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淺論讀寫作業臺燈照明質量

前言

       隨著生活水平的提高,人們對讀寫作業臺燈的照明質量越來越重視。部分生產商與商家也適時地為讀寫作業臺燈打起了“護眼”牌,其渲染點所謂五花八門,讓人眼花繚亂,許多家長甚至不惜花費比普通臺燈高出好幾倍的價錢去購買“護眼讀寫作業臺燈”,但有的臺燈并不像商家宣傳那樣能起到保護視力與緩解眼睛疲勞的作用。[1]國家質量監督檢驗檢疫總局(General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China,AQSIQ)在2015年11月7日公開發出“護眼”臺燈產品質量的安全風險警示,產品質量監督司組織開展了“護眼”臺燈產品質量安全風險監測,從市場上采集包裝或說明書上標注有“護眼”或“無頻閃”字樣的臺燈32批次,委托國家燈具質量監督檢驗中心(上海)對燈的閃爍、照度及照度均勻度等項目進行專項檢測,檢測結果不合格率為93.8 %,其中閃爍的波動深度超過標準要求低風險限值的占總批次的25 %,照度過低或照度均勻度超過限值占總批次的87.5 %。本次監測同時采集了28批次普通臺燈進行比對檢測的不合格率為78.6 %,其中閃爍超過了低風險限值要求的占總批次的39.2 %,照度過低或照度均勻度超過限值占總批次的75 %。結果表明,所謂“護眼”臺燈并不一定比普通臺燈更護眼。[2]

 

 

1  讀寫作業臺燈質量基準

1.1 光生物安全

       藍光波長在450 nm時與人體的司辰視覺相關,具有使人分泌褪黑激素(melatonin)抑制劑的能力,褪黑激素一旦減少會使人興奮甚至失眠,進而影響人的免疫機制,人們更容易受視覺的危害,視網膜黃斑區的所有疾病退化后都不可能再生。針對藍光對人的自然生理司辰節律的影響,如圖1所示藍光光譜能量在460 nm區域時,正好和晝夜節律曲線波形相吻合,所以需要限制光譜在500 nm以下的藍光能量,以減少藍光對人的自然生理司辰節律的影響。


       國際電工委員會(International Electrotechnical Commission, IEC)發布的國際標準IEC/TR 62778-2014《評估光源和燈具藍光危害時IEC 62471標準的應用》,是針對燈及燈具對視網膜的藍光危害(blue light hazard)進行評估的方法。查閱我國現行照明標準,燈及燈具的光生物危害需符合國家標準GB 7000.1-2015《燈具 第1部分:一般要求與試驗》第4.24條的相應要求,在200 mm處按IEC/TR 62778的評估超過RG1的可移動式燈具,按照該標準的3.2.23的規定將分類為具有一個閾值照度Ethr的可移動式燈具應在燈具上進行標記及說明。正在修訂的國家標準GB/T 9473中明確要求使用LED的讀寫作業臺燈藍光危害等級不應超過RG0。


1.2 電磁輻射

       基于對人體組織或部位對相關頻率電磁輻射的敏感度研究成果,許多國家及團體都發布了電磁輻射防護標準對電磁輻射進行管理,IEC發布了IEC 62493-2009《照明設備對人體電磁輻射的評價》國際標準,明確了對燈具周圍空間電磁場的測量及評估方法。我國于2014年發布了等同采用IEC標準的GB/T 31275-2014國家標準,為我國照明產品對人體電磁輻射的評價指標及方法提供了依據,正在修訂的國家標準GB/T 9473也明確了讀寫作業臺燈對電磁輻射的要求。

 

1.3 閃爍

       要理解照明光的閃爍(evasive)就得了解其工作原理,通常采用電子鎮流器的熒光燈或電子控制裝置的LED燈都是在高頻電流下工作,以達到人視覺不能感知的頻閃,其頻率通常在20 kHz之上,相對于工作頻率在50 Hz以下工作而言,人眼較難察覺其高頻的閃爍,但頻閃仍然存在,只是高頻工作時的頻率要比使用工頻工作時的頻率高很多。在閃爍的照明下物體會出現離散而不是連續,此效應被稱之為頻閃效應,其級別取決于閃爍的速度及幅度,還與物體運動時的速率和觀察狀態有關。作為普通消費者可以借助手機的攝像功能,將鏡頭對準光源近距離觀察,根據手機屏的條紋滾動或明暗變化來判斷閃爍的狀況。


(1)北美照明工程協會( Illuminating Engineering Society of North America,IESNA)技術文獻對閃爍進行了詳細詮釋,凡是在交流電壓下工作的光源都會產生閃爍,其程度是可被觀測到的,這取決于交流電流頻率下光源產生的光持續性與觀察條件,閃爍對觀察范圍內的移動物體作用十分顯著。閃爍指數被公認為是在給定功率頻率下源的輸出循環變化的可靠相對值,閃爍指數須考慮到光輸出的波形與幅度,此值由1個單個曲線的光輸出平均值線以上面積除以光輸出曲線以下的所有面積來計算。如圖2所示A值越高,則表明可察覺的頻閃效應與燈閃爍的可能性在增加。

 

(2)電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)發布的技術規范IEEE Std 1789-2015《IEEE為減輕觀察者的健康風險高亮度LED的調制電流的推薦措施》將閃爍分為不可被察覺到的影響水平和超低風險區域,照明閃爍會產生以下潛在的不利影響:

- 光敏性的癲癇或閃爍光誘導的癲癇發作;

-頻閃效應和相關的旋轉機械明顯降速或停止的現象;

-偏頭痛或嚴重的頭痛常伴惡心、視覺紊亂;

- 在自閉癥人中增加反復行為;

-視力衰弱包括:眼過勞、疲倦、視力模糊,以及傳統的頭痛和在與視覺相關的作業上能力下降。[3]


       低風險和不可被察覺到的影響水平區域的閃爍頻率及波動深度函數的關系見圖3及波動深度限值要求見表1,閃爍百分比數也被稱之為峰-峰值對比、邁克爾遜對比或波動深度,閃爍百分比數=100(最大-最小)/(最大+最小)=100(A- B)/(A+B),波動深度為光輸出的最大值與最小值的差異占光輸出最大值與最小值之和的比例。



(3)查閱我國針對閃爍的現行標準,在國家標準GB/T 26692-2011《管形熒光燈用無頻閃電子鎮流器 性能要求》中對頻閃進行了定義及要求,規定電子鎮流器與額定規格的燈管配套工作時,在每個連續半周內,電源電壓通過零相后的同一時間,燈電流的包跡波形的差異須不超過4%;對單獨的高頻波峰系數,峰值與有效值的最大比值不超過1.7;當電源頻率下發生高頻調制時,對已調制的包跡線,電子鎮流器輸出給燈電流的頻率應在40 kHz~50 kHz的范圍之內,燈電流包跡波峰值和谷底值之比不大于1.15。[4]正在修訂的國家標準GB/T 9473對采用鎢絲燈、管形熒光燈或LED作為光源的臺燈進行了閃爍的波動深度定義及要求,并在資料性附錄A中對閃爍進行了詳細的說明。中國質量認證中心(China Quality Certification Centre,CQC) 發布的技術規范CQC 1601-2013《視覺作業臺燈認證技術規范》規定了臺燈在額定工作電壓下工作時,光輸出波形的波動深度符合表2要求。

 


1.4 噪聲

       根據國家標準GB/T 9473-2008《讀寫作業臺燈性能要求》規定,裝有控制裝置的臺燈工作時產生的噪聲(noise)應小于35 dB(A),在該標準修訂版本中已修訂為25 dB(A)。試驗環境與方法應符合國家標準GB/T 6882《聲學聲壓法測定噪聲源聲功率級消聲室和半消聲室精密法》的規定,將處于工作狀態的臺燈放在厚度小于15 mm的層壓木質板上,在離燈底座中心軸的上前方45 ℃斜線100 mm處測量噪聲,當燈罩附近安裝控制裝置等噪聲源時,應在離燈罩前方下緣中心100 mm水平距離處測定。對具有調光、調色或組合功能的燈具,規定了在最大、最小和中間值三個狀態或九種組合條件下進行試驗,確保燈具的噪聲滿足標準要求。[5]


1.5 光度學指標

       采用LED點光源并用于讀書、寫字及電腦操作的讀寫作業臺燈,其照明質量指標評價的標準還不是很完善,特別是針對處于成長期的兒童和青少年來講,更需要在基于傳統照明的基礎要求上,通過專業研究與科學理論相結合論證,根據不同年齡段來設置指標要求更為合理。


(1)遮光角:在視野內由于大于眼睛可適應的照明而引起的煩惱、不適或喪失視覺表現的感覺為眩光(dazzle),是評價燈照明質量的重要指標之一。國家標準GB/T 9473-2008的5.8.1條明確了遮光性的要求,如圖4表明眼睛距讀寫桌面的高度400 mm,離光源中心水平距離600 mm處向燈看去,應看不到反光罩的內壁及亮度在2000 cd/㎡以上的透光結構。在該標準的修訂版本中明確定義當人處于坐姿的位置時,燈具應具有遮光性以避免對人眼產生眩光。   


(2)照度及其均勻度:試驗表明,當人眼從暗處走向亮處時會覺得刺眼,瞳孔會迅速縮小減少射入光線,以適應亮的環境。讀書、寫字及電腦操作的桌面上的照明應是均勻的,能避免明顯的亮暗不均,而且照明區域應覆蓋視覺作業所涉及的面積,否則眼睛視線范圍內照明不均會引起眼睛不停地調節瞳孔大小而引起視覺疲勞?,F行國家標準GB/T 9473對讀寫作業臺燈的照度與照度均勻度設定為2個等級,照度試驗如圖5所示,以讀寫作業臺燈出光面的幾何中心垂直投影點為圓心,在位于人眼正前方接近眼睛一側的投射范圍內,離圓心半徑的距離范圍內的照度與其均勻度分級要求如下表,以保證一定的照度與照度均勻度來緩解使用者視覺上的疲勞。[7]


(3)燈罩邊發光亮度:當讀寫作業臺燈在正常使用位置的出光面高度低于750 mm時,特別是采用坐姿從任何正常使用的位置上,上射光線燈罩側面的透光面積應該大于10 cm2,透光面的亮度應在510 cd/m2-

170 cd/m2之間,還應有總光通量50 %以上的上射光通量。當上射光通量為195.6 lm時,下射光通量應為97.8×2=195.6 lm,讀寫作業臺燈總光通量應為97.8×4=391.2 lm。[8]


2 讀寫作業臺燈照明質量相關點

2.1 燈具位置調配

       讀寫作業時應注意將臺燈不放在人的正前方位置,從而避免在紙面產生反射眩光,放置時也應避開手的陰影對寫作的影響。如圖6所示當出光面高度為40 cm時視覺環境較暗讓人感覺不舒服,當出光面高度為60 cm時讓人視覺舒服的對比效果。結果表明,讀寫作業臺燈的出光面高度應大于50 cm,才能得到較為明亮的光環境,如果在桌子前面或者側面使用直接照明,增加如壁燈或天花燈等低亮度的間接照明能調節出更舒適的讀寫環境。


2.2環境因素

       讀寫作業臺燈放置的桌面要與閱讀資料的顏色盡量接近,采用反射比在30 %-70 %之間的淡色且沒有光澤的作業面。如圖7所示作業背景的亮度比取決于作業面與背景工作面之間的亮度差比,中等亮色調的亞光作業面可提供柔軟且舒適的背景。深色調的黑色工作面,紙的作業面和工作表面的背景間如果形成十分強烈的亮度比,長期紙面作業會使人容易產生視覺疲勞。另外,應有相當量的上射光線來照明四周的環境避免亮暗反差太大,形成亮暗的平緩過渡有利視覺舒適性。有光澤的工作桌面會將讀寫作業臺燈、墻燈和天花燈的亮度反射,產生光幕反射眩光會使人分心、產生討厭或易于疲勞。


2.3光色調節

       除了讀寫桌面的直接照明以外,還要有環境光的協調??春诎子∷⑵窇M量使用4000 K以下相關色溫的照明光讓人心情放松、具有舒適的感觀和低銳度的書面效果,使眼部肌肉不過分地調節及產生疲勞,也能讓視錐細胞的損傷減小??瓷术r艷的彩色印刷品時,眼睛會精密細調,如無環境光的調節則瞳孔會全開,視錐細胞感光度最大將造成細胞的燒傷。但過低的色溫也會導致作業率下降及不適合學習??紤]到人們在使用讀寫臺燈時的距離較近,視覺的健康與腦力負荷的協調性,還要考慮光環境及燈光對視覺感官刺激系數,利用LED光源是目前光源中最適合調光控制的優勢,將讀寫作業臺燈增加調光功能,讓使用者根據讀寫場所需求進行光色的調節。[9]

 

3  遠景與展望

       2015年9月,國家衛計委全面啟動關于《健康中國建設規劃(2016-2020年)》的編制工作,意味著國民健康問題將得到更多的關注。國務院2013年發布的《關于促進健康服務業發展的若干意見》已勾畫出健康服務業未來幾年的發展藍圖,并提出到2020年健康服務業總體規模達到8 萬億元以上,基本建立覆蓋全生命周期、內涵豐富、結構合理的健康服務業體系,而健康服務業中最為重點則是國民的視覺健康,我國近視率居世界之首,北京大學中國健康發展研究中心教授李玲發布的《國民健康視覺報告》中保守估計,2012年各類視力缺陷導致的社會經濟成本高達5600 億元占GDP比例高達1.1 %。視力健康不僅與人們日常生活息息相關,更直接影響到人們學習與工作效率,如何有效防控學生近視發生的趨勢已成為社會關注的熱點,相關國家標準在逐步完善中,使制造商對讀寫作業臺燈的質量控制有據可依,并促進產品的質量有效提高。優質讀寫作業臺燈的普及將有益于保護人們的視覺健康,減少近視、高度近視及病理性近視帶來的并發癥,有利于減緩近視而提升國民體質。

 

4  結語

       在倡導綠色照明的大環境中,我們的生產能力再強,由于缺乏基礎理論研究方面的成果,也就無法成為標準的制定者,只能是不能成為領導者的跟隨者。近視的形成與用眼不當有著直接的關系,用眼過度也是近視的直接導火索,并與遺傳與營養等因素也存在因果關系。防治近視最直接的辦法有很多,在日常工作和學習中養成良好用眼的習慣,正確的書寫姿勢和避免長時間用眼過度,并注意用眼衛生及選用符合標準要求的讀寫作業臺燈,關注讀寫作業照明與環境照明的協調而營造舒適的照明氛圍,從而改善照明質量及保護人們的眼睛。 

 

參考文獻:

[1]劉磊,楊樾,陳超中. “護眼”臺燈產品質量安全風險分析[J]. 質量與認證,2015(12):82-83.

[2]張尚姝. 護眼燈不一定比普通臺燈更護眼[N]. 消費日報,2015-12-07A02.

[3]IEEE Std 1789-2015 IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers

[4] 全國照明電器標準化技術委員會.GB/T 26692-2011管形熒光燈用無頻閃電子鎮流器 性能要求[S].

[5]全國照明電器標準化技術委員會.GB/T 9473-2008 讀寫作業臺燈性能要求[S].

[6]袁巧霞.LED臺燈的設計與研究[D].華南理工大學,2014.

[7]胡蘇軍. 讀寫作業臺燈“護眼”性能檢測及風險評估[J]. 中國照明電器,2015(6):24-27.

[8]成鳳敏. 智能LED臺燈的設計與實現[J]. 唐山學院學報,2015(3):34-35+67.

[9]陳超中,於立成,施曉紅,楊樾,王曄,陸世鳴. 視覺作業臺燈技術要求研究[J]. 中國照明電器,2014(1):29-35.


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