Освещение светодиодами: благоприятные возможности или опасность для здоровья?

Светодиоды всё ещё представляют собой новые изделия, которые не были созданы научно-техническими отделами традиционной светотехнической промышленности. Казалось бы, неважно, где были разработаны светодиоды, однако опыт, накопленный светотехнической промышленностью за прошедшие десятилетия, привёл к появлению определённых требований со стороны осветительных установок. Наблюдавшееся десятилетиями незнание этих основанных на работе зрительной системы человека требований может вести к отрицательным последствиям.

Давайте подробно рассмотрим этот вопрос, начав с наименее технических моментов.

С медицинской точки зрения, белый свет с большой синей составляющей считается оказывающим опасное влияние на уровень мелатонина в теле человека, особенно во время работы в ночную смену, что нуждается в дополнительном исследовании. Исследования, проведённые в октябре 2010 г. под эгидой французского национального агентства Agence nationale de securite sanitaire de l'alimentation, de l'environement et du travail, были направлены как на изучение этого вопроса применительно к освещению светодиодами, так и на изучение проблемы блёскости, создаваемой мощными светодиодами. Эти моменты не должны игнорироваться производителями светотехнического оборудования, заявляющими, что «опасность для здоровья до сих пор не доказана». Можно с уверенностью утверждать: опыт показывает, что инженеры и физики не являются экспертами в части сопоставления физических и психологических особенностей новой техники. В то же время, взаимодействие человека и машины находится в центре внимания эргономичного проектирования.

Эргономичность проектов с использованием новой техники должна являться главной задачей всех участников процесса проектирования, а не становиться жертвой «рекламной шумихи» вокруг новой техники.

Светодиоды, несомненно, являются многообещающими изделиями, но какие, помимо эффективности, обязательные требования должны быть удовлетворены, чтобы эргономичные осветительные установки стали реальностью? К этим требованиям можно отнести:

  • Отсутствие блёскости.
  • Хороший контроль распределения силы света.
  • Долгосрочная приемлемость для всех возрастных групп.

Для удовлетворения этим требованиям в новейших светотехнических приборах применяются отражатели или светонаправляющие устройства. Учитывая предпринятые за последние четыре года попытки светотехнической промышленности успешно внедрить светодиоды в светильники, представляется оправданным вопрос о том, не была ли эргономичность принесена в жертву рекламной шумихе, поднятой в последнее время вокруг светодиодов. Освещение - это нечто большее, чем обеспечение максимально эффективного попадания света из точки А в точку Б.

Как можно успешно избежать блёскости?

Блёскость играет более или менее важную роль в процессе проектирования, которая - несмотря на то, что блёскость способна существенно ухудшить зрение, - зависит от новейших тенденций в области конструирования светильников. С чрезмерной блёскостью сталкивались все, например, при управлении автомобилем в ночное время, когда фары встречных машин могут оказаться особенно слепящими (Рис. 1).

фары встречных машин слепят глаза

Эта прямая блёскость раздражает привыкшие к низкой яркости глаза, которые вдруг подвергаются воздействию сравнительно высокой яркости. В этом случае одним из основных факторов является разность яркостей. При этом не следует забывать, что аналогичный эффект может производить интенсивный диффузный свет (рис. 2), который рассеивается в глазе, что особенно сильно влияет на пожилых людей. Следует всегда помнить, что процент пожилых людей в обществе постоянно возрастает, и что в будущем это будет иметь всё более важное значение.

освещение светильниками

При проектировании эргономичного освещения мы использовали эти знания, исключая влияние областей высокой яркости или увеличивая яркость внешней засветки и тем самым уменьшая разность яркостей. Это обеспечивает комфортность освещения (рис. 3) и аналогично случаю фар автомобилей, создаваемая которыми блёскость оказывает сильное слепящее действие ночью и не воспринимается как слепящая днём при наличии яркой окружающей среды. Европейский стандарт EN12464 содержит как требования к качеству внутреннего освещения, согласно которым в офисных помещениях следует избегать наличия блёскости, так и нормируемые значения яркости. В качестве нормативной используется основанная на обобщённом показателе блёскости (UGR) система, в рамках которой излучающая яркий свет небольшая область считается тем менее раздражающей, чем выше яркость окружающей среды.

Так что при использовании светодиодов в светильниках мы должны не только избегать обусловленной высокой яркостью прямой блёскости, но и стараться предотвращать чрезмерно сильное отличие яркости светодиодов от яркостей прочих источников света. Для специалистов не секрет, что применяемые сейчас стандарты на освещение не удовлетворяют современным требованиям. Однако идущая ныне дискуссия сконцентрирована главным образом на стандартах по оценке светодиодов как источников света, оставляя без внимания оценку светильников или осветительных установок применительно к случаю, когда один светильник содержит большое количество светодиодов.

Яркость, создаваемая большим количеством отдельных светодиоды (рис. 4, слева), требует большего количества энергии по сравнению с направленной яркостью, создаваемой традиционными светильниками с отражателями (рис. 4, справа). Это в определённой степени объясняет то, что для обеспечения требуемой яркости необходима более высокая концентрация точечных источников света, - проблема, актуальность которой возрастает по мере увеличения световой отдачи светодиоды.

избежать блескости

Концепция светильника, сочетающего в себе светодиоды и линзы, не столь легкоосуществима, как это казалось вначале. Несмотря на непрерывно возрастающую световую отдачу светодиодов, реальные светильники всегда будут нуждаться в решётках из светодиодов.

Помимо описанных выше светотехнических проблем, изделиям с светодиодами, которые всё шире применяются в уличном освещении, присущи и другие проблемы, связанные с упрощённым подходам к светотехническим решениям. Конечно, эффективнее всего направлять на дорогу узкий луч света. Однако если излучаемый свет сконцентрирован в пределах сравнительно небольшого участка, вследствие чего мы не видим окружающее освещённую область пространство, то эффективность освещения оказывается чрезмерной. Эффективность освещения можно повысить при помощи отражателей и традиционных светотехнических технологий, но эта цель никогда не преследовалась. А это заставляет специалистов проводить зачастую абсурдные сравнительные расчёты с целью сопоставления основанных на светодиоды решений и решений, в основе которых лежит обычная техника. Ниже приведён список некоторых «несообразностей», препятствующих адекватной оценке предназначенных для уличного освещения изделий с светодиодами:

  • Сравнение проводится с традиционными изделиями 20-30-летней давности (сегодня оптимизированный уличный светильник с отражателем имеет КПД порядка 80-90 %, а не 50 %, как это часто считают).
  • Рабочая температура крепящих светодиоды устройств, как правило, чрезмерно занижается (её часто считают равной 25ºС), хотя рабочая температура светильника обычно лежит в районе 50ºС и выше. Последнее отрицательно сказывается как на световой отдаче, так и на долговечности светильника.
  • Не предоставляется информация об ухудшении пропускания света, обусловленном старением пластиковых линз (в зависимости от качества линз, следует учитывать 1030 % уменьшение коэффициента пропускания).

Чем шире инженеры-светотехники, а не только работающие в светотехнической промышленности инженеры-электронщики, применяют в светильниках светодиоды, тем больше они будут выявлять альтернативные способы использования точечных источников света, и достоинства светодиодов смогут пойти на пользу всей светотехнической промышленности.

На рис. 5 приведены три примера подходов, позволяющих избежать блёскости в случае мощных светодиодов.
Конструкцию отражателя, основанную на изложенных выше рекомендациях по направливанию света, следует дополнить достоинствами светодиоды, свет которых можно перенаправить при помощи вогнутой отражающей поверхности. Подобная отражающая система, изготовленная из материала «MIRO-SILVER» компании Alanod, имеющего равный 98 % неизменный полный коэффициент отражения, позволяет:

  • избежать блёскости;
  • создать высокоэффективную оптическую систему, не теряющую свою эффективность при старении;
  • разделить источник света и оптическую систему, что позволяет с лёгкостью заменить традиционные источники света на светодиоды;
  • улучшить репутацию светодиоды как источников света в глазах потребителей.


первичный и вторичный отражатели

К этому добавим, что специалисты в области конструирования отражателей, такие как немецкая компания Alux-Luxar, уже воспользовались преимуществами, предоставляемыми подобным материалом для отражателей, и разработали модульную рефлекторную оптическую систему, которую можно использовать совместно как с традиционными источниками света, так и с светодиоды (рис. 6).

Интересно было бы посмотреть, какие возможности будут реализованы, и не только в погоне за высокой эффективностью, но и в части создания усовершенствованных осветительных приборов.