Technologie sztucznego oświetlania wnętrz wciąż się rozwijają. Z jednej strony wzrasta wydajność energetyczna oświetlenia, a sposoby stosowania i kontrolowania światła na powierzchniach pracy wzrokowej są ulepszane. Z drugiej, dzięki wielu badaniom naukowym, za pomocą światła sztucznego aktywnie wpływamy na emocje, samopoczucie i produktywność pracy osób przebywających w oświetlanych wnętrzach.

 

Co to jest Human Centric Lighting?

Human Centric Lighting jest technologią oświetleniową opartą na wynikach badań naukowych przeprowadzonych w okresie ostatnich kilkudziesięciu lat. Dotyczyły one oddziaływania światła na organizm i psychikę człowieka i pozwoliły zrozumieć jak ogromny i ważny jest jego wpływ. Widzenie nie jest bowiem jedyną korzyścią jaką światło przynosi człowiekowi. Światło ma na ludzi także oddziaływanie pobudzające, wpływa na nasz nastrój i poziom aktywności. Poprzez prawidłową kontrolę oświetlenia sztucznego możliwe jest oddziaływanie na emocje i samopoczucie ludzi, a nawet wydajność ich pracy.

Fizjologiczne reakcje ludzkiego organizmu na światło zależą od jego cech, takich jak skład widmowy, intensywność i czas ekspozycji. Dlatego jeśli spędzamy dużo czasu w pomieszczeniach zamkniętych oświetlanych światłem sztucznym, również jego charakterystyka ma ogromne znaczenie dla naszego organizmu. Rozwiązania oświetleniowe typu Human Centric Lighting mogą silnie wspierać naturalny cykl dobowy ludzkiego organizmu, a przez to zwiększać koncentrację, zapobiegać zaburzeniom snu i poprawiać ogólne samopoczucie.
Wykorzystaniu tej wiedzy o biologicznym oddziaływaniu światła na ludzki organizm sprzyjają zwłaszcza ostatnie innowacje w technice oświetleniowej. Szerokie rozpowszechnienie oświetlenia wykorzystującego półprzewodnikowe diody świecące LED i elektronicznych układów sterowania sprawiło, że białe światło o regulowanym natężeniu i temperaturze barwowej jest łatwe do realizacji technicznej, dodatkowo przy niewielkim zużyciu energii elektrycznej. Nowe inteligentne systemy oświetleniowe zapewniają też użytkownikom szerokie możliwości dostosowania do indywidualnych potrzeb.


Nowa wiedza pozwala lepiej zrozumieć działanie swiatła na ludzki organizm

Od dawna było wiadomo, że za widzenie odpowiadają dwa typy fotoreceptorów umiejscowionych w siatkówce ludzkiego oka, czopki i pręciki. Światło padające na te receptory wywołuje złożone reakcje chemiczne powodujące powstawanie pewnego rodzaju sygnałów w nerwach łączących receptory z korą wzrokową w tylnej części mózgu. Kora wzrokowa interpretuje te sygnały jako wrażenia wzrokowe. Pręciki pracują przy bardzo niskich poziomach światła zapewniając tzw. widzenie skotopowe, które nie umożliwia postrzegania barw, a jedynie kształtów. Przy większej ilości światła ma miejsce tzw. widzenie fotopowe zachodzące dzięki działaniu czopków, które pozwalają na rozróżnianie barw i ostre widzenie przedmiotów.

W 2002 roku odkryto nowy typ receptora w ludzkim oku. Odpowiada on za biologiczne skutki, jakie wywołuje światło w ludzkim ciele. Skomplikowane reakcje chemiczne przebiegające pod wpływem światła padającego na ten receptor, również wywołują sygnały, przekazywane dzięki połączeniom nerwowym, między innymi do obszaru mózgu nazywanego jądrem nadskrzyżowań, w skrócie SCN od angielskiego „suprachia-smatic nuclei”, odpowiadającego za sterowanie ludzkim zegarem biologicznym oraz do szyszynki.


Wzrokowe oddziaływanie światła

Mimo wykrycia biologicznego oddziaływania światła na organizm ludzki, jego oddziaływanie wzrokowe nie utraciło nic ze swojego znaczenia.

Wydolność wzrokowa człowieka zależy od warunków pracy wzrokowej. W sytuacji oświetlenia sztucznego uzyskanie wysokiej wydolności wzrokowej jest uzależnione od zapewnienia dostatecznie dobrego oświetlenia określanego m.in. wysokim poziomem natężenia oświetlenia na płaszczyźnie pracy wzrokowej. Przy określonym natężeniu oświetlenia wydolność wzrokowa nie jest jednak taka sama u wszystkich ludzi. Istnieje duża różnica wydolności wzrokowej w zależności od wieku osoby badanej. Lepsze rezultaty w zakresie wydolności wzrokowej wykazują ludzie młodsi, tzn. około 30 lat, gorsze ludzie starsi około 55 lat. Przy względnie trudnych zadaniach wzrokowych, człowiek starszy potrzebuje natężenia oświetlenia o wartości ponad 1000 lx dla osiągnięcia takiej samej wydolności wzrokowej, jak ludzie młodsi przy 300 lx. Ta samą zależność, jednak jeszcze silniejsza, występuje przy trudnej pracy wzrokowej, np. przy czytaniu drobnego tekstu. Dla osiągnięcia tej samej, zadowalającej wydolności wzrokowej przy trudnej pracy wzrokowej, osoba w wieku ponad 55 lat potrzebuje prawie 6 razy większej ilości światła niż człowiek w wieku około 30 lat.

Natężenia oświetlenia wymagane do pracy przez dokumenty normalizacyjne są wartościami wystarczającymi dla osób w wieku około 30 lat. Starsi pracownicy, również potrzebni w firmach ze względu na swoje doświadczenie, a mający niestety niższą wydolność wzrokową, potrzebują jednak znacznie wyższego poziomu natężenia oświetlenia. Dzięki temu będą wykonywać równie dobrze taką samą pracę wzrokową, co młodsi. Oznacza to jednak konieczność podwyższenia natężenia oświetlenia z wymaganej normami minimalnej wartości 300 lx lub 500 lx do około 1200 lx.

 

Wydolność wzrokowa starszych pracowników może być poprawiona do poziomu osiąganego przez ludzi młodych dzięki znacznemu podwyższeniu poziomu natężenia oświetlenia powyżej wymagań normatywnych.

W starszym wieku występuje efekt zażółcenia wierzchniej warstwy soczewki oka ludzkiego. Zażółcona soczewka działa jak filtr – przepuszcza bardzo dobrze promieniowanie widzialne o barwie żółtej, słabiej, lecz nadal dość dobrze, barwy sąsiadujące w widmie, tzn. promieniowanie czerwone i zielone, natomiast zatrzymuje dużą część promieniowania niebieskiego. Stąd do oka osób starszych wnika głównie promieniowanie żółte i sąsiednich barw z widma. Osoby takie znacznie słabiej widzą barwę niebieską. Innymi słowy osoba starsza widzi świat mniej niebieski niż ludzie młodzi.

 

Dla podwyższenia wydolności wzrokowej osób starszych korzystne jest stosowanie światła z dużą zawartością promieniowania w niebieskiej części widma.

Wydolność wzrokowa ludzi starszych może być zatem z powodzeniem poprawiona nie tylko przez odpowiednio wysoki poziom oświetlenia, ale także przez zastosowanie światła z dużym udziałem niebieskiej części widma.


Biologiczne oddziaływanie światła

Odkrycie kolejnego bioreceptora i jego połączeń z ośrodkami w mózgu, pozwoliło zrozumieć podstawowe znaczenie światła dla stymulowania i kontrolowania wielu procesów biologicznych w ludzkim ciele. Najważniejszym odkryciem stało się stwierdzenie, że światło, a w szczególności regularne cykle światło-ciemność mają zasadniczy wpływ na kontrolowanie zegara biologicznego człowieka poprzez oddziaływanie na produkcję niektórych ważnych hormonów w ciele ludzkim.

Czasowy cykl oświetlenia naturalnego na kuli ziemskiej zamyka się w 24 godzinach i składa się z dwóch okresów: około 12 godzin jasności i około 12 godzin ciemności. Organizm ludzki jest do tego cyklu dostosowany i funkcjonuje w nim poprawnie. Zmiana cyklu może jednak powodować istotne zaburzenia w funkcjonowaniu naszego ciała, np. trudności w zasypianiu, zaburzenia snu oraz osłabienie aktywności i koncentracji w czasie pracy. Naukowcy badający to zjawisko zaczęli podejrzewać, że u jego podstaw leży zaburzenie naturalnego cyklu oświetlenia. W ładny dzień na otwartej przestrzeni panuje natężenie oświetlenia naturalnego około 100 tys. lx. W dzień pochmurny zmniejsza się ono do około 20 tys. lx. W pomieszczeniach, zwłaszcza tych pozbawionych dostatecznej ilości światła naturalnego, mamy na ogół do czynienia z poziomami natężenia oświetlenia nie większymi niż 500 lx, a więc wielokrotnie niższymi. Dlatego codzienna praca w zamkniętych pomieszczeniach, oświetlonych światłem sztucznym o niedostatecznej intensywności i niewłaściwym składzie widmowym może zaburzać naturalny cykl dobowy pracowników.

Dziś wiemy już, że receptor w oku wysyła sygnały do mózgu, który na ich podstawie regulują produkcję hormonów. Trzy najważniejsze hormony kontrolujące dobowy rytm biologiczny człowieka, to:

• melatonina – hormon snu – sprawia, że czujemy się zmęczeni i senni, organizm spowalnia swoje funkcje oraz obniża aktywność na rzecz zasłużonego odpoczynku. Największy poziom melatoniny w organizmie występuje w nocy, jej poziom spada nad ranem i jest niski w ciągu dnia, kiedy pobudza nas wysoki poziom kortyzolu.
• kortyzol – hormon stresu – działa odwrotnie do melatoniny. Powszechnie wiadomo, że stres jest zjawiskiem szkodliwym, jednak niski poziom lub całkowity brak kortyzolu także może być szkodliwy. Duży nadmiar kortyzolu może niszczyć system immunologiczny. Z drugiej strony hormon ten bierze udział w produkcji glukozy w organizmie ludzkim, a ta z kolei dostarcza energii naszemu ciału. Wytwarzanie kortyzolu rozpoczyna się około 3 godz. rano, aby stymulować metabolizm organizmu i przygotować go do aktywności dziennej. Poziom kortyzolu jest najwyższy w godzinach rannych, co stymuluje nas do działania i utrzymuje wysoką wartość w ciągu dnia. W nocy ilość kortyzolu w naszym organizmie spada umożliwiając nam normalny sen.
• serotonina – hormon szczęścia – działa jako środek pobudzający i motywator, pomaga podnieść poziom energii gdy w ciągu dnia spada poziom kortyzolu, a tym samym przeciwdziała wzrostowi poziomu melatoniny, co pomaga dłużej zachować energię i oprzeć się obniżeniu aktywności.

 

Przy dostatecznym oświetleniu, zwłaszcza naturalnym, w dzień w organizmie mamy dużo kortyzolu i mało melatoniny, dzięki czemu możemy być pobudzeni i aktywni, a nie senni. W nocy odwrotnie – poziom kortyzolu maleje, a melatoniny rośnie, dzięki czemu śpimy spokojnie i głęboko, a nasza aktywność jest minimalna.

Human Centric Lighting wspomaga nasz zegar biologiczny

Skuteczna realizacja idei Human Centric Lighting, czyli oświetlenia dostosowanego do potrzeb człowieka, wymaga szczególnego uwzględnienia trzech, powiązanych ze sobą, parametrów oświetlenia. Ponieważ jednak ich zmiany wpływają na ludzki organizm, działania te muszą opierać się na wiedzy i być przemyślane. Pierwszym parametrem jest widmo światła. Wiadomo, że promieniowanie świetlne z niebieskiego zakresu widma jest światłem oddziałującym biologicznie na organizm ludzki w sposób aktywujący, natomiast promieniowanie z czerwonego zakresu widma obniża aktywność. Drugi parametr to intensywność światła, przy czym ważne jest nie tylko natężenie oświetlenia na poziomych płaszczyznach pracy wzrokowej, ale także tzw. cylindryczne natężenie oświetlenia na twarzach ludzi przebywających w sztucznie oświetlanych pomieszczeniach. Intensywność światła powinna być powiązana z trzecim parametrem, czyli okresem doby i czasem oddziaływania. Zastosowanie tej technologii pozwala programować zmiany intensywności i temperatury barwowej światła białego w takt identyczny ze zmianami właściwości naturalnego światła dziennego w trakcie dnia. Oznacza to, że oświetlenie sztuczne w biurach, szkołach, wnętrzach handlowych, obiektach produkcyjnych, a nawet prywatnych domach, może w maksymalny sposób odwzorowywać cechy światła naturalnego dostępnego w danej chwili dnia na zewnętrz, korzystne dla ludzkiego organizmu. To sprawia, że oświetlenie sztuczne typu Human Centric Lighting staje się naprawdę efektywne.

 

Światło z niebieskiego zakresu widma aktywuje organizm ludzki, natomiast promieniowanie z czerwonego zakresu widma obniża aktywność.

Technika LED pomaga

Możliwość praktycznej realizacji idei oświetlenia dostosowanego do potrzeb ludzi – Human Centric Lighting, wspomogło znacznie pojawienie się techniki oświetlenia LED. Jeszcze do niedawna zmiana temperatury barwowej światła białego dostarczanego przez oprawę oświetleniową była realizowana przez umieszczenie w niej świetlówek liniowych o różnych temperaturach barwowych emitowanego światła. Dla uzyskanie potrzebnej barwy poszczególne świetlówki musiały świecić  z odpowiednią intensywnością, aby po zmieszaniu światła w odpowiedniej proporcji uzyskać oczekiwany efekt. Technicznie było to dość skomplikowane i wymagało zasilania każdej świetlówki oddzielnym sterowanym statecznikiem. Obecnie czołowe miejsce na rynku zajmuje technika LED. Producenci oferują już wiele systemów oświetleniowych z półprzewodnikowymi diodami świecącymi, które umożliwiają nie tylko płynną zmianę natężenia światła, ale także regulację temperatury barwowej światła białego. W oprawach LED światło diod o barwie ciepło i chłodno białej może być skutecznie mieszane dzięki precyzyjnemu sterowaniu elektronicznemu. Dzięki temu oprawa może świecić światłem białym o temperaturze barwowej regulowanej w szerokim zakresie, przy równoczesnej regulacji natężenia światła.


Oświetlenie wnętrz biurowych nastawione na potrzeby pracowników

Pracownicy biurowi spędzają we wnętrzach większość czasu ich aktywności dobowej. Dlatego pomieszczenia biurowe są doskonałym miejscem do wdrażanie rozwiązań oświetleniowych typu Human Centric, które dają pracownikom dodatkową energię i zwiększają ich motywację do działania. Na przykład chłodne białe światło sztuczne o wysokim natężeniu zastosowane w pomieszczeniach pracy biurowej na początku dnia roboczego może pomóc w przezwyciężeniu porannej senności i przedłużyć okres dziennej aktywności odsuwając w czasie nadejście popołudniowego zmęczenia. Szczególnie w krajach o małej intensywności i krótkich okresach światła dziennego w czasie zimowym, oświetlenie o regulowanej temperaturze barwowej światła białego może zapobiegać depresjom i innym sezonowym zaburzeniom aktywności. Odpowiednie oświetlenie może również przynosić efekty krótkoterminowe w postaci zwiększonej koncentracji przy realizowaniu doraźnych zadań.

Oprócz zapewnienia oświetlenia właściwego do realizacji prowadzonych zadań wzrokowych związanych z pracą, oświetlenie może zatem pomagać w zachowaniu czujności, dobrego nastroju, zdolności poznawczych, przeciwdziałaniu senności i zachowaniu zdrowia. Pora doby, czas działania i skład widmowy światła mają ważny wpływ na biologiczne oddziaływanie oświetlenia na pracowników. Działanie to może być jednak zależne od cech osobowych pracowników, rodzaju wykonywanej pracy i aktualnego poziomu ich zmęczenia.  Dlatego oprócz centralnego sterowania oświetleniem w pomieszczeniach biurowych powinna być także zapewniona możliwość pewnego indywidualnego dostosowania oświetlenia do potrzeb poszczególnych osób na ich indywidualnych stanowiskach pracy.

Autor: Marek Kołakowski (LIGHTING.PL)