关于大幅提高室内照明亮度的设想
虎哥 2020-10-3原创 正能量研究

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 99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 92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 36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] XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXpx?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 1 年前 - 2020-10-24 14:24:10]

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来自:科创广场 / 极客DIY
 
8
osrom0
8个月15天前
51楼
引用20!Dopaminor发表于40楼的内容
家里落地窗,朝南

刮风下雨呢 还晚上呢

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虎哥 作者
8个月15天前
52楼
引用osrom0发表于51楼的内容
刮风下雨呢 还晚上呢

osrom的马甲:不要再搞破坏了,你弄那么多账号,搞的小动作还少吗。时局艰难,有个地方交流不容易,你收手罢。如果你以此为乐,建议看心理医生。

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玄明
7个月27天前
55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...

我以前就在KC发过文章,主张改变人们的作息时间,晚上八点睡觉,早上四点起床。事实证明历史终究会站在正确的一边!

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2SC1970
6个月27天前
56楼


有一个问题:为什么阴天室外5000Lx人眼不觉得亮,但室内顶多几百Lx就觉得很亮了?

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浪里黑条
6个月27天前 修改于 6个月27天前
57楼
引用2SC1970发表于56楼的内容
有一个问题:为什么阴天室外5000Lx人眼不觉得亮,但室内顶多几百Lx就觉得很亮了?

猜测可能是背景颜色的问题,阴天的天空是灰的,周围景物通常也很少有白色,如果把室内墙壁漆成灰的,可能会感觉暗的离谱(猜测未经验证,有条件可以试一试)

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浪里黑条
6个月27天前
58楼

最近尝试给宿舍的书桌照明加了一个24W的LED灯,光通量大约2500lm,估算中心照度应该超过了5000Lx,体验如下:每次刚开等的时候会感觉很亮,但适应一会(十秒左右)后就不再觉得亮了,此时看书写作业的短时感受与正常无异,但眼睛可以连续用的更久而不易疲劳,且不容易犯困,少数细节似乎看得更清楚(不排除心理作用)。个人体验仅供参考,有兴趣的坛友可以一试

室友事先知道我的这个计划,且我没有在熬夜/通宵的时候开过24w灯,故没有抗议。(手动狗头)

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浪里黑条
6个月19天前
59楼

又做了一个简单实验,借着写数分作业(同时和npy视频 sticker )的机会体验了一把自然光。

早晨6:30左右抵达全家便利店(复旦邯郸校区南区门口的店,窗户朝东),此时太阳高度角很低且有较明显云层,使用Light Meter手机app粗测了一下桌面照度,约3000Lux(未截图)。

约8:05时再次测量,薄云,结果如下(波动由云层移动引起):

Screenshot_20210404_080820_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

此期间最亮最暗时均书写体验良好(书写用纸为无印良品植林木方格活页纸,本白色,不是高白),不刺眼

约8:30,天空放晴,再次测量:

Screenshot_20210404_083655_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

此时略有刺眼,但还可以接受。考虑到我对强光的耐受力一直比大多数身边的人强,初步推测这个照度可能接近大多数人的极限。

(题外话:放在一边的电脑后盖是黑色,又正对太阳,被晒热到CPU降频。。。现在手机好像也降频了,比平时明显卡顿。。。)

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浪里黑条
6个月19天前
60楼

太阳持续升高,至9:08时桌子完全进入阴影,此时同一个app测量结果约7600Lux:

Screenshot_20210404_090910_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

此时写字恢复到之前不刺眼的体验

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浪里黑条
6个月19天前
61楼

再来一点后续。中午前往三号湾广场吃饭,随后在commune酒吧室外座位。起初桌子在楼房的阴影下,纸面亮度舒适,测得数据:

Screenshot_20210404_143503_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

不久后阳光直射桌面,纸面甚为刺眼,数据如下:

Screenshot_20210404_144607_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

后因太冷转移阵地,一番折腾抵达复旦北区食堂,照明程度如下:

Screenshot_20210404_161506_XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXawei.jpg

食堂照明为暖白色且显色指数明显偏低,故此亮度对于阅读和书写略暗,不过尚可接受。想起前段时间在三号教学楼某教室通宵时测了一下教室桌面亮度,仅约170Lux,但正白光下此亮度已经比较舒适,是否可以得出结论照明亮度的舒适度与色温和/或显色指数有关?

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铅球脑袋
6个月18天前
62楼

有人说工业化之后,人类就永远活在了黑暗中。

一般室内光源只达到五百烛。 而外面的早晨和黄昏,阳光也有两千烛,中午能达到10万烛。

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UICalc
4个月12天前 修改于 4个月8天前
63楼

上学期边学电路设计边随手做了个双路台灯恒流驱动,大小5*5cm,可以驱动超过300mA\高达1.5A的电流(要稍微改一下硬件),最大输出电压约36V

MCU用的Arduino,控制恒流驱动IC调光,电路拓扑为Buckboost

初学者,而且PCB比较挤,EMC控制的不太好,第二路输出大电流会导致MCU重启,以后优化。

放GitHub上了: XXXXXXXXXXXXXXXXXX/UICalc/UICLED-Ver0.1

新版本会用STM32/ESP32,不过没什么时间做.

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大魔王走了o
3个月25天前
64楼

现代文明之前人类晚上只有火光 ,原始的生活应该是日落而息,晚上根本没有光,所以不应该把日光和晚上的灯光比。当然白天的室内不应该昏暗。

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依格古德曼
3个月24天前
65楼

买个真正的照度计,保持桌面亮度500lux之上,如果是led买个显色性超过90的灯泡。(百度居然用日本标准JIS9110

关于GB 50034-2013有个搞笑的地方,普通办公室推荐300lux,高档办公室500lux。

此外近视之类的成因目前也没有什么定论,也不存在治愈方法。

如果要进军宇宙,怎么预防近视?

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20!Dopaminor
3个月3天前
66楼
引用浪里黑条发表于58楼的内容
最近尝试给宿舍的书桌照明加了一个24W的LED灯,光通量大约2500lm,估算中心照度应该超过了50...

最后还是回归到通信与算法,亮度低噪点就多信息量就低,就需要神经网络降噪,消耗能量人就觉得累


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北纬以北
3个月1天前
67楼
引用我说要有光发表于10楼的内容
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

首先是能耗 ,其次led屏幕的亮度。。

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bg7dgh
2个月4天前
68楼

房子自带精装修,吸顶灯都是自带的 感觉亮度不高,有推荐的大亮度的吸顶灯型号吗

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