,具有很強(qiáng)的靈活性。而熒光燈光譜只能通過(guò)調(diào)配熒光燈粉配方這一方式實(shí)現(xiàn),具有很大的局限性。
此外,LED還具有響應(yīng)快、可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制、靈活調(diào)光等特點(diǎn),可很方便地得到需要的照度。利用這一特點(diǎn)不僅可實(shí)現(xiàn)與天然光的聯(lián)動(dòng),根據(jù)我們的最新研究成果,還可用于我們即將開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)健康照明系統(tǒng)。
與傳統(tǒng)熒光燈照明相比,LED照明也還存在著一些不足。如配光不如傳統(tǒng)的熒光燈照明,可靠性和穩(wěn)定性差,價(jià)格高。
教室照明4000K左右光源視功效最好
如何實(shí)現(xiàn)更精確的配光、提高LED照明系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、降低造價(jià)等都是LED全面進(jìn)入教室照明領(lǐng)域需解決的問(wèn)題。此外,LED光譜安全性問(wèn)題更應(yīng)當(dāng)引起業(yè)界的高度重視。上述這些方面都需要我們進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。
大體有以下一些結(jié)論:首先,在心理實(shí)驗(yàn)及調(diào)查方面的調(diào)研結(jié)果顯示,學(xué)生對(duì)色溫的偏好并非一成不變,而是隨教室功能、照度水平而變化,以此作為教室照明色溫選擇的依據(jù)并不可靠。評(píng)價(jià)一種光源是否是好的教室照明光源,除考慮學(xué)生的主觀評(píng)價(jià)外,還必須考慮學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間處在特定光譜環(huán)境下,大量刺激所帶來(lái)的疲勞累積對(duì)學(xué)生生理健康的影響。
其次,在視功效測(cè)試方面的結(jié)論主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面,第一,應(yīng)避免教室一般照明與黑板照明采用同色溫光源;第二,無(wú)論是熒光燈組還是LED組,4000K左右光源的識(shí)別率曲線(xiàn)穩(wěn)定性最好、識(shí)別率最高,表明其視功效表現(xiàn)最好;第三,目前我國(guó)南方大學(xué)教室使用最普遍的6500K熒光燈光源,其視功效表現(xiàn)最差;且當(dāng)電壓不穩(wěn)定而使作業(yè)面照度發(fā)生微妙變化時(shí),可能引起學(xué)生視覺(jué)工作效率的突然降低。
教室照明中應(yīng)避免色溫——照度組
學(xué)習(xí)效率及視疲勞、腦疲勞實(shí)驗(yàn)中,我們得出的結(jié)論有,第一,最佳推薦色溫:在教室照明光源選擇中,應(yīng)以4000K左右中等色溫的熒光燈、LED作為主要光源。而高、低色溫光源,可加重學(xué)生的腦疲勞和視疲勞,降低學(xué)習(xí)效率,不應(yīng)作為教室主光源。
第二,最佳照度建議值:不同色溫的光源,其最佳照度值并不相同,熒光燈與LED組相同色溫的光源,其最佳照度值也不完全相同。我們以綜合指數(shù)排序(見(jiàn)表1、2)來(lái)反映各色溫組光源不同照度段受試人學(xué)習(xí)效率γ、視疲勞δ、腦疲勞η三者的綜合指標(biāo)ε,以“>”表示“優(yōu)于”;以基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)Ψ分項(xiàng)未達(dá)標(biāo)總數(shù)來(lái)反映該光環(huán)境是否具有明顯缺陷,即在綜合指標(biāo)ε較高的情況下,γ、δ、η三項(xiàng)中是否存在未達(dá)標(biāo)的情況。此外,以平均綜合指數(shù)ε來(lái)反映各色溫組光環(huán)境的平均表現(xiàn)。
對(duì)比表1、2可以看出,LED總體綜合指數(shù)及分項(xiàng)達(dá)標(biāo)情況優(yōu)于熒光燈組;4000K組光源未達(dá)標(biāo)數(shù)最少,表現(xiàn)最為突出。
第三,教室照明中應(yīng)避免色溫——照度組合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不考慮色溫,盲目提高教室平均照度,不僅不能改善光環(huán)境,反而會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,影響其健康。
實(shí)驗(yàn)還證明,在色溫相同的情況下,光譜差異對(duì)綜合指數(shù)ε、基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)Ψ均有顯著影響。因此,應(yīng)對(duì)教室光源光譜進(jìn)行改進(jìn)。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn),某些廠(chǎng)家的LED室內(nèi)光源中含有數(shù)量不等的紫外光,還有一些廠(chǎng)家的產(chǎn)品會(huì)明顯地加重受試人的視、腦疲勞。如果不對(duì)LED光譜的安全性進(jìn)行深入的研究,盡快制訂出相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),這樣的產(chǎn)品一旦大量進(jìn)入市場(chǎng),其后果不堪設(shè)想。因此,課題組下一步的工作重點(diǎn)會(huì)在LED健康光譜篩選、LED動(dòng)態(tài)健康照明系統(tǒng)研究等方面更深入地展開(kāi)。