Светодиодное освещение уже используется в школах, но еще не разрешено в детских садах и больницах. То, что светодиоды хорошо светят — известно, обсуждается незрительное действие светодиодного света.
Под катом обзор механизмов незрительного действия света: фотоповреждения и воздействия на циркадную систему.
Фотоповреждение:
Энергия электромагнитной волны может повредить биологическую ткань. Опасны либо большое количество света, либо его концентрация на маленький участок, либо освещение квантами высокой энергии.
Много искусственного света бывает редко – для справки в офисах нормируется освещенность 300 лк, а естественная освещенность в средней полосе в солнечный день в тени 10 000 лк.
Сконцентрировать много света на малый участок сетчатки просто — посмотрите на яркий объект. Яркий, значит излучающий много света с малой площади, например нить лампы накаливания или светодиод. Оптическая система глаза спроецирует яркий объект на пропорционально ярко освещенный участок сетчатки и — здравствуй дискомфорт и фотоповреждение. Обратимое при малой дозе и необратимое при большой.
Проекция изображения яркого объекта на пропорционально интенсивно освещенный участок сетчатки.
Опасна синяя компонента белого света — близкая на шкале и по свойствам к ультрафиолету. Энергия кванта больше, вероятность запуска фотохимических реакций выше (сам ультрафиолет для сетчатки не опасен, так как отфильтровывается хрусталиком).
Насколько опасны спектральные составляющие прописано в ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность».
Спектральные взвешенные функции опасности синего света для сетчатки B(λ) и тепловой опасности R(λ)
Про «R» можно не говорить, так как для термического повреждения нужно ну очень много света, кривая фотохимической опасности «B» интересней. Противники светодиодного освещения утверждают, что синей составляющей в свете светодиодов больше, а значит фотоопасность при прочих равных выше. Этот миф развеем ниже.
Фотоповреждение сетчатки светодиодным светом – реальная опасность при условии наличия мощных дискретных светодиодов в поле зрения. Субъективно воспринимаемый признак фотоповреждения – дискомфорт при взгляде на яркие светодиоды. Дискомфортно – не смотрите! И закрывайте светодиоды рассеивателем.
Рассеиватель снижает яркость светодиодов на несколько порядков. Например офисные светильники 60×60см (площадь 3600 см2) с типичным максимальным световым потоком 3600 лм вписываются в норматив по яркости 5000кд/м2 по ГОСТ 54350-2011 для потолочных светильников. Удобное отношение – 1 лм на 1см2.
По аналогии заключаем, что светильник безопасен, если один квадратный сантиметр рассеивателя излучает не более одного люмена светового потока. Если меньше – светильник неярок и комфортен, если больше — ярок и дискомфортен, а возможно и опасен. Посчитайте сколько люмен с одного квадратного сантиметра рассеивателя излучает ваш домашний светильник.
Влияние сета на циркадные ритмы
Выработка гормона сна мелатонина регулируется единственным фактором – синей составляющей света, попадающей в глаза. Вот график:
Кривая эффективности воздействия на циркадную систему c(λ). Tapan K. et al. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. Journal Physiology 535 (2001) pp.261-267.
Максимум, как видно, приходится на синий свет. Зеленый и более длинные волны не влияют на циркадную систему. Например, золотистый свет натриевых ламп, которым освещают дороги, освещает, но не будит. И лампы накаливания почти не будят, так как в их теплом свете почти нет синего.
А вот дневной холодный свет, в котором синего много, подавляет выработку мелатонина эффективно. Если окна выходят на солнечную сторону и шторы не задернуты, подъем будет ранним.
Общее правило: чем выше цветовая температура света, чем он холодней, чем больше в нем синей компоненты, тем выше его биологическая эффективность, тем сильней он воздействует на циркадную систему (и тем он опасней при высокой яркости источника!).
А теперь главный вопрос: больше ли синего света в светодиодном спектре по сравнению с дневным или со светом люминесцентных ламп при равной цветовой температуре?!
Ответим, посчитав биологический эквивалент, то есть долю синего света в данном спектре по отношению к свету лампы накаливания. Будем считать эквивалент по аналогии с расчетом светового потока, но интегрируя спектр не с кривой видности, а с кривыми биологической эффективности c(λ) и B(λ) (методику ввел бывший президент МКО Wout van Bommel):
Получается вот что:
LED — светодиоды, F — люминисцентные лампы, A — лампа накаливания, D — дневной свет, MAX и MIN — теоретически возможные максимумы и минимумы BioEq (для несуществующих в природе спектров, найденых методом линейного программирования)
Видно, что для реальных источников света биологическое действие зависит от цветовой температуры, но не зависит от природы света. И белый свет светодиодов не отличается от люминесцентного или дневного белого света по своему незрительному действию.
Методами математического моделирования можно создать спектры из отдельных тонких линий в нужных местах, которые имеют кратно больший или кратно меньший биологический эквивалент при той же цветовой температуре. Реальные же спектры, более-менее заполняющие видимый диапазон имеют практически одинаковый биологический эквивалент, пропорциональный только цветовой температуре.
А теперь зададимся вопросом – опасно ли пусть даже кратное повышение биологического эквивалента? Посмотрим на заглавную иллюстрацию — «Завтрак гребцов» Ренуара. На этой картине изображена сцена с освещенностью около 5 000 лк дневным светом с цветовой температурой около 5000 К. Биологическое действие этого освещения в десятки раз превышает биологическое действие любых «офисных» светильников дающих нормируемые 300 лк при любой реальной цветовой температуре. И люди на картинке, отметьте, счастливы.
Ждем вас на ЛедФоруме. И пишите в комментариях вопросы для специалистов! Ответы лягут в основу новых нормативных документов.
Под катом обзор механизмов незрительного действия света: фотоповреждения и воздействия на циркадную систему.
Фотоповреждение:
Энергия электромагнитной волны может повредить биологическую ткань. Опасны либо большое количество света, либо его концентрация на маленький участок, либо освещение квантами высокой энергии.
Много искусственного света бывает редко – для справки в офисах нормируется освещенность 300 лк, а естественная освещенность в средней полосе в солнечный день в тени 10 000 лк.
Сконцентрировать много света на малый участок сетчатки просто — посмотрите на яркий объект. Яркий, значит излучающий много света с малой площади, например нить лампы накаливания или светодиод. Оптическая система глаза спроецирует яркий объект на пропорционально ярко освещенный участок сетчатки и — здравствуй дискомфорт и фотоповреждение. Обратимое при малой дозе и необратимое при большой.
Проекция изображения яркого объекта на пропорционально интенсивно освещенный участок сетчатки.
Опасна синяя компонента белого света — близкая на шкале и по свойствам к ультрафиолету. Энергия кванта больше, вероятность запуска фотохимических реакций выше (сам ультрафиолет для сетчатки не опасен, так как отфильтровывается хрусталиком).
Насколько опасны спектральные составляющие прописано в ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность».
Спектральные взвешенные функции опасности синего света для сетчатки B(λ) и тепловой опасности R(λ)
Про «R» можно не говорить, так как для термического повреждения нужно ну очень много света, кривая фотохимической опасности «B» интересней. Противники светодиодного освещения утверждают, что синей составляющей в свете светодиодов больше, а значит фотоопасность при прочих равных выше. Этот миф развеем ниже.
Фотоповреждение сетчатки светодиодным светом – реальная опасность при условии наличия мощных дискретных светодиодов в поле зрения. Субъективно воспринимаемый признак фотоповреждения – дискомфорт при взгляде на яркие светодиоды. Дискомфортно – не смотрите! И закрывайте светодиоды рассеивателем.
Рассеиватель снижает яркость светодиодов на несколько порядков. Например офисные светильники 60×60см (площадь 3600 см2) с типичным максимальным световым потоком 3600 лм вписываются в норматив по яркости 5000кд/м2 по ГОСТ 54350-2011 для потолочных светильников. Удобное отношение – 1 лм на 1см2.
По аналогии заключаем, что светильник безопасен, если один квадратный сантиметр рассеивателя излучает не более одного люмена светового потока. Если меньше – светильник неярок и комфортен, если больше — ярок и дискомфортен, а возможно и опасен. Посчитайте сколько люмен с одного квадратного сантиметра рассеивателя излучает ваш домашний светильник.
Влияние сета на циркадные ритмы
Выработка гормона сна мелатонина регулируется единственным фактором – синей составляющей света, попадающей в глаза. Вот график:
Кривая эффективности воздействия на циркадную систему c(λ). Tapan K. et al. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. Journal Physiology 535 (2001) pp.261-267.
Максимум, как видно, приходится на синий свет. Зеленый и более длинные волны не влияют на циркадную систему. Например, золотистый свет натриевых ламп, которым освещают дороги, освещает, но не будит. И лампы накаливания почти не будят, так как в их теплом свете почти нет синего.
А вот дневной холодный свет, в котором синего много, подавляет выработку мелатонина эффективно. Если окна выходят на солнечную сторону и шторы не задернуты, подъем будет ранним.
Общее правило: чем выше цветовая температура света, чем он холодней, чем больше в нем синей компоненты, тем выше его биологическая эффективность, тем сильней он воздействует на циркадную систему (и тем он опасней при высокой яркости источника!).
А теперь главный вопрос: больше ли синего света в светодиодном спектре по сравнению с дневным или со светом люминесцентных ламп при равной цветовой температуре?!
Ответим, посчитав биологический эквивалент, то есть долю синего света в данном спектре по отношению к свету лампы накаливания. Будем считать эквивалент по аналогии с расчетом светового потока, но интегрируя спектр не с кривой видности, а с кривыми биологической эффективности c(λ) и B(λ) (методику ввел бывший президент МКО Wout van Bommel):
Получается вот что:
LED — светодиоды, F — люминисцентные лампы, A — лампа накаливания, D — дневной свет, MAX и MIN — теоретически возможные максимумы и минимумы BioEq (для несуществующих в природе спектров, найденых методом линейного программирования)
Видно, что для реальных источников света биологическое действие зависит от цветовой температуры, но не зависит от природы света. И белый свет светодиодов не отличается от люминесцентного или дневного белого света по своему незрительному действию.
Методами математического моделирования можно создать спектры из отдельных тонких линий в нужных местах, которые имеют кратно больший или кратно меньший биологический эквивалент при той же цветовой температуре. Реальные же спектры, более-менее заполняющие видимый диапазон имеют практически одинаковый биологический эквивалент, пропорциональный только цветовой температуре.
А теперь зададимся вопросом – опасно ли пусть даже кратное повышение биологического эквивалента? Посмотрим на заглавную иллюстрацию — «Завтрак гребцов» Ренуара. На этой картине изображена сцена с освещенностью около 5 000 лк дневным светом с цветовой температурой около 5000 К. Биологическое действие этого освещения в десятки раз превышает биологическое действие любых «офисных» светильников дающих нормируемые 300 лк при любой реальной цветовой температуре. И люди на картинке, отметьте, счастливы.
Ждем вас на ЛедФоруме. И пишите в комментариях вопросы для специалистов! Ответы лягут в основу новых нормативных документов.
