Вы здесь

Биодинамическое освещение. Решения для комфорта и здоровья

Опубликовано пн, 06/20/2022 - 16:58 пользователем Игнатов Сергей

После внедрения энергоэффективных осветительных технологий следующим трендом в светотехнике стало биодинамическое освещение. И в этом нет ничего удивительного. Ведь результаты исследований показывают, что динамические световые решения, имитирующие естественный ход дневного света, значительно улучшают эмоциональное состояние, повышают продуктивность и положительно влияют на здоровье человека.

Еще каких-то сто лет назад большинство людей считало совершенно естественным проводить светлую часть суток работая на улице, а с наступлением сумерек ложиться спать.

Современный человек привык жить совершенно по-другому. Он много времени проводит в помещениях с искусственным освещением, а после захода солнца включает свет, чтобы подольше поработать или отдохнуть, насладившись благами цивилизации.

Сегодня люди едят, работают, отдыхают, играют, покупают товары и получают услуги в любое время дня и ночи. Огромный выбор светотехнических устройств обеспечивает современному обществу возможность функционировать в режиме 24/7.

Циркадные часы и свет

Уже доказано, что недостаток освещения негативно отражается на самочувствии людей. Именно поэтому в осенне-зимний период многие ощущают подавленность и даже страдают от сезонных депрессий. В пасмурные дни люди чувствуют себя вялыми и сонными, им сложнее сосредоточиться на работе. Когда такое состояние затягивается, то качество жизни ощутимо снижается.

Наряду с годичными биоритмами организм человека подчиняется еще и так называемым циркадным ритмам (в переводе с латыни «циркадный» означает «почти суточный»). По сути, это биологические часы, которые ежедневно задают ритм всем жизненно важным процессам в организме. От них зависят фазы бодрствования и сна, а также период максимальной работоспособности.

Циркадный цикл необходим, чтобы точно подстраивать все аспекты физиологии и поведения к требованиям 24-часового мира. Какая роль в этом процессе отводится освещению?

Дело в том, что свет настраивает биологические часы через специальные фоточувствительные клетки – рецепторы, которые расположены в клетках сетчатки глаза человека и действуют по принципу световых сенсоров.

Глаз распознает, светло или темно вокруг. Именно он информирует мозг о том, ночь сейчас или день. В соответствии с полученной информацией регулируются биоритмы человеческого тела так, чтобы внутренние и внешние условия совпадали.

Не получая нужного количества дневного света, биологические часы дают сбой. Известны случаи, когда люди, оказавшись закрытыми на длительный период времени в помещениях, лишенных естественного освещения, сбивались с цикла «отдых-бодрствование».

Организм рассинхронизируется и тогда, когда человек много времени проводит со смартфоном. Именно голубая, коротковолновая часть цветового спектра подавляет выработку мелатонина – основного гормона эпифиза, регулятора циркадного ритма всех живых организмов. Яркий и холодный свет экрана напрасно бодрит мозг среди ночи, прогоняя остатки сна.

Механизм подстройки циркадных ритмов идеально работал в древние времена, когда люди жили в естественной природной среде. Тогда единственным искусственным источником света был костер. Цветовая температура его языков колеблется в пределах 1 850 К.

Чем показатель цветовой температуры ниже, тем в спектре меньше доля синего цвета, а больше красного, который оказывает успокаивающий эффект.

Со временем на смену костру пришли лучина, свечи, масляные и газовые осветительные приборы, в спектрах которых также преобладали теплые оттенки. Поэтому человеку хоть и удалось увеличить продолжительность периода бодрствования после наступления сумерек, имевшиеся в его распоряжении источники искусственного освещения не могли сбить настройки биологических часов.

Ситуация начала меняться в начале минувшего века. Это произошло в тот момент, когда электрическое освещение стало общедоступным явлением. В домах людей появились лампы накаливания с температурой света около 2 800 К. По спектру такое освещение можно наблюдать при восходе солнца, когда человеку положено бодрствовать.

По интенсивности светового потока электрические лампочки в 1,5 раза превзошли свечи. Этого оказалось достаточно для того, чтобы оказывать влияние на циркадные ритмы.

В середине ХХ века на рынке появились диммеры – устройства, предназначенные для регулировки яркости света. Благодаря уменьшению накала нити снижалась и цветовая температура. Спектр излучения уже больше соответствовал цвету солнца на закате и создавал атмосферу уюта. В таких условиях комфортно отдыхать и готовиться ко сну.

Следующим этапом эволюции осветительных приборов стал массовый переход на люминесцентные лампы. Позже человечество открыло для себя светоизлучающие диоды.

В обоих случаях цветовая температура новых источников света поначалу достигала отметки в 6 500 К. В их спектре преобладала синяя составляющая. И только развитие технологий позволило наладить выпуск ламп с «теплым спектром».

Холодные оттенки цветовой температуры оказывают бодрящий эффект. Они больше подходят для работы, повышают концентрацию внимания. Их используют для освещения рабочих пространств, цехов, учебных аудиторий и производственных помещений. Такой свет возбуждает нервную систему, способствует концентрации внимания, повышает работоспособность и создает чистую продуктивную атмосферу.

 При этом холодный свет утомляет быстрее, чем теплый, потому что сложно сохранять сконцентрированность и оставаться активным слишком долго. При постоянном воздействии холодное освещение может привести к бессоннице.

При высокой цветовой температуре организм человека из средних широт получает излишнюю стимуляцию. По этой причине использование люминесцентных и светодиодных светильников для освещения офисов поначалу вызывало жалобы большинства работников на слишком «резкий» свет.

Сегодня в офисных и производственных помещениях используются лампы с световой температурой около 4 000 К. Они излучают нейтральный белый свет. Этот оттенок наиболее соответствует полуденному солнечному свету. Такой спектр считается оптимальным: организм воспринимает его как сигнал к активной деятельности и при этом он не раздражает излишней яркостью.

Поэтому в современном мире правильно организованная система искусственного освещения играет решающую роль для самочувствия человека. По аналогии с естественным светом светильники помогают настраивать биологические часы, что повышает продуктивность работы, снижает чувство усталости, способствует полноценному отдыху и улучшает ночной сон.

Человекоориентированное освещение

Конечно, идеальным освещением для человека будет естественный дневной свет той местности, где он постоянно проживает. Цветовая температура настоящих солнечных лучей изменяется в течение суток от холодной до теплой. В утренние часы свет Солнца более теплый, к полудню он становится холоднее, а вечером снова теплеет.

Такое освещение стимулирует, регулирует активность и ритм функционирования человеческого организма. Благодаря комфортному свету днем человек активен, в вечерние часы спокоен, а после наступления темноты у него отсутствуют проблемы со сном.

Однако реалии нашего времени таковы, что большинство людей проводит в условиях искусственного освещения большую часть времени суток, получая слишком мало естественного солнечного света. Поэтому разработка и внедрение искусственных источников света, созданных с учетом биологических ритмов человека, открывает новую страницу в истории светотехники.

Биодинамическое освещение HCL (Human Centric Lighting) это интеллектуальная система искусственного освещения внутренних помещений, которая воссоздает естественную динамику света Солнца в зависимости от времени суток с использованием цифровых протоколов связи.

Режим динамики также может изменяться с учетом погоды и времени года. Пребывая внутри закрытого помещения, которое оборудовано системой человекоориентированного освещения, люди чувствуют себя так, словно находятся на улице. Создаётся ощущение, что Солнце движется по горизонту от восхода до заката и при этом плавно изменяет свой цвет.

Разработка «умных», человекоориентированных систем освещения была продиктована требованием времени. Причин несколько:

  • Высокая плотность городской застройки с наращиванием высоты зданий становится причиной снижения естественной инсоляции в помещениях. Не стали исключением даже офисы в зданиях со стеклянными стенами. Кроме того, распространение офисов с открытой планировкой типа open space привело к тому, что до многих сотрудников доходит лишь мизерно малая часть природного освещения и это сбивает их биологические часы;
  • Повышение пенсионного возраста и увеличение среднего возраста занятого населения также внесли свою лепту. Чем старше становится человек, тем сильнее ухудшается его зрение. Поэтому освещение в помещении, где он находится, должно быть ярким и достаточным. Кроме того, с возрастом хрусталик глаза желтеет. Поэтому пожилые люди видят мир в более теплых оттенках. И тут на помощь приходит холодный свет, который помогает нейтрализовать эту желтизну;
  • Глобализация бизнеса, налаживание новых деловых контактов и связей требуют частых перемещений между разными часовыми поясами. Это неизбежно приводит к сбою циркадных ритмов и негативно сказывается на самочувствии людей. Биодинамическое освещение помогает менеджерам настроить свои внутренние часы. В результате даже при быстрой смене часовых поясов человек быстрее преодолевает джетлаг и способен полноценно выполнять поставленные задачи;
  • Изменение климата и плохая экология. Еще совсем недавно в долгие зимние месяцы дефицит естественного света в крупных городах и населенных пунктах средней полосы РФ компенсировался за счет снега, отражавшего солнечные лучи. В результате глобального потепления теплого воздуха стало больше, а снега меньше. Кроме того, на его отражающую способность повлияла высокая загазованность воздуха из-за плотных транспортных потоков;
  • Стимулирование жителей крупных городов переходить к использованию общественного транспорта вместо личных автомобилей. Использование биодинамического освещения способствует снижению дискомфорта от длительного пребывания в метро.

Постоянная цветовая температура искусственных источников света не соответствует биоритмам человека. Она поддерживает примерно одинаковый уровень возбуждения его нервной системы.

Поэтому по утрам большинству людей приходится прикладывать усилия для того, чтобы включиться в рабочий режим и настроить себя на продуктивную работу. А по вечерам они вынуждены долго подготавливать себя к полноценному отдыху, ведь под действием холодного света им по-прежнему хочется успеть всё и даже больше.

Человекоориентированное освещение призвано помочь устранить эти проблемы. Биодинамические осветительные установки способны воспроизводить разные световые сценарии освещения, которые благоприятно воздействуют на эмоциональное состояние человека, оказывают терапевтическое и тонизирующее действие, синхронизируют смену дня и ночи.

Основные элементы и принцип работы биодинамического освещения

В биодинамических светильниках расположены две группы светодиодов. В одной из них установлены диоды с низкой цветовой температурой (около 2 700 К), во второй – СД холодного свечения (около 6 500 К).

Эти группы диммируются по определенному алгоритму. Процесс управления интенсивностью свечения светодиодов в каждой из них происходит независимо друг от друга.

Излучения с разной цветовой температурой смешиваются оптической системой осветительного прибора. В результате получается свет нужного спектра.

Регулируя световой поток светодиодов разных групп, можно изменять цветовую температуру излучаемого света.

Как правило, для реализации человекоориентированного освещения используются четыре ключевых элемента:

  1. Осветительные приборы (светильники и светодиодные ленты);
  2. Контроллер для управления освещением. Это микропроцессор, в который заложен «интеллект» системы. С его помощью реализуются алгоритмы изменения параметров света в зависимости от определяющих факторов: времени суток, даты, географического местоположения.

Контроллеры оценивают поступающие команды и выбирают подходящую последовательность действий для их реализации. Контроллеры могут быть как физическими светотехническими устройствами, так и виртуальными, реализованными на базе облачных сервисов;

  1. Двухканалный диммер. Устройство предназначено для обеспечения изменения светового потока по двум группам светоизлучающих диодов. Как правило, диммер работает по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на частотах от 1 до 1,5 кГц, благодаря чему глаза человека не видят мерцания;
  2.  Интерфейс – это совокупность технических и программных средств, которые обеспечивают взаимодействие разных функциональных устройств. В данном случае с помощью интерфейса происходит передача информации от контроллера к диммеру о параметрах освещения. Как правило, данные передаются по двум каналам. Это «поток теплого света/поток холодного света» и «световой поток/цветовая температура».

Кроме того, на рынке представлены LED-светильники со встроенным диммером и изменяемой цветовой температурой. Эта технология получила название Tunable white или «адаптивный белый». Система обеспечивает плавное управление цветовой температурой и интенсивностью светового потока, дает возможность изменять цветность света от теплого до холодного, а мощность – от приглушенного до яркого.

Алгоритмы управления. На практике используется несколько способов реализации биодинамической системы освещения, начиная от автоматизированного мониторинга уровня естественного света за окном, таймерных программ и заканчивая системой, которая настраивается вручную с учетом текущих потребностей людей.

Реализация самой простой схемы человекоориентированного освещения предполагает настройку двух групп органов управления. Одна группа отвечает за уровень освещенности, вторая – за спектр излучения. Настройка осуществляется в ручном режиме с использованием кнопок или рукояток.

Также возможно регулирование осветительных приборов в автоматическом режиме по нескольким схемам. В таком случае используется блок управления. Программа фиксирует в памяти определенные комбинации одновременно включенных осветительных приборов и при необходимости может их воспроизвести.

На практике изменения параметров освещения нередко привязываются к дате и географическому времени. Для реализации такого алгоритма контроллер оснащается GPS-датчиком или же данные о местоположении вводятся в блок управления самим пользователем.

После этого интенсивность освещения и цветовая температура меняются по определенной схеме, которая зависит от времени восхода и заката Солнца на конкретную дату. Все необходимые параметры вычисляются по географическому местоположению.

Следует отметить, что при этом параметры освещения не дублируют то, что происходит за окном, поскольку в большинстве случаев рабочий график человека не совпадает с продолжительностью светового дня.

В утренние часы цветовая температура человекоориентированного освещения выше, чем на улице, чтобы помочь человеку взбодриться. Во время обеденного перерыва освещенность уменьшается, светильники дают теплый, расслабляющий свет. А вечером солнца может уже не быть, но осветительные приборы продолжают генерировать равномерный рассеянный свет теплого белого оттенка с цветовой температурой около 2 700 К.

В качестве примера можно привести беспроводной блок управления SunLync с встроенным GPS-датчиком. Устройство определяет свои географические координаты и автоматически устанавливает оптимальную программу смены оттенков свечения.  Кроме того, функционал устройства позволяет пользователю вручную выбрать одну из пяти программ (в зависимости от психофизических особенностей человека и рода его деятельности).

Еще один пример привязки освещения к географическому времени – поезда метро «Москва-2020». Здесь свет в вагонах обеспечивают светодиодные линии и консольные светильники. Переключение между холодным и теплым светом происходит в зависимости от времени суток.

В дневное время цветовая температура в поезде «Москва-2020» составляет около 4 000 К. Ровно в 16-00 освещение становится чуточку теплее. Смена происходит практически незаметно для пассажиров, поскольку температура света изменяется всего на 500 К.

 Более сложные варианты схем управления осуществляются с помощью компьютеров. На них устанавливаются специальные программы, которым под силу воплотить в реальность различные алгоритмы человекоориентированного освещения.

Существенным недостатком приведенных выше систем управления специалисты называют ориентацию на определенное светотехническое оборудование. Наиболее универсальным решением считается контроллер биодинамического света с интерфейсом DALI. Такая система управления совместима с разными осветительными приборами.

Стандартный цифровой протокол DALI предназначен для интеллектуальных систем управления освещением. Он подразумевает передачу данных по двум линиям. Это дает возможность передавать информацию от контроллера к периферийным устройствам и в обратном направлении.

Эта особенность позволяет подключать различные датчики для мониторинга помещений и делает протокол практически идеальной базой для реализации систем человеко-ориентированного освещения.

Функционал DALI обеспечивает возможность деления светотехнических устройств на группы. Кроме того, каждой из этих групп, как и каждому осветительному прибору, можно задавать сценарии, которые хранятся в памяти.

На сегодняшний день наиболее востребованными являются два варианта биодинамического освещения:

  • Сценарий, имитирующий средний суточный цикл Солнца в средних широтах;
  • Сценарий, повышающий производительность и улучшающий обще самочувствие за счет нормализации циркадных ритмов.

Реализация каждого из этих сценариев предполагает соблюдение четырех принципов «умного» освещения»:

  1. Чередование оттенков холодного и теплого света. Глаз человека легче воспринимает свет голубого и зеленого спектра. В процессе эволюции это позволило людям лучше распознавать объекты. Днем источники света с такими оттенками бодрят и помогают сконцентрироваться, а вечером следует отдавать предпочтение более тёплым тонам.
  2. Всегда помнить о биоритмах. У каждого организма есть свои циклы, которые помогают ему чередовать фазы активности и отдыха. От соблюдения биоритмов зависит способность человека принимать решения, ощущать радость, учиться и работать быстрее и эффективнее.

Но ученые утверждают, что человеческие часы длиннее астрономических. У человека в сутках насчитывается около 24 часов 11 минут. Солнечный свет утром сокращает этот цикл, а яркое освещение в конце дня – продлевает. В первом случае мы засыпаем раньше. Во втором отойдем ко сну позже.

Признаки «недосыпа» не заставят себя долго ждать. Уже на следующий день это приведет к ухудшению концентрации, может отразиться на эмоциональном состоянии, вызвать чувство усталости, апатии и ощущение отсутствия сил. В долгосрочной перспективе недостаток сна может серьезно повлиять на состояние здоровья.

  1. Изучить привычки и режим жизни людей, которые будут находиться в помещении. Где они будут, когда комната наполнится солнечным светом? Если это рабочее помещение, то как будет организован график: по принципу классического восьмичасового рабочего дня с 9-00 до 18-00 или по сменам? Также важно учитывать количество и продолжительность перерывов в работе.
  2. Помнить о материалах. Любая поверхность работает как светофильтр. Этот эффект особенно отчетливо ощущается, когда человек находится в тени деревьев: в такой ситуации солнечный свет он будет воспринимать как зелёный. В помещениях аналогичный эффект может быть достигнут за счет стекла с голубоватым оттенком или с помощью красных стен, которые будут впитывать холодный свет и отражать красный.

Типы осветительных приборов для человекоориентированного освещения. На рынке представлены биодинамические светильники четырех основных типов:

  • Встраиваемые;
  • Подвесные;
  • Напольные (торшеры);
  • Светодиодные ленты;
  • Настольные.

В некоторых моделях настольных источников света реализовано оригинальное светотехническое решение: они оснащаются двумя светодиодными панелями, которые обеспечивают как прямое освещение, так и подсветку.