关于大幅提高室内照明亮度的设想
虎哥2020/10/03原创 正能量研究 IP:四川

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 170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 135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 79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 3年6个月前 - 2020/10/24 14:24:10]

来自:综合交流区 / 极客DIY
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~~空空如也
虎哥 作者
3年7个月前 IP:四川
886905
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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虎哥作者
3年7个月前 修改于 3年7个月前 IP:四川
886830
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。

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虎哥作者
3年7个月前 IP:四川
886847
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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虎哥作者
3年7个月前 IP:四川
886866

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
3年7个月前 修改于 3年7个月前 IP:四川
886876
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

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虎哥作者
3年7个月前 IP:四川
886900
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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虎哥作者
3年7个月前 IP:四川
886905
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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虎哥作者
3年7个月前 修改于 3年7个月前 IP:四川
886925
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。


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虎哥作者
3年6个月前 修改于 3年6个月前 IP:四川
887366
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

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虎哥作者
3年4个月前 IP:四川
888097

理论光效要归一化到绿光,我估计人视觉上舒适的照明,150lm/W是极限了。

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虎哥作者
3年3个月前 IP:四川
890397
引用nkh0472发表于42楼的内容
查阅相关文献可以发现,楼主的提高亮度改善近视的说法似乎有些夸大:提高亮度(大概率)有用,但用处或许非...

赞扬。光照强度和近视的相关性,研究证据不少,但是证据强度都不高,毕竟一方面机理未明,另一方面很难做大样本人体对照实验。这里的问题是,相关性不等于因果性,因此制定公共政策需要谨慎采纳。

但是,证据不佳并不等于不能探索。普通民众戴口罩之于新冠预防,证据更弱,但只要代价不大,就并不妨碍大家戴上。何况做强光照实验有利于把问题弄清楚。

当然近视的因素很复杂,光照只是其中一种因素。就算全部搬到露天上课,想必效果也是很有限的。人一天要用眼16个小时,而能够管控光照的时间往往一半都不到。

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虎哥作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:四川
890408
引用osrom发表于44楼的内容
还想着操场改教室呢 能上几个班 干脆把教学楼全扒了改玻璃透天平房 温室里的花朵不再是比喻另据管理员平...

你仔细看帖了吗,不要发明我没说过的话。

至于显色,我相机动态大,多几bit,KC不支持,直接砍了数据,懂了吧?

另外你为什么要强调管理员,有什么动机?

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虎哥作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:四川
890413

然而你确实发明了我没说过的话,你不如说那不是对我说的。

自己强行洗成调侃,还怪别人理解错误。

并且又捏造了新的“事实”,说“通篇只谈光强”。

恰恰相反,文章及回复里面与光谱,色温,显色有关的内容已经多得让人恶心。

放这么多就是因为有些人知道一个显色就好像很了不起的样子,不多写点就显得政治不正确。

何况整个文章本来就是讨论亮度的,难道提高亮度,显色必然比现在还差?

如果没什么变化,减少变量,只谈亮度,不可以吗?

你在一个谈亮度的文章中指责别人不懂显色,的确很拽,失敬。

另外你还没回答为什么要强调“管理员”,你可以装作没说过。

这也不行,那也不行,请你另外开篇文章写写行的解决方案。

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虎哥作者
3年3个月前 IP:四川
890427

求仁得仁,作为“管理员”,把osrom封了吧。

原因:违反注册协议,采用虚假身份,经提醒后拒不改正。

请不要在这里搞破坏了,时局艰难,体谅一下。


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