Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность
в Яndex
Главная >> Архив номеров >> Энергоэффективное освещение >> >> Архив номеров

Анонсы

22.09.17 27 сентября в Москве состоится круглый стол «Перспективы развития ВИЭ в России после 2024 года» подробнее >>>

21.09.17 Российский энергетический форум в Уфе предложит специалистам широкую деловую программу подробнее >>>

21.09.17 Приглашаем подавать проекты и решать задачи на Всероссийском инженерном конкурсе для студентов и аспирантов в области нанотехнологий ВИК.Нано 2017 подробнее >>>

Все анонсы портала

Новое на портале

25.09.17 Генератор водорода высокого давления в составе автономного комплекса свободной энергетики // статья подробнее >>>

22.09.17 Автономному дому – свою микро-ТЭЦ // статья подробнее >>>

19.09.17 Вячеслав Кравченко о законопроекте "О развитии интеллектуальных систем учета электроэнергии" // интервью подробнее >>>

13.09.17 Вышел очередной номер журнала "ЭНЕРГОСОВЕТ" подробнее >>>

Все новости портала

Генерация энергии 2017

Эта статья опубликована в журнале Энергосовет № 4 (46) за 2016 г

Скачать номер в формате pdf (7610 kБ)

Фотобиологическая безопасность светодиодов. Есть опасность или нет?



Рубрика: Энергоэффективное освещение
Автор: А.А. Богданов, Д.А. Николаев

ОТ РЕДАКЦИИ:  Мы публикуем две статьи – две точки зрения на безопасность использования в качестве источников света светодиодных ламп. А выводы и свой выбор читатель пусть делает самостоятельно. Статьи публикуются в порядке обсуждения. (Вторую статью "Фотобиологическая безопасность и техническая политика на светодиодном рынке" можно прочитать по ссылке. Отзыв экспертов - офтальмологов и гигиенистов - по ссылке - прим. ред.)

Богданов А.А. А.А. Богданов, ведущий эксперт по нормативно-техническому регулированию, ОАО «ИНТЕР РАО Светодиодные Системы», г. Санкт-Петербург

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

 

Николаев Д.А. Д.А. Николаев, начальник светотехнической лаборатории, ОАО «Светлана-ЛЕД», г. Санкт-Петербург  

Авторы провели исследование с целью разобраться в том, есть ли разница между светодиодным освещением и освещением, создаваемым другими искусственными источниками света или естественным светом.

Введение

Все новое, как известно, одних приводит в восхищение, благодаря чему появляются инновации, развивается наука и техника, а человечество устремляется в космос и к новым глубинам познания. В других людях новое рождает не только сомнения, но и панические страхи, когда никакая аргументация не способна вывести из состояния оцепенения, а деструктивная сила таких страхов стремится обратить эволюцию вспять. Примеров таких страхов, сопровождавших технические революции и научный прогресс, не мало. Когда-то в позапрошлом веке противники железной дороги считали, что люди не выдержат «безумных скоростей» (40 км/ч) и непременно сойдут с ума, а сейчас людей пугают черными дырами, которые «появятся в Большом адронном коллайдере и поглотят нашу планету».

По показателям энергоэффективности светодиоды уже стали абсолютным лидером среди искусственных источников света [1], светодиодные лампочки есть почти в каждом магазине, а светодиодные светильники встречаются во многих офисах, в заводских пространствах и на улицах. Мы не говорим, что светодиоды – это лучшее решение, которое заменит в будущем все остальные источники света. Такого противопоставления нет и не может быть. У каждого типа источника света есть как свои плюсы, так и свои минусы. Но именно знание всех этих плюсов и минусов позволяет специалистам выбрать оптимальное (соответствующее действующим нормативно-правовым актам) и эффективное (как с точки зрения капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов) освещение.

Совершенно очевидно, что в погоне за техническим совершенством любая техника, в том числе и освещение, должны оставаться безопасными и не причинять вреда здоровью человека. Вопросам безопасности видимого света и в мире, и в России посвящено большое количество публикаций под авторством специалистов различных отраслей науки, например, [2-4]. Кроме того, специалисты в области офтальмологии в своих работах призывают разработчиков и производителей к кооперации [4]. Мы поставили перед собой задачу внести свой вклад в исследование вопросов безопасности – разобраться в том, есть ли разница между освещением, создаваемым светодиодами, и освещением, создаваемыми другими искусственными источниками света или естественным светом, а также высказать нашу точку зрения по основным аспектам проблемы, благо накопленный мировой наукой экспериментальный материал позволяет сделать нам это осмысленно.

 

Первый аспект — диаметр зрачка

Зрачок глаза – это наиболее явный механизм глаза, за работой которого можно наблюдать без специальных приборов. При увеличении яркости окружающей обстановки он сужается, за счет чего улучшается резкость изображения и ограничивается количество света, попадающего на сетчатку [5]. Научные работы последнего десятилетия позволяют с высокой уверенностью говорить о том, что размер зрачка в статическом состоянии (то есть примерно через 15-30 секунд после включения света) управляется не колбочками и палочками (то есть рецепторами дневного и ночного зрения), а так называемыми светочувствительными ганглиозными клетками [6, 7]. Этот вид фоторецепторов не создает визуальных ощущений. Кроме того, различными исследователями определены зависимости диаметра зрачка от длины волны излучения, рис. 1а и его интенсивности – облученности сетчатки [6, 8, 9], рис. 1б.

рис.1

Рис. 1. Влияние излучения на размер зрачка: а – зависимость уровня облученности сетчатки, приводящей
к половинному сокращению диаметра зрачка, от длины волны излучения [6]; б – зависимость степени уменьшения диаметра зрачка от облученности сетчатки для длины волны 482 нм (пунктиром показано половинное сокращение) [8].

 

Эти зависимости дают возможность провести оценочные расчеты, позволяющие определить, как тот или иной спектр излучения влияет на размер зрачка, и численно сравнить степень влияния от разных источников света. Такие расчеты были представлены на форуме «Светотехника: нормы, стандарты, измерительное оборудование», проходившем 10 ноября 2016 г. в Москве. Расчеты проводились для случая, когда человек сидит за рабочим столом и смотрит на лежащие на нем документы. Результаты приведены на рис. 2а, где показано, какой уровень освещенности рабочего стола приводит к практически полному сокращению зрачка человека. Для удобства анализа результатов расчетов те же самые данные (значения освещенности, вызывающие почти полное сокращение зрачка) наложены на график для построения зависимости от цветовой температуры (рис. 2б).

рис.2

Рис. 2. Результаты расчета влияния уровня освещенности на размер зрачка: а – значения освещенности от разных источников света, вызывающие практические полное сокращение зрачка. Обозначения: желтый – лампы накаливания и дневной свет, зеленый – светодиоды, синий – люминесцентные лампы. В подписях указаны значения цветовой температуры и цветопередачи; б – те же значения в виде зависимости от коррелированной цветовой температуры (черной линией показана аппроксимация).

 

Из графиков следует, что, во-первых, для сокращения зрачка требуется больше света с низкой цветовой температурой (2500-3000 К) и меньше света с высокой цветовой температурой (5000-6000 К). Это связано с тем, что с ростом цветовой температуры увеличивается доля излучения в сине-фиолетовой области спектра. Во-вторых, очевидно, что и спектры светодиодов, и спектры люминесцентных ламп и дневного света показывают одинаковое управление зрачком – все результаты хорошо аппроксимируются одной кривой, и никакого «особого поведения», то есть отличия светодиодов от других источников света, не наблюдается.

Это входит в противоречие с выводами, к которым приходят авторы аналитического обзора [4], указывающие, что «все светодиодные лампы должны частично расширять зрачок», и что «при повышении цветовой температуры светодиодной лампы средний диаметр зрачка также должен увеличиваться». Как видно из приведенных расчетов, никакого расширения зрачка от светодиодных ламп, и тем более увеличения зрачка при увеличении цветовой температуры, нет.

 

Второй аспект – повреждение сетчатки

Степень вреда, который может нанести свет (то есть видимая часть спектра электромагнитного излучения) сетчатке человеческого глаза, сегодня может быть оценена с применением международного стандарта IEC 62471:2006 «Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем» (в России действует его перевод – ГОСТ Р МЭК 62471-2013), в котором предусмотрены как методика испытаний, так и критерии, позволяющие определить, является ли источник света потенциально опасным. К слову сказать, критерии опасности, которые легли в основу стандарта, были опубликованы еще в 1997 году [10]. В России же эти требования были введены в действие только в 2015 году.

Одним из важных достижений работ по изучению опасности видимого излучения для человека следует назвать весовую функцию (рис. 3), показывающую, как соотносятся длины волн излучения по степени опасного воздействия на сетчатку [10]. Эта функция позволяет не просто рассуждать о том, что синий оказывает большее воздействие, чем, например, зеленый, но и дать численную оценку опасности для того или иного спектра. (Ведь важно не констатировать факт того, что одно отличается от другого, а указывать степень отличия: в разы или на уровне погрешности).

рис.3

Рис. 3. Спектральная весовая функция опасности синего света (кривая B) – согласно IEC 62471:2006 (ГОСТ Р МЭК 62471-2013).

В публикации CELMA [11] предлагается использовать данную весовую функцию для численного сравнения показателя опасности LB (т. н. взвешенная яркость синего света) от различных источников света. При этом они рассматривают случай, когда зритель смотрит не на сам светильник, а, например, работает с документами, лежащими на рабочем столе. Результаты выполненных по предложенной методике расчетов приведены на рис. 4а. Из рисунка видно, что показатель LB плавно увеличивает свое значение с ростом цветовой температуры. И при этом на графике (рис. 4б) нет каких-либо выбросов или провалов, которые бы свидетельствовали о том, что какие-то источники света (например, светодиоды или естественный свет) хуже или лучше других. Об этом же свидетельствуют и результаты, опубликованные в [11] и представленные на рис. 5.

рис.4

Рис. 4. Результаты расчета взвешенной энергетической яркости синего света: а – значения взвешенной яркости от разных источников света. Обозначения — см. подпись к рис. 2.; б – те же значения в виде зависимости от коррелированной цветовой температуры (черной линией показана аппроксимация).

рис.5

Рис. 5. Результаты расчета взвешенной энергетической яркости синего света, выполненного CELMA [11].

рис.6

Рис. 6. Примеры спектров излучения.

Но есть и иная точка зрения. Авторы аналитического обзора [4] также апеллируют к публикации [11], но при этом делают противоположный вывод: «при светодиодном освещении лампами первого поколения имеется избыточная доза синего света относительно спектра солнечного света той же цветовой температуры при одинаковых уровнях освещенности». При этом авторы аргументируют свою точку зрения не расчетами и конкретными исследованиями, а путем сравнения между собой «высоты пика на отдельной длине волны», полностью игнорируя тот факт, что оценку воздействия излучения необходимо делать интегрально. Например, с помощью интеграла, приведенного в IEC 62471:2006, рассчитывается взвешенная яркость синего света (см. табл. 1).

Табл. 1. Формула расчета взвешенной яркости синего света

В аналитической форме

 формула 1

В численной форме

 формула 2

Именно интегральный расчет позволяет получить численную оценку воздействия всего спектра излучения, что невозможно сделать при сравнении только спектральных значений (то есть интенсивностей на одной длине волны). Это несложно продемонстрировать на следующем примере. На рис.  6 показаны спектры излучения лампы дневного света, светодиода и монохроматического синего излучения 460 нм. Из графика видно, что интенсивность излучения на длине волны 460 нм (точнее, «спектральная плотность потока излучения») у монохроматического источника существенно выше интенсивности излучения светодиода и тем более дневного света. Однако, интегральный расчет по формуле из таблицы 1, результаты которого приведены в таблице 2, показывает, что на самом деле спектр с самым высоким пиком может иметь самое низкое значение LB, и наоборот. Грубо говоря, сравнивать следует не высоту пика спектра излучения, а его площадь.

Таблица 2. Результаты интегрального расчета

Источник излучения (рис. 6)

Относительная спектральная плотность излучения на длине волны 460 нм

Взвешенная яркость синего света LB, мВт/м²

Дневной свет

1.63×10−3

 

98

Светодиод

2.45×10−3

66

Монохроматическое излучение

7.0×10−3

43

 

Третий аспект — синтез мелатонина

Источники света создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие, дающее около 90% информации, получаемой человеком [12]. Эту информацию организм человека воспринимает осознанно (в виде визуальных образов). Но одновременно в человеческом организме функционирует фотонейроэндокринная система, благодаря которой регулируется синтез гормона мелатонин, который часто называют гормоном сна, то есть происходит бессознательная обработка информации. Фоторецепторами в этой системе являются находящиеся в глазу фоточувствительные ганглиозные клетки. Увеличение уровня освещенности приводит к снижению выработки мелатонина, и наоборот. При этом влияние оказывает сине-фиолетовая часть спектра. Благодаря работам зарубежных ученых были получены зависимости концентрации мелатонина в крови человека от длины волны излучения и от интенсивности излучения [13, 14], что иллюстрирует рис. 7. С помощью этих данных можно провести расчеты, которые позволяют сравнивать между собой спектры от разных источников света по степени влияния на синтез мелатонина.

рис.7

Рис. 7. Влияние излучения на подавление синтеза мелатонина: а – зависимости процента снижения
синтеза мелатонина от интенсивности облученности для различных длин волн: 424 нм (точки слева),
456 нм (квадраты), 472 нм (ромбы), 496 (развернутые квадраты), 520 (окружности) и 548 нм (точки справа) [14] ; б – зависимость уровня мелатонина от длины волны излучения [14].

 

На рис. 8 приведены результаты таких расчетов. С одной стороны, видно, что излучение с более высокой цветовой температурой сильнее подавляет синтез мелатонина, чем излучение с меньшей цветовой температурой (при равной освещенности). С другой стороны, интересно отметить, что разница между светодиодами и другими типами источников не наблюдается. Несмотря на отсутствие данных, которые бы говорили об обратном (о том, что светодиоды сильнее подавляют синтез мелатонина по сравнению с другими источниками света с той же цветовой температурой), авторы аналитического обзора [4] заключают, что: «светодиодные лампы содержат высокий уровень синего цвета в спектре, который при включении в вечерние часы препятствует выработке мелатонина». Следует добавить, что выработка мелатонина определяется не только цветовой температурой излучения, но и уровнем освещенности (яркости) [13, 14], который зачастую не учитывается.

рис.8

Рис. 8. Результаты расчета влияния освещения на подавление секреции мелатонина: а – значения концентрации мелатонина при освещении различными источниками света. Обозначения — см. подпись к рис. 2.; б – те же значения в виде зависимости от коррелированной цветовой температуры (черной линией показана аппроксимация).

 

Заключение

На примере рассмотрения и анализа трех аспектов действия света на организм человека, выполненных на основе научно-обоснованных экспериментальных данных [6, 10, 13], показано, что, несмотря на имеющиеся существенные различия во «внешнем виде» спектров разных источников света, различий в их влиянии на человека практически не наблюдается. Значение имеет прежде всего интенсивность излучения и цветовая температура. Следует отметить, что мы не претендуем на абсолютность выводов, наоборот, приведенные расчеты пригодны прежде всего для сравнительного анализа источников света между собой. Именно такой сравнительный анализ позволяет делать осмысленный вывод о том, что светодиодный свет не отличается от других источников света. Но бесспорно, получение абсолютно точных значений, численная оценка влияния излучения на организм человека и его здоровье важны и должны выполняться на основе комплексного подхода с привлечением всех заинтересованных сторон и обсуждаться через открытый диалог специалистов различных дисциплин.

 

Литература

  1. А. Л. Закгейм. Светодиодные системы освещения: энергоэффективность, зрительное восприятие, безопасность для здоровья (обзор). «СВЕТОТЕХНИКА», 2012, № 6, стр. 12-21.
  2. K. M. Rebec, M. Klanjšek-Gunde, G. Bizjak и M. B. Kobav. White LED compared with other light sources: age-dependent photobiological effects and parameters for evaluation. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics. 2015, Volume 21,Issue 3, стр. 391-398.
  3. D. H. Sliney. Almost all lamps are safe, but safety of new lamps is questioned. Light & Engineering, 2014, Vol. 22, Issue 4, стр. 15-23.
  4. В. Н. Дейнего, В. А. Капцов, Л. И. Балашевич и др. Профилактика глазных заболеваний: светобиологическая безопасность и гигиена энергосберегающих источников света. Глаз, 2016, № 1, стр. 18-33.  (См. выдержку из статьи по ссылке и http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=582прим. ред.)
  5. Ю. И. Александров. Психофизиология: Учебник для вузов. 4-е изд. «Питер», 2013.
  6. D. H. McDougal, P. D. Gamlin. The influence of intrinsically-photosensitive retinal ganglion cells on the spectral sensitivity and response dynamics of the human pupillary light reflex. Vision Research 50 (2010), стр. 72–87.
  7. L. C. Mure, P.-L. Cornut, P.-L., C. Rieux и др. Melanopsin bistability: A fly’s eye technology in the human retina. PLoS ONE, 2016, 4(6), e5991.
  8. P. D. Gamlin , D. H. McDougal, J. Pokorny и др. Human and Macaque Pupil Responses Driven by Melanopsin-Containing Retinal Ganglion Cells. Vision Res., 2007 March, 47(7), стр. 946–954.
  9. H. Bouma. Size of the static pupil as a function of wavelength and luminosity of the light incident on the human eye. Nature, 1962, 193, стр. 690–691.
  10. Guidelines for Broadband Incoherent Optical Radiation (ICNIRP 1997). Health ptember 1997, Volume 73, Number 3, стр. 539–554.
  11. Optical safety of LED lighting. CELMA position paper optical safety LED lighting. July 2011
  12. Справочная книга по светотехнике под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. персраб. и доп. М.: Знак.
  13. G. C. Brainard, J. P. Hanifin, J. M. Greeson и др. Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans: Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor. The Journal of Neuroscience, August 15, 2001, 21(16), стр. 6405–6412.
  14. K. Thapan, J.Arendt, D. J. Skene. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. J Physiol. 2001 Aug 15; 535(Pt 1), стр.261-267.

Все статьи рубрики Энергоэффективное освещение

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46) ,

Выпуски за 2017 год: №1 (47), №2 (48), №3 (49).

Статьи по темам

Энергетика (8) ,
Энергоэффективное строительство (17) ,
Возобновляемые источники энергии (20) ,
Региональный опыт (3) ,
О работе НП "Энергоэффективный город" (5) ,
Энергоменеджмент (4) ,
Энергоэффективные здания (0) ,
Информация о работе Координационного совета (124) ,
Экономика и управление (129) ,
Теплоснабжение (68) ,
Энергоэффективное освещение (53) ,
Учет энергоресурсов (16) ,
Энергосервис и ЭСКО (45) ,
Электроснабжение (13) ,
Когенерация (4) ,
Мировой опыт энергосбережения (41) ,
Новые технологии (45) ,
Энергетические обследования и энергоаудит (30) ,
Обзор СМИ (5) ,


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-66-26 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2017
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей

Регулятор отопления для зданий для устранения перетопов подробнее