居室照明环境光污染现状及标准研究

孙登峰，侯晓妮，叶善蓉，孙嗣阳，乔 倩，钱杉杉，王顾希

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

居室照明环境光污染现状及标准研究

孙登峰，侯晓妮，叶善蓉，孙嗣阳，乔 倩，钱杉杉，王顾希

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

为更好地控制居室照明环境中光污染，开展室内环境照明质量及光源质量相关标准研究，涉及参数包括照度、照度均匀度、光源颜色、光源频闪、电磁辐射、光辐射生物安全等，同时还研究居室内主要光污染及其存在水平。结果显示：我国居室内照度，尤其是操作照明标准和水平较低，均匀性较差；光源标称色温的相对误差为0.03%～16.48%，显色指数低于80的光源可达55.6%；光源频闪广泛存在；光辐射生物安全与光源的相对色温紧密相关。基于此，对居室内照明环境的照度及其均匀度和光源使用的标准要求提出建议，以期为居室内环境光污染控制标准制定提供参考。

居室；光污染；照明质量；光源质量；标准

0 引 言

随着人工照明技术的普遍化和多样化，光污染成为了继废气、废水、废渣和噪声污染之后的第5种环境污染[1]。由于居住建筑的照明设计和灯具选择通常根据居住者的喜好随意进行，照明质量安全未引起足够的重视，因而室内环境光污染对人的生理和心理产生的负面影响隐蔽性强。目前，城市人口人均每天在室内度过的时间超过15～16h[2-3]，隐蔽的室内光污染还长期地影响着现代居民的健康[4-6]，甚至产生视力下降、白内障、皮肤癌等严重后果。

我国涉及室内照明的主要标准是GB 50034——2013《建筑照明设计标准》[7]和GB/T 5700——2008《照明测量方法》[8]，其分别规定了新建、改建和扩建以及装饰的居住、公共和工业建设的照明设计要求及照明测量方法，对我国公共建筑光照质量提高和绿色节能改善起到了重要的促进作用。但其对居住建筑的指导意义尚未引起足够重视，照明方式与种类、照明光源及其附属装置选择并未严格按照标准执行，具有较大的随意性和偶然性，进而导致室内光污染不确定性增加。其次，随着科学技术的进步以及新型人工光源的推广普及，新技术对室内环境照明质量提出了新的挑战。刘志勇[9]针对我国标准提出了对色温范围、照明标准、亮度范围、照明总均匀度和眩光控制的不同看法。再次，各国照明标准差异显著，李农等[10]研究表明我国室内卧室阅读照度标准是150 lx，美国为300 lx，日本为500 lx，且我国室内照度标准体系尚不完善。

鉴于此，本文拟对国内外室内环境光污染相关限量标准进行研究，通过实际测量或调查研究的方式研究我国居室照明环境的光污染现状，结合我国居室环境中普遍存在的光污染种类及其存在水平，对我国居室照明环境的光污染控制标准提出建议，以期为我国制定居室环境光污染限量标准提供参考。

1 国内外室内环境光污染相关限量标准

1.1 国内外居室照度标准要求

国际照明委员会（CIE）[11]、英国[12]、美国、日本、俄罗斯等[13]都规定了建筑设计的照度要求。我国也于2013年发布实施了GB 50034——2013《建筑照明设计标准》[7]，对居住建筑提出了较为详细的照度要求。这些国内外标准对居室照度的要求如表1所示，可以看出：我国针对居住建筑室内的照度要求较为详尽，不仅对起居室、卧室、餐厅、厨房、卫生间、电梯、走道、楼梯间、车库进行了照度规定，还就照明功能和老年人特殊照明需求进行了照度区分；而CIE、英国等多以室内工作场所的照明设计要求形式对一般照明和操作性照明进行规定，没有我国标准详尽，俄罗斯最为粗放。从照度标准值看，英国与CIE要求基本接近，美国照明标准值普遍较高，欧美发达国家照度值普遍高于我国；日本对一般照明要求较低，对阅读、操作、化妆等功能性照明的照度值要求较高，特别是对卫生间进行了 “一般照明”和“洗脸、化妆”的区分；俄罗斯照度值水平与我国基本一致。综合分析可知，GB 50034——2013对照度按照房间或场所或使用者需求进行详尽要求更符合客观实际，但是有必要提高照度水平，尤其是功能性照明的照度要求。

照度均匀度是规定表面上的最小照度与平均照度之比，如果房间内照度差别太大，会引起视觉不舒适和疲劳感。我国对于居住建筑的照度均匀度并未做明确规定，一方面不利于限制室内眩光，另一方面不利于形成舒适的室内照明环境。CIE规定功能性照明的照度均匀度不应小于0.7（上一版为0.8），邻近周边区域的照度均匀度不应小于0.5[11]，值得我国居室照明参考。

眩光是指对视野内的高亮区域的一种视觉感受，可表现为不舒适眩光或失能眩光。失能眩光基本发生于室外照明，不舒适眩光通常由室内明亮光源或室外光线直射引起，通过遮光限制或其他限制措施可以有效避免室内眩光出现，所以我国标准针对居住建筑仅给出了限制措施并未给出具体的统一眩光值要求。

表1 国内外居室照度标准比较1）

1.2 室内光源质量标准要求

光源是居室内环境光污染的最主要来源，因此国内外标准对照明光源质量进行了一系列标准规定，并在建筑设计中对照明光源的选择进行了重点要求。除前述光源显色指数外，还对光源色温、频闪效应、电磁辐射、光辐射生物安全进行了明确规定。

1.2.1 光源颜色

国内外标准主要从光源的显色性和色温两个方面规定了光源的颜色。光源显色性表示光源对颜色的还原程度，用光源显色指数Ra表示。光源的相关色温被定义为“当光源的色品点不在黑体轨迹上，且光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近时，该黑体的绝对温度”，符号为Tcp，单位为开（K）。GB 50034——2013规定客房、卧室适用相关色温小于3300K的电光源，办公室、教室、阅览室、商场等适用3300～5300K的光源；同时要求长期停留的房间或场所，选用LED光源的色温不宜高于4000K。

各国标准都对光源的显色性进行了规定且较为接近，如表1所示。对起居室、卧室、餐厅、厨房、卫生间等房间，CIE和我国均要求光源显色指数Ra不低于80；我国对于电梯、走道、楼梯间、车库的光源显色指数Ra要求不得低于60，而CIE和英国（未列出）均要求Ra不得低于40，这可能和照明光源技术进步有关。

CIE要求 “灯的制造商应提供方案中要求采用的灯经验证过的Tcp值。灯的Tcp值不应小于设计中规定的数值”。GB 50034——2013明确要求：考虑到室内照明的舒适以及目前发光二极管灯光生物安全的考虑，光源色温不宜高于4000K。

1.2.2 频闪效应

闪烁是指由于亮度或光谱分布随时间波动的光刺激而引起的不稳定的视觉现象[14]。CIE S 008/E——2001要求设计照明系统宜避免闪烁和频闪效应，并指出“采用直流供电或高频灯（约30kHz）或将照明灯具接于多相电源时，能达到避免闪烁和频闪效应的目的”。GB 50034——2013要求：对频闪效应有限制的场合，应采用高频电子镇流器。

1.2.3 电磁辐射

GB/T 31725——2014《照明设备对人体电磁辐射的评价》[15]等同采用国际电工委员会IEC 62493——2009为照明设备周边空间电磁场的测量提出了适当的评价方法、标准化工作条件和测量距离要求，与英国BS EN 62493——2015也基本一致。该标准参照ICNIRP——1998[16]、IEEE C95.1——2005和IEEE C95.6——2002给出的普通公众暴露水平，通过测量和/或计算评价照明设备电磁场及其对人体潜在的影响。 评价包括[17]：1）频率介于 20 kHz～10 MHz之间的感应电流密度；2）照明设备周围频率介于100kHz～300MHz的比吸收率（SAR）。值得注意的是该标准并非用于替代暴露标准中的定义和程序，而是专为符合暴露要求而规定的补充程序。

除了照明设备外，光、地磁场等天然电磁场，彩电、电脑、洗衣机、冰箱等家用电器产生的工频电磁场，移动通信设备、无线Wifi、微波炉等产生的射频电磁场都是室内环境中电磁场的重要来源。我国国家环境保护部、国家卫生和计划生育委员会等针对环境中的电磁辐射制定了十分严格的电磁辐射环境保护管理办法。鉴于电磁辐射来源多样性和分布不均性，在考虑室内环境中电磁辐射限量时，建议根据暴露要求将各种来源电磁辐射予以总量限定。

1.2.4 光辐射生物安全性

近年来，光辐射的生物安全性[18-20]受到高度关注，国际照明委员会（CIE）[21]、国际电工委员会（IEC）[22]、欧洲（EN）[23]、美国国家标准组织（ANSI）[24]和我国[25]均制定了光辐射生物安全标准。上述标准主要从皮肤和眼睛光化学紫外危害、眼睛的近紫外危害、视网膜蓝光危害、视网膜蓝光小光源危害、视网膜热危害、视网膜微弱视觉刺激热危害、眼睛的红外辐射危害、皮肤热危害共8各方面制定了曝辐限值；但在波长测量范围、波长采样间隔、危害的评估限值、危害加权函数等方面略有差异[26]。我国灯和灯系统的光生物学安全性曝辐限值如表2和表3所示。

目前，仅美国ANSI/IESNA RP-27.1标准规定了无晶状体人眼危害。我国制定的GB/T 20145——2008等同采用CIE S 009/E，没有对无晶状体人眼危害进行曝辐限值规定。此外，在危害评价时，ANSI/IESNA标准的采样间隔要求基本为1 nm，而我国标准及其他标准通常是5nm。

2 我国居室内主要光污染及其存在水平

为了解我国居室主要的光污染及其存在水平，通过实际测量或调查研究的方式进行研究，包括照度及照度均匀度，光源的颜色、频闪和生物安全性。

2.1 居室环境照度及照度均匀度现状

室内环境照度及照度均匀度报道较少，表4对查阅到的相关数据进行了整理，可以看出：刘炜、张玉兰等[27-28]报道了住宅室内照明光环境，而其他报道多为工作场所照明光环境，如办公场所[29]、医院阅片室[30]、高校图书馆[31]、高校体育馆[32]等。

表2 灯和灯系统光辐射对皮肤表面与角膜的曝辐限值（辐照度基值）

表3 灯和灯系统光辐射对视网膜的曝辐限值（辐亮度基值）

表4显示：上海地区办公室照明的平均照度（337lx）最高，其余工作场所照明的平均照度均比居室照明高，在126 lx以上。北京、上海、重庆居室环境照明的平均照度分别为116，116，111lx，基本满足GB 50034——2013的要求。但相对起居室、卧室的阅读写作，餐厅，厨房操作台面等的照度要求，上述照度平均值难以达到要求。

随机选取成都市22户住户进行了不同功能房间光照度测量分析，结果[33]表明：就照度水平而言，被测居室、卧室、老年人卧室、餐厅、厨房、卫生间的平均照度值能够达到国家标准要求的房间数量占被测同类型房间数量的比例不超过20%，低于标准值要求一半的房间占比为25%～91.7%；尽管我国国家标准对成人卧室和老年人卧室的照度有不同的设计要求，但在实际的居室照明环境中成人卧室和老年人卧室照度总体水平相当。

目前居室内照度均匀度很少报道，22户住户不同功能房间测量结果显示：照度均匀度不低于0.7的房间数量占该类型房间数量6.7%～42.9%。

2.2 光源颜色现状

作者从市场上随机选取标称功率在4～13 W、标称色温在2 700～6 500 K的LED灯和荧光灯共计36 支进行了相关色温（Tcp）和显色指数（Ra）测量，表5列出了各光源的相关色温。19支知名品牌光源实测相对色温与标称相对色温的相对误差为0.20%～8.27%，17支国产品牌光源实测相对色温与标称相对色温的相对误差为0.03%～16.48%。个别国产光源的标称相对色温与实测相对色温相差较大，可达1071K。城市居民在选择居室光源时主要以功率为依据，冷、暖色温均会选择。表5中光源系从市民选择照明光源市场随机获得，虽不能代表市民选用照明光源的真实情况，但可以在一定程度上反映出居室内光源色温的不达标程度。

表4 国内部分地区的室内照明光环境质量

表5 各光源的相关色温（Tcp）1）

对上述36支灯显色性测试的结果显示[34]：显色指数Ra符合国家标准要求（即Ra≥80）的光源数量仅占所测光源的44.4%。刘炜等[27-28]报道实测结果如表4所示：北京、重庆被调研光源显色指数不小于80的占80%；上海仅为55.6%。

2.3 光源频闪现状

曾丽梅等[35]研究了常用电光源频闪特性，结果表明：高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯波动深度为70%～90%；使用配电感镇流器的双端荧光灯波动深度为56%～75%；白炽灯以及使用电子镇流器的单、双端荧光灯的波动深度为20%～50%；电子节能灯的波动深度为10%～30%；无极荧光灯和直流LED灯的波动深度不大于5%。因此，即使采用直流供电或高频灯（约30kHz）也并非没有频闪存在。

2.4 光辐射生物安全

顾芳波等[18]模拟室内实际照明环境，研究了标称功率为1～18W 7种规格的21个LED射灯样品在室内照明环境下的光生物安全性，共有16个灯样品会对视网膜造成不同程度的损伤。其研究表明：在一般室内照明环境下，LED射灯的蓝光危害值、辐照度值与实际功率呈线性，当实测功率超过3W时就会对视网膜造成不同程度损伤。值得注意的是，该研究所选择样品的相对色温均在6634～8540K范围内，相对色温均远高于居室内用LED的相关色温要求（Tcp≤4000K）。

侯晓妮等[34]对前述标称功率为4～13W的36支灯进行了光生物安全测试与分析，结果表明：具有I类危害的灯仅3支，II类危害的灯仅1支，且均属于国产普通品牌；它们的标称色温均为6 500 K，实测色温分别为 6493，6527，6604，7571K。 进一步分析表明：色温高的室内用灯蓝色比往往也更高，室内用灯色温在6500K及以上时出现蓝光危害的可能性更高。因此，本文认为：居室用灯的蓝光危害主要与高的相关色温有关，而非取决于实测功率，也并非广泛存在。

3 对我国居室环境光污染控制标准的建议

3.1 照度及照度均匀性控制标准

比较国内外居室内照明环境的照度及照度均匀度标准，结合我国室内照明的实际情况，本文认为，我国居室内照度水平偏低，需要适当提高，具体为：卧室一般活动照明提高至100lx（老人卧室为200lx），床头、阅读照明提高至 200 lx（老人：300～500 lx）；餐厅和厨房操作台面提高至200lx；卫生间分为一般照明和洗脸化妆，一般照明为100 lx，洗脸、化妆为200lx；走道、楼梯间、车库提高至75lx，其余房间的照度标准不变。所有房间的显色指数要求不调整。

居室内照明环境的照度均匀度不应小于0.7，电梯前厅、走道、楼梯间、车库等区域的照度均匀度不应小于0.5。

3.2 居室内光源使用要求

居室内使用的光源除了满足产品标准及建筑照明设计标准的相关要求外，还应满足以下要求：1）光源颜色要求：相对色温不超过5 300 K，显色指数Ra不小于80；2）频闪深度越小越好，最高不得超过5%；3）灯和灯系统的光生物学安全性满足GB/T 20145——2008无危害要求。此外，应尽快针对室内环境电磁辐射安全性进行研究并制定相应限值要求。

4 结束语

通过国内外居室环境相关照明质量标准及室内用光源质量标准的比较研究，居室环境照度、照度均匀度和光源的颜色、频闪效应、光生物安全性的光污染现状研究，认为我国居室内照度水平偏低，需要适当提高，卫生间宜分为一般照明和洗脸化妆照明分别要求；同时指出居室用灯的蓝光危害主要与高的相关色温有关，而非取决于实测功率，也并非广泛存在。基于上述研究，本文建议了我国居室环境光污染控制标准，对居室环境照度及照度均匀性，居室内光源颜色、频闪深度、光生物安全性提出了明确要求，以期为相关研究者和我国居室环境光污染限量标准制定提供有益参考。

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（编辑：李刚）

Study on the current situation and standards about light pollutions in houses

SUN Dengfeng， HOU Xiaoni， YE Shanrong， SUN Siyang， QIAO Qian， QIAN Shanshan， WANG Guxi
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

In order to reduce light pollutions in houses in a more effective way，standards relating quality of lighting and light quality in house was reviewed， including illuminance， uniformity of illuminance， light color， light flickering， electromagnetic radiation， photobiological safety， etc.，and the primary light pollutions in houses and existing levels were also studied.The study results show that the level of illuminance in house of our country，especially that operation lighting standard and level are relatively lower，even the uniformity is also low.The relative error of nominal color temperature of the light is 0.03%-16.48%，and for the light with CRI(color rendering index)less than 80， it is more than 55.6%； Light flickering widely exists， and the photobiological safety is more dependent on the relative color temperature of the light.Based on the above，the illuminance standards on illuminance and illuminance uniformity and light are recommended，so as to provide reference for the preparation of environmental light pollutions in houses.

house； light pollution； lighting quality； light quality； standard

A

：1674-5124（2017）07-0010-06

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.002

2017-04-15；

：2017-05-08

四川省科技支撑计划项目（2015FZ0094）

孙登峰（1979-），男，重庆市人，副研究员，硕士，主要从事室内环境质量标准与检测技术研究。