Биодинамические светильники. Здоровый свет
В 1980-х гг. германские медики выявили зависимость между цветопередачей ламп искусственного света и выработкой организмом человека гормона стресса. Последующие, более комплексные исследования показали связь между циркадными ритмами организма и количеством и цветовой температурой света, попадающего в орган зрения.
Циркадные ритмы – это наши внутренние часы, циклические колебания интенсивности различных биологических процессов с периодичностью 20–28 часов. Они определяют фазы сна и бодрствования, самочувствие и настроение. Синхронизация циркадных ритмов происходит за счет света. Действие этого механизма – результат длительной эволюции человека.
Наиболее полезное воздействие на человека (и не только на него) оказывает солнечный свет. Но свет от Солнца в течение суток меняет свою цветовую температуру. Утром свет теплый, днем он становится холоднее, к вечеру снова теплеет.
В изолированном помещении с постоянным искусственным освещением циркадные ритмы отклоняются от суточных, что негативно сказывается на психосоматическом состоянии человека и как следствие – на его физической и умственной активности. Изменить ситуацию к лучшему позволяет использование биодинамических источников искусственного света.
Биодинамические светильники – это программируемые осветительные приборы, функционирующие в течение рабочего дня в разных режимах. Если ими оснастить, например, офис, то утром, когда сотрудники только занимают свои рабочие места, биодинамический светильник формирует максимально холодный по цветовому ощущению человека световой поток – до 6500 К и уровень освещенности 1500-2000Лк.
При таком свете работник чувствует прилив бодрости, что соответствующим образом отражается на продуктивности его действий. В середине дня, ближе к обеденному перерыву, световой поток становиться более теплым, расслабляющим – 4000–5000 К и уровень освещенности 500-700Лк.
Затем светильник снова формирует холодный световой поток и ближе к вечеру, ко времени завершения рабочего дня, офис вновь заливает теплый спокойный свет – около 3000 К и уровень освещенности 300-400Лк. Теплый свет в конце рабочего дня действует на человека успокаивающе и нормализирует его эмоциональное состояние.
В настоящее время в мире биодинамические светильники получают все более широкое распространение. В Европе лидирующие позиции в производстве этого осветительного оборудования занимают германские светотехнические предприятия.Россия старается не отставать.
Биодинамические светильники производятся в основном трех типов: потолочные встраиваемые, подвесные и напольные (торшеры). Очень часто производители объединяют светильники в серии. В них включены приборы с различными техническими параметрами.
Управление
В биодинамических светильниках имеются две группы светодиодов – с низкой цветовой температурой и с высокой. Излучение каждой из групп смешивается оптической системой светильника. Регулируя световой поток светодиодов разных групп можно изменять цветовую температуру излучаемого света.
В простейшем случае настройка осуществляется в ручном режиме при помощи рукояток или кнопок. Одна группа органов управления отвечает за освещенность, другая – за цветность светового потока.
Регулирование в автоматическом режиме осуществляется при помощи блока управления. Автоматическое регулирование может осуществляться по нескольким схемам.
Довольно часто изменения параметров света привязывают к географическому времени и дате. Контроллер снабжается GPS-датчиком, либо информация о местоположении вводится в него пользователем. Освещенность и цветовая температура меняются в зависимости от времени восхода и захода Солнца, с учетом конкретной даты исходя из географического положения пользователя.
Более сложные схемы управления реализуются за счет компьютеров, управляемых специальной версией с операционной системой Linux. На них можно установить программное обеспечение, способное реализовать любые алгоритмы биодинамического освещения.
Недостатком перечисленных систем управления считается их ориентация на определенное осветительное оборудование.
Достаточно универсальным можно считать контроллер биодинамического света с интерфейсом DALI, встраиваемый в систему офисного освещения. Такая система управления совместима с самыми разными светильниками.
В зависимости от сферы применения и требований к объекту освещения пользователь может выбрать несколько вариантов оперативного воздействия на автоматическую систему управления:
Эффективность
Ученые доказали, что при меняющихся в течение дня режимах цветового ощущения искусственного света работоспособность человека может увеличиваться до 30%. Вот мнение специалистов о пользе биодинамического света.
Сергей Сизый, основатель и руководитель первой в России школы светодизайна LIDS Lighting Design School, член Международной ассоциации светодизайнеров IALD:
– Несомненно, внедрение биодинамического освещения имеет перспективы во всех областях. В промышленном секторе такие системы актуальны для предприятий, работающих посменно. В настоящее время проводятся исследования и формулируются рекомендации по освещению рабочих мест, которые используются в ночное время.
В жилых помещениях свет с изменяемой цветовой температурой также будет востребован, поскольку правильно подобранное биологическое освещение помогает снизить риск развития сезонной депрессии. Важное отличие таких систем в частном интерьере – наличие возможности ручного регулирования. Эксперименты показали: если у пользователя есть возможность самому менять режим освещенности и цветовую температуру, то эффективность воздействия света на биоритмы возрастает.
Антон Шаракшанэ, кандидат физико-математических наук, сотрудник Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН:
– Света на рабочем месте нужно много и не только для комфорта, но и чтобы повысить производительность труда. Менять цветность и интенсивность освещения нужно в помещениях, где человек и работает, и готовится ко сну. Например, в жилом помещении, если оно используется для работы на удаленном доступе.
Перспективным считаю применение биодинамического освещения в общественных пространствах. В местах большого скопления людей в вечернее время можно использовать освещение с меньшей цветовой температурой. В частности, удачен опыт использования биодинамического освещения в новых поездах метро «Москва».
Борьба с инфекцией
Биодинамический светильник позволяет реализовывать дополнительную функцию – обеззараживать рабочее помещение. Для этого в него встраивается бактерицидная лампа. Она автоматически включается, когда в помещении нет людей.
Бактерицидная (ультрафиолетовая) лампа имеет колбу из увиолевого стекла с повышенной пропускной способностью ультрафиолета с длинами волн 200–300 нм. Такое УФ-излучение называют «мягким». Оно обладает обеззараживающими свойствами (нейтрализует бактерии, вирусы, плесень, дрожжи и т.д.) и минимизирует образование озона и вредное воздействие на глаза и кожу человека.
Этим бактерицидная лампа отличается от кварцевой. У последней колба изготавливается из кварцевого стекла, которое не задерживает «жесткий» ультрафиолет (длина волны более 400 нм). Кварцевая лампа обогащает воздух в помещении озоном, который также обладает мощным дезинфицирующим эффектом. Однако после обработки помещения кварцевой лампой его необходимо проветрить, чего не требуется после применения бактерицидной (ультрафиолетовой) лампы.
В нашей стране разработкой и производством биодинамических светильников с бактерицидными лампами занимается компания «ЭСКО СВЕТ».
Наталья Жерновая, генеральный директор «ЭСКО СВЕТ» о новом направлении деятельности компании:
– В настоящее время «ЭСКО СВЕТ» серийно выпускает две модели таких приборов: Oscar Bio и Oscar Ultra.
Встроенные в эти биодинамические светильники УФ-лампы, подобно солнечному ультрафиолету, помогут бороться с пандемией коронавируса и ее последствиями. После завершения всех ограничительных мероприятий у многих останется страх оказаться в окружении большого количества людей. По прогнозам экспертов, когда реальная угроза здоровью останется позади, в офисы крупных компаний вернутся не более 60% сотрудников.
Оборудование офисных помещений обеззараживающими биодинамическими светильниками должно привлечь в них больше персонала и повысить эффективность его работы. Кроме того нужно понимать, что когда пандемия пойдет на спад, никто не сможет дать гарантию, что не будет рецидива.
На сегодняшний день в России биодинамические светильники с функцией обеззараживания являются новинкой. Вместе с тем, с большой долей вероятности можно утверждать, что они будут востребованы в нашей стране. Во-первых, как способ повышения производительности труда, во-вторых – как средство борьбы с инфекцией.
Биодинамические светильники с бактерицидной лампой могут найти применение, как в жилом секторе, так и в объектах общественного назначения самого различного назначения, включая транспортную инфраструктуру.
Реализация биодинамического освещения на оборудовании Arlight
Совсем недавно термин «биодинамическое освещение» был знаком только специалистам. Но теперь системы освещения, цветовая температура которых меняется в соответствии с биологическими ритмами человека, можно встретить во многих домах и офисах. А пару лет назад эта технология стала совсем уже близка к широким народным массам — ее внедрили в новых отечественных поездах «Москва», которые эксплуатируются в московском метрополитене.
Реализация биодинамического освещения, конечно, немного посложнее, чем монтаж обычного светильника. Тем не менее, современное оборудование, выпускаемое ведущими брендами, например, Arlight, позволяет реализовать данную концепцию усилиями обычного электрика, знакомого с основами автоматизации. Мало того, смонтировать и настроить биодинамическое освещение может даже домашний мастер, имеющий опыт установки разного рода электрооборудования.
Принцип работы биодинамического освещения
Жизнедеятельность человека протекает в определенных ритмах. В дневное время, особенно в утренние часы, в организме вырабатывается гормон кортизол, который стимулирует нас к бодрствованию. А в ночное время уровень кортизола в крови снижается, зато возрастает количество другого гормона — мелатонина. Выработка указанных гормонов подчиняется так называемым циркадным ритмам. Слово «циркадный» переводится с латыни как «почти суточный». Если человека поместить, например, в пещеру, куда не поступают солнечные лучи, он какое-то время будет жить примерно в том же ритме, что и люди на поверхности, но потом отклонение от суточного цикла накопится и постепенно день и ночь поменяются местами.
Биодинамическое освещение можно реализовать на основе светодиодных лент Arlight MIX
Научные исследования показали, что точная подстройка «внутренних часов» человека осуществляется организмом по спектру солнечного излучения. Примерно в полдень уровень синей составляющей в спектре солнца максимален, а ближе к вечеру он снижается.
На бытовом уровне мы называем оттенки белого, более богатые красной и оранжевой составляющими, «теплыми». Если высок уровень синей составляющей, то «холодными». А если свет больше похож на естественный в середине дня, говорят о «нейтральном» оттенке.
В светотехнике для обозначения оттенков белого применяют понятие цветовой температуры, причем принят обратный порядок — чем выше цветовая температура, тем «холоднее» оттенок. «Теплый» — около 2700 K, «нейтральный» — около 4000 K, «холодный» — около 6500 K.
Тем не менее, постоянная цветовая температура не соответствует биологическим ритмам человека. Она поддерживает примерно одинаковый уровень возбуждения его нервной системы. Поэтому утром ему приходится тратить много сил и времени, чтобы «войти в ритм», а вечером приходится долго настраиваться на отдых. Можно создать систему освещения, цветовую температуру которой пользователь будет регулировать вручную. Но тогда ему придется отвлекаться на управление цветовой температурой как минимум ежечасно. Понятно, что это тоже не очень комфортное решение.
Суть биодинамического освещения заключается в том, что параметры искусственного света (цветовая температура и интенсивность) автоматически меняются во времени по определенному алгоритму с целью управления биологическими ритмами человека. Скажем, утром оттенок свечения будет холодным, чтобы взбодрить человека, а вечером — теплым для того, чтобы он мог расслабиться. Причем алгоритм, по которому работает такая система, не обязательно должен повторять изменение параметров естественного освещения. Ведь период бодрствования современного человека в общем случае не совпадает со светлым временем суток. При задании алгоритма изменения параметров освещения во главу угла ставится комфорт.
Кстати, за рубежом распространено английское название биодинамического освещения — Human Centric Light (HCL), то есть освещение, параметры которого четко ориентируются на особенности человека.
Биодинамическое освещение было известно еще до эпохи массового применения светодиодов. Его можно реализовать даже на люминесцентных трубках. Но до недавнего времени такое освещение встречалось лишь в кабинетах топ-менеджеров крупнейших корпораций, да в элитном жилье. И только пару лет назад был поставлен вопрос о массовом применении биодинамического освещения. Упоминавшийся уже поезд метро — лишь одно из проявлений данной тенденции.
Основные элементы системы биодинамического освещения
Управление оттенком свечения в HCL-системах осуществляется следующим образом. В осветительном приборе расположены две группы светодиодов теплого (цветовая температура около 2700 K) и холодного (цветовая температура около 6500 K) свечения. Эти группы диммируются независимо друг от друга по определенному алгоритму, излучения с разной цветовой температурой суммируются, в результате получается нужный спектр.
Поэтому для реализации биодинамического освещения требуется как минимум следующие четыре элемента:
Светодиодные ленты Arlight MIX
Задача смешения излучения от двух групп светодиодов не такая простая на самом деле. Например, применяют всевозможные рассеиватели, на которых теряется до 30 % светового потока. Другой подход — использование большого числа маломощных светодиодов, излучение от которых смешивается без рассеивателей. Он характерен, в частности, для светодиодных лент.
Регулировка цветовой температуры в ленте Arlight MIX осуществляется независимым диммированием светодиодов теплого и холодного оттенков
Для реализации систем биодинамического освещения отлично подойдут светодиодные ленты серии Arlight MIX. Во-первых, они изначально подходят для общего освещения. Во-вторых, в ассортименте имеются модели с напряжением питания 24 В, что позволяет избежать заметной на глаз неравномерности освещения от начала до конца ленты. В-третьих, Arlight выпускает не только ленты, но и другое оборудование для реализации биодинамического освещения, что снимает возможные проблемы с совместимостью.
Удельная мощность светодиодных лент серии Arlight MIX составляет от 9,6 до 25 Вт/м.
Предлагаются ленты со степенью защиты IP 65, выдерживающие поток воды не под давлением. Их удельная мощность достигает 19,2 Вт/м. Водозащищенная лента позволяет реализовать биодинамическое освещение в ванных, санузлах и бассейнах.
В светодиодных лентах Arlight MIX 2x светодиоды теплого и холодного свечения расположены близко друг к другу
Из ассортимента Arlight особенно хорошо для биодинамического освещения подойдут ленты Arlight, имеющие в обозначении последовательность букв и цифр MIX 2x, поскольку в них светодиоды с разными цветовыми температурами расположены парами близко друг к другу, что обеспечивает качественное смешивание.
Высокий уровень визуального комфорта в помещении обеспечивает сочетание светопрозрачного потолка и биодинамического освещения. Наибольшую равномерность освещения обеспечит применение светодиодного листа с изменяемой цветовой температурой Arlight LX-480-2835-576-24V White-MIX CRI90. Важным преимуществом данного продукта является высокий уровень индекса цветопередачи CRI — не менее 90. То есть под светом такого светодиодного листа практически не будут искажаться цвета предметов интерьера.
Решение на основе DALI
Современный цифровой интерфейс DALI обеспечивает передачу нужного для биодинамического освещения объема информации. Мастер-контроллер Arlight DALI-TIMER-DIN способен управлять объектами по программе, состоящей из 16 временных точек. Для каждого интервала времени можно задать свое значение светового потока по каждому из двух каналов диммирования (всего контроллер поддерживает до 8 каналов). В том случае, если в электропитании произошел сбой, настройки не пропадут и время продолжит отсчитываться благодаря внутреннему резервному источнику питания. Важным преимуществом данного контроллера является то, что его настройка и программирование осуществляются через интерфейс USB, что позволяет использовать для указанных действий любой современный ноутбук.
Контроллер Arlight DALI-TIMER-DIN крепится на DIN-рейку, что позволяет его устанавливать в щите электропитания дома или в шкафу с системами автоматизации
Через шину DALI к мастер-контроллеру подключается двухканальный диммер DALI-102-MIX-DT8-SUF. Этот диммер способен работать со светодиодными лентами на 12 и 24 В, ток в нагрузке 2×5 А.
Для управления освещением вручную, в том числе и регулировки оттенка белого, может быть использована панель управления. Большим преимуществом интерфейса DALI является то, что для него Arlight и другими ведущими брендами выпускается огромный ассортимент панелей управления на любой вкус.
Решение на основе DALI характеризуется высокой надежностью. Используются проводные соединения, система может полноценно работать без доступа в интернет. Наконец, интерфейс DALI используется уже много лет и завоевал признание специалистов.
Но для установки и настройки контроллера потребуются услуги квалифицированного специалиста. Поэтому можно рекомендовать такое решение главным образом для офисов, кафе, ресторанов и гостиниц. А если брать жилой сектор — то для загородных коттеджей.
Решение на платформе TUYA
Все большую популярность для реализации систем «умного дома» завоевывает платформа TUYA, основанная на «Интернете вещей». Бренд Arlight выпускает серию оборудования Arlight TY, поддерживающую данную платформу.
В основе платформы TUYA лежит облачный сервис. Управление им применительно к оборудованию серии Arlight TY осуществляется с помощью мобильного приложения Intelligent Arlight. Соответственно, контроллер, реализующий функцию биодинамического освещения, является виртуальным.
При необходимости, изменение цветовой температуры и светового потока в зависимости от времени суток можно описать как один из сценариев. На момент написания статьи пользователь должен самостоятельно ввести такой сценарий на основе триггеров наступления времени. Благодаря дружественному интерфейсу приложения Intelligent Arlight сделать это совсем не сложно.
Но скоро настройка биодинамического освещения станет еще проще — в приложении можно будет выбрать один из готовых сценариев, разработанных на основе серьезных научных исследований.
Диммер с поддержкой Bluetooth TY-102-DIM-WF-SUF получает команды от облачного сервиса через специальный конвертер
В ассортименте Arlight есть двухканальный диммер TY-102-MIX-SUF, управляемый через Bluetooth. Данный драйвер способен работать с лентами на 12 и 24 В, максимальная нагрузка составляет 2×5 А. Для того, чтобы подключить его (и другие Bluetooth-диммеры, используемые в проекте) к домашней Wi-Fi сети, потребуется конвертер Arlight TY-804-WF-SUF.
Следует отметить, что устройство TY-804-WF-SUF, помимо конвертирования сигналов из одного стандарта в другой, способно выполнять и некоторые другие функции. Их настройка также осуществляется с мобильного устройства.
Реализация биодинамического освещения на платформе TUYA хороша тем, что можно использовать более сложные алгоритмы, чем при программировании недорогого DALI-контроллера.
Установить и настроить такую систему может обычный электрик или даже домашний мастер. Поэтому данное решение оптимально подойдет для городской квартиры или дачного дома (при наличии надежного доступа в интернет). Гибкость системы TUYA позволяет интегрировать биодинамическое освещение с другими системами «умного дома» и управлять ими дистанционно.
«Умное» биодинамическое освещение для помещений
Освещение оказывает большое влияние на психоэмоциональное состояние человека. Существует зависимость настроения и работоспособности человека от времени суток, что обусловлено биологическими часами человека, установившимися за счет Солнца, за все время его существования. Интенсивность и температура солнечного света изменяется в течение дня вместе со сменой деятельности людей: теплый свет утром, холодный днем и более теплый вечером. При недостатке солнечного света, который является идеальным для живых организмов, чувствуется ухудшение настроения, работоспособности и общего состояния. Особенно это наблюдается в осенне-зимний период.
Биодинамическое освещение: особенности и преимущества
Биодинамическое освещение — это интеллектуальная система освещения, особенностью которой является автоматическое изменение цветовой температуры в зависимости от времени суток и сезона. Установить «Умный свет» можно вместо классических светильников Армстронг, Грильятто и т.д. Корпус имеет стильный внешний вид, полностью соответствующий современным тенденциям дизайна интерьеров.
По сравнению с традиционными, галогеновыми и другими разновидностями элементов освещения, биодинамические светильники позволяют воспользоваться следующими преимуществами:
С искусственным освещением появилась возможность вести активную деятельность в любое время суток. Но для комфортного пребывания необходимо учитывать некоторые нюансы при планировании осветительных систем. Холодное освещение способствует концентрации внимания, повышению работоспособности, энергичности и бодрости. Теплое освещение вызывает расслабление, дает возможность отдохнуть и повышает выработку мелатонина (гормона сна). Оптимальная средняя цветовая температура для офисов и образовательных учреждений 4000 К.
Управление освещением стало возможно с помощью возникновения цифровых протоколов связи, приближая искусственные источники освещения к естественному.
Зачем нужно управление освещением?
DMX-512
DMX-512 поддерживает последовательную передачу данных для 512 цифровых каналов (один прибор не всегда равен одному каналу связи, так как им может использоваться несколько десятков каналов) по одному кабелю. По одному каналу передается один параметр прибора. Это достигается за счет того, что каждому устройству присваивается свой адрес: устройство реагирует только на те команды, которые предваряются этим адресом, при этом остальные адреса игнорируются.
Сети DMX-512 могут работать на расстоянии до 1000 м (однако большинство линий управления из соображений надежности не могут быть длиннее 500-600 м), благодаря чему получили широкое распространение в архитектурном освещении.
Данный протокол не предоставляет возможности мониторинга систем освещения и установки различных датчиков, так как нет линии обратной связи. Также при подключении через сети DMX нет возможности группировки устройств.
Интерфейс DALI был разработан в 1999 году. Одной из немногих компаний, принявших участие в его разработке, является компания Helvar, которая также является партнером компании LGT.
Интерфейс подразумевает передачу данных по двум линиям, что позволяет передавать информацию как от контроллера к периферийным устройствам, так и обратно. Это позволяет подключать различные датчики и проводить мониторинг помещений. Данная особенность делает этот протокол идеальной основой для биодинамического освещения, которая позволяет совмещать вышеперечисленные требования к источникам излучения в помещениях с результатами мониторингов. Таким образом освещение подстраивается под человека, делая его пребывание в помещении с недостатком солнечного света максимально комфортным.
В Dali можно группировать устройства и каждой группе, как и каждому светильнику можно задавать сценарии, которые, в свою очередь, могут храниться в памяти устройства.
Для управления данными системами существует несколько вариантов:
В зависимости от сферы применения и требования к объекту освещения, может быть выбран один из вариантов.