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教育照明领域亟需加强研究——访中国照明学会秘书长华树明先生

发布日期:2021-07-22浏览人数:157

  近年来,近视防控和健康照明是教育行业关注的热点。近日,《中国教育装备行业协会通讯》“行业论坛”栏目对中国照明学会秘书长华树明先生进行了专访,请他谈一谈照明技术的发展及其在教育领域的应用等问题。

  采访者(以下简称“问”):您是照明行业的资深专家,请介绍一下您的科研经历。

  华树明(以下简称“答”):我参加工作以来一直从事照明行业的相关工作,起初是从事发光材料的研究、光学设备的研制和开发。20世纪80年代,为提高三基色节能灯质量,我研发了光谱法测试节能灯光通量系统。1986年1月,我带领团队研发的灯用稀土三基色荧光粉配粉系统获科技进步奖三等奖。20世纪90年代,我们在国内首创了紫外光源全光通量测试系统,填补了我国长期以来缺少对用途广泛的紫外光源进行客观物理评价的手段的空白。随后我们研制的LAS-I自动光谱辐射仪,是我国照明行业第一台向发达国家出口的光学仪器。20世纪90年代,我们开发的光学仪器和照明技术设备出口到日本、美国和欧洲发达国家。到本世纪,我们的照明仪器技术和实验室能力获得了国际先进实验室的认同,在全世界为多个国家提供实验室技术服务,并帮助瑞典建立了国家照明实验室。

  随着国家对照明节能技术越来越重视,我主要在照明节能方面开展研究工作,主持了一系列国家高效照明节能的标准、评价方法、技术规范和产业政策的制定工作。LED照明技术发展以来,我首次提出对LED照明灯泡按照光通量来进行规格分类,起草制定的《普通照明用非定向自镇流LED灯规格分类》标准被国际电工委员会(IEC)采纳。随着我国节能照明领域工作的突出成果获得联合国的关注与肯定,我们团队获得了国际照明领域的关注和好评,2007年获得澳大利亚政府颁发的节能奖励。我们与欧美多个国家建立了合作关系,提供节能照明技术服务,并在联合国环境署的有关项目中作为唯一的第三方专家提供照明技术支持。2012年,我们与联合国环境署合作,在北京创建了全球高效照明技术合作中心,面向全球开展照明技术研究和提供技术服务。作为中心创始人,我主持了一系列联合国主导的国际项目,例如为瑞典能源局设计、建立瑞典国家照明实验室项目,全球节能照明质量抽查项目,全球照明实验室能力验证项目,东南亚地区照明技术能力建设项目,为埃及电力部提供高效照明设计培训项目,为沙特阿拉伯提供路灯改造合同能源管理模式咨询项目,为越南政府提供高效照明市场转型技术支持项目等。这些工作不仅把我国的先进照明技术推广到全世界,而且把我国的节能理念带给世界各国。

  问:请您介绍一下照明技术发展的历史脉络。

  答:说到照明技术,我个人认为应该分两个方向来讲,一个是光的产生(照明产品制造),另一个是光的应用(主要是照明设计和应用)。

  光的产生,或者说人工照明的发展,起源可以追溯到100多年前爱迪生发明的钨丝灯。后来有了荧光灯,采用的是气体放电技术,这个时期开始有了节能的概念。到本世纪LED发光技术开始应用于照明领域,这一技术的出现和使用让照明领域变得更为节能。回顾产生光的技术发展历程,可以说,近几十年从热辐射光源(钨丝灯)、气体放电光源(荧光灯)到半导体光源(LED灯),发展速度是相当快的。

  与光产生技术(照明产品)的快速发展不同,光的应用技术必须依赖照明产品的发展进步。光的应用的基础研究成果,例如光度学、色度学等全部来源于20世纪30年代。

  工业化之前,人类想要在夜晚点亮生活,主要方式是点燃薪柴发光,那个年代实现夜晚照明所需的代价远高于我们的想象。诺贝尔经济学奖获得者威廉·诺德豪斯(William D. Nordhaus)做过实验,发现在古代,如果用薪柴作为光照的能源,所需要的综合成本可以占到一个人当时每日经济成本的1/3左右。到了爱迪生时代,照明的成本有了大幅度下降,但和如今相比,成本还是很高。现在,随着产生光技术的进步,照明所需成本在生活成本中的占比已经非常低了。所以,过去照明的重点是“识别”,强调在尽量低成本的情况下,在夜晚可以分辨清楚物体,避免危险;到了现在,照明除了满足最基本的视觉需求以外,应该更进一步,强调照明的“健康”已是时代所需。

  问:请您谈一下我国照明行业发展现状。您认为照明行业的发展趋势是什么?

  答:从光的产生方面讲,我国已经达到国际先进水平,但还未到国际顶尖水平,例如LED芯片的制造,最尖端的技术还在欧美国家手中。从产量、品种覆盖面和品质来说,我国是有很大优势的,不足之处主要体现在尖端科研水平上。

  光的应用技术方面,20世纪30年代的基础研究成果全部来自欧美国家,我国几乎没有参与。后期我国对光的应用技术的研究也比较少,主要集中在照明效果方面。

  谈到照明行业未来的发展,我认为,尽管LED照明技术还没有发展成熟,但未来发展的重点一定在光的应用技术上面,或者更具体地说,在照明设计或者照明健康领域。

  以光对人类健康的利弊这一问题为例,我们的研究还很不够,例如对“蓝光危害”问题的认知就存在很大的偏差和误区。前段时间,教室照明的“蓝光危害”问题一度上了热搜,大家提到蓝光即想到危害。但我们知道,太阳光里就有大量的蓝光,却从来没有人提过太阳光的“蓝光危害”。因此,“蓝光危害”不是“0”和“1”的问题,而是度的问题。如果蓝光是绝对有害的,很简单,我们禁止使用就好了,但我们并没有这样做。那么,如何解决蓝光使用度的问题?教室中会产生蓝光的有两个装备——照明灯具和电子白板。照明灯具发出的光线经反射后进入人眼,人眼不会长期直视灯具,其曝光剂量远未达到对视网膜产生危害的程度,“蓝光危害”问题在这里并不突出。而另一个装备电子白板所带来的“蓝光危害”却被忽视了。一天内使用电子白板多长时间,其蓝光曝光量对学生会产生危害?多长时间是安全的?在什么时间段曝光会加剧蓝光的影响?对不同年龄段的孩子影响是一样的吗?这些问题目前没有定论。我们正在联合一些业内专家,研究教室内LED屏幕的每日用量与学生健康的关系。

  问:我国儿童青少年的视力健康形势严峻,国家对儿童青少年的近视防控非常重视,尤其是2018年8月教育部等八部门联合发布了《综合防控儿童青少年近视实施方案》。请问相关国家政策的出台,对照明企业尤其是涉足教育照明领域的企业来说有何影响。

  答:八部门文件出台后,对于照明行业的影响是巨大的,大家都立刻行动起来开展相关工作。我个人认为这个文件会在相当长的时间内引导行业的发展。健康照明目前还处在起步阶段,LED照明技术也才发展了十多年,还有继续发展的空间,远远没有到达技术的成熟稳定期。目前看来,教育照明是健康照明的重点领域,至少在五到十年内,有大量的工作可做,例如通过设立相关课题开展基础研究、研制相关标准、推广领先技术、建立试点示范项目等等。

  儿童青少年近视的问题,本质上是最近几十年人类的生活方式发生巨大变化所导致的。人眼的生理结构、特性与功能是几万、几十万年进化来的,无法适应近几十年生活、工作环境的快速转变。现代社会中不论是学生还是成人,主要的生活环境都从以前的室外阳光下转移到了室内。学生的学习时间和30年前相比增长了很多,户外活动的时间减少了很多。现代建筑室内照明环境的设计更多是从经济和节能的角度来考虑,其设计要求远低于视觉满意度的需求,更没有考虑光对人的生物效应和情绪的影响。我们将室内外的光照强度对比一下就会发现差别是巨大的:室外阳光充足的情况下,照度是100 000lux左右,即使是阴天,照度也在3000lux以上。而目前我国相关标准中对学生课桌桌面的照度标准要求仅为300—500lux,与户外光照度相比,光环境的差别是巨大的。在这么大的差距下怎样保证学生的健康,是教育照明领域下一步需要研究的重点。国产的品牌照明产品肯定能实现更高的标准要求,比如说让教室桌面照度达到1000Lux,但是从经济成本的角度考虑,学校依然会选择满足国家标准要求即可。因此,标准问题的研究也是一个重点方向。目前300—500Lux这个照明标准是针对健康成年人设计的,国内还没有针对儿童青少年的照明标准。针对成年人的这个标准是否适合孩子,就需要重点研究,需要搞清楚什么样的照度、什么样的光色更适合儿童青少年的健康。同时,从综合经济学的角度考虑,如果将优质照明光环境对提升孩子的注意力、减少抑郁情绪、提升学习兴趣、提高成绩等方面所带来的效果考虑进去,这些用于提升照明质量的成本就显得微不足道了。

  问:光技术有很多照明之外的应用,例如由于新冠肺炎疫情而被重视的紫外线消杀等,这些应用在教育领域的发展前景如何?

  答:紫外线辐射属于非视觉照明应用。对于紫外灯杀菌在学校等场所的使用,我个人的观点是有变化的。一开始我对紫外杀菌应用在学校持怀疑态度。紫外灯的第一个国家标准是我起草的,我很清楚紫外灯使用不当是很危险的,如果操作不当很容易对孩子造成伤害。后来我想到,孩子们周围其实是充满各种危险的,通过教育和制定产品标准来规避危险,是我们应该做的,不能因噎废食。因此,中国照明学会去年发布了《教室用紫外线杀菌(消毒)装置》标准。该标准对制造商提出了新的要求,要求在产品制造、安装过程中增加防护措施,保证使用者的安全,即使在使用中发生了意外情况,也不能对学生造成伤害。此外,产品的“傻瓜化”使用是产品制造企业需要努力的方向。

  除了紫外线的杀菌作用,适量的紫外辐射对健康也是很重要的。我们都知道,晒太阳对人的健康是有益处的,太阳辐射中就含有紫外线。有统计表明,缺乏光照容易引发人的负面情绪,严重的会导致抑郁。光照条件好的地区的人,性格明显比光照条件不好的地区的人开朗一些。因此,创造健康的教室照明条件,在校园心理健康领域会有广阔的发展前景。

  来源:秘书处