Освещение для здоровья и благополучия

[Viktoria 4]

Человеко-ориентированное освещение на рабочем месте: речь идет не только о цветовой температуре
Поскольку наша современная жизнь решительно бросает вызов естественному суточному циклу планеты, мы, очевидно, боремся с циркадными часами наших тел. Наша физиология развивалась в течение миллионов лет, всегда стараясь соответствовать 24-часовому циклу восхода и захода солнца.

Но наши современные условия круглосуточной работы и ночной образ жизни жестоко сражаются с привычными устоями нашего физиологического развития. И, возможно, нет более значимого символа нашей новой суточной жизни, чем электрический свет, который обычно удерживает ворота, широко открытые для ночного существования уже более века в нашем развитом мире.
В настоящее время прикладываются многочисленные усилия для изучения влияния света на циркадный ритм, а также на то, как спроектировать системы освещения, которые смогут помогать гражданам, соблюдать свои циркадные часы. Цифровая природа светодиодов позволяет относительно легко настраивать параметры, которые могут поддерживать циркадные потребности.

Важно знать!

• У светодиодных светильников с источником питания без корректора коэффициента мощности наблюдается пульсация, что вредно для глаз. Проверяется камерой мобильного телефона.
• Для жилых помещений рекомендуемая цветовая температура 2700-3000К
• Для офисных помещений, при освещение рабочих мест рекомендуемая цветовая температура в диапазоне от 3000K до 4000K
• Индекс цветоперадачи (CRI) не менее 80. При более низких значениях цвета значительно искажаются, особенно опасно для детей.

Светодиодное освещение приобрело репутацию как хорошего, так и плохого освещения на циркадной сцене. С хорошей стороны синие частоты светового спектра, которые обычно встречаются в белых светодиодах, могут стимулировать людей по утрам, или могут помочь сосредоточится в математическом классе. Но синий свет может не дать вам заснуть ночью, когда вам необходимо спать. Использование синего света в неправильное циркадное время может привести к серьезным проблемам со здоровьем, таким как рак, диабет и т.д. В тоже время, желтые и красные частоты спектра могут помочь вам, расслабится и отдохнуть.

Рис.1 Сотрудники штаб-квартиры ASID (Американское общество дизайнеров интерьера) работают в условиях тонкой настройки спектральной мощности.

Научное понимание влияния различного спектра света на человека все еще развивается. Это очень важно на ранних этапах развития и это все еще можно обсуждать. Для базового понимания некоторых принципов надо заметить, что синие частоты светового спектра стимулируют главные циркадные часы мозга, пигмент под названием «Меланопсин», который накапливается и содержится в не визуальных фоторецепторах сетчатки глаза (не визуальные фоторецепторы отличаются от визуальных фоторецепторов, таких как стержни и конусы). Помимо этого, синий свет подавляет мелатонин, гормон, который помогает нам заснуть. Ввиду этого, офисы по всему миру начинают устанавливать системы освещения, которые позволяют максимально использовать наш циркадный ритм для наилучшей производительности труда сотрудников.
Освещение – это не единственный фактор современной жизни, который нарушает циркадные циклы. Отопление и кондиционирование воздуха (температура), физическая активность или их отсутствие, привычки в еде и многое другое играют определенную роль. Но наряду с температурой и потреблением пищи свет является одним из трех, или около того, первичных влияний - циркадные ученые называют их немецким словом «zeitgebers». Первичные влияния, например свет, могут включать и выключать функции генов. Они оказывают огромное влияние на здоровье, настроение, самочувствие и всевозможные другие показатели нашего организма.
Далее, в этой статье, мы углубимся в науку, открыв важное различие между коррелированной цветовой температурой (CCT) и спектральным распределением мощности (SPD), а также рассмотрим важность использования естественного света. Также будут рассмотрены несколько дизайнов освещения в различных зданиях удостоенных высших наград.

Рис.2  Сотрудники ASID пользуются одновременно естественным и искусственным светом. Окна, выходящие на север, обеспечивают достаточный естественный свет, но он менее яркий, чем свет, если бы окна выходили на юг. 

Использование спектральной мощности в штаб-квартире Американского общества дизайнеров интерьера (ASID)
Поскольку концепция ориентированного на человека освещения приобретает первостепенное значение, общая мудрость заключается в том, что синий свет стимулирует, желтый расслабляет. Таким образом, дизайнеры стремятся использовать системы освещения, которые доставляют эти частоты светового спектра в нужное время суток или в желаемой настройке. Как правило, они могут сосредоточиться на коррелированной цветовой температуре и предписывающих системах, которые регулируют CCT. Например, свет может быть прохладно-синей температуры 5000K или 6000K для стимуляции по утрам, при этом переходя на более теплую зону желтого света 2700K во время отдыха сотрудников.
Но это не так уж просто, отметила Дебора Бернетт, директор и партнер в дизайнерской фирме по освещению «Benya Burnett Consultancy». В то время как разные показатели CCT действительно связаны с различными биологическими ответами, на самом деле, различные реакции вызывает не сама цветовая температура. 
Скорее, отмечает Дебора Бернетт, это энергия, выделяемая светом, качество, характеризуемое показателем SPD. Поскольку эта энергия попадает в человеческие глаза и на кожу человека, это вызывает биологические реакции. Показатель SPD точно определяет энергию света во всем диапазоне зрительной чувствительности человека. Дело в том, что даже если два источника света имеют один и тот же показатель CCT, они могут иметь совершенно разные кривые показателя SPD.
«Если вы полагаетесь на показатель CCT, вы игнорируете основной базовый принцип человеко-ориентированного освещения, циркадного освещения, биологии растений и людей», - сказала  Дебора Бернетт. «Показатель CCT - это коррелированная цветовая температура по шкале Кельвина. Он определяет то, как вы представляете среднее значение цветовой температуры источника света. Если вы возьмете 2, 3, 5, 10 .. различных светодиодов с цветовой температурой 3500К, и выровняете их в линию, то сделав снимок света каждого из них с помощью спектрометра, вы получите  2, 3, 5, 10 .. различных распределений спектральной мощности. Каждый из них будет отличаться».
«И теперь, чтобы точно промаркировать специальное освещение, предназначенное для получения поведенческого или биологического ответа, вам необходимо указать распределение мощности по спектру. Вы больше не можете полагаться на показатель CCT или цветовую температуру по шкале Кельвина».
Таким образом, в ходе подготовки проекта реконструкции системы освещения, перед тем, как выбрать, какой тип источников света, а также в какой степени можно опираться на естественный свет, компания «Benya Burnett Consultancy» провела тщательные оценки показателя SPD в офисе своего заказчика - штаб-квартире Американского общества дизайнеров интерьеров (ASID) в Вашингтоне, округ Колумбия. 
Реконструкция системы освещения на девятом этаже 12-этажного офисного здания расположенного в центре города началась в сентябре 2016 года. По результатам оценок показателя SPD, компания «Benya Burnett Consultancy» рекомендовала использовать сочетание светодиодного и флуоресцентного искусственного освещения в сочетании с естественным дневным светом, проникающего через окна, которые представляют собой трехсторонний высокий потолок, преимущественно выходящий на северную сторону здания.    
В результате реконструкции было получено не менее двух дизайнерских наград. В июле 2017 года, этот проект стал первым в мире местом, получившим сразу два платиновых сертификата, LEED (добровольная система сертификации зданий, относящихся к экологичному и энергоэффективному  строительству) от Американского совета по зелёным зданиям и WELL (влияние на здоровье и благосостояние человека) от Международного института строительства.

Превосходный ночной сон после работы в офисе
Такие обещания впечатляют. Но как все это происходит на практике?
«На самом деле это работает очень хорошо», - сказал генеральный директор ASID Рэнди Физер, основываясь на проведенных анонимных опросах 35 своих сотрудников. «Мы спросили сотрудников, как офис, в котором мы сейчас находимся, заставляет их чувствовать себя, как они спят дома, и все такое. Все эти показатели, которые мы хотели сравнить, улучшились в этом новом офисе по сравнению с тем, где мы были раньше.
«Идея системы освещения заключалась в обеспечении здоровья, хорошего самочувствия и благополучия персонала. При этом мы знали, что свет является важной частью управления нашими циркадианными ритмами и нашими циркадными системами, знали, что персонал проводит все больше и больше времени в помещении и поэтому, нам нужно было максимизировать воздействие света на них так, как будто бы они были на улице».
По словам Деборы Бернетт, результаты связаны с правильным техническим решением. «Мы проигнорировали показатель CCT, и вместо этого сосредоточились на спектральном распределении мощности», - сказала она.

Рис.3 На недавней конференции «Освещение для здоровья и благополучия» д-р Мартин Мур-Эде представил убедительные данные о возможности уменьшить негативные эффекты синего света на биологические ритмы человека во время вечерней сменной работы, включая метаболические состояния, такие как резистентность к инсулину и ожирение, просто уменьшая синюю энергию в циркадно-дружественном освещении.

Но вот задача, как, оказалось, определить правильный уровень показателя SPD было очень непросто. Компания «Benya Burnett Consultancy» описала сложность проведенной оценки, учитывающей примерно дюжину факторов. Среди них: средний возраст сотрудников, их пол, индекс массы тела, общее состояние здоровья или болезнь и даже их репродуктивный этап жизни. Помимо этого учитывались такие факторы как ширина и длина здания, северная экспозиция окон, высота столов в офисе (многие рабочие предпочитают высокие стоячие столы), время восхода и захода солнца, и даже кривизна Земли. 
«Это так сложно», - сказала Дебора Бернетт. «Поэтому многие производители говорят: «Просто пойдите и купите продукт по указанному индексу CCT, и все будет отлично». Но это вовсе не так. Если они хотят продолжать указывать просто цветовую температуру CCT и индекс цветопередачи CRI, то они пропустят свой финансовый успех. Особенно если они хотят получить поведенческий или биологический ответ».

Нет одного решения
Компания «Benya Burnett Consultancy» отказалась раскрывать точные цифры и измерения SPD, развернутые в офисах ASID. Она отметила, что каждое потенциальное местоположение будет иным, и поэтому результаты, полученные в офисе ASID, могут вводить проектировщиков в заблуждение на другом объекте.  Но было сказано, что были использованы источники света компании Soraa, светильники Finelite, а также системы управления  Lutron, которые, помимо управления освещением, соединяются с другими системами, такими как затенение окон.
Но один ключ к проектированию все же был раскрыт: компания «Benya Burnett Consultancy» стремилась свести к минимуму воздействие коротковолновых синих частот (около 455 нм).
«Мы не знаем всех ответов с научной или медицинской точек зрения, но, похоже, этот свет ночью с коротковолновым присутствием в 20% и более, по-видимому, является катализатором того, что создает много негативных последствий для здоровья», - сказала Дебора Бернетт. При этом она добавила, что отрасль должна разработать руководящие принципы реализации циркадного освещения.
Генеральный директор ASID, Рэнди Физер, описал концепцию освещения в офисе шестого этажа. Около 70-80% ламп являются флуоресцентными (прежде всего потолочные светильники), они расположены начиная с внешнего края у окон и входа в офис. Дальше от окон, могут использоваться светодиодные лампы. Все потолочные светильники могут менять свои спектральные настройки, и привязаны к системе управления Lutron, что также позволяет переопределить их.    
Кроме того, офис содержит светодиодные диммируемые лампы, которые могут быть затемнены, но их нельзя настраивать по спектральной мощности, хотя дизайнеры «Benya Burnett Consultancy» хотели бы повлиять на их спектральную настройку, сказал Рэнди Физер.

Немного о флуоресцентном свете
Может показаться сюрпризом, что офис в авангарде перестраиваемого ориентированного на человека освещения использует такой высокий процент флуоресцентных продуктов, учитывая, что светодиоды с их цифровой природой, как известно, легче настраивать, чем флуоресцентные источники света.
Рэнди Физер объяснил, что, когда компания «Benya Burnett Consultancy» оценивала помещения более двух лет назад, цены на светодиодные продукты были слишком высоки.
«Первоначальный дизайн был светодиодным, но цена проекта оказалась намного больше, чем был наш бюджет, поэтому нам пришлось реконструировать дизайн и использовать флуоресцентный свет», - вспоминал Рэнди Физер. «В то время, светодиодный источник света с циркадным освещением, который давал возможность менять световые волны и цвета, на рынке присутствовал всего в одном или двух вариантах. Но на сегодняшний день, уже многие производители источников света предлагают такой продукт, поэтому цена на них снижается».
Акцент на флуоресцентные эффекты заключался в компромиссах между ценой и такими недостатками как неуклюжесть, необходимость использования двух ламп, чтобы получить желаемый спектральный эффект, которого светодиоды могли достичь с помощью одной лампы, отметил Рэнди Физер. Кроме того, несмотря на то, что ASID удалось выиграть платиновый сертификат LEED, флуоресцентные источники света не так энергоэффективны и, вероятно, не будут работать так долго, как светодиоды.
«Тем не менее, они делают свое дело. У сотрудников улучшилось здоровье и благополучие, в том числе сон, была определенная артикуляция», - сказал Рэнди Физер, отметив, что другие факторы также сыграли определенную роль, например, качество воздуха.
В то время как дизайн освещения компании «Benya Burnett Consultancy» подчеркивал показатель SPD, сотрудники ASID по-прежнему замечают различные коррелированные цветовые температуры, которые в конечном итоге являются результатом кривой спектральной мощности источника света. Более холодные цветовые температуры всегда будут связаны с большей энергией спектральной мощности в синем конце визуального диапазона человека.

Рис.4 Является ли этот вид искусственным или это естественный свет? Возможно, и то, и другое. Из этого конференц-зала в Bullitt Center сотрудники видят горизонт центра города Сиэтл.

Рэнди Физер рассказал, что система управления освещением запрограммирована таким образом, чтобы в летние месяцы освещение плавно переходило к более синим оттенкам в 5:30 утра и возвращалась к красным оттенкам около 7 часов вечера (происходит изменение цветовой температуры, которое заметно для глаз). В одном аспекте циркадного программирования он сказал, что сдвиги происходят не сразу. Скорее, они происходят в течение 30, 40 или даже 50 минут. «Если это происходит резко, прямо от синего к красному, без переходного периода, это действительно потрясающе, но на самом деле создает шок внутри тела, и вам это не нравится», - сказал он.

Циркадный свет: Никогда не использовать синий свет в ночное время
Доктор Мартин Мур-Эде был профессором медицинской школы Гарварда в течение 23 лет, и долгое время изучал науку суточного цикла. Он возглавлял команду в Гарварде с 1980 года, которая, по его словам, первая определила, что такое циркадные часы человеческого мозга. В дальнейшем это было названо как супрахиазматическое ядро или SCN. Оно отвечает за контроль за 24-часовыми ритмами сна / бодрствования, за температурой тела и контролирует гормоны. Даже тогда специалисты, подобные Мур-Эде, знали, что свет, падающий на не визуальные фоторецепторы в сетчатке, стимулируют SCN.
Только спустя 20 лет, благодаря дальнейшим исследованиям в Оксфордском университете, а также Университете Суррея в Великобритании и в других местах, ученые стали понимать влияние света в синем диапазоне частот, в частности, как это связано с суточным циклом, и влиянием на клеточный пигмент сетчатки. Последний получил название «Меланопсин» (не путать с гормональным мелатонином, который, будучи подавленным синими частотами, может вызывать нарушение сна). 

Рис.5 Световые проемы добавляют больше естественного света.

Если быстро промотать время вперед, то в настоящее время доктор Мур-Эде является главным исполнительным директором горнолыжного комплекса Стоунхэм, на базе которого была основана медицинская консалтинговая группа Circadian. По результатам многолетних исследований, его группа Circadian Light связывает много человеческих болезней с синим спектром света в диапазоне 430 – 500 нм в циркадном цикле. Не то, что бы синий свет является откровенным злом, он может быть даже полезен в дневное время. Но в ночное время он «вызывает хаос» в нашем организме, о чем собственно доктор Мур-Эде и изложил на конференции  «Освещение для здоровья и благополучия» в июле этого года.
«В синей части спектра есть определенные длины волн, которые повышают боевую готовность, производительность и настроение в дневное время, но в ночное время они нарушают циркадные часы. По результатам сотни исследований, они повышают вероятность возникновения рака молочной железы на 65%, развитие диабета на 37%, значительно увеличивают вероятность сердечнососудистых заболеваний, рака предстательной железы и вызывают множество других медицинских проблем» - сказал доктор Мур-Эде. Перечень рисков можно продолжить, в том числе возникновение диабета, связанного с подстрекательством синего света к резистентности инсулина, а также ожирение вследствие стимуляции аппетита синим светом.
Похоже, светодиоды ночью - это новый табак?
Но этого не должно быть. Компания «Moore-Ede», подразделение Circadian Light, выпускает набор офисных осветительных приборов, включая потолочные, встраиваемые и подвесные светильники, которые отфильтровывают вредные биологически активные синие частоты ночью. «Система Circadian, основанная на светодиодных чипах от Plessey, обеспечивает своевременную дозировку и независимо изменяет биоактивное синее содержимое», - объяснил доктор Мур-Эде.
Но разве это не уменьшает яркость света, поскольку яркий белый свет имеет тенденцию склоняться к цветовой температуре  около 5000K и более, которая имеет высокое содержание синих частот?
Абсолютно нет, сказал доктор Мур-Эде, отметив: «Вы можете сделать фильтр, не поднимая цветовую температуру. Вы можете сделать все это в диапазоне от 3000K до 4000K - другими словами, в нормальном, комфортном диапазоне цветовых температур. На самом деле совсем не нужна высокая коррелированная цветовая температура. Вам же не надо, чтобы свет был жестким и ярким как свет от типичной фары автомобиля. Здесь речь идет об освещении, которое имеет заранее спроектированный спектр».
Инженерные фокусы в циркадном освещении включают использование фиолетовых излучателей, которые, по словам доктора Мур-Эде, оказывают еще больше стимулирующего эффекта синего света, но без вредных последствий.
В итоге, доктор Мур-Эде, как и компания «Benya Burnett Consultancy» подчеркнул, что настраиваемые системы освещения должны фокусироваться на частотах света, а не на коррелированной цветовой температуре.
«В световой отрасли есть большое недопонимание того, что классификация источников света по цветовой температуре является проблемой», - сказал доктор Мур-Эде. «На самом деле только спектр имеет значение, он содержит тот компонент, который является биоактивным, и имеет как положительный эффект, так и приносит негативные последствия».

Экологически здоровый офисный комплекс «Bullitt Center» в Сиэтле
Если идея любого искусственного освещения, ориентированного на человека, заключается в том, чтобы максимально имитировать образцы естественного света, то разумно предположить, что естественный дневной свет будет лучше всего. А поскольку большинство офисных работников по определению работают в помещении, это означает, что дизайнеры и архитекторы освещения должны обеспечивать максимально возможное количество естественного света.
«С нашей точки зрения, компонент дневного света начинает играть большую роль в ориентированном на человека освещении», - сказал Захари Сукары, директор по дизайну компании «Luma Lighting Design» в Портленде. «Доступ к видам за окном и доступ к качественному дневному свету, безусловно, является самым большим стимулом».
Основываясь на этих принципах, компания «Luma Lighting Design» произвела расчет и монтаж системы человеко-ориентированного освещения в шестиэтажном офисном здании  «Bullitt Center» в Сиэтле, который открылся в апреле 2013 года. В настоящее время это офисное здание является домом для крупной некоммерческой организации «Bullitt Foundation», адвокатских контор и прочих представителей бизнеса, и позиционируется как экологически здоровый офисный комплекс.
Коммерческое офисное здание было рассчитано на 250 лет эксплуатации и после строительства завоевало ряд наград, в том числе престижную награду World Architecture News' Sustainable Building, а в 2015 году - инновационную награду Lighting Control от Illuminating Engineering Society.
Естественный свет является значительным источником освещения. Не удивительно, что один из основных элементов дизайна, который позволяет проникать естественному освещению, - это окна. Чтобы помочь оптимизировать их эффект, градостроители позволили шестиэтажному зданию быть чуть выше обычного - не добавлять этажи, а просто увеличить высоту потолка на каждом этаже от 11 до 14 футов. Таким образом, отметил Захари Сукары, «Благодаря 11-футовым окнам, почти 100% занимаемых помещений имеют доступ к дневному свету». Общее пространство подчиняется эмпирическим правилам – чтобы было удобно пользоваться дневным светом, любое расстояние от окна должно быть не более чем вдвое больше высоты окна. Таким образом, офис с типичными 8-футовыми окнами с одной стороны может быть до 16-футов в глубину здания, без потери выгоды естественного освещения, или до 32-футов с 8-футовыми окнами с обеих сторон. 
«Способность ощущать дневной свет через пространство и поддерживать нас в гармонии с природной средой, это часть, ориентированная на человека», - сказал он. «Способность оставаться в гармонии с постоянно меняющимся состоянием природы в течение дня, т.е. с дневным светом - это и есть ориентированная на человека часть дизайна освещения».

Рис. 6 «Бесконечная лестница» в здании «Bullitt Center» со стеклянной крышей с трех сторон, откуда открывается вид на центр города Сиэтл.

В дополнение к фасадным окнам, здание «Bullitt Center» также получает щедрую порцию естественного света через мансардные окна. Тем не менее, дизайнеры освещения должны были пойти на компромисс с “зелеными” целями инженеров-механиков и инженеров-электриков, которые установили солнечные батареи на крыше, а также в некоторых местах, которые могли бы содержать еще больше световых проемов.
Благодаря естественному свету архитекторы придумали то, что называется «Бесконечная лестница» - стеклянная лестничная клетка вдоль внешней стены, из которой открывается вид на Олимпийские горы,  акваторию заливов Пьюджет-Саунд и линию горизонта в центре города Сиэтл (здание «Bullitt Center» находится в районе Капитолийского холма в Сиэтле).
«Самая большая проблема, с которой мы сталкиваемся, - это постоянство белого», - сказал Захари Сукары. «Если одно место освещено лампами 4000K, а кто-то решил, что их пространство должно быть освещено лампами 3000K, то это делает пространство 4000K более холодным, потому что кому-то видеться более теплое пространство. Кроме того, это просто странно».

Мораль истории: Используйте естественного света как можно больше!

По материалам: ledsmagazine.com