Биодинамическое освещение рабочих мест

126
освещение офиса

Хотя возможности современного освещения позволяют изменять его цветовую температуру в течение всего светового дня и ближе к ночи, задача обеспечения освещения, учитывающего в т.ч. поведенческие и биологические реакции, решается не так просто. В статье рассматриваются преимущества использования естественного освещения и систем с регулируемой спектральной плотностью излучения на примерах офисов некоторых американских компаний.

освещение офиса

Циркадный ритм

Поскольку современный образ жизни человека, по сути, игнорирует естественный цикл дня и ночи, циркадные (суточные) ритмы наших организмов сбиваются. Физиология человека эволюционировала миллионы лет, сообразуясь с 24-ч суточным ритмом, но с появлением устоявшихся тенденций проводить много времени на работе и за компьютером привычные условия жизни людей нарушились.

Возможно, самым значимым свидетельством отклонения человека от естественных условий освещения стал электрический свет, который во всем цивилизованном мире широко применяется в ночное время уже более ста лет. В настоящее время немало исследований посвящено изучению того, как свет влияет на суточный ритм и как проектировать осветительные системы с учетом этого фактора. Теперь, когда технология светодиодного освещения в целом освоена, эти усилия стали более интенсивными. Электронная природа этого освещения позволяет легко регулировать его в соответствии с суточными ритмами.

Многие платформы беспроводной связи, в первую очередь те, которые работают с ячеистыми Bluetooth-сетями, имеют достаточно высокую функциональную гибкость и масштабируемость при намного меньшей стоимости по сравнению с проводными системами.

Светодиодное освещение завоевало неоднозначную репутацию, если рассматривать его с точки зрения соответствия циркадным ритмам. С одной стороны, синие составляющие излучения белых светодиодов действуют на человека стимулирующим образом в утренние часы или в тех случаях, когда ему требуется высокая степень сосредоточенности. С другой стороны, то же действие синяя составляющая излучения оказывает на человека в ночные часы, когда он спит. И наоборот, расслабиться нам помогают желтые и красные составляющие света. Исследования показали, что синие компоненты, воздействующие на человека, например в ночное время, вызывают серьезные проблемы со здоровьем и становятся причинами заболеваний.

Ученым предстоит пройти немалый путь к осмыслению взаимосвязи между освещением и суточными ритмами человека. Однако к настоящему времени сложилось базовое представление о том, что синие компоненты излучения стимулируют работу часового механизма мозга, вызывая образование в клетках зрительной системы фотохромного пигмента меланопсина. В отличие от светочувствительных палочек и колбочек, служащих для воссоздания изображения внешнего мира, эти клетки не участвуют в передаче изображения в мозг – они оценивают интенсивность попадающего на сетчатку света и подстраивают суточные биологические часы организма. Синий свет подавляет выработку мелатонина – гормона, который способствует наступлению сна.

Исходя из этих двух основополагающих принципов, целесообразно создавать такие осветительные системы, которые учитывают циркадный ритм. Мы рассмотрим важное различие между цветовой коррелированной температурой (ЦКТ) и распределением спектральной плотности излучения (СПИ), а также необходимость в естественном освещении. Кроме того, мы познакомимся с проектами по освещению двух зданий, удостоенными наград.

Роль освещения, ориентированного на потребности человеческого организма (human-centric lighting), или биодинамического освещения, которое составляет основу изучения циркадных ритмов, постоянно растет. Об этом, например, свидетельствует недавнее награждение Нобелевскими премиями в области физиологии и медицины трех ученых из США, описавших работу биологических часов растений, животных и людей.

Освещение – не единственный фактор современной жизни, который нарушает циркадные циклы. К числу других факторов относятся отопление и кондиционирование воздуха, физическая активность или ее недостаток, пищевой рацион и т.д. Однако свет наряду с температурными условиями и пищевыми привычками – один из трех основных факторов, воздействующих на функции генов и, следовательно, на здоровье, настроение, энергичность и многие другие показатели состояния человека.

В условиях, когда большинство людей проводит огромную долю времени в помещениях, а не вне дома, а в ночное время находится в условиях светового загрязнения, необходимо лучше понимать природу циркадных эффектов и уметь учитывать их в повседневной жизни. В этой связи мы рассмотрим несколько примеров по реализации циркадного освещения.

Распределение спектральной плотности излучения

Итак, согласно концепции биодинамического освещения, синяя составляющая спектра излучения оказывает стимулирующее воздействие, а желтая – успокаивающее. Инженеры разрабатывают системы, которые обеспечивают освещение на этих частотах в заданное время дня или с заданными настройками. Как правило, эти системы регулируют цветовую коррелированную температуру. Например, для стимулирующего эффекта цветовая температура освещения устанавливается равной 5000–6000 К, а в часы отдыха она составляет 2700 К.

Заметим, однако, что, по сути, цветовая температура не определяет биологические реакции организма, хотя она и связана с ними. В первую очередь, на эти реакции влияет энергия излучения, а точнее – распределение его спектральной плотности. Энергия света, попадающего в глаза и на кожу человека, запускает в его организме биологические процессы. Спектральная плотность излучения определяет энергию света в диапазоне чувствительности зрения. Известно, что два источника света с разной цветовой температурой имеют совершенно разные характеристики СПИ.

Итак, для создания системы биодинамического освещения, которая учитывает поведенческие и биологические реакции человека, разработчики должны исходить из спектральной плотности излучения, а не из цветовой температуры. Такая осветительная система была реализована в вашингтонской штаб-квартире ASID (American Society of Interior Designers – Американское сообщество дизайнеров интерьеров), реконструированной в сентябре прошлого года. Освещение этого офиса, расположенного на девятом этаже 12-этажного дом окнами на север, представляет собой комбинацию светодиодного, люминесцентного и естественного дневного освещения. В помещениях компании ASID естественное освещение сочетается с искусственным. Окна офиса выходят на север, благодаря чему ослепляющий эффект от естественного света проявляется в меньшей мере, чем если бы они выходили на южную сторону.

В июле 2017 г. агентство Benya Burnett, разработавшее осветительную систему для этой компании, было удостоено Платинового сертификата по системе LEED (Leadership in Energy and Environmental Design – рейтинговая система для экологичных зданий) и аттестат WELL от учреждения WELL Building Institute.

Ночной сон стал лучше

Познакомимся с результатами реализации этого проекта с регулируемой спектральной плотностью излучения. Анонимный опрос 35 сотрудников компании ASID, в котором было предложено оценить их самочувствие, качество сна и т.д., показал, что они удовлетворены новым освещением, которое создает условия, максимально приближенные к освещению вне стен офиса.

На пути создания таких систем имеется одно препятствие – определение правильного уровня СПИ. На него влияет немалое число факторов, к числу которых относится средний возраст сотрудников компании, их пол, показатель массы тела, общее состояние здоровья и даже репродуктивные способности, а также географическое местоположение каждого конкретного здания, сторона света, на которую выходят окна, высота рабочих столов в офисе, время восхода и заката и пр. Многие производители считают, что для создания качественного освещения достаточно того, чтобы его цветовая температура составила 4000 или 3500 К, а индекс цветопередачи превышал 90 ед. Однако этого мало для того, чтобы осветительная система в полной мере учитывала поведенческую или биологическую реакцию.

Компания Burnett не предоставило точные данные по спектральной плотности излучения и результаты измерений, проведенных в офисах компании ASID. Свой отказ компания пояснила тем, что освещение каждого отдельной группы помещений индивидуально, и было бы неправильным публиковать полученные результаты для других офисов. Среди поставщиков установленных в офисе источников света – компания Soraa. Производитель светильников – Finelite, поставщик системы управления – компания Lutron.

Компания Burnett минимизировала коротковолновые компоненты спектра излучения на частоте 455 нм, исходя из эмпирических результатов исследования, которое показало, что если доля такой составляющей в ночном освещении превышает 20%, состояние здоровья заметно ухудшается. Таким образом, имеется настоятельная необходимость в составлении отраслевых рекомендаций для создания систем освещения с учетом циркадного ритма.

Люминесцентные лампы

В офисе компании ASID на шестом этаже здания штаб-квартиры около 70–80% ламп являются люминесцентными. Большую часть из них составляют потолочные трофферы (световые полосы), установленные по внешнему краю потолка рядом с окнами и вглубь помещений. Кроме того, для освещения этого офиса применяются светодиодные светильники. Спектральные составляющие излучения всех потолочных источников света регулируются с помощью системы управления Lutron или вручную. Офис также оснащен настольными светодиодными лампами с изменяемой яркостью, у которых отсутствует функция регулирования спектральной интенсивности.

Возможно, некоторые читатели удивятся тому, что в новом биодинамическом освещении офиса компании ASID применяется немало люминесцентных ламп с учетом того, что управление светодиодными светильниками осуществляется проще. Это обстоятельство объясняется тем, что более чем два года тому назад, когда составлялся проект освещения, цена на светодиодные лампы была слишком большой. Однако к настоящему времени многие светотехнические компании выбирают светодиодное освещение, цена которого стала меньше.

Система управления запрограммирована таким образом, что в летние месяцы в 5:30 утра в освещении преобладают коротковолновые составляющие спектра, а красноватые тона – примерно в 19-00. При этом заметное изменение цветовой температуры освещения происходит в течение 30-, 40- или 50 минутного интервала. Если не предусмотреть такого плавного перехода с синего на красное излучение, организм человека будет испытывать некоторый стресс.

Исключите синий свет хотя бы в ночное время

Физиолог Мартин Мур-Эде, проработавший 23 года в должности профессора в Гарвардской медицинской школе (Harvard Medical School), изучает циркадные ритмы достаточно продолжительное время. В 1980 г. он возглавил в Гарварде группу исследователей, которые стали изучать супрахиазматическое ядро – главный генератор циркадных ритмов у млекопитающих, который управляет суточными ритмами сна и пробуждения, температурой тела и синтезом гормонов. Еще в те времена экспертам вроде Мура-Эде было известно, что свет, проникающий в фоторецепторы, которые не участвуют в формировании изображения, стимулирует деятельность супрахиазматического ядра.

Только примерно спустя 20 лет ученые начали понимать, что на работу часового механизма мозга, в частности, влияет синяя составляющая света посредством меланопсина – пигмента в сетчатке глаз.

Итак, излучение на некоторых длинах волн в синей части спектра оказывает стимулирующее воздействие на человека, повышая его внимательность, работоспособность и настроение в дневное время суток. Однако в ночные часы коротковолновое излучение нарушает циркадные ритмы. Сотни исследований доказали, что из-за синего излучения в неподходящее время на 65% повышается риск заболевания раком груди и на 37% – диабетом, а также значительно растет вероятность осложнения сердечно-сосудистых и многих других заболеваний.

В настоящее время компания Circadian Light, которую возглавляет с Мартин Мур-Эде, изготавливает комплекты офисной светотехники, в т.ч. потолочных ламп, световых полос и подвесных светильников, которые устраняют вредоносное биоактивное синее излучение в ночные часы. Циркадная светотехника на основе светодиодов от компании Plessey обеспечивает регулируемое освещение и изменяет его биоактивную синюю составляющую в автономном режиме.

Возникает вопрос о том, не изменяется ли в результате этого регулирования яркость освещения, поскольку яркий белый свет ассоциируется с цветовой температурой около 5000 К или выше, при которой в излучении имеется высокая доля синей составляющей. Однако регулирование освещения можно осуществлять в диапазоне 3000–4000 К, т.е. в комфортных для человека пределах. Высокая цветовая температура при этом не требуется во избежание резкого и очень яркого света под стать свету автомобильных фар.

Система освещения с регулируемым спектром реализуется с помощью источников фиолетового свечения, которое оказывает большее стимулирующее воздействие, чем синий свет, но без вредных последствий. Как и представители компании Benya Burnett, Мур-Эде считает, что во главу угла осветительных систем следует ставить частоту излучения, а не цветовую температуру. По его мнению, участники светотехнической отрасли глубоко заблуждаются, считая иначе.

В настоящее время ряд компаний из числа 500 крупнейших мировых компаний уже работают над созданием циркадных систем.

Экологически безопасный центр Bullitt в Сиэтле

эко-дом в Сиэтле

Поскольку идея создания биодинамического освещения заключается в максимальной имитации естественного света, разумно считать, что с этой задачей лучше справится натуральное дневное освещение. А поскольку большинство офисных сотрудников по определению работают в помещениях, условия освещения должны в максимальной степени создавать естественную световую среду.

По мнению Захари Сукары (Zachary Suchara), руководителя службы дизайна компании Luma Lighting Design, дневное освещение начинает играть наиболее значимую роль в биодинамическом освещении. Естественное освещение позволяет любоваться городскими видами и дневным светом. В апреле 2013 г. в Сиэтле открылся шестиэтажный центр Bullitt, который среди других компаний стал штаб-квартирой одноименного фонда – природоохранной и адвокатской фирмы.

Здание для коммерческих офисов, построенное из расчета на эксплуатацию в течение 250 лет, было удостоено ряда наград, включая премию World Architecture News за экологичность. В 2015 г. здание получило приз Lighting Control Innovation от Светотехнического инженерного общество (Illuminating Engineering Society).

Естественный свет вносит существенный вклад в освещение здания. Ни для кого не секрет, что основными элементами освещения в таких случаях являются окна. Чтобы повысить его эффективность, градостроители разрешили немного увеличить высоту шестиэтажного здания по сравнению с обычным домом, но не за счет полов, а большей высоты потолков каждого этажа примерно на треть. В результате окна высотой около 3,3 м обеспечивают полноценное освещение пространства помещений дневным светом. При этом разработчики следовали известному эмпирическому правилу, согласно которому расстояние от окна не должно превышать его удвоенной высоты.

Система биодинамического освещения такого рода позволяет не только воссоздать циркадный ритм, присущий естественному освещению, но и повысить эстетическую привлекательность проекта. В помещениях центра Bullitt помимо окон используются также световые люки, которые, впрочем, в первую очередь понадобились в результате установки солнечных панелей на крыше.

Архитекторы здания Bullitt также создали лестничную клетку, вокруг которой находятся стеклянные окна и внешняя стена. С лестничного пространства открывается прекрасный вид на местность (центр Bullitt находится на Капитолийском холме по соседству с Сиэтлом).

Системы биодинамического освещения продолжают совершенствоваться. Например, компания Luma стала выпускать настольные лампы на датчиках касания, которые работают на основе запатентованной технологии Hue от Philips для ZigBee-управления светодиодными лампами. Пользователи получили возможность задавать цветовую температуру освещения и его цвет на собственное усмотрение. Известно, что спрос на подобные лампы набирает обороты. Пожалуй, единственный недостаток такого освещения в том, что, например, освещение в двух соседних помещениях офиса может иметь разные значения цветовой температуры, что нарушает комфортное состояние при частых переходах из одного помещения в другое. Вывод один – как можно в большей мере использовать спасительное естественное освещение.

 

Марк Халпер (Mark Halper), пишущий редактор, LED Magazine