Dizajn osvetlenia triedy LED svietidlá pre školy a vzdelávacie zariadenia

Úloha osvetlenia pri získavaní vedomostí a procese učenia je zásadná. Umožňuje vizuálne skúmanie fyzikálnych charakteristík študijných predmetov, ako aj objavovanie pojmov z písomného a grafického zobrazenia na papieri, počítači a projekcii. Osvetlenie tiež vytvára scénu pre počúvanie, verbálnu komunikáciu, rozvoj sociálnych zručností a porozumenie situáciám. Ako kritický prvok dizajnu, ktorý výrazne ovplyvňuje, ako dobre priestor spĺňa potreby študentov a inštruktorov, by osvetlenie učebne malo podporovať zdravie, pohodu a výkon tým, že poskytuje pohodlné a atraktívne prostredie pre študentov a inštruktorov. Okrem zvyšovania spokojnosti obyvateľov a podpory vzdelávacích skúseností v osvetlenom priestore by sa osvetlenie v školách a vzdelávacích zariadeniach malo poskytovať v rámci sprísňujúcich sa pravidiel.

Vzdelávacie prostredie

Vzdelávacie zariadenia siahajú od základných (základných) škôl, stredných škôl, stredných škôl až po univerzity a vysoké školy. Hoci tieto zariadenia majú rôzne typy priestorov, všetky majú spoločné to, že väčšina vzdelávacích a študijných aktivít prebieha v triedach. Všeobecná učebňa má podlahovú plochu najmenej 32 metrov štvorcových (350 štvorcových stôp) a pojme 20 až 75 študentov. Typická trieda má obdĺžnikový pôdorys, ktorý umožňuje lepší výhľad ako štvorcový pôdorys. Učebný priestor je navrhnutý s pohľadmi rovnobežnými s oknami, ktoré zabezpečujú vstup denného svetla (svetlíka) do priestoru a poskytujú zmyslovú stimuláciu a vizuálny kontakt s vonkajším svetom. Ovládacie médiá, ako sú tienidlá alebo žalúzie, sa používajú na zníženie vonkajšieho jasu tak, aby boli v rovnováhe s vnútorným jasom, alebo na elimináciu denného svetla, keď nie je potrebné. Bočné osvetlenie využívajúce denné svetlo cez okná poskytuje všeobecné osvetlenie počas veľkej časti školského dňa. Umelé osvetlenie však zohráva kľúčovú úlohu, keď je potrebné vyvážené, konzistentné a kontrolovateľné vizuálne prostredie.

Usporiadanie učebne je vo všeobecnosti rozdelené na zónu pre študentov a zónu pre pedagógov. Študentská zóna vždy vyžaduje všeobecné osvetlenie, zatiaľ čo zóna pre pedagógov vyžaduje doplnkové osvetlenie na dodávanie vertikálneho osvetlenia na učebné tabule a poskytuje dobré modelovanie ľudských vlastností inštruktora. Najbežnejšou učebnou pomôckou v triedach sú učebné tabule, ktoré zahŕňajú tmavosivé a zelené tabule (tabuľky) a tabule stierateľné za sucha, ako sú tabule a sivé tabule. Na počítačovú výučbu sa často používajú videoobrazovky na prezentáciu premietaných médií. To si vyžaduje, aby bolo osvetlenie na premietacej ploche minimalizované a zároveň by malo byť zabezpečené dostatočné okolité svetlo v priestore pre študentov na zapisovanie poznámok. Učebňa môže byť počítačovým prostredím, kde bude hlavným záujmom minimalizácia odrazov obrazovky od zobrazovacích terminálov (VDT). Čitateľnosť obrazovky môže byť znížená odrazom obrazu vytváraného svietidlami, oknami a okolitými vysoko svietivými povrchmi.

Úvahy o dizajne osvetlenia

Osvetlenie triedy možno považovať za vysoko kvalitné, ak umožňuje študentom a inštruktorom presne a pohodlne vykonávať zrakové úlohy. Základom dizajnu osvetlenia je integrovať ľudské potreby, architektúru, ekonomiku a životné prostredie. Prioritou osvetlenia triedy je uspokojiť ľudské potreby, ako je viditeľnosť, výkon úloh, vizuálny komfort, sociálna komunikácia, zdravie, bezpečnosť a pohoda. Tieto rôzne ľudské potreby musia byť správne vyvážené, aby sa pestovalo stimulujúce prostredie na učenie, pričom sa musia brať do úvahy aj ekonomické, environmentálne a architektonické hľadiská. Dosiahnutie kvalitného osvetlenia zahŕňa viac než len poskytovanie správneho osvetlenia na zviditeľnenie danej úlohy. Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú schopnosť ľudí vidieť a vykonávať úlohy, medzi sedem najdôležitejších patrí oslnenie, rovnomernosť osvetlenia, kontrast jasu, blikanie, vzhľad farieb, modelovanie tvárí a predmetov a závojové odrazy.

Rovnomernosť osvetlenia

Osvetlenie je množstvo svetla dopadajúceho na povrch. Najbežnejšie úlohy a aplikácie v učebniach vyžadujú osvetlenie pracovnej plochy v rozsahu 150 lx až 250 lx. Rovnomerné horizontálne osvetlenie v študentskej zóne eliminuje tiene, ktoré ovplyvňujú viditeľnosť úloh, a umožňuje flexibilitu využitia priestoru pri premiestňovaní miest úloh. V triedach, najmä v zóne pre pedagógov, je veľmi dôležité aj vertikálne osvetlenie a osvetlenie v iných rovinách medzi horizontálou a vertikálou. Pomer minimálneho osvetlenia k priemernému osvetleniu nad pracovnou plochou, napr. horizontálne osvetlenie na pracovných stoloch a vertikálne osvetlenie na učebných tabuliach, by nemalo byť nižšie ako 1:1,4.

Kontrast jasu

Jas je množstvo svetla prichádzajúceho z povrchu alebo bodu. Je funkciou osvetlenia povrchu a povrchovej odrazivosti, čo znamená, že jas možno zvýšiť zvýšením množstva svetla dopadajúceho na povrch úlohy alebo zvýšením odrazivosti povrchu. Aby sa zachoval prijateľný kontrast kriedových značiek, odrazivosť tabule by sa mala udržiavať v rozmedzí 5 až 20 percent. Na porovnanie, tabuľa vyžaduje 70-percentnú odrazivosť, aby sa stala stredobodom pozornosti. Odrazivosť pracovných plôch (stolov) by mala byť v rozsahu 25 až 40 percent, aby bolo možné dosiahnuť pohodlnú rovnováhu jasu. Steny a stropy sa zvyčajne dodávajú so svetlými matnými povrchmi. Vytvárajú vzájomné odrazy svetla, ktoré môžu zabezpečiť efektívne využitie svetla na zlepšenie horizontálneho a vertikálneho osvetlenia pri minimalizácii odrazeného oslnenia. Ľudské oko reaguje na jas, nie na osvetlenie. Je to jas, ktorý vedie k pocitu jasu. Schopnosť vidieť detaily je silne ovplyvnená vzťahom medzi jasom objektu a jeho bezprostredným pozadím. Vhodný kontrast medzi detailom úlohy a jej pozadím môže vyvolať vizuálny záujem a poskytnúť vizuálne podnety. Príliš veľké zmeny jasu však spôsobia adaptačné ťažkosti a zrakové nepohodlie. Horný limit pomeru jasu medzi úlohou a bezprostredným okolím je 3:1 (tmavšie okolie) alebo 1:3 (svetlejšie okolie).

Farebný vzhľad

Farba je kritickým prvkom osvetlenia. Má integrálny vzťah so svetlom z hľadiska vizuálnych, emocionálnych a biologických účinkov. Rozsah, v akom svetlo ovplyvňuje vizuálny výkon, náladu, atmosféru, zdravie a pohodu, závisí od spektrálneho rozloženia výkonu (SPD) svetla vyžarovaného svetelným zdrojom. Svetelný zdroj možno charakterizovať svojou farebnou teplotou a výkonom podania farieb, ktoré sú obe určené SPD. Farebný vzhľad predmetov, ktoré nie sú samosvietiace, je výsledkom interakcie medzi SPD svetelného zdroja a funkciou spektrálnej odrazivosti predmetov. Niektoré učebne môžu vyžadovať osvetlenie, ktoré presne vykresľuje farby. Podanie farieb je len jedným z aspektov osvetlenia. Je dôležitejšie pozrieť sa na spektrálne rozloženie sily svetla a intuitívne pochopiť, ako farba svetla ovplyvní správanie, spokojnosť, psychologické reakcie a zdravie. Farba svetelných zdrojov – či už má vzhľad „teplý“ alebo „chladný“, má obrovský vplyv na ľudské zdravie, produktivitu a pohodu.

Oslnenie

K oslneniu dochádza, keď sú jasy alebo pomery jasov nadmerne vyššie ako jasy alebo pomer jasov, na ktoré sú oči prispôsobené. Dôsledky oslnenia zahŕňajú postihnutie (zníženie viditeľnosti a zrakového výkonu) a nepohodlie (nepríjemný pocit jasu, ktorý nemusí nevyhnutne narúšať zrakový výkon alebo viditeľnosť). Oslnenie môže byť výsledkom svetla dopadajúceho do oka priamo zo svetelného zdroja (priame oslnenie) alebo spôsobeného odrazmi vysokej svietivosti od reflexného povrchu (odrazené oslnenie). Stropným svietidlám môže byť priradené jednotné hodnotenie oslnenia (UGR) alebo pravdepodobnosť vizuálneho pohodlia (VCP) na predpovedanie nepríjemného oslnenia v interiérových aplikáciách. Maximálne UGR 19 alebo minimálne VCP 70 sa považuje za prijateľné pre čítanie, písanie a počítačové úlohy. Ak sa požaduje vyššia úroveň zrakového komfortu, mali by sa zvoliť svietidlá s UGR 16 alebo VCP 80.

Blikanie

Blikanie je amplitúdová modulácia svetla, ktorá ruší pozornosť a má množstvo negatívnych dôsledkov. Žiarivky aj LED svietidlá, ktoré sú napájané nekvalitnými zdrojmi, môžu produkovať dvojnásobnú frekvenciu elektrického vedenia (tj 120 Hz alebo 100 Hz). Blikanie je všeobecne viditeľné pri frekvenciách vyšších ako 70 Hz. Avšak blikanie, ktoré nie je viditeľné pre ľudské oko, môže stále vyvolať reakciu nervového systému. Viditeľné aj nepostrehnuteľné blikanie vyvoláva obavy. U jednotlivých osôb môže vystavenie blikaniu spôsobiť únavu očí, malátnosť, nevoľnosť, zníženú zrakovú výkonnosť, záchvaty paniky, bolesti hlavy, migrény, epileptické záchvaty a prejavy priťažujúcich autistických stavov. Vo vzdelávacích zariadeniach, kde sa deti alebo mladí ľudia zdržiavajú každý deň dlhú dobu, by sa mala prísne kontrolovať blikanie. Percento blikania by výhodne nemalo presiahnuť 4 percentá pri 120 Hz alebo 3 percentá pri 100 Hz, čo je mimoriadne bezpečné pre všetky populácie. Maximálna povolená hodnota 10 percent pri 120 Hz alebo 8 percent pri 100 Hz.

Závojové odrazy

Závojové odrazy sú škvrny s vysokým jasom (jasné obrazy svetelného zdroja) odrážané zrkadlovými povrchmi, ako sú obrazovky počítačov alebo lesklé materiály na čítanie. Závojové odrazy od primárnych svetelných zdrojov (vdovy alebo svietidlá) alebo sekundárnych svetelných zdrojov (odrazené) znižujú kontrast úlohy a zakrývajú detaily. Aby ste zaistili, že žiadne svetelné zdroje nevytvárajú zrkadlový alebo difúzny odraz do očí osoby, usporiadajte počítačové obrazovky do polohy kolmo na svetelný zdroj alebo špecifikujte svietidlo s rozložením svetla, ktoré má minimálne svetlo vyžarované v problémových uhloch.

Modelovanie tvárí a predmetov

Modelovanie tváre a objektov je dôležitým faktorom osvetlenia vo vzdelávacích zariadeniach. Súhra svetla a tieňa na tvári môže pomôcť pri komunikácii medzi učiteľom a študentom tým, že sa pery ľahšie čítajú a gestá tváre sa ľahšie interpretujú. Osvetlenie môže vizuálnej scéne dodať tvar a hĺbku, odhaliť textúru a detaily objektov, vytvoriť požadovaný vzor a vyzdvihnúť zvýraznenia a vizuálne zaujímavosti. Silné smerové osvetlenie môže spôsobiť nelichotivé hlboké tiene, zatiaľ čo extrémne rozptýlené osvetlenie spôsobí, že tváre alebo predmety vyzerajú ploché alebo nezaujímavé. Preto je žiaduca správna kombinácia smerového a difúzneho osvetlenia.

Všeobecné osvetlenie

Všeobecné osvetlenie je hlavným zdrojom osvetlenia v triedach. Poskytuje priestoru celkové osvetlenie a zároveň slúži ako primárny zdroj osvetlenia úloh. Všeobecné osvetlenie v triedach možno dosiahnuť použitím stropných osvetľovacích systémov s priamym, nepriamym alebo kombinovaným priamym/nepriamym rozvodom. Priame osvetlenie dodáva neprerušované svetlo zo svietidla do horizontálnej pracovnej roviny. Nepriame osvetlenie rozvádza svetlo smerom k stropu, ktorý zasa odráža svetlo nadol. Priame/nepriame osvetlenie poskytuje distribúciu svetla nadol aj nahor. Systémy priameho osvetlenia sú efektívne pri dodávaní svetla, ale môžu vytvárať ostré tiene, závojové odrazy a nežiaduce vizuálne efekty, ako sú tmavé stropy a hrebene na horných povrchoch stien. Pri osvetlení nasmerovanom na stropy systémy nepriameho osvetlenia rovnomerne rozdeľujú svetlo na nadmerný jas v zornom poli. Nepriame osvetlenie však spôsobuje, že priestor vyzerá nudne a bez zvýraznení a vizuálnych záujmov. Priame/nepriame osvetlenie kombinuje výhody priameho a nepriameho osvetlenia, aby poskytovalo vyvážené rozloženie svetla pre lepší vizuálny komfort, rovnomerné osvetlenie na horizontálnych pracovných plochách a posilnený dojem z priestoru, bdelosť a vizuálnu čistotu.

Napriek obavám z vytvárania oslnenia a jaskynného efektu je priame osvetlenie takmer univerzálnou voľbou v triedach jednoducho preto, že väčšina vzdelávacích priestorov má nízku výšku stropu. Priame osvetlenie sa zvyčajne poskytuje vo forme vstavaného osvetlenia, osvetlenia pod omietku alebo závesného osvetlenia. Priame svietidlá môžu byť navrhnuté v rôznych tvaroch a veľkostiach. Vo vzdelávacích zariadeniach sú bežne používané svietidlá pravouhlé stropné svietidlá určené na inštaláciu do mriežkových stropov a lineárne svietidlá určené na zapustené, povrchové a zapustené inštalácie. Troffers sú k dispozícii vo forme volumetrických troffov, parabolických troffov, difúznych/šošovkových troffov a okrajovo osvetlených LED panelov. Lineárne svietidlá sa dodávajú v sekciách so štandardnou dĺžkou, ako sú sekcie 4, 8 alebo 12 stôp, alebo v konfigurácii s nepretržitým chodom.

Technológia osvetlenia

Za posledných niekoľko desaťročí bolo osvetlenie tried a iných vzdelávacích priestorov takmer výhradnou oblasťou technológie žiarivkového osvetlenia. Žiarivka využíva elektrinu na excitáciu ortuťových pár v sklenenej trubici. Ortuťové výboje vyžarujú ultrafialové (UV) svetlo, ktoré potom spôsobí fluorescenciu fosforového povlaku a vytvára svetlo vo viditeľnom spektre. Žiarivky získali široké využitie vďaka ich vysokej svetelnej účinnosti, rozptýlenej distribúcii svetla a dlhej prevádzkovej životnosti. Použitie žiariviek je však kontroverzné. Žiarivky majú mnoho nevýhod, ako je ultrafialové žiarenie, dlhý čas spustenia, rádiové rušenie, vysoká krehkosť, harmonické skreslenie, obmedzený rozsah prevádzkových teplôt a znížená životnosť v dôsledku častého spínania. Najnegatívnejším vplyvom žiarivkového osvetlenia je však to, že výrazne znižuje kvalitu osvetlenia interiéru a predstavuje zdravotné riziká. Neprimeraná miera zamerania na svetelnú účinnosť spôsobila, že väčšina žiarivkových svietidiel nefunguje dobre pri reprodukcii farieb a poskytuje príliš vysokú teplotu farieb (6 000 K - 6500 K), ktorá by mohla mať rušivý vplyv na ľudský cirkadiánny rytmus a vyvolalo obavy z nebezpečenstva modrého svetla. Pretože žiarivka vyžaduje predradník na reguláciu prúdu dodávaného cez elektródy žiarovky, vzniká problém blikania. Pokiaľ ide o kvalitu svetla, žiarivkové osvetlenie je obzvlášť zlým začiatkom v histórii umelého osvetlenia vnútorných priestorov.

Polovodičové osvetlenie založené na technológii svetelných diód (LED) si rýchlo získava na popularite. LED diódy sa stali prevládajúcim zdrojom svetla pre každú predstaviteľnú svetelnú aplikáciu. LED je polovodičové zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu priamo na fotóny. Polovodičové zariadenie má pn spojenie tvorené opačne dotovanými vrstvami polovodičového materiálu, ako je nitrid india a gália (InGaN). Keď je pn spojenie posunuté v doprednom smere, elektróny a diery sa vstreknú do aktívnej oblasti a rekombinujú sa, aby sa vytvorilo svetlo. LED technológia rieši mnohé z nedostatkov konvenčných technológií a ponúka prísľub vysokej účinnosti, dlhej životnosti, vysokej spektrálnej všestrannosti, výnimočnej ovládateľnosti (zapnuté/vypnuté/stmievanie), vysokej flexibility v optickom dizajne a vysokej odolnosti voči nárazom a vibráciám. LED diódy produkujú žiarivý výkon iba vo viditeľnom spektre (zvyčajne od 400 do 700 nm). Absencia ultrafialového (UV) a infračerveného (IR) žiarenia robí túto technológiu obzvlášť vhodnou na použitie ľuďmi so špecifickou citlivosťou alebo v situáciách, kde by optické žiarenie z tradičných svetelných zdrojov predstavovalo riziko pre ľudí.

LED svietidlá

Dlhá životnosť a vysoká energetická účinnosť sú charakteristické výhody LED diód. To vedie k všeobecnej mylnej predstave, že dlhá životnosť a vysoká svetelná účinnosť LED osvetľovacích systémov sú samozrejmosťou. Fluorescenčné svietidlo využíva sadu lámp, napr. lineárne T5 (priemer 5/8 palca), T8 (priemer 1 palca) a T12 (priemer 11/2 palca), štandardizované v celom odvetví a medzi výrobcami s podobnou životnosťou. , svetelné výkony a udržiavanie lumenu. Svietidlo v podstate slúži ako montážny rám pre svietidlá a poskytuje obmedzenú kontrolu distribúcie svetla. Na rozdiel od toho je LED svietidlo vo všeobecnosti vysoko skonštruovaný systém, ktorý holisticky integruje LED diódy s tepelnými, elektrickými a optickými podsystémami, aby poskytoval prijateľný produkt. Účinnosť systému a prevádzková životnosť LED svietidla do značnej miery závisí od návrhu a konštrukcie systému. Životnosť LED svietidla je založená na prvom prípade, kedy si svietidlo vyžaduje údržbu, čo by bolo pravdepodobne spôsobené znížením svetelného toku, farebným posunom, poruchou alebo dokonca náhlym zlyhaním ovládačov LED.

LED diódy sú dnes najefektívnejším zdrojom svetla. Stále však viac ako polovica elektrickej energie privádzanej do LED diód sa premieňa na teplo. Na rozdiel od žiaroviek a halogénových žiaroviek, ktoré vyžarujú teplo zo žiaroviek vo forme infračervenej energie, je teplo generované LED diódami zachytené v polovodičových súpravách a musí sa rozptýliť cez samotné svietidlo. Nadmerné nahromadenie tepla v LED môže urýchliť proces degradácie čipu, fosforu a obalových materiálov. Ukázalo sa, že zvýšené teploty spojenia spôsobujú mnoho mechanizmov zlyhania, ako je nukleácia a rast dislokácií v aktívnej oblasti diódy, degradácia kvantovej účinnosti fosforu a zmena farby puzdier a plastových krytov. Efektívny tepelný manažment je preto rozhodujúci pre prevádzku LED diód po ich menovitú životnosť. Tepelný dizajn je najdôležitejšou súčasťou dizajnu svietidla. Všetky materiály a komponenty v tepelnej ceste z polovodičovej matrice cez dosku plošných spojov (PCB) do okolitého prostredia musia mať nízky tepelný odpor. Účinnosť tepelného dizajnu v podstate závisí od schopnosti chladiča odvádzať teplo vedením tepla a konvekciou. Závesné svietidlá, ako sú troffy a lineárne závesy, zvyčajne poskytujú dostatočný objem na vytvorenie primeranej plochy, ktorá uľahčuje výmenu tepla.

Častejšie je bodom zlyhania alebo poruchy v systéme LED ovládač LED. Keďže LED diódy sú citlivé aj na veľmi malé zmeny prúdu a napätia, obvody ovládača LED musia byť nakonfigurované tak, aby regulovali výstup pri konštantnom prúde pri napájacom napätí alebo zmenách záťaže. Súčasťou tepelného manažmentu je aj prevádzka LED diód so správnym budiacim prúdom. Prebudenie toho, na čo je LED dimenzovaná, zvýši teplotu spoja a zníži vnútornú kvantovú účinnosť LED. Kľúčové výkonnostné metriky ovládačov sa zameriavajú na ich schopnosť primerane a efektívne regulovať výkon LED alebo reťazca (alebo reťazcov) LED, pričom poskytujú vysoký účinník a nízke celkové harmonické skreslenie (THD) v širokom rozsahu vstupného napätia. . Vodič musí tiež poskytnúť ochranné funkcie proti preťaženiu, rozpojeniu a skratu, ako aj potlačenie prechodového napätia a inteligentnú ochranu proti prehriatiu. Niektorí výrobcovia osvetlenia však neúnavne znižujú náklady poddizajnovaním obvodov ovládača. To nielenže spôsobuje ohrozenie spoľahlivosti obvodu ovládača, ale tiež spôsobuje problém blikania, pretože lacné ovládače často poskytujú neúplné potlačenie zvlnenia. Vo všeobecnosti je neprijateľné, aby hodnota zvlnenia výstupného prúdu presahovala ±10 percent.

Optický dizajn sa stáva vysokou prioritou pri navrhovaní LED systémov. Rovnomerné osvetlenie na veľkej ploche alebo pracovnej ploche vyžaduje použitie veľkého počtu LED so stredným výkonom. Vďaka vysokej intenzite výstupu týchto miniatúrnych svetelných zdrojov je potlačenie oslnenia prioritou. LED svietidlá majú rôzne distribučné charakteristiky, ktoré sa dosahujú použitím optických komponentov, ako sú difúzory, šošovky, reflektory a žalúzie. Priame oslnenie diódami LED by sa dalo zmierniť rozptýlením jasu na veľké plochy. Šošovky, ktoré obsahujú sériu malých hranolov, môžu znížiť jas svietidla pri pozorovacích uhloch blízkych horizontále. Odraz je bežne používaná technika na reguláciu svetelného toku z LED diód. Objemové troffery sú typom "priamych odrazových" svietidiel, ktoré odrážajú svetlo od vnútorného povrchu zapusteného krytu, zatiaľ čo moduly LED, ktoré vyžarujú svetlo nahor, sú tienené alebo zakryté v kovových košoch podložených difúznym akrylátom. Okrajovo osvetlené LED panely vháňajú svetlo do svetlovodnej dosky (LGP), ktorá potom rovnomerne rozdeľuje svetlo smerom k difúzoru prostredníctvom úplného vnútorného odrazu (TIR). Schopnosť poskytovať rovnomerné osvetlenie bez vytvárania nadmerne vysokej svietivosti robí z týchto vstavaných svietidiel pracanta vo vzdelávacích zariadeniach.

Vykresľovanie farieb

Rovnako ako pri žiarivkovom osvetlení, kompromis medzi kvalitou farieb a svetelnou účinnosťou zostal aj v ére LED osvetlenia. Biele LED diódy sú zvyčajne fosforovo konvertované LED diódy, ktoré využívajú svetlo s krátkou vlnovou dĺžkou vyžarované z LED diód na čerpanie fosforu (luminiscenčných materiálov). Väčšina fosforovo konvertovaných LED diód sú modré pumpy LED, ktoré čiastočne premieňajú elektroluminiscenciu. Modrá pumpa LED s vysokým farebným podaním vyžaduje veľmi veľkú časť vyžarovaného svetla s krátkou vlnovou dĺžkou, aby bola prevedená smerom nadol. Tento proces premeny svetla pumpy na fosforové svetlo (fotoluminiscencia) zahŕňa veľkú stratu Stokesovej energie. Premena svetelnej účinnosti žiarenia (LER) citlivosťou oka je neefektívna v porovnaní so spektrálnym rozložením svetla s dlhšími vlnovými dĺžkami. Pri kombinovaní týchto efektov je svetelná účinnosť LED s vysokým podaním farieb, ktoré majú SPD rovnomernejšie rozptýlené vo viditeľnom spektre, relatívne nízka ako u LED s nízkym podaním farieb, ktoré sú presýtené v modrých a zelených vlnových dĺžkach.

V dôsledku smerovania k vysoko účinnému osvetleniu a zníženiu nákladov väčšina LED svietidiel používaných vo vzdelávacích zariadeniach obsahuje LED s indexom podania farieb (CRI) 80, čo je prijateľné (ale zďaleka nie dobré). Svetlu vyžarovanému z týchto svietidiel chýbajú najmä vlnové dĺžky, ktoré poskytujú sýte farby. Aby bola trieda príjemná a farby pôsobili prirodzene, svetelný zdroj musí byť schopný spustiť vizuálnu odozvu na všetky vlnové dĺžky vo viditeľnom spektre. Vzdelávacie zariadenia si zaslúžia osvetlenie s vysokou kvalitou farieb, napr. CRI 90. Zatiaľ čo modré LED pumpy môžu byť navrhnuté tak, aby poskytovali vynikajúce podanie farieb, fialové pumpy LED boli vyvinuté špeciálne na produkciu širokospektrálneho bieleho svetla, ktoré dodáva žiarivý výkon pomerne široko po celej ploche. viditeľné spektrum.

Veda za farbou svetla

Korelovaná farebná teplota (CCT) svetelného zdroja je určená na charakterizáciu farby svetla (napr. teplé alebo studené). Biele svetlo s teplým tónom má CCT v rozsahu 2700 K až 3200 K. Biele svetlo s CCT v rozsahu 3 500 K až 4 100 K sa bežne označuje ako „neutrálne biele“. Biele svetlo s CCT nad 4100 K sa označuje ako „studené biele“. Nie všetko biele svetlo je rovnaké, či už je vzhľad bieleho svetla teplý alebo chladný, nielenže vizuálne ovplyvňuje naše vnímanie a emocionálne ovplyvňuje našu náladu, ale má tiež vplyv na celý rad neuroendokrinných a neurobehaviorálnych reakcií. Vo všeobecnosti chladnejšia biela zodpovedá relatívne vysokému percentu modrého svetla v spektre a teplá biela označuje nízku modrú zložku v spektre.

Výskum zistil, že modré svetlo môže stimulovať vnútorne fotosenzitívne fotoreceptory gangliových buniek sietnice (ipRGC) vo vrstve gangliových buniek sietnice. ipRGC prenášajú svetlo na nervové signály pre biologické hodiny. Biologické hodiny umiestnené v suprachiazmatických jadrách (SCN) potom regulujú telesnú teplotu a uvoľňujú endokrinné hormóny, ako je melatonín a kortizol. Dostatočne vysoká dávka bioaktívneho modrého svetla spustí hlavné biologické hodiny, aby naprogramovali ľudské telo na denný režim. Zistilo sa, že vystavenie modrému žiareniu stimuluje produkciu hormónov, ako je kortizol pre reakciu na stres a bdelosť; serotonín na kontrolu impulzov a túžbu po sacharidoch; a dopamín pre potešenie, bdelosť a svalovú koordináciu. Pri simulácii dennej fyziologickej odozvy vedie vystavenie bioaktívnemu modrému svetlu aj k potlačeniu hormónu melatonínu podporujúceho spánok. Keďže podporuje koncentráciu, bdelosť a výkon, jasné biele svetlo s vysokými modrými zložkami sa preto často používa počas hodín učenia.

Typicky sa pre denné osvetlenie vo vzdelávacích priestoroch vyberá studené biele svetlo s CCT okolo 4100 K. Maximálna CCT pre vnútorné osvetlenie by vo všeobecnosti nemala presiahnuť 5400 K, čo je zdanlivá farebná teplota slnečného svetla žiariaceho priamo nad hlavou. Zavedenie žiarivkového osvetlenia však sprevádzalo prudký nárast teploty farieb pre vnútorné osvetlenie. Svetelné zdroje, ktoré produkujú biele svetlo s vlnovými dĺžkami akumulovanými na modrom konci spektra, majú najvyššiu svetelnú účinnosť vďaka minimálnej fotoluminiscencii a vysokej citlivosti oka v tomto spektrálnom pásme. Vďaka tomu sú CCT v rozsahu 6000 K až 6500 K bežnou voľbou pre vzdelávacie osvetlenie. Optické žiarenie s tak extrémne vysokým CCT sa však javí ako drsné a často spôsobuje skreslenie farieb kvôli chýbajúcim vlnovým dĺžkam na vykreslenie nasýtených farieb. Najdôležitejšie je, že vystavenie extrémne vysokej dávke modrého žiarenia počas dňa môže nadmerne zaťažovať ľudské telo a sťažuje udržiavanie plynulých cirkadiánnych rytmov.

Študenti zvyčajne pokračujú v prijímaní vysokej intenzity modrého žiarenia počas hodín nočného koučovania, čo vedie k nesprávnemu potlačeniu melatonínu vo večerných hodinách. Nočné uvoľňovanie melatonínu od 21:00 do 7:30 je životne dôležitým ochranným mechanizmom, ktorý podporuje nevyhnutnú regeneráciu a potláča vznikajúce rakovinové bunky v našom tele. Večer, najmenej dve hodiny pred spaním, sa treba vyhnúť vysokému CCT a vysokej intenzite osvetlenia. Mierne úrovne teplého bieleho svetla, definované ako 60 luxov, sú dostatočné na menšie vizuálne úlohy bez cirkadiánneho narušenia.

Laditeľné biele osvetlenie

Účinky osvetlenia na ľudské zdravie, pohodu a výkon podnietili osvetľovací priemysel k vyvinutiu riešenia, ktoré dokáže vyvolať konkrétne biologické reakcie človeka na zvýšenie koncentrácie, bdelosti a výkonu, pričom podporuje priaznivý cirkadiánny rytmus. Laditeľné biele osvetlenie umožňuje moduláciu farebnej teploty bieleho svetla s nezávislým ovládaním intenzity osvetlenia. Táto technológia umožňuje dodávať dynamickú schému osvetlenia počas celého dňa a umožňuje prispôsobiť osvetlenie potrebám rôznych cieľových skupín. Laditeľné biele osvetlenie založené na technológii LED je hybnou silou zrýchleného nasadzovania ľudského centrického osvetlenia (HCL). Ľudské centrické osvetlenie je navrhnuté tak, aby posilnilo cirkadiánny rytmus tela a prirodzený cyklus biologických funkcií. Poskytuje vedomú kontrolu hormonálnych procesov a vzdelávacieho prostredia prostredníctvom holistického dizajnu vizuálnych, biologických a emocionálnych účinkov svetla. Množstvo a spektrum osvetlenia interiéru je možné prispôsobiť tak, aby odrážalo vlastnosti prirodzeného denného svetla v priebehu dňa.

Fotobiologická bezpečnosť

Odborníci na kreslá robili rozruch v súvislosti s nebezpečenstvom modrého svetla LED osvetlenia. Tvrdia, že modré LED pumpy obsahujú vyššie časti modrých vlnových dĺžok, a preto majú väčší potenciál ako iné typy svetelných zdrojov predstavovať riziko pre nebezpečenstvo modrého svetla. Nebezpečenstvo modrého svetla je fotochemicky vyvolané poškodenie sietnice spôsobené žiarením pri vlnových dĺžkach primárne medzi 400 nm a 500 nm. Len preto, že biele LED diódy používajú modré žiariče na pumpovanie fosforových konvertorov a ich SPD môže mať zreteľný modrý vrchol, nemusí to nevyhnutne znamenať, že LED majú väčší potenciál spôsobiť fotochemické poškodenie sietnice. Biele svetlo rôzneho farebného vzhľadu je v podstate výsledkom rôznych kombinácií dlhých a krátkych vlnových dĺžok. Existuje silná korelácia medzi CCT a obsahom modrého svetla bez ohľadu na to, z čoho biele svetlo vyžaruje. Funkcia váženia rizika modrého svetla sa rozprestiera v rozsahu vlnových dĺžok. Je dôležité vziať do úvahy skôr rozsah nebezpečného žiarenia než akýkoľvek lokálny vrchol. Celkové množstvo modrých vlnových dĺžok v spektrálnom zložení svetla vyžarovaného LED diódami je vo všeobecnosti rovnaké ako svetlo vyžarované akýmkoľvek iným svetelným zdrojom pri rovnakej farebnej teplote.

Zopakujem: LED diódy sa zásadne nelíšia od svetelných zdrojov využívajúcich tradičné technológie, pokiaľ ide o fotobiologickú bezpečnosť. Čo treba vyčítať, je použitie extrémne vysokého CCT pri osvetlení interiéru. Biele svetlo s CCT nad 6000 K obsahuje značné množstvo modrého svetla a je pravdepodobnejšie, že spôsobí fotochemické poškodenie sietnice ako biele svetlo vyžarované slabými CCT svetelnými zdrojmi. Prahová osvetlenosť pre klasifikáciu rizikovej skupiny ako RG2 alebo vyššia je 1000 luxov pre svetelný zdroj s CCT 6000 K, 1600 luxov pre svetelný zdroj s CCT 4000 K a 3200 luxov pre svetelný zdroj s CCT 2700 K. Klasifikácia nebezpečnosti modrého svetla rizikovej skupiny 2 a 3 je však veľmi nepravdepodobná pre všetky typy zdrojov bieleho svetla jednoducho preto, že maximálna svietivosť pre vzdelávacie aplikácie zriedka prekračuje 300 luxov. Dôležité je, že výrobok musí tiež prekročiť prahovú hodnotu, aby sa podmienky jasu považovali za nebezpečné (10 mcd/k2 pri 6000 K, 16 mcd/k2 pri 4000 K, 30 mcd/k2 pri 2700 K pre rizikovú skupinu 2). Aj keď existuje nebezpečenstvo z rizikovej skupiny 2 alebo 3, averzné reakcie ľudí toto nebezpečenstvo zmiernia, takže nebezpečenstvo modrého svetla nie je pre ľudí nič, čoho by sa mali obávať.

Populárne Tagy: Dizajn osvetlenia triedy LED svietidlá pre školy a vzdelávacie zariadenia, Čína, dodávatelia, výrobcovia, továreň, kúpiť, cena, najlepšie, lacné, na predaj, na sklade, bezplatná vzorka