LED svetilke za oblikovanje razsvetljave učilnic za šole in izobraževalne ustanove

Vloga osvetlitve pri pridobivanju znanja in procesu učenja je temeljna. Omogoča vizualno raziskovanje fizičnih značilnosti predmetov študija ter odkrivanje konceptov iz pisnih in grafičnih prikazov na papirju, računalniku in projekciji. Osvetlitev je tudi scena za poslušanje, verbalno komunikacijo, razvoj socialnih veščin in razumevanje situacij. Kot kritični element zasnove, ki močno vpliva na to, kako dobro prostor izpolnjuje potrebe učencev in inštruktorjev, mora osvetlitev učilnice podpirati zdravje, dobro počutje in uspešnost z zagotavljanjem udobnega in privlačnega okolja za učence in inštruktorje. Poleg povečanja zadovoljstva stanovalcev in podpore izobraževalni izkušnji znotraj osvetljenega prostora je treba razsvetljavo v šolah in izobraževalnih ustanovah zagotoviti v okviru strožjih omejitev kode.

Učno okolje

Izobraževalne zmogljivosti segajo od osnovnih (osnovnih) šol, srednjih šol, srednjih šol, do univerz in visokih šol. Medtem ko imajo ti objekti različne vrste prostorov, je vsem skupno to, da večina učnih in študijskih dejavnosti poteka v učilnicah. Učilnica za splošne namene ima površino najmanj 32 kvadratnih metrov (350 kvadratnih čevljev) in sprejme od 20 do 75 učencev. Tipična učilnica ima pravokoten tloris, ki omogoča boljši pogled kot kvadratni tloris. Učni prostor je zasnovan tako, da so vidne črte vzporedne z okni, ki omogočajo vstop dnevne svetlobe (strešno okno) v prostor ter dajejo senzorično stimulacijo in vizualni stik z zunanjim svetom. Kontrolni mediji, kot so senčila ali žaluzije, se uporabljajo za zmanjšanje zunanje svetilnosti, tako da so v ravnovesju z notranjo svetilnostjo, ali za odpravo dnevne svetlobe, ko ni potrebna. Stranska osvetlitev z dnevno svetlobo skozi okna zagotavlja splošno osvetlitev večji del šolskega dneva. Vendar ima umetna razsvetljava ključno vlogo, ko je potrebno uravnoteženo, dosledno in nadzorovano vizualno okolje.

Razporeditev učilnice je na splošno razdeljena na cono za študente in cono za vzgojitelje. Območje za študente vedno zahteva splošno osvetlitev, območje za učitelje pa dodatno osvetlitev za zagotavljanje vertikalne osvetlitve učnih desk in zagotavljanje dobrega modeliranja človeških lastnosti inštruktorja. Najpogostejši učni pripomoček v učilnicah so učne table, ki vključujejo temno sive in zelene table (črne table) ter suhobrisne table, kot so bele in sive table. Video zasloni za predstavitev projiciranih medijev se pogosto uporabljajo za računalniško poučevanje. To zahteva, da je osvetljenost na projekcijskem platnu minimizirana, medtem ko je treba zagotoviti zadostno ambientalno svetlobo nad študentsko cono za pisanje zapiskov. Učilnica je lahko računalniško podprto okolje, kjer bo glavna skrb zmanjšanje odsevov na zaslonu terminalov video prikazovalnikov (VDT). Berljivost zaslona lahko zmanjšajo odbite slike, ki jih ustvarijo svetila, okna in okoliške površine z visoko svetilnostjo.

Premisleki glede oblikovanja razsvetljave

Razsvetljava učilnice se lahko šteje za visokokakovostno, če študentom in inštruktorjem omogoča natančno in udobno izvajanje vizualnih nalog. Osnova oblikovanja razsvetljave je povezovanje človeških potreb, arhitekture, ekonomije in okolja. Prednostna naloga razsvetljave učilnic je zadovoljiti človeške potrebe, kot so vidljivost, uspešnost nalog, vizualno udobje, socialna komunikacija, zdravje, varnost in dobro počutje. Te različne človeške potrebe morajo biti ustrezno uravnotežene, da se ustvari spodbudno učno okolje, pri čemer je treba upoštevati tudi ekonomske, okoljske in arhitekturne vidike. Doseganje kakovostne osvetlitve vključuje več kot le zagotavljanje ustrezne osvetlitve, da bo določena naloga vidna. Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na sposobnost ljudi, da vidijo in opravljajo naloge, sedem najpomembnejših pa je bleščanje, enakomernost osvetlitve, kontrast svetilnosti, utripanje, barvni videz, modeliranje obrazov in predmetov ter zastrti odsevi.

Enakomernost osvetlitve

Osvetljenost je količina svetlobe, ki vpade na površino. Najpogostejša opravila in aplikacije v učilnicah zahtevajo osvetlitev namizja v razponu od 150 lx do 250 lx. Enakomerna vodoravna osvetlitev v študentskem območju odpravlja sence, ki vplivajo na vidljivost naloge, in omogoča fleksibilnost izrabe prostora med premeščanjem lokacij nalog. V učilnicah, zlasti v coni vzgojitelja, je zelo pomembna tudi navpična osvetlitev in osvetlitev na drugih ravninah med vodoravno in navpično. Razmerje med najmanjšo osvetlitvijo in povprečno osvetlitvijo na delovni površini, npr. vodoravna osvetlitev na namizjih in navpična osvetlitev na učnih tablah, ne sme biti nižja od 1:1,4.

Kontrast svetilnosti

Svetilnost je količina svetlobe, ki prihaja s površine ali točke. Je funkcija osvetlitve površine in odbojnosti površine, kar pomeni, da je svetilnost mogoče povečati s povečanjem količine svetlobe, ki pade na delovno površino, ali povečanjem odbojnosti površine. Za ohranitev sprejemljivega kontrasta za oznake s kredo je treba odbojnost table vzdrževati v območju od 5 do 20 odstotkov. Za primerjavo, bela tabla potrebuje 70-odstotno odbojnost, da lahko pritegne pozornost. Odbojnost delovnih površin (namizij) mora biti v razponu od 25 do 40 odstotkov, da je mogoče doseči udobno ravnovesje svetilnosti. Stene in stropi so običajno opremljeni s svetlimi mat zaključki. Ustvarjajo medsebojne odboje svetlobe, ki lahko zagotovijo učinkovito uporabo svetlobe za izboljšano vodoravno in navpično osvetlitev, hkrati pa zmanjšajo odbito bleščanje. Človeško oko se odziva na svetlobo, ne na osvetlitev. Svetlost je tista, ki vodi do občutka svetlosti. Na sposobnost zaznavanja podrobnosti močno vpliva razmerje med svetlostjo predmeta in njegovim neposrednim ozadjem. Ustrezen kontrast med podrobnostmi naloge in njenim ozadjem lahko povzroči vizualno zanimivost in zagotovi vizualne znake. Vendar pa bodo prevelike razlike v svetilnosti povzročile težave pri prilagajanju in nelagodje pri vidu. Zgornja meja razmerja svetilnosti med nalogo in neposredno okolico je 3:1 (temnejša okolica) ali 1:3 (svetlejša okolica).

Barvni videz

Barva je ključni element osvetlitve. Ima celovit odnos s svetlobo v smislu vizualnih, čustvenih in bioloških učinkov. V kolikšni meri svetloba vpliva na vizualno zmogljivost, razpoloženje, vzdušje, zdravje in dobro počutje, je odvisno od spektralne porazdelitve moči (SPD) svetlobe, ki jo oddaja svetlobni vir. Svetlobni vir je mogoče označiti z barvno temperaturo in zmogljivostjo barvnega upodabljanja, ki ju določa SPD. Barvni videz predmetov, ki niso samosvetleči, je produkt interakcije med SPD svetlobnega vira in spektralno odbojno funkcijo predmetov. Nekatere učilnice lahko zahtevajo osvetlitev, ki natančno upodablja barve. Barvna reprodukcija je le en vidik osvetlitve. Bolj pomembno je pogledati spektralno porazdelitev moči svetlobe in intuitivno razumeti, kako bo barva svetlobe vplivala na vedenje, zadovoljstvo, psihološke odzive in zdravje. Barva svetlobnih virov – ne glede na to, ali je na videz »topla« ali »hladna«, izjemno vpliva na zdravje ljudi, produktivnost in dobro počutje.

Bleščanje

Bleščanje nastane, ko so svetilnosti ali svetilnostna razmerja pretirano višja od svetilnosti ali svetilnostnega razmerja, na katerega so prilagojene oči. Posledice bleščanja vključujejo invalidnost (zmanjšanje vidljivosti in vidne zmogljivosti) in nelagodje (neprijeten občutek svetlosti, ki ne moti nujno vidne zmogljivosti ali vidljivosti). Bleščanje je lahko posledica svetlobe, ki doseže oko neposredno iz vira svetlobe (neposredno bleščanje) ali pa ga povzročajo odboji visoke svetilnosti od odsevne površine (odbito bleščanje). Nadzemnim svetilkam se lahko dodeli enotna ocena bleščanja (UGR) ali verjetnost vizualnega udobja (VCP) za napovedovanje neprijetnega bleščanja v notranjih prostorih. Najvišji UGR 19 ali najmanjši VCP 70 velja za sprejemljivo za branje, pisanje in računalniška opravila. Kadar želimo doseči višjo raven vizualnega udobja, je treba izbrati svetilke z UGR 16 ali VCP 80.

Utripanje

Fliker je amplitudna modulacija svetlobe, ki je moteča in ima številne negativne posledice. Tako fluorescentne kot LED svetilke, ki jih poganjajo napajalniki slabe kakovosti, lahko proizvajajo pri dvakratni frekvenci električnega voda (tj. 120 Hz ali 100 Hz). Utripanje je na splošno opazno pri frekvencah, višjih od 70 Hz. Vendar lahko utripanje, ki ga človeško oko ne opazi, še vedno povzroči odziv živčnega sistema. Zaskrbljujoča sta tako vidno kot neopazno utripanje. Izpostavljenost utripanju se lahko razlikuje od osebe do osebe, saj lahko povzroči napetost oči, slabo počutje, slabost, zmanjšano vidno zmogljivost, napade panike, glavobole, migrene, epileptične napade in znake poslabšanja avtističnih stanj. V izobraževalnih ustanovah, kjer se otroci ali mladostniki zadržujejo dlje časa vsak dan, je treba izvajati strog nadzor nad utripanjem. Zaželeno je, da odstotek utripanja ne presega 4 odstotkov pri 120 Hz ali 3 odstotkov pri 100 Hz, kar je izjemno varno za vse populacije. Največja dovoljena vrednost 10 odstotkov pri 120 Hz ali 8 odstotkov pri 100 Hz.

Prekrivni odsevi

Prekrivni odsevi so zaplate visoke svetilnosti (svetle slike vira svetlobe), ki jih odbijajo zrcalne površine, kot so računalniški zasloni ali sijajni bralni materiali. Prekrivni odboji iz primarnih svetlobnih virov (vdov ali svetilk) ali sekundarnih svetlobnih virov (odbiti) zmanjšajo kontrast naloge in zakrijejo podrobnosti. Da zagotovite, da viri svetlobe ne ustvarjajo zrcalnih ali razpršenih odbojev v očeh osebe, postavite računalniške zaslone pravokotno na vir svetlobe ali določite svetilko s porazdelitvijo svetlobe, ki oddaja minimalno svetlobo pod težavnimi koti.

Modeliranje obrazov in predmetov

Modeliranje obraza in predmetov je pomemben vidik razsvetljave v izobraževalnih ustanovah. Prepletanje svetlobe in sence na obrazu lahko pomaga pri komunikaciji med učiteljem in učencem, tako da olajša branje z ustnic in olajša interpretacijo obraznih potez. Osvetlitev lahko vizualnemu prizoru doda obliko in globino, razkrije teksturo in podrobnosti predmetov, ustvari zaželen vzorec ter poudari poudarke in vizualne zanimivosti. Močna usmerjena osvetlitev lahko povzroči nelaskavo globoko senčenje, medtem ko izredno razpršena osvetlitev naredi obraze ali predmete videti ploščate ali nezanimive. Zato je zaželena ustrezna kombinacija usmerjene in difuzne razsvetljave.

Splošna razsvetljava

Splošna razsvetljava je glavni vir osvetlitve v učilnicah. Zagotavlja prostor s splošno osvetlitvijo, hkrati pa služi kot primarni vir delovne razsvetljave. Splošno razsvetljavo v učilnicah je mogoče doseči z uporabo stropnih sistemov razsvetljave z neposredno, posredno ali kombinacijo neposredne/posredne porazdelitve. Neposredna osvetlitev zagotavlja neprekinjeno svetlobo od svetilke do vodoravne delovne ravnine. Indirektna razsvetljava razporedi svetlobo proti stropu, ta pa odbija svetlobo navzdol. Neposredna/posredna razsvetljava zagotavlja porazdelitev svetlobe navzdol in navzgor. Sistemi neposredne razsvetljave so učinkoviti pri zagotavljanju svetlobe, vendar lahko ustvarijo ostre sence, zastrte odseve in neželene vizualne učinke, kot so temni stropi in pokrovače na zgornjih stenskih površinah. Z osvetlitvijo, usmerjeno v strope, indirektni sistemi osvetlitve enakomerno porazdelijo svetlobo do pretirane svetilnosti v vidnem polju. Posredna osvetlitev pa naredi prostor dolgočasen in prazen poudarkov in vizualnih zanimivosti. Neposredna/posredna osvetlitev združuje prednosti neposredne in posredne osvetlitve, da zagotovi uravnoteženo porazdelitev svetlobe za izboljšano vizualno udobje, enakomerno osvetlitev na vodoravnih delovnih površinah in okrepljen vtis prostora, budnosti in jasnosti vida.

Kljub nevarnosti ustvarjanja bleščanja in učinka jame je neposredna razsvetljava skoraj univerzalna izbira v učilnicah preprosto zato, ker ima večina izobraževalnih prostorov nizko višino stropa. Neposredna razsvetljava je običajno na voljo v obliki vgradne razsvetljave, podometne razsvetljave ali viseče razsvetljave. Svetila za neposredno razsvetljavo so lahko zasnovana v različnih oblikah in velikostih. V izobraževalnih ustanovah so svetlobna telesa v splošni rabi pravokotne svetilke, zasnovane za vgradnjo v rešetkaste strope, in linearne svetilke, zasnovane za vgradne, površinske in podometne namestitve. Troferji so na voljo v obliki volumetričnih troferjev, paraboličnih troferjev, difuznih/lečnih troferjev in robno osvetljenih LED plošč. Linearna svetilka je na voljo v odsekih standardne dolžine, na primer v odsekih 4, 8 ali 12 čevljev, ali v neprekinjeni konfiguraciji.

Tehnologija razsvetljave

Zadnjih nekaj desetletij je bila razsvetljava učilnic in drugih izobraževalnih prostorov skoraj izključno področje tehnologije fluorescentne razsvetljave. Fluorescentna sijalka uporablja elektriko za vzbujanje hlapov živega srebra v stekleni cevi. Hlapi živega srebra se razelektrijo in oddajajo ultravijolično (UV) svetlobo, ki nato povzroči, da fosforna prevleka fluorescira in proizvaja svetlobo v vidnem spektru. Fluorescentne sijalke so dobile široko uporabo zaradi visoke svetlobne učinkovitosti, razpršene porazdelitve svetlobe in dolge življenjske dobe. Uporaba fluorescenčnih sijalk pa je sporna. Fluorescentne sijalke imajo številne pomanjkljivosti, kot so ultravijolične emisije, dolg čas zagona, radijske motnje, velika krhkost, harmonična popačenja, omejen razpon delovnih temperatur in zmanjšana življenjska doba zaradi pogostega preklapljanja. Kljub temu pa je najbolj negativen vpliv fluorescentne razsvetljave ta, da je močno znižala kakovost notranje osvetlitve in predstavljala tveganje za zdravje. Prekomerna osredotočenost na svetlobni izkoristek je povzročila, da je večina fluorescenčnih svetilk slabo delovala pri reprodukciji barv in zagotavljala previsoko barvno temperaturo (6000 K - 6500 K), kar bi lahko imelo moteč učinek na človeški cirkadiani ritem in vzbudil zaskrbljenost zaradi nevarnosti modre svetlobe. Ker fluorescentna sijalka potrebuje predstikalno napravo za uravnavanje toka, ki teče preko elektrod sijalke, se pojavi problem utripanja. Kar zadeva kakovost svetlobe, je fluorescentna razsvetljava še posebej slab začetek v zgodovini umetne razsvetljave za notranje prostore.

Polprevodniška razsvetljava, ki temelji na tehnologiji svetlečih diod (LED), hitro pridobiva na priljubljenosti. Svetleče diode so postale prevladujoč vir svetlobe za vsako osvetlitev, ki si jo lahko zamislite. LED je polprevodniška naprava, ki pretvarja električno energijo neposredno v fotone. Polprevodniška naprava ima pn spoj, ki ga tvorijo nasprotno dopirane plasti polprevodniškega materiala, kot je indijev galijev nitrid (InGaN). Ko je pn spoj nagnjen v smeri naprej, se elektroni in luknje vbrizgajo v aktivno območje in se ponovno združijo, da ustvarijo svetlobo. Tehnologija LED je odpravila številne pomanjkljivosti običajnih tehnologij in ponuja obljubo visoke učinkovitosti, dolge življenjske dobe, visoke spektralne vsestranskosti, izjemne možnosti upravljanja (vklop/izklop/zatemnitev), visoke prilagodljivosti optične zasnove ter visoke odpornosti na udarce in vibracije. LED diode proizvajajo moč sevanja samo v vidnem spektru (običajno od 400 do 700 nm). Zaradi odsotnosti ultravijoličnega (UV) in infrardečega (IR) sevanja je ta tehnologija posebej primerna za uporabo pri ljudeh s posebno občutljivostjo ali v situacijah, kjer bi optično sevanje iz tradicionalnih svetlobnih virov predstavljalo tveganje za ljudi.

LED svetilke

Dolga življenjska doba in visoka energetska učinkovitost sta glavni prednosti LED. To vodi do pogostega napačnega prepričanja, da sta dolga življenjska doba in visoka svetlobna učinkovitost sistemov LED razsvetljave samoumevna. Fluorescentna svetilka uporablja niz sijalk, npr. linearne T5 (premer 5/8 palca), T8 (premer 1 palca) in T12 (premer 11/2 palca), standardizirane v celotni panogi in med proizvajalci s podobno življenjsko dobo. , svetlobne moči in vzdrževanje lumnov. Napeljava v bistvu služi kot montažni okvir za svetilke in zagotavlja omejen nadzor porazdelitve svetlobe. V nasprotju s tem je LED-svetilka na splošno visoko zasnovan sistem, ki holistično združuje LED-diode s toplotnimi, električnimi in optičnimi podsistemi, da zagotovi sprejemljiv izdelek. Učinkovitost sistema in življenjska doba LED-svetilke sta v veliki meri odvisni od zasnove in konstrukcije sistema. Ocena življenjske dobe LED-svetilke temelji na prvem vzdrževanju svetilke, ki bi bilo verjetno posledica zmanjšanja vrednosti lumna, barvnega premika, okvare ali celo nenadnih okvar gonilnikov LED.

LED so najučinkovitejši vir svetlobe, ki je danes na voljo. Še vedno pa se več kot polovica električne energije, ki jo dovajajo LED, pretvori v toploto. V nasprotju z žarnicami z žarilno nitko in halogenskimi žarnicami, ki oddajajo toploto iz žarnic v obliki infrardeče energije, je toplota, ki jo ustvarijo LED diode, ujeta v polprevodniških paketih in jo je treba odvesti skozi samo svetilko. Odvečno kopičenje toplote v LED diodah lahko pospeši proces razgradnje čipa, fosforja in embalažnih materialov. Pokazalo se je, da povišane temperature spoja povzročajo številne mehanizme odpovedi, kot so nukleacija in rast dislokacij v aktivnem območju diode, poslabšanje kvantne učinkovitosti fosforja ter razbarvanje ohišij inkapsulantov in plastičnih ohišij. Zato je učinkovito upravljanje toplote ključnega pomena za delovanje LED do njihove ocenjene življenjske dobe. Toplotna zasnova je najpomembnejši del zasnove svetilk. Vsi materiali in komponente na toplotni poti od polprevodniške matrice skozi tiskano vezje (PCB) do okolja morajo imeti nizek toplotni upor. Učinkovitost toplotne zasnove je v bistvu odvisna od sposobnosti hladilnega telesa, da odvaja toploto s toplotno prevodnostjo in konvekcijo. Nadzemna svetila, kot so troferji in linearni obeski, običajno zagotavljajo zadostno prostornino za ustvarjanje ustrezne površine, ki olajša izmenjavo toplote.

Pogosteje kot ne, je točka okvare ali okvare v sistemu LED gonilnik LED. Ker so LED-diode občutljive na celo zelo majhne spremembe toka in napetosti, morajo biti pogonska vezja LED-diod konfigurirana tako, da regulirajo izhod pri konstantnem toku pod napajalno napetostjo ali variacijami obremenitve. Del toplotnega upravljanja je tudi delovanje LED z ustreznim pogonskim tokom. Pretiravanje, za kar je ocenjena LED, bo povečalo temperaturo spoja in zmanjšalo notranjo kvantno učinkovitost LED. Ključne metrike delovanja gonilnikov se osredotočajo na njihovo zmožnost ustreznega in učinkovitega uravnavanja moči LED ali niza (ali nizov) LED, hkrati pa zagotavljajo visok faktor moči in nizko skupno harmonično popačenje (THD) v širokem območju vhodne napetosti. . Gonilnik mora zagotoviti tudi zaščitne funkcije pred preobremenitvijo, odprtimi in kratkimi stiki, kot tudi dušenje prehodne napetosti in inteligentno zaščito pred previsoko temperaturo. Vendar pa nekateri proizvajalci razsvetljave neusmiljeno znižujejo stroške s prenizkim načrtovanjem pogonskih vezij. To ne samo, da je ogrožena zanesljivost gonilnega vezja, ampak povzroča tudi težavo z utripanjem, ker nizkocenovni gonilniki pogosto zagotavljajo nepopolno zatiranje valovanja. Na splošno je nesprejemljivo, da vrednost valovanja izhodnega toka presega ±10 odstotkov.

Optična zasnova postane prednostna naloga pri načrtovanju LED sistemov. Enakomerna osvetlitev velikega območja ali ravnine opravil zahteva uporabo velikega števila LED diod srednje moči. Zaradi visoke intenzivnosti teh miniaturnih svetlobnih virov je zmanjšanje bleščanja prednost. LED-svetilke imajo različne distribucijske lastnosti, ki jih dosežemo z optičnimi komponentami, kot so difuzorji, leče, reflektorji in lamele. Neposredno bleščanje LED diod bi lahko ublažili z razpršitvijo svetlosti po velikih površinah. Leče, ki vključujejo vrsto majhnih prizem, lahko zmanjšajo svetilnost svetilke pri kotih gledanja blizu vodoravnega. Odboj je pogosto uporabljena tehnika za uravnavanje svetlobnega toka iz LED. Volumetrični troferji so vrsta "odbitih direktnih" svetilk, ki odbijajo svetlobo od notranje površine vgradnega ohišja, medtem ko so LED moduli, ki oddajajo svetlobo navzgor, zaščiteni ali zakriti v kovinskih košarah, podloženih z difuznim akrilom. LED-luči z osvetlitvijo na robu vbrizgajo svetlobo v svetlobno vodilno ploščo (LGP), ki nato s popolnim notranjim odbojem (TIR) ​​enakomerno porazdeli svetlobo proti difuzorju. Zaradi zmožnosti zagotavljanja enakomerne osvetlitve brez ustvarjanja pretirano visoke svetilnosti so te vgradne svetilke vlečna sila v izobraževalnih ustanovah.

Barvno upodabljanje

Tako kot pri fluorescentni razsvetljavi je tudi v dobi LED razsvetljave ostal kompromis med barvno kakovostjo in svetlobno učinkovitostjo. Bele LED so običajno v fosfor spremenjene LED, ki uporabljajo svetlobo kratke valovne dolžine, ki jo oddaja LED matrica, za črpanje fosforjev (luminiscenčnih materialov). Večina LED diod, pretvorjenih v fosfor, so modre LED diode črpalke, ki delno pretvorijo elektroluminiscenco. Modra črpalka LED z visokim barvnim upodabljanjem zahteva pretvorbo zelo velikega deleža oddane svetlobe kratke valovne dolžine navzdol. Ta proces pretvorbe svetlobe črpalke v svetlobo fosforja (fotoluminiscenca) vključuje veliko izgubo Stokesove energije. Pretvorba svetlobne učinkovitosti sevanja (LER) z občutljivostjo očesa je neučinkovita pri spektralni porazdelitvi svetlobe z daljšo valovno dolžino. Če združimo te učinke, je svetlobni izkoristek LED diod z visoko barvno upodabljanjem, ki imajo SPD bolj enakomerno porazdeljen po celotnem vidnem spektru, razmeroma nizek kot LED diod z nizko barvno upodabljanjem, ki so prenasičene v modri in zeleni valovni dolžini.

Zaradi prehoda na visoko učinkovito razsvetljavo in zniževanja stroškov večina LED svetilk, ki se uporabljajo v izobraževalnih ustanovah, vključuje LED z indeksom barvnega upodabljanja (CRI) 80, kar je sprejemljivo (vendar daleč od dobrega). Zlasti svetlobi, ki jo oddajajo te svetilke, primanjkuje valovnih dolžin, ki ustvarjajo nasičene barve. Da je učilnica prijetna in da so barve videti naravne, mora biti vir svetlobe sposoben sprožiti vizualni odziv na vse valovne dolžine v vidnem spektru. Izobraževalne ustanove si zaslužijo osvetlitev z visoko barvno kakovostjo, npr. CRI 90. Medtem ko so modre svetleče diode črpalke lahko zasnovane tako, da zagotavljajo vrhunsko barvno reprodukcijo, so bile vijolične LED diode črpalke razvite posebej za ustvarjanje bele svetlobe širokega spektra, ki zagotavlja sevalno moč precej široko vidni spekter.

Znanost za barvo svetlobe

Korelirana barvna temperatura (CCT) svetlobnega vira je namenjena karakterizaciji barve svetlobe (npr. topla ali hladna). Bela svetloba s toplim tonom ima CCT v območju od 2700 K do 3200 K. Bela svetloba s CCT v območju od 3500 K do 4100 K se običajno imenuje "nevtralno bela". Bela svetloba s CCT nad 4100 K se imenuje "hladno bela". Ni vsa bela svetloba enaka, ne glede na to, ali je videz bele svetlobe topel ali hladen, ne le vizualno vpliva na naše zaznavanje in čustveno vpliva na naše razpoloženje, ampak vpliva tudi na vrsto nevroendokrinih in nevrovedenjskih odzivov. Na splošno hladnejša bela ustreza relativno visokemu odstotku modre svetlobe v spektru, topla bela pa označuje nizko modro komponento v spektru.

Raziskave so pokazale, da lahko modra svetloba stimulira intrinzično fotosenzitivne fotoreceptorje ganglijskih celic mrežnice (ipRGC) v plasti ganglijskih celic mrežnice. ipRGC pretvorijo svetlobo v živčne signale za biološko uro. Biološka ura, ki se nahaja v suprahiazmatičnih jedrih (SCN), nato uravnava telesno temperaturo in sprošča endokrine hormone, kot sta melatonin in kortizol. Dovolj visok odmerek bioaktivne modre svetlobe bo sprožil glavno biološko uro, da programira človeško telo za dnevni način. Ugotovljeno je bilo, da izpostavljenost modremu sevanju spodbuja proizvodnjo hormonov, kot je kortizol za odziv na stres in budnost; serotonin za nadzor impulzov in želje po ogljikovih hidratih; in dopamin za užitek, budnost in mišično koordinacijo. Medtem ko simulira dnevni fiziološki odziv, izpostavljenost bioaktivni modri svetlobi povzroči tudi zatiranje hormona melatonina, ki spodbuja spanje. Ker podpira koncentracijo, budnost in zmogljivost, se med urami učenja pogosto uporablja svetla bela svetloba z visoko modrimi komponentami.

Za dnevno razsvetljavo v izobraževalnih prostorih je običajno izbrana hladna bela svetloba s CCT okoli 4100 K. Najvišja CCT za notranjo razsvetljavo na splošno ne sme preseči 5400 K, kar je navidezna barvna temperatura sončne svetlobe, ki sije neposredno nad glavo. Vendar pa je uvedba fluorescenčne razsvetljave spremljala močan dvig barvnih temperatur za notranjo razsvetljavo. Svetlobni viri, ki proizvajajo belo svetlobo z valovnimi dolžinami, zbranimi na modrem koncu spektra, imajo najvišjo svetlobno učinkovitost zaradi minimalne vključene fotoluminiscence in visoke občutljivosti oči v tem spektralnem pasu. Zaradi tega so CCT v razponu od 6000 K do 6500 K običajna izbira za izobraževalno razsvetljavo. Vendar pa je optično sevanje s tako izjemno visokim CCT videti ostro in pogosto povzroča popačenje barv zaradi manjkajočih valovnih dolžin za upodabljanje nasičenih barv. Najpomembneje je, da lahko izpostavljenost modremu sevanju v izredno visokih odmerkih skozi ves dan preobremeni človeško telo in oteži vzdrževanje gladkih cirkadianih ritmov.

Učenci običajno še naprej prejemajo visoko intenzivno modro sevanje med urami nočnega inštruiranja, kar ima za posledico nepravilno zatiranje melatonina zvečer. Nočno sproščanje melatonina od 21.00 do 7.30 zjutraj je pomemben zaščitni mehanizem, ki podpira nujno regeneracijo in zavira razvoj rakavih celic v našem telesu. Zvečer, vsaj dve uri pred spanjem, se je treba izogibati visokim CCT in visoko intenzivni svetlobi. Zmerne ravni tople bele svetlobe, opredeljene kot 60 luksov, zadostujejo za manjše vizualne naloge brez cirkadianih motenj.

Nastavljiva bela osvetlitev

Učinki razsvetljave na človeško zdravje, dobro počutje in učinkovitost so industrijo razsvetljave spodbudili k razvoju rešitve, ki lahko izzove posebne človeške biološke odzive za izboljšano koncentracijo, budnost in učinkovitost, hkrati pa podpira ugoden cirkadiani ritem. Nastavljiva bela osvetlitev omogoča modulacijo barvne temperature bele svetlobe z neodvisnim nadzorom jakosti svetlobe. Ta tehnologija omogoča dinamično shemo osvetlitve, ki se izvaja skozi ves dan, in omogoča prilagajanje osvetlitve potrebam različnih ciljnih skupin. Nastavljiva bela razsvetljava, ki temelji na tehnologiji LED, je gonilna sila za pospešeno uvedbo razsvetljave, osredotočene na človeka (HCL). Osvetlitev, osredotočena na človeka, je zasnovana tako, da krepi cirkadiani ritem telesa in naravni cikel bioloških funkcij. Zagotavlja zavesten nadzor nad hormonskimi procesi in učnim okoljem skozi celostno zasnovo vizualnih, bioloških in čustvenih učinkov svetlobe. Količino in spekter notranje osvetlitve je mogoče prilagoditi tako, da odraža značilnosti naravne dnevne svetlobe čez dan.

Fotobiološka varnost

Strokovnjaki za fotelje so se razburjali glede nevarnosti modre svetlobe LED-razsvetljave. Trdijo, da modre LED diode črpalke vsebujejo večje dele modrih valovnih dolžin in imajo zato večji potencial kot druge vrste svetlobnih virov, da predstavljajo tveganje za nevarnost modre svetlobe. Nevarnost modre svetlobe je fotokemično povzročena poškodba mrežnice, ki jo povzroči izpostavljenost sevanju pri valovnih dolžinah predvsem med 400 nm in 500 nm. Samo zato, ker bele LED-diode uporabljajo modre oddajnike za črpanje fosfornih pretvornikov navzdol in je lahko v njihovih SPD-jih izrazit modri vrh, to ne pomeni nujno, da imajo LED-diode večji potencial, da povzročijo fotokemične poškodbe mrežnice. Bela svetloba različnih barvnih pojavov je v osnovi posledica različnih kombinacij dolgih in kratkih valovnih dolžin. Obstaja močna korelacija med CCT in vsebnostjo modre svetlobe, ne glede na to, iz katere bele svetlobe se oddaja. Funkcija tehtanja nevarnosti modre svetlobe se razteza čez vrsto valovnih dolžin. Pomembno je upoštevati razpon nevarnega sevanja, ne pa lokalnega vrha. Skupna količina modrih valovnih dolžin v spektralni sestavi svetlobe, ki jo oddajajo LED diode, je na splošno enaka svetlobi, ki jo oddaja kateri koli drug vir svetlobe pri enaki barvni temperaturi.

Naj ponovimo: LED diode se glede fotobiološke varnosti bistveno ne razlikujejo od svetlobnih virov, ki uporabljajo tradicionalne tehnologije. Zameriti je treba uporabo izjemno visoke CCT pri notranji osvetlitvi. Bela svetloba s CCT nad 6000 K vsebuje znatno količino modre svetlobe in je bolj verjetno, da bo povzročila fotokemično poškodbo mrežnice kot bela svetloba, ki jo oddajajo svetlobni viri z nizko CCT. Mejna vrednost osvetljenosti za razvrstitev v skupino tveganja kot RG2 ali več je 1000 luksov za svetlobni vir s CCT 6000 K, 1600 luksov za svetlobni vir s CCT 4000 K in 3200 luksov za svetlobni vir s CCT 2700 K. Vendar je razvrstitev nevarnosti modre svetlobe v skupino tveganja 2 in 3 zelo malo verjetna za vse vrste virov bele svetlobe preprosto zato, ker največja osvetljenost za izobraževalne aplikacije redko presega 300 luksov. Pomembno je, da mora izdelek preseči tudi prag, da se pogoji svetilnosti štejejo za nevarne (10 mcd/k2 pri 6000 K, 16 mcd/k2 pri 4000 K, 30 mcd/k2 pri 2700 K za skupino tveganja 2). Tudi če obstaja nevarnost iz skupine tveganja 2 ali 3, bodo odzivi ljudi z averzijo zmanjšali nevarnost, zato nevarnost modre svetlobe ni razlog za skrb ljudi.

Priljubljena oznake: LED luči za šole in izobraževalne ustanove, Kitajska, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, nakup, cena, najboljše, poceni, naprodaj, na zalogi, brezplačen vzorec