Системы
светодиодных светильников
Техническая поддержка
Светодиодное освещение в школе, мнения про светодиодные светильники
Светодиодное освещение в школе, мнения про светодиодные светильники для детских учебных заведений.
Световая среда для человека: наука, промышленность и закон.
10 ноября 2015 г. на конференции «LED Forum» в рамках 21-й Международной выставки «Interlight Moscow powered by light+building» ведущие российские и иностранные специалисты обсудили возможность замены освещения люминесцентными лампами (ОЛЛ) на освещение светодиодами (ОСД) в школьных и дошкольных учреждениях. Публикуем выдержки из обсуждений на Форуме требований к ОСД и его применимости наравне с ОЛЛ.
Спектр должен следовать за солнечным (из «Обзора деятельности МКО»)
Питер Блаттнер (Peter Blattner), Dr. (прикладная оптика). Директор Отделения 2 («Физическое измерение света и излучения») и Технического комитета TC2-69 («Фотометрия») МКО. Заведующий оптической лабораторией Национального института метрологии Швейцарии (METAS).
Около 15 лет назад открыли новый тип светоточувствительных клеток (ipRGC), которые реагируют на свет, влияют на уровень мелатонина в крови и регулируют циркадный ритм. С тех пор невизуальное действие света интенсивно исследуется. МКО недавно сделала заявление о невизуальном действии света, в котором признаётся перспективность этих исследований и говорится, что открытых вопросов по-прежнему много. В том числе недавно обнаружено, что на циркадный ритм может влиять УФ излучение. МКО разработала дорожную карту по исследованию параметров благоприятного для здоровья внутреннего освещения и призвала искать ответы на поставленные в ней вопросы, используя метрику согласно отчёту международного семинара по циркадной и нейрофизиологической фотометрии.
Излучение может оказывать фотоповреждающее воздействие на сетчатку, что называется «опасностью синего излучения» (ОСИ). Функция относительной спектральной эффективности ОСИ приведена в документе «Фотобиологическая опасность ламп и ламповых систем». В 2016 г. должен выйти исправленный вариант этого документа.
ОСИ тем больше, чем свет «холодней», но зависит и от других факторов. Мы взяли 40 разных источников света (ИС) из имеющихся на рынке, классифицировали их по трём категориям: без рассеивателя, с рассеивателем и направленного действия, сравнили их по энергетической яркости (Вт/(м2·ср)) в синем диапазоне спектра и увидели, что её значения у ИС с рассеивателем на два порядка ниже, чем у ИС направленного действия.
Если классифицировать ИС по коррелированной цветовой температуре Ткц, то в каждой категории можно увидеть различные уровни воздействия синего света без значимой разницы между группами.
Световая доза, вызывающая неблагоприятное воздействие, наберётся, если стоять и пристально смотреть на сильно сконцентрированный свет специального ИС с высокой долей синей составляющей одну-две минуты. Но никто не будет этого делать – не позволят естественные защитные реакции.
Для школьного освещения, я рекомендую использовать светильники со светодиодами (СД) обязательно со светорассеивателем. В идеале необходим матовый рассеиватель, но можно использовать и рассеиватели иного типа, в том числе популярный призматический. И я не вижу никаких проблем в том, чтобы использовать светильники со светорассеивателями с СД в школьных учреждениях.
Вопрос Ткц – в большей степени вопрос культурной традиции, а не безопасности. Так, на юге Европы предпочитают высокую Ткц.
Чувствительность зрения ребенка к синему излучению выше, чем взрослого. Но Ткц дневного света – 6400 K, и, если ИС с такой Ткц не чрезмерно ярки, их свет не опасен вне зависимости от того, дневной ли это естественный свет, свет люминесцентных ламп или же светодиодов.
В идеале в школьных учреждениях нужна динамичная система - спектр ИС должен следовать за солнечным, так как мы приучены к естественному ИС – Солнцу и его влиянию на нас.
Сравнительная гигиеническая оценка условий освещения люминесцентными лампами и светодиодами в учреждениях общего образования
Любовь Текшева, кандидат биол. наук. Заведующий отделом гигиенического нормирования и экспертизы и руководитель Испытательного лабораторного центра Таможенного союза по безопасности товаров детского ассортимента, строительных материалов, электротехнических изделий
Современное школьное образование отличается выраженной интенсификацией, нагрузки запредельны, в начальную школу внедряются информационные технологии, повышая нагрузку на зрение и на организм. И чтобы снизить физиологическую стоимость обучения, необходимо использовать все возможные резервы.
Мы провели сравнительную гигиеническую оценку искусственного освещения с использованием светильников с люминесцентными лампами (ЛЛ), при котором с 70-х гг. отучилось четыре поколения школьников, и светильников с СД.
Освещение ЛЛ (ОЛЛ) в нашей работе заменялось освещением СД (ОСД), в исследованиях участвовали одни и те же ученики (более трёхсот), естественный свет исключался плотными шторами. Другие особенности эксперимента: светильники близки по светораспределению, освещённость на партах 400 лк, показатель дискомфорта менее 15 и UGRне более 17, коэффициент пульсации освещённости менее 10% и Ткц 4500 К, отражательные характеристики полов, потолков и стен стандартны, критерий сравнительной оценки – ответные реакции психофизиологического состояния школьников 4–11 классов и зрительной системы.
Наша основная гипотеза такова – если при ОСД реакция не хуже, такое освещение имеет право на жизнь. И мы были очень удивлены, когда на достоверном уровне обнаружили, что ОСД не хуже, а лучше, чем ОЛЛ.
Частота случаев сильного и выраженного утомления при определении умственной работоспособности оказалась достоверно ниже при ОСД, чем при ОЛЛ и в начальной школе, и в старших классах.
В гигиене за интегральный показатель зрительного утомления принимается критическая частота слияния мелькания (КЧСМ). Измерение КЧСМ также показало предпочтительность ОСД. При ОСД также больше выражен объём аккомодации. Впервые пробовалось изучать реакции кардиоваскулярной системы на разную световую среду. В том числе измерялась динамика индекса двойного произведения (ИДП). Чем ИДП ниже, тем выше аэробные возможности организма, тем больше резервы, тем дольше период устойчивой работоспособности и дальше откладывается момент развития утомления. При ОЛЛ уже в среду, в середине недели, мы находили заметное ухудшение состояния детей, тогда как в «светодиодных классах» это происходило только в четверг. То есть ухудшение состояния детей на целые сутки отодвигалось к концу недели. Частота жалоб неврозоподобного характера у учащихся начальной школы также при ОСД была значимо ниже.
Лишь по головным болям мы не нашли достоверной разницы, по всем же остальным параметрам получена выраженная достоверная разница – при ОСД значимо менее выражены снижение концентрации внимания, повышенная тревожность, чувство усталости, плаксивость, сонливость и трудность засыпания.
Анализ степени утомления школьников 4-го класса при ОЛЛ и ОСД показал ощутимую разницу по следующим критериям: КЧСМ, латентный компонент окуломоторной реакции, моторный компонент окуломоторной реакции, интервал предельно быстрой моторики в течение 5 секунд, показатель динамичности реакций, предельная частота длительной моторики, нестабильность длительной моторики, интервал предельно быстрого чередования движений, время переключения внимания и погрешность переключения внимания. По всем этим критериям организму при ОСД работать легче.
Аналогично исследовалась умственная работоспособность учеников 4–11 классов. Исследовались скорость и точность работы, сильное и выраженное утомление, интегральный показатель работоспособности. И также оказалось, что ОСД предпочтительнее.
Для себя я объясняю полученные результаты более низким уровнем пульсации освещённости и тем, что спектр излучения СД ближе к естественному. Кроме того, использовались светильники с СД с очень однородной яркостью светового отверстия, благодаря рассеивателю и использованию СД мощностью лишь 0,1 Вт.
Коэффициент пульсации освещённости (КПО) при ОСД составлял 0,5%, а при ОЛЛ (с ЭПРА) – 2,5%. (В своё время было установлено, что КПО менее 10% уже не влияют на работоспособность, но в наше время, считаю, необходимо заново поднять вопрос о его пороговом уровне.)
По завершении исследования мы наблюдали этих детей в течении полутора лет и никаких жалоб от учившихся при ОСД не было. Наоборот, родители детей, которые учатся при ОЛЛ, постоянно требуют от директора школы создать в их классах хорошее ОСД.
Мы разработали гигиенические требования к установкам общего искусственного ОСД и подали проект изменения в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 («Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий»). Основные тезисы проекта состоят в том, что в учреждениях школьного и профессионального технического образования при использования осветительных установок с СД должны быть выполняться следующие требования:
Ткц СД белого света не должна превышать 4000 K;
в светильниках допускается использовать СД мощностью не более 0,3 Вт;
светильники с СД должны содержать рассеиватель, обеспечивающий равномерное распределение яркости по выходному отверстию;
максимальная габаритная яркость светильников не должна превышать 5000 кд/м2.
Новый нормативный показатель – общий индекс цветопередачи Raввести в этот документ тяжело, но я убеждена, что это необходимо. При этом Raдолжен быть не ниже 80.
Спектр света белых СД – это часть спектра естественного света, и по своему составу он ближе к естественному, чем свет ЛЛ. Если какими-то требованиями и ограничениями мы можем улучшить световую среду, чтобы снизить физиологического стоимость обучения, то давайте это делать в отношении всех источников.
Об ограничении коррелированной цветовой температуры светодиодов при освещении помещений образовательных, дошкольных и лечебных учреждений
Павел Зак, доктор биол. наук, профессор. Ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических основ рецепции Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Очевидно, что ОСД по многим параметрам превосходит «традиционное» искусственное, и в близком будущем, безусловно, его затмит. На повестке дня ‒ внедрение в осветительную практику белых СД с «бинарным» спектром, сформированном спектрами синего (450‒460 нм) кристалла и зелёно-жёлто-красного (500–650 нм) люминофора. По доле излучения в синей части спектра белые СД условно делят на три категории: тёпло-белого (Ткц около 3000 К), нейтрально-белого (4000–5500 К) и холодно-белого (свыше 5500 К) света.
Сегодня в России считается допустимым использование в общеобразовательных школах СД нейтрально-белого света. Однако, по моему мнению и по заключениям европейских экспертов, дети, с их несформировавшимся зрением, относятся к группе повышенного зрительного риска по отношению к избыточному освещению синим светом. По этим экспертным оценкам предельная избыточность синей доли в ОСД требует дополнительных медико-биологических исследований и обоснований, так как в мировой научной литературе отсутствуют данные о безопасности синего диапазона при относительно слабом повседневном освещении.
Ранее проведённые медико-биологические исследования по оценке лазерной безопасности выполнены при кратковременных однократных световых экспозициях, поэтому применение этих данных к оценке безопасности осветительных ламповых систем неправомерны. В три последних года разными научными группами ведутся сравнительные исследования по действию повседневного ОСД разного спектрального состава на сохранность зрительных функций короткоживущих экспериментальных животных на протяжении их биологической жизни от рождения до старости. Так, в целом ряде исследований на лабораторных мышах показано, что их повседневное содержание при ОСД холодно-белого света к концу жизни приводит к вымиранию половины зрительных клеток. Появились также независимые исследования о том, что развитие оптики глаза в детском возрасте значительно зависит от спектрального состава освещения (от переизбытка как синей, так и красной долей света).
В моих работах содержание лабораторных животных (японский перепел) при слабом синем свете в полтора раза активировало процессы биохимического обмена сетчатки в молодом возрасте, и в дальнейшем эта активация обернулась более ранним состариванием сетчатки и появлением в ней возрастных нарушений.
Кроме того, классические исследования прошлого века дают ясное представление о том, что максимальная зрительная работоспособность в кабинетных условиях, достигается при условии, что в спектральном составе света преобладает доля с длинами волн 500 нм и выше.
Соответственно, я считаю, что на сегодня, в связи с неясностью ситуации, при внедрении ОСД в школьные и детские учреждения следует использовать светильники с СД тёпло-белого света ‒ спектрально аналогичные лампам накаливания, с их Ткц около 3000 К.
Константин Даниленко, доктор мед. наук. Зам. директора по научной и лечебной работе ФГБНУ «НИИ физиологии и фундаментальной медицины»
Основа анатомии хронобиологиии – биологические часы в гипоталамусе, автономно работающие в генетически закреплённом циклическом режиме и синхронизирующие хронофизиологическую систему. Биологические часы связаны нервным путём с шишковидной железой в мозгу, которая вырабатывает мелатонин, тем самым переводя информацию о смене дня и ночи на понятный организму биохимический язык и синхронизируя суточный цикл всех систем организма.
Циклическая работа гипоталамуса синхронизируется со временем суток с помощью сигналов, идущих от меланопсиновых фоторецепторов в глазах. Никакие другие факторы – ни физическая нагрузка, ни приём пищи, ни знание времени суток на биологические часы не действуют. Только свет.
Первый закон хронобиологии: воздействовать светом в нужное время
Принцип регуляции светом прост: при воздействии света ранним утром биочасы сдвигаются на более раннее время, при воздействии вечером – на более позднее. Такая зависимость отражена в экспериментально полученной кривой фазового ответа (рис. 1).
Для воздействия на биологическую систему имеет значение уровень освещения, его спектр (меланопсиновые рецепторы чувствительны к синей и бирюзовой составляющей света) и предыдущая световая история. Чем больше контраст между темнотой ночи и светом дня, тем больше амплитуда суточного ритма мелатонина, тем здоровей организм. С возрастом амплитуда снижается.
У молодых людей уровень мелатонина в крови ночью высок, они хорошо спят. У пожилых людей ночной уровень мелатонина ниже, а у пожилых с бессонницей ещё ниже.
Добавление дополнительного освещения днём пожилым с бессонницей увеличивало у них ночную концентрацию мелатонина в два раза (рис. 2). Напротив, полная темнота днём снижает ночную секрецию мелатонина у здоровых исследуемых.
Идеальное освещение для школ – динамичное, с повторением естественной световой динамики и по цветности, и по интенсивности. Такое освещение технически возможно, оно называется «циркадный дом», но во всех школах страны, конечно, реализовать его невозможно. Для школьников значима полнота светового спектра, его приближённость к естественному. В вечернее время нежелательны «холодный» свет и избыточный уровень освещения.
Критерии нормирования коррелированной цветовой температуры белых светодиодов для осветительных приборов
Антон Шаракшанэ, к.ф.-м.н. Главный редактор ООО «Редакция журнала «Светотехника»
В спектре белого СД присутствует выраженный узкий синий пик, но степень воздействия на циркадную систему и опасность синего света определяются не амплитудой узкого пика, а общей долей потока излучения во всём сине-голубом спектральном диапазоне. Более точно эти воздействия определяются с учётом функций относительной спектральной эффективности ОСИ и подавления секреции мелатонина. Методически наиболее правильно сравнивать эффект освещения светом различной природы, вычисляя их биологический эквивалент по методике, которую предложил В. Ван Боммель.
Расчёт биологического действия спектров различной природы проведён разными авторами и дал один и тот же результат: чем выше Ткц, тем выше биологическое действие света. Но получен и ещё один важнейший результат: биологическое действие любого ИС, будь то естественный дневной свет, ЛН, ЛЛ или СД при одинаковой Ткц одинаково. На этом основании Минэнерго США в 2013 г. выпустило официальное разъяснение со следующим заключением: «Светодиодная продукция не более опасна, чем другая осветительная продукция с той же Ткц. Кроме того, в соответствии с действующими международными стандартами белый свет светильников, используемых для общего освещения не несёт риска опасности синего света.»
Биологическое воздействие света в первую очередь определяется яркостью ИС, его расположением относительно наблюдателя и продолжительностью воздействия. Но при прочих равных условиях основной параметр, позволяющий контролировать биологическое действие ИС ‒ его Ткц.
Методом математического моделирования мы определили спектры белого света, имеющие максимально (МАХ) и минимально (MIN) возможные биологические эквиваленты по ОСИ (BioEq(B)) и по воздействию на циркадную систему (BioEq(c)) при заданных Ткц (рис. 3). Ни при каких условиях биологическое действие любого ИС, который когда-либо будет создан человеком не выйдет за эти пределы. А затем посчитали и отложили на этом же графике биологические эквиваленты для 87 реальных ИС разных видов (ЛН, ЛЛ, СД и естественный дневной свет) с разной Ткц.
Результат согласуется с ранее опубликованными выводами: светодиодные (LED) и люминесцентные (F) источники, а также источники естественного света («A» и «D») имеют биологическое действие, значимо не различимое при одинаковой Ткц.
Второй значимый и точно известный потребительский параметр любого ИС – общий индекс цветопередачи Ra. Он определяет психофизиологический комфорт световой среды, но косвенно характеризует степень близости спектра искусственного света к спектру дневного света. Чем выше Ra, тем ближе спектр искусственного света к естественному, тем больше оснований считать, что свет по любым критериям не хуже или не опасней естественного. В качестве рекомендуемого значения общего индекса цветопередачи для источников света в детских учреждениях предлагаю принять достижимую и для СД и для ЛЛ светильников величину Ra=90, за минимально допустимое значение в соответствии с предложением Любови Текшевой принять Ra=80.
Бесспорно благоприятна световая среда на тенистой террасе в солнечный день (где освещённость около 5000 лк, Ткц около 5000 К, и биологическое действие естественного света в десятки раз выше чем в искусственно освещенном помещении). Но это хорошее освещение для летнего дня. Такое же воздействие на циркадную систему в вечернее время уже не будет благоприятным. Интенсивное световое воздействие на циркадную систему в несоответствующее время суток «выбивает из колеи» на несколько дней и однозначно опасно.
Мы обязаны в школах и дошкольных учреждениях использовать высокие уровни освещенности, сохраняя зрение детей. Но не имея возможности в детских учреждениях по всей стране регулировать Ткц в течение дня, мы обязаны её ограничить единым для всех школ безопасным уровнем. Максимально высокое имеющее оправдание значение цветовой температуры Ткц=4000 К. Как показывают исследования, это значение получает высшие оценки в тестах на зрительный комфорт в рабочей обстановке, использование же более высокой граничной Ткц нецелесообразно и потенциально опасно.
Предлагаю согласиться с предложением Павла Зака и принять за рекомендуемое значение Ткц=3000 К, и с предложением Любови Текшевой принять за максимально допустимое значение Ткц=4000 K.
Статья опубликованна в журнале "Светотехника"
Описание: Светодиодные светильники для школьных учреждений можно ли использовать светодиодные светильники в школах и детских садах. Светодиодное освещение в детских образовательных учреждениях
Источник: www.lumika.ru