В современном и технологично развитом мире, где большая часть жизни человека проходит на рабочем месте, освещение играет важнейшую роль. От его качества зависят настроение, самочувствие и продуктивность работы. Свет является не просто условием видимости, но и мощнейшим сигналом, синхронизирующим наши внутренние биологические часы — циркадные ритмы. Нарушение этой синхронизации из-за неоптимального светового режима может приводить к нарушениям сна, снижению когнитивных способностей и ухудшению общего состояния здоровья.

В настоящее время по нормам СанПиН рабочее пространство должно быть обеспечено качественным искусственным освещением, которое подразделяют:

— рабочее;

— аварийное;

— эвакуационное;

— охранное;

— дежурное.

Все виды освещения должны быть сбалансированы и обеспечивать комфортные условия для работы, удовлетворяющие нормам СанПиН: не менее 300 лк для общего и не менее 500 лк для местного освещения. Для источников света нормируется также цветовая температура (диапазон от 2400 до 6800 К) и пульсация освещенности.

Искусственное освещение создается электрическими источниками света, наиболее распространенными из которых являются лампы накаливания, газоразрядные (люминесцентные) и светодиодные (LED) [2].

Рис. 1. Схемы распределения искусственного освещения: а — общее равномерное освещение, б — общее локализованное освещение, в — комбинированное освещение

Существует несколько типов искусственных источников света, различающихся по принципу действия: лампы накаливания (включая галогенные), газоразрядные лампы (люминесцентные, ДРЛ, ДРИ) и светодиодные лампы. Основным современным источником для рабочих мест становятся светодиоды (LED), которые обладают высокой светоотдачей и управляемым спектром.

В свою очередь, по конструктивному исполнению искусственное освещение подразделяется на: общее (равномерное, локализованное), комбинированное (Рис. 2).

Рис. 2. Схемы распределения искусственного освещения: а — общее равномерное освещение, б — общее локализованное освещение, в — комбинированное освещение

Главными преимуществами качественного искусственного освещения являются: независимость от времени суток и погоды, стабильность параметров в заданных пределах, возможность управления спектром. К главным недостаткам традиционного искусственного освещения относятся: пульсация светового потока, оказывающая дополнительную нагрузку на зрение; возможное искажение цветовосприятия в зависимости от типа лампы; необходимость контроля спектрального состава, так как спектр искусственного света по умолчанию отличается от естественного и требует подстройки для комфортной и продолжительной работы.

Спектральный состав естественного освещения — это распределение интенсивности света по различным длинам волн в видимом спектре. Видимый спектр — это диапазон длин волн электромагнитного излучения, которое может воспринимать человеческий глаз, который находится в диапазоне от 400 до 700 нм. Естественное освещение, получаемое от солнца, имеет непрерывный спектр, включающий все длины волн видимого света — от красного до фиолетового.

Рассмотрим спектральный состав по красному диапазону длин волн, 620–750 нм, который изменяется в течении дня. Утром и вечером он имеет большую интенсивность и ощущается более теплым, чем в середине дня, когда он становится более ярким и холодным.

Спектральный состав искусственного освещения — это распределение интенсивности света по различным длинам волн в видимом спектре, которое напрямую зависит от типа источника. Видимый спектр — это диапазон длин волн электромагнитного излучения, которое может воспринимать человеческий глаз, который находится в диапазоне от 380 до 780 нм. В отличие от естественного, имеющего непрерывный спектр, большинство искусственных источников (например, старые люминесцентные лампы) обладают прерывистым (линейчатым) спектром, что на подсознательном уровне может вызывать повышенную утомляемость. В то время как качественные светодиодные лампы могут обеспечить практически равномерный спектр. Далее рассмотрим спектральный состав по красному диапазону длин волн (620–750 нм).

Изменение интенсивности красного диапазона в зависимости от типа лампы и режима ее работы является физиологически значимым процессом для человеческого организма. Этот процесс связан с воздействием света на циркадные ритмы. Наибольшей биологической активностью обладает синий спектр (460–480 нм), подавляющий выработку мелатонина в дневное время. Однако, в вечернее время избыток синего света от экранов и светодиодных ламп с холодным спектром становится вреден. Красный свет имеет большую длину волны и минимально подавляет выработку мелатонина, поэтому увеличение доли красного спектра в искусственном освещении в вечернее время является физиологичным и не нарушает засыпание.

Таким образом, поддержание правильной динамики спектра искусственного света в течение дня является критически важным для здоровья. Преимущество искусственного освещения — его стабильность в любой момент времени, однако его главный недостаток — спектр, не меняющийся естественным образом. Для комфортной и продолжительной работы необходимо не просто поддерживать стабильный уровень освещенности, а адаптировать спектральный состав искусственного света к биологическим ритмам человека.

Адаптивное освещение — это система освещения, которая автоматически регулирует параметры освещения (яркость, цвет, направление света) в зависимости от условий окружающей среды и потребностей человека [1]. Одним из примеров может быть система, которая регулирует яркость света в зависимости от уровня естественного освещения, когда его уровень повышается, яркость искусственного освещения снижается, и наоборот. Используя принцип работы данной системы, мы можем перевести регулировку на изменение спектрального состава освещения по красному диапазону длин волн.

Основываясь на принципах биологической значимости спектра, можно предложить концепцию адаптивной системы освещения, направленной на поддержание оптимального уровня красного диапазона в вечернее время. Цель системы — не сделать его одинаковым на протяжении всего дня, что может привести к нарушению циркадных ритмов, а именно компенсировать нежелательные отклонения или усиливать полезные.

В утренние и дневные часы, когда важен высокий уровень синего света для бодрости и поддержания тонуса, система должна работать в режиме «холодного» света (цветовая температура 5000–6500 К). В вечернее же время, для подготовки организма ко сну, система должна переходить в режим снижения цветовой температуры до 2700–3000 К, то есть подавать более теплый свет с повышенным содержанием красного компонента. Для этого необходимо:

1. Выбрать датчики, способные измерять не только общую освещенность, но и соотношение спектральных составляющих, например, отдельные фотодиоды, чувствительные к синему и красному свету, или датчики цветовой температуры.
2. Расположить их в нескольких точках помещения, вблизи рабочей поверхности, для точной оценки световой обстановки и времени суток (через встроенные часы или сенсоры внешнего света).
3. Настроить алгоритм работы так: от 6:00 до 12:00 — плавное повышение цветовой температуры до максимума; от 12:00 до 17:00 — поддержание высокой цветовой температуры; от 17:00 до 23:00 — плавное снижение цветовой температуры до минимального «теплого» значения с увеличением доли красного спектра, что не будет подавлять естественную выработку мелатонина.

Адаптивная система освещения на красном диапазоне спектра представляет собой инновационною технологию, которая исследуется и может внедряться в различных областях, начиная от домашнего пространства и заканчивая рабочими помещениями [1]. Однако, как и любая технология, она имеет свои недостатки и преимущества, о которых не стоит забывать.

Так к преимуществам можно отнести:

1. Улучшение здоровья: красный свет, может положительно влиять на циркадные ритмы, сон и эмоционально состояние.
2. Энергосбережение: использование энергоэффективных светодиодных светильников с возможностью автоматического снижения яркости, когда это необходимо, продлевает срок службы и экономит электроэнергию.
3. Увеличение производительности: некоторые исследования показывают, что правильное освещение, включая красный свет, может повысить концентрацию и производительность работников.

К недостаткам следует отнести:

1. Высокие затраты на внедрение: одним из основных недостатков являются высокие начальные затраты на ее внедрение и установку, особенно в сравнении с традиционными системами освещения.
2. Сложность настройки и обслуживания: настройка сценариев динамического освещения и калибровка датчиков требуют специальных знаний, что усложняет эксплуатацию.
3. Ограниченные исследования: хотя теория циркадных ритмов подтверждена, долгосрочные эффекты от длительного использования именно динамического искусственного освещения (в отличие от естественного) продолжают активно изучаться.

Адаптивная система освещения, управляющая не только яркостью, но и спектральным составом света, представляет собой перспективную технологию, нацеленную на создание по-настоящему комфортной и здоровой среды для человека [1]. Ориентация на поддержание естественной динамики красного и синего диапазонов позволяет синхронизировать искусственную световую среду с биологическими ритмами, снижая нагрузку на зрение при чтении и другой когнитивной работе. Несмотря на высокую начальную стоимость и сложность внедрения, дальнейшее развитие технологий и накопление научных данных, несомненно, будут способствовать повышению эффективности, надежности и доступности таких систем в будущем.

Литература:

1. Колтун А. Ю., Масло И. А. Адаптивное освещение и безопасность движения. — 2019.
2. РосАвтодор Естественное и искусственное освещение: актуализированная редакция СНиП 23–05–95.