关于大幅提高室内照明亮度的设想
虎哥 2020-10-3原创 科创茶话医学

1、背景知识

目前,关于强光能够抑制近视的进展已在学术界基本取得共识。相关研究主要提示短波强光照对近视具有明显的“预防”作用,并在流行病调查和动物实验中得到较多支持。争议主要是阳光中的紫外线对近视发展的作用。

文献1是关于这一问题最早的研究报告之一,从那时起,户外活动与近视的关系开始成为研究热点,并取得了较为一致的结论。

attachment icon 户外活动与父母近视情况与近视的关系.pdf 1.17MB PDF 39次下载 预览

文献2的开头部分对这些研究进行了综述,列举了大量重要的参考文献,感兴趣的读者可以自己找来看看,我就不一一说明了。该研究通过动物实验和临床研究验证了短波(紫光)对近视的抑制作用。

attachment icon 紫光对近视的预防作用.pdf 1.45MB PDF 32次下载 预览

文献3通过标志物回顾性的研究了一批中老年人的近视与紫外暴露的关系,认为紫外暴露对近视有保护作用。文章的逻辑似乎不严密。

attachment icon 通过标志物研究户外活动与近视的关系.pdf 153.61KB PDF 14次下载 预览

文献4是会议摘要,日本研究者进行了大规模随访研究,认为紫外暴露可能加快近视的进展,和文献3得出的结论相反。

[4] https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2745355 

不过文献中少有对光照强度的定量研究,并且习惯以功率通量密度来表达光强。我比较懒,没有把它们换算为照度(很麻烦,与光谱有关)。不过,我们知道通常晴天户外的照度在100000Lx水平(你没看错,就是5个零),阴天一般也有5000Lx以上,除非“阴云密布”。

2、现状

了解以上背景以后,再看看国家标准关于中小学教室的照度规定:

中小学教室采光和照明卫生标准GB7793-2010

中小学校普通教室照明设计安装卫生要求GB∕T 36876-2018

建筑照明设计标准GB50034-2013

均规定课桌表面照度为300Lx

1.png

建筑采光设计标准GB 50033-2013规定教室自然采光的标准为450Lx。

毫无疑问,这些亮度值都只能用“昏暗”形容。而在这些标准中,普遍认为色温不宜超过5700k,而标准制定时已经披露的学术研究并不支持这种说法。

3、讨论

过去我的老师总是说,不要在强光下看书,对眼睛有害。我不知道这些老师们哪来的自信,敢向学生灌输这种自己都不知道从哪里道听途说的东西。但是现在时代不同了,资讯高度发达,大家可以根据多方面的知识和观点,经过分析综合而得到更符合逻辑的认识。

到底多强的光是人类阅读的上限呢?我们首先要尊重自己的进化史,比如晒晒太阳并不会把眼睛晒坏,否则人类几百万年前就灭绝了。有些家长以保护眼睛为由,一出太阳就给小孩打伞,显然违背自然规律。

但是在阳光直射下看书可能会对眼睛造成损伤,因为纸张对光线的反射率高于土地、花草、树木,超出了人类进化过程中遇到的常态。某些纸张对紫外的反射率也较高,可能加重伤害。大家熟悉的“雪盲”就是超出日常限度的结果。

因此,不能以阳光直射的照度作为人类阅读时耐受的上限。

从经验来看,阴天或多云天气在户外看书,其亮度是不会使眼睛疲劳的,大概率不会造成什么伤害,这一点暂且认为无需证明。从这个角度来看,可以认为阴天户外的常见照度5000Lx对人眼是安全的,放宽到 10000Lx也可以。

另一方面,强光下,似乎人们会自觉离阅读面远一点,不太需要提醒“保持距离”。这是我的经验之谈,有条件的话可以在学校做一下对照实验,比如把其中一间教室的亮度提高至5000Lx,然后用多个经校准的摄像头采样,计算学生阅读时的平均距离。

近年来教育部提倡每天至少1小时户外活动。这个提议的依据,据说与上面关于近视的研究有关。但是执行起来难度比较大,毕竟不是每天都有体育课。很多学校过于注重绿化,校园内并没有多少真正的露天,也使得执行的效果大打折扣。

那么,为什么不在人工照明上做出改进,使得教室照明至少达到户外阴天的亮度呢?

现代照明技术已经有了非常大的进步,虽没有便宜的办法模拟出自然光的连续光谱,但是已经可以严格控制红外、紫外线,并在可见光波段以很高的效率达到足够的亮度。

何况,增加10倍亮度,对人眼没有已知的伤害。

阻力可能来自几个方面,首先是学生和家长的不理解,尽管这种不理解毫无科学依据。我上中学的时候,同学们就喜欢关灯,尤其是夏天。现在回想起来,我们的教室很旧,即使开灯,亮度也就一两百Lx。其次是需要增加投资以及承担质疑,因此学校并不愿意主动这样做。

最后,最关键的问题,是缺乏人工照明的指标与近视关系的严谨研究。

个人十分期待有人尽快开展这方面研究。

同时友情建议,把家里搞亮一点,原来装一个灯泡的,改装成十个。我家的桌面亮度原来是100Lx,后来全部换成了LED灯,现在终于达到了300Lx,有空我把它们的功率再改大,搞到3000不过分吧。不过我会用光谱仪与阴天的自然光做对比,用不同种类的LED灯调配出比较均衡的光谱。

光谱可以有缺陷,但不能有任何部分的亮度(比如蓝光)高于较为明亮的阴天的自然光,保证安全。

[修改于 2 天前 - 2020-10-24 14:24:10]

来自:生活广场 / 科创茶话医药卫生 / 医学
 
4
2020-10-03 06:35:09
1楼

支持,

光源UGR也很重要,不然平均照度够了,峰值特别高也会使瞳孔缩小,实际看东西嫌暗。。。

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2020-10-03 06:42:58
2楼

我也想要光谱仪 sticker

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3楼

曾经用405nm激光照过,大部分纸张都似乎含有荧光物质,能把紫外转换为蓝光或者其它。

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4楼

我一直有个问题,为什么色温低人眼会很容易疲劳,色温太高容易产生恶心感觉?

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5楼

可能当年做实验的人觉得学生一天看书写作业6小时就算很多了,完全没想到现在的洗脑中学竟然是每天14小时以上。


歪楼一下:

治这病的办法是退学。在教室挂上阿拉丁神灯,治得好眼病治不好脑病。以后大概率不承认现在的学历,折腾不折腾结果相同。

[修改于 23 天前 - 2020-10-03 13:44:14]

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6楼
引用warmonkey发表于5楼的内容
可能当年做实验的人觉得学生一天看书写作业6小时就算很多了,完全没想到现在的洗脑中学竟然是每天14小时...

诶,为了准备月考,每天激战到1点。。。

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2020-10-04 00:51:55
7楼

这么说如果不怕热(或者加装红外过滤及冷却装置),不怕费电的话,整个500-1000w卤钨灯当台灯是最佳选择。光谱均匀符合人类历史,照度符合5000Lx(500-1000w对应着5000-10000流明,一平米1流明的照度匀布为1Lx),灯造价低廉,无需电源辅助装置。

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8楼

得加灯罩柔和光线,不然这么强的近似于点光源太难受了

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虎哥(作者)
9楼
引用qwe发表于7楼的内容
这么说如果不怕热(或者加装红外过滤及冷却装置),不怕费电的话,整个500-1000w卤钨灯当台灯是最...

只要有条件,室内应该相对均匀的照明,不要使用台灯,至少背景应该有几百Lx的照明。台灯照亮局部,而广大背景是黑的,问题很大。

卤钨灯光谱均匀只是针对长波而言,几乎没有短波。摄影用高色温碘钨灯也才3000K,而自然天光除了个别情况(比如夕阳),至少4000K,阴天会高至6000K。把色温调上去就需要滤光。

类似的应用,是手术无影灯。

古代无影灯是使用钨丝灯,用反射镜聚焦,滤光片调整色温至4000K以上,并过滤红外。

现代已使用LED制作无影灯。要求最严苛的手术都可以用,干别的也没问题。

无影灯的光斑照度要按15万Lx设计(你没看错,就是比正午的阳光还亮),不是吹的,也没见外科医生眼睛被亮瞎。

[修改于 22 天前 - 2020-10-04 02:32:46]

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10楼

把室外常见的LED广告大屏做成吊顶就可以了,一举解决光照强度问题和阴影问题

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11楼

手机可装照度计app

主流手机都有专用的光传感器,应该比较靠谱。

IMG_20201004_104720.jpg


灯泡,下单,桌面提到500lx试试效果先

[修改于 22 天前 - 2020-10-04 12:09:04]

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2020-10-04 11:54:49
12楼

最简单实用的办法是买几个40W起步的节能灯换上。我家都是这么干的。唯一的缺点就是尺寸巨大高出灯罩一大截难看点。千万不要买LED灯。根本买不到品质好的,基本都是虚标好几倍。

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13楼

阅读不谈,如果是观察图像细节的话并不是光强越大越好。光强大了对比度会降低,光强和对比度要折中。那些光学显微镜调不出来的同学要注意了。 sticker

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虎哥(作者)
14楼
引用baifanshuishou发表于12楼的内容
最简单实用的办法是买几个40W起步的节能灯换上。我家都是这么干的。唯一的缺点就是尺寸巨大高出灯罩一大...

别在垃圾堆里面转圈,去欧司朗、飞利浦的官方店买吧,包括节能灯。1米2的荧光灯才32瓦,40瓦的节能灯是开玩笑吗。

摄影用荧光灯的显色指数好。

LED也可以用高显指的,并且不同色温搭配使用。

缺点就是贵,用了以后就知道贵得有道理。

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15楼

蓝光伤眼有所体会,也有可能是个例,我日均用电脑7-12小时,之前用的康佳55寸液晶做的显示器,在2-3米外用无线键盘鼠标操作。

去年底从京东买了个TCL75V2电视做显示器用,不到一个月视力下降利害,赶紧减少了用电脑和看手机,视力稍有恢复。从网上查了资料得知此电视色调不正,根据网页资料进行了降低蓝光的调色:https://post.smzdm.com/p/a3gv5eg5/,调整后比原有画面要偏暖色一点。

目前基本恢复了正常使用,只是后来落下个毛病,不喜欢直视亮着的灯泡,甚至打算把全屋重装改成无主灯设计方案。


[修改于 22 天前 - 2020-10-04 15:58:51]

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2020-10-05 01:11:57
16楼
引用虎哥发表于9楼的内容
只要有条件,室内应该相对均匀的照明,不要使用台灯,至少背景应该有几百Lx的照明。台灯照亮局部,而广大...

背景大灯再整个大功率灯就行了,我觉得台灯也要有,不然全房间那么高光强很浪费能量。现代高显色LED在观感确实可高度模拟日光,但是做手术追求短期观感,这和长期生理效应不同。现有led特点是存在几个峰,特别是蓝光。目前还不好说这些峰值明显高于平均值会造成什么长期影响。要模拟日光光谱,常用方法还是白炽灯/氙灯/镝灯+滤光片。当然后两个更高效一些,装置也更复杂,尖峰也多些

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虎哥(作者)
17楼

需要注意的是,光照几乎是所有“生物钟”唯一的依据,植物如此,动物也如此。乱用人工照明会导致激素紊乱,影响可能比近视严重。早上被太阳晒醒往往比关着窗帘自然醒要好。晚上睡前一小时也要遮光,将照度调低,并且最好用不含蓝光的白炽灯。

而白天如果室内精细工作,包括看书,那就要增加照度,本帖讨论的只是白天工作或上课的情况。

其实我经常比较喜欢黑暗,白天也不爱开灯,还把窗户遮起来。何时喜欢黑暗,主要看休息得好不好,如果没睡够,就厌光。

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虎哥(作者)
18楼
引用Ma3.02的守望发表于11楼的内容
手机可装照度计app主流手机都有专用的光传感器,应该比较靠谱。灯泡,下单,桌面提到500lx试试效果...

看了你的帖子我也去装了一个,或许不准。

这是测试环境,很常见的阴天。

20201005_135248.jpg

测试结果

20201005_135350.jpg

过了大概半小时,天上有一块云变薄了点,算是比较明亮的阴天。下图是天上最亮的区域。

20201005_140804.jpg

测试结果如下

Screenshot_20201005-140713.jpg

感觉偏大,要是出太阳得到30万去…

照度计校准是世纪难题,我见到搞计量的教授就考他照度计咋校准 sticker

[修改于 21 天前 - 2020-10-05 14:12:27]

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19楼

确实是难题 sticker

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20楼
引用虎哥发表于17楼的内容
需要注意的是,光照几乎是所有“生物钟”唯一的依据,植物如此,动物也如此。乱用人工照明会导致激素紊乱,...

大幅度提高照度之后晚自习继续照强光会不会出问题?

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2020-10-05 21:39:39
虎哥(作者)
21楼
引用拔刀斋发表于20楼的内容
大幅度提高照度之后晚自习继续照强光会不会出问题?

可以查到一些研究光照与睡眠的文献,但是晚自习距离睡觉还很久吧,没见过有关研究。

个人臆测,天黑了,就把灯关小点,把蓝紫光停下来。白天有几个小时1万Lx,也达到目地了。

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22楼
引用warmonkey发表于5楼的内容
可能当年做实验的人觉得学生一天看书写作业6小时就算很多了,完全没想到现在的洗脑中学竟然是每天14小时...

https://m.sohu.com/a/416041373_531924/?pvid=000115_3w_a

换个阿根廷身份上北大不香吗?

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23楼
引用虎哥发表于21楼的内容
可以查到一些研究光照与睡眠的文献,但是晚自习距离睡觉还很久吧,没见过有关研究。个人臆测,天黑了,就把...

晚自习距离睡觉还很远?军事化教育必须要熬到熬不动了回去强制倒头就睡才不浪费时间。而且现实当中谁会在意调光。

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虎哥(作者)
24楼
引用拔刀斋发表于23楼的内容
晚自习距离睡觉还很远?军事化教育必须要熬到熬不动了回去强制倒头就睡才不浪费时间。而且现实当中谁会在意...

应该先讨论学术问题,再说现实问题,别什么都往顶层建构上靠。


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2020-10-06 00:17:27
25楼

       这个研究很好,但是还必须考虑到,高强度光是否对人眼视网膜灵敏度等有负面影响?近视主要是一个关于眼球成像透镜系统的疾病,高强度的光意味着眼球AF更容易(工作相关,搞过成像系统,像现在的手机这类产品的对焦技术比较清楚),可能确实从理论上也容易理解透镜系统的肌肉工作量更低。但是眼球的视网膜的健康,玻璃体和晶状体的健康也非常重要,短波容易引起白内障是公认的事实(长波也能以热的形式引起白内障),所以这个度一定要把握好; 

       另外,紫外线等短波的其他生理上的积极效应目前来说还是远不如其负面危害,室外工作者的皮肤衰老速度(光老化)要远高于室内工作者(即使是防晒措施尽可能做的比较好的骑手等,由于水泥地白墙的高反射率,只要是长时间在户外工作,即使使用遮阳措施,由于漫反射,人体接受的光辐射功率还是很高(就像你举例的,阴天室外光也非常强,当然云起到的作用是散射),这个功率还是远高于大部分人造照明光源)。故即使该研究成立,也必须同时再一次强调短波可见光以及紫外线的负面影响,毕竟现在怕看上去皮肤老的人尤其是女性朋友比怕戴眼镜的多,而且在国内这个教育现状和工作现状下不戴眼镜更多还是基因加成了,就是有那种怎么不爱护眼睛也不近视的。

       


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26楼
引用虎哥发表于24楼的内容
应该先讨论学术问题,再说现实问题,别什么都往顶层建构上靠。

中小学生从结束晚自习(做作业)到熄灯不到一个小时,强光照到睡意全无之后一个小时缓不过来。至于白天开大灯、晚上调暗光的操作有点反直觉,指望从施工方到老师、学生都能理解和执行不现实。如果学校不改,自己在家用高亮度台灯,更糟糕。

[修改于 20 天前 - 2020-10-06 08:40:55]

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虎哥(作者)
27楼
引用拔刀斋发表于26楼的内容
中小学生从结束晚自习(做作业)到熄灯不到一个小时,强光照到睡意全无之后一个小时缓不过来。至于白天开大...

我给出了好处的证据,你如果要说更糟,请用符合逻辑的证据来论证。

很多现实问题任何时候都存在,并不会因为这是新事物就变得更重要。


[修改于 20 天前 - 2020-10-06 13:11:10]

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2020-10-23 01:34:35
28楼

所谓国标不就是欧标的汉化组 乱抄一通

教室 图书馆 商场 室内全都是300lux瞎扯蛋

60年前白炽灯时代定的标准还500lux

石油危机后瞎节能全改300lux了

自己实际体会下吧 高强度阅读至少 800-1000lux

组装精密仪器至少 2500-3000lux

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虎哥(作者)
29楼
引用osrom发表于28楼的内容
所谓国标不就是欧标的汉化组 乱抄一通教室 图书馆 商场 室内全都是300lux瞎扯蛋60年前白炽灯时...

原来是这样。

我就纳闷300Lx的标准是怎么来的。

按理说,经过一段时间适应,100-10000都能主观接受,这么宽广的范围,为何他不是100,不是3000,偏偏是300或者500?

现在很容易计算,若是白炽灯,要让一间容纳50人的教室达到500Lx,至少需要5kW照明功率。若是荧光灯,功率可降至1~1.5kW。按每个灯管32瓦计算,大约是40根灯管,一行8根,刚好5行。

换句话说,技术上便于实现,人刚好不觉得太昏暗。

现在技术进步了,用LED还能节能一倍,提高到1000并不增加能耗。

我其实更希望是5000,就是有点贵,下面是便宜的办法(荷兰,1957),这么大太阳,他们也没被亮瞎。

1.jpg

[修改于 3 天前 - 2020-10-23 02:20:33]

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30楼

用高反射率的银幕漆涂屋顶,然后用高显指的灯照上去

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31楼

居住在地球上光照最弱人口稠密地区的楼主开始觉悟了?

World_DNI_mid-size-map_160x95mm-300dpi_v20191015.png


太阳光除光强不断变化外当然最完美 还不花一分钱

但晚上没戏 另外刮风下雨天寒地冻还得看天气眼色

不差钱一步到位 最完美人照光源就是氙灯了

实际点的平民选择 印刷厂校色用高显荧光管 艺术博物馆画廊画室之类也用 最大优点是面光源 (圆柱也凑合算是了) 均匀出光可直视 效率60lm/w 

别以为led光效一两百傻高 高端高显不到100lm/w led最恶心的是点光源 光线'硬 '直接照明不舒服 直视还瞎狗眼 大功率用透镜 磨砂亚克力板扩散根本不够均匀 除非自己diy漫反射 效率得损失一两成

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2020-10-24 10:23:43
32楼

现在要在家里做高亮装修是件麻烦事,吊灯之类的基本参数不标明,标明参数的产品往往不大好看,毕竟家里还要挂一排led灯管实在是难以接受。。。更别提还要控制色温,亮度还要在很大范围内可调


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33楼

现在筒灯或射灯基本上都不会标注流明,我做工程一般按1w/80lm计算。

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