Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Освещение детской комнаты

 

     Освещению детской комнаты следует уделять максимальное внимание. Во многом это определит дальнейшую судьбу подрастающего поколения, так как непосредственно связано со зрением.

     В первую очередь необходимо выбирать светильники, которые не слепят глаза. Преимущество следует отдавать светильникам, которые направляют значительную часть светового потока на потолок. Если потолок покрашен хорошей белой краской, то 80% светового потока отражается от потолка и участвует в освещении комнаты. В этом случае уменьшается разность яркостей излучающей поверхности источников света и потолка, в результате чего значительно будет снижен слепящий эффект светильников, а комната будет освещена мягким приятным светом.

     Худший вариант светильника – когда весь световой поток направлен вниз и при этом хорошо видны сами источники света - лампы. В этом случае на слабо освещенном потолке мы видим слепящий глаза светильник. Слепящий эффект возникает именно при большой разнице яркостей поверхностей, одновременно попадающих в поле зрения.

     Важными параметрами при выборе ламп, которые учитываются при проектировании освещения,  являются – индекс цветопередачи, цветовая температура и коэффициент пульсации светового потока.

 

Индекс цветопередачи

     Индекс цветопередачи (его обозначают Ra, иногда как CRI) характеризует степень соответствия цветов поверхностей при их освещении данным источником света и солнечным светом. То есть насколько сильно изменяются цвета поверхностей, если их сравнивать при освещении солнечным светом и светильником. Вместо солнечного света может быть использован эталонный источник света. Индекс цветопередачи может принимать значения от 0 до 100. Светильники с Ra менее 20 не применяют – при таком значении Ra ламп можно даже перепутать цвета освещенных поверхностей. Лучшие источники света имеют  Ra = 100.

       Индекс цветопередачи ламп в детской комнате должен быть не меньше 90. Если ребенку предстоит стать художником или представителем другой профессии, требующей умения хорошо различать цвета и их оттенки, то индекс цветопередачи источников света должен быть не менее 98-100 (на сегодняшний день это только лампы накаливания, в том числе галогенные).

Цветовая температура

     Если нагреть любое тело выше определенной температуры, то оно начинает излучать свет в видимом диапазоне длин волн. Цветовая температура Тц лампы показывает, до какой температуры (отсчитывается в градусах Кельвина) надо нагреть абсолютно черное тело (АЧТ), при которой  спектры излучения нагретого АЧТ и исследуемой лампы максимально равны. АЧТ - некоторая физическая модель, характеризующаяся тем, что способна поглощать падающий на него свет без его отражения. Цветовые температуры наиболее часто используемых источников света приведены в статье Освещение - выбор источников света. При сравнении спектров искусственных источников света часто пользуются термином «цветность источника света».

     В детской комнате не стоит использовать источники света с цветовой температурой выше 3000 К. Это может привести к проблемам со сном.

 

Пульсации освещенности

     Механизм возникновения пульсаций освещенности применительно к лампе накаливания показан на Рис.1. При питании лампы переменным током в моменты времени, когда напряжение на лампе максимально, световой поток Ф так же имеет максимальное значение. Когда напряжение синусоидальной формы проходит через ноль, световой поток минимален. В этот момент времени световой поток обеспечивается за счет того, что нагретая спираль лампы имеет большую инерционность и остывает не сразу.

 Пульсации светаПульсации света

Рис. 1 Пульсации светового потока

     При питании лампы постоянным током от аккумуляторной батареи пульсации светового потока практически отсутствуют. При использовании выпрямителей, преобразующих переменное напряжение в постоянное, пульсации светового потока определяются пульсациями напряжения на выходе фильтра выпрямителя. В зависимости от качества выпрямителя пульсации могут иметь величину как 1%, так и 50-90% (в случае использования однополупериодного выпрямителя). 

     Коэффициент пульсаций освещенности определяется выражением:

Кп = 100(Еmax - Emin)/2Еср, %

где Еmax, Emin, Еср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности. При питании светильников в помещении от одной фазы электрической сети пульсации светового потока ламп практически равны пульсациям освещенности.

     Если детская комната освещена светильниками с коэффициентом пульсаций 50 – 90 %, то не надо ждать от школьника хорошей учебы. Утомляемость зрения при таком освещении столь высока, что учеба на слабенькую троечку уже будет большой его личной победой. Желательно выбирать источники света с коэффициентом пульсаций не более 5-15%.

     Следует иметь в виду, что значительные пульсации освещенности в помещении могут возникнуть при использовании диммеров – регуляторов яркости осветительных приборов. Эти устройства часто несимметрично ограничивают положительную и отрицательную полуволны напряжения, что вызывает увеличение пульсаций светового потока ламп. Для изменения освещенности в помещении лучше использовать включение разного количества ламп в светильниках.

     Перечисленные выше и некоторые другие важные параметры качества освещения описаны в статье Искусственное освещение (основные критерии качества).

 

Если в доме грудной ребенок

     Если в семье грудной ребенок, то будет не лишним исследовать все места в квартире, в которых он может спать. Попробуйте поставить раскладушку в том месте, в котором стоит детская кроватка и полчаса полежать на ней, рассматривая потолок. Многие не выдержат и 5 минут, если в поле зрения находится точечный светильник. А ребенок будет лежать в кроватке, щурить глаза, капризничать, но так и не скажет: «Да уберите же вы, наконец, этот слепящий мне глаза светильник»!

     Если после 10 минут разглядывания светильника вы не можете свободно прочесть несколько предложений в книге, значит, светильник слепит и его надо заменить, или переместить кровать в другое место. Для взрослого человека не составляет сложности не направлять глаза в сторону слепящего светильника. Для грудного ребенка это сложно.

     Лиса, попав в капкан, ради свободы отгрызает себе лапу. Детский мозг, ради спасения от слепящих лучей,  спровоцирует ухудшение зрения – из двух зол выберет меньшее.

     Посмотрите, сколько сейчас детей имеют проблемы со зрением, причем в семьях, в которых у всех родственников в молодом возрасте было хорошее зрение. Уберите же, наконец находящиеся в поле зрения грудных детей светильники, когда они лежат в кроватке. Избавьте своего ребенка от ношения очков с толстыми линзами!

 

Спектр ламп и цветовое зрение

     Видимый свет имеет волновую природу и является электромагнитным излучением с длиной волны от 380 до 760 нм (нанометров). При этом излучение с длинами волн от 760 до 620 нм мы воспринимаем как красный цвет. И далее, в соответствии с цветами радуги: от 620 до 590 нм - оранжевый цвет, от 590 до 560 нм - желтый цвет, от 560 до 510 нм - зеленый цвет, от 510 до 480  нм - голубой цвет, от 480 до 450 нм - синий цвет, и излучение в диапазоне от 450 до 380 нм мы видим как фиолетовый цвет. Переход от одного цвета к другому происходит плавно. Белый свет является совокупностью всех цветовых излучений, воздействующих на сетчатку глаза.

     Человеческий глаз различает цвета благодаря наличию в сетчатке глаза фоторецепторов, реагирующих на определенную длину световой волны. То есть для идентификации, например, красного и синего цветов используются разные фоторецепторы. Причем в условиях низкой освещенности (ночное зрение) задействованы фоторецепторы, напоминающие по форме палочки. А при ярком свете в восприятии света участвуют фоторецепторы, напоминающие по форме колбочки.

     При резком изменении освещенности (например, когда мы утром включаем свет или вечером выключаем) происходит адаптация зрения, при которой для осуществления зрительного процесса происходит смена фоторецепторов и сужение (при увеличении освещенности) или расширение (при уменьшении освещенности) зрачков.

     Поэтому утром перед тем, как будить детей не стоит сразу включать основное освещение. Для более легкой адаптации зрения необходимо иметь в детской комнате маломощный светильник, который позволит легче пройти утреннюю адаптацию зрения.  

     Наше зрение за многие тысячи лет эволюции адаптировано к двум основным источникам света: к солнечному свету и свету костра. Причем в вечерние часы перед сном зрение положительно реагирует не на яркий солнечный свет, а на свет горящих поленьев. Поэтому за два часа до сна для освещения комнаты желательно использовать лампы с цветовой температурой не выше 3000 К. Причем это относится не только к детям, но и к представителям любого возраста. Любые существенные отклонения цветности источников искусственного света от солнечного света и света костра приводят к зрительному дискомфорту, а иногда к заболеванию глаз.

     Спектры различных источников света показаны на рисунках 2 – 6.

     Рассмотрим особенности применения различных типов ламп для освещения детской комнаты.

Лампы накаливания

Спектр солнечного света, к которому адаптировано наше зрение, и спектр лампы накаливания показаны на Рис.2.

 Спектры солнца и лампы накаливанияСпектры солнца и лампы накаливания

Рис.2 Спектры солнечного света и лампы накаливания 

     Лампы накаливания (включая галогенные) имеют самый высокий индекс цветопередачи, то есть не искажают цвета освещаемых поверхностей. Спектр этих ламп очень равномерный (не имеет резких провалов и выбросов). Зависимость плотности излучения от длины волны занимает среднее положение между солнечным светом и светом костра. Цветовая температура порядка 2700 К. Лампы накаливания существенно в меньшей степени слепят глаза, чем другие источники света. Но, они имеют низкую энергоэффективность, то есть больше потребляют электроэнергии по сравнению с другими источниками света. Поэтому при проектировании освещения лампы накаливания применяют только для жилых помещений, и в редких специальных случаях в общественных и производственных зданиях.

     Многие думают, что у ламп накаливания световой поток вообще не имеет пульсаций, так как они не раздражают зрение. Это не совсем так.

     В диапазоне мощностей 60 – 100 Вт лампы накаливания, используемые для работы при напряжении 220 - 230 В,  имеют пульсации светового потока в пределах 10 – 15%. Пульсации 40 Ваттных ламп  уже приближаются к 20 %. Чем мощнее лампа, тем меньше ее пульсации. С этой точки зрения лучше использовать одну лампу 100 Вт, чем две по 60 Вт.

     В отличие от других типов источников света (газоразрядных, светодиодных), в лампе накаливания свет излучается нагретой до высокой температуры вольфрамовой спиралью. Спираль имеет большую инерционность, и не успевает в значительной мере остывать в момент изменения полярности переменного тока. Благодаря большой инерционности нагретой спирали форма пульсаций близка к синусоидальной и не имеет скачкообразных изменений светового потока. Следовательно, скорость изменения светового потока минимальна. А для создания зрительного дискомфорта важны не только величина изменения светового потока, но и скорость итого изменения. Это один из факторов, объясняющих, почему до появления первых люминесцентных светильников проблемы пульсаций освещенности никогда не поднимались. Нормы по пульсациям для большинства помещений (см. свод правил СП 52.13330.2011) в первую очередь относятся к люминесцентным лампам.

     Величина пульсаций ламп накаливания гарантирована их конструкцией: нагретая спираль излучает свет с заранее известными характеристиками. Устройство ламп настолько простое, что они имеют очень высокую предсказуемость и повторяемость параметров.

     Лампы накаливания, рассчитанные для электрической сети 36 В (такие сети применяют, например, для освещения строительных площадок), имеют значительно меньшие пульсации. Подобная лампа мощностью 60 Вт имеет пульсации светового потока около 5% за счет более толстой нити спирали, рассчитанной на пропускание через нее значительно большего тока, чем в сети 220 В. Инерционность нити спирали таких ламп существенно выше. На первом этапе электрификации страны использовалось напряжение 127 Вольт. При переходе на систему электрификации с напряжением 220В пульсации ламп накаливания соответственно увеличились.

     Пульсации менее 5 – 10 % часто имеют галогенные лампы (усовершенствованная лампа накаливания), работающие от сети 12 В. Но, только при условии применения качественного блока питания.

     Люминесцентные лампы и светодиоды требуют для своей работы применения специальных устройств управления, часто работающих в импульсном режиме. Из-за этого форма пульсаций может иметь скачкообразное изменение светового потока, что негативно сказывается на качественных параметрах освещения. Параметры пульсаций люминесцентных и светодиодных ламп, предназначенных для прямой замены ламп накаливания (у таких ламп устройство управления размещают внутри лампы), производители, как правило, не указывают, вследствие чего существует большая опасность приобретения ламп низкого качества.

 

Люминесцентные лампы 

     В проектах освещения квартир могут быть использованы как светильники, рассчитанные на использование трубчатых люминесцентных ламп, так и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), заменяющие в люстрах лампы накаливания. Для работы люминесцентных ламп используются пускорегулирующие аппараты - ПРА (в КЛЛ они размещены внутри цоколя лампы). ПРА в светильниках могут быть электромагнитными и электронными. Для всех жилых помещений, а для детской комнаты особенно, необходимо использовать электронные ПРА. При работе люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА возникают очень большие пульсации света, которые могут достигать величины 40 и более процентов. КЛЛ имеют пульсации света 5-10%, что вполне достаточно для освещения детской комнаты. На Рисунке 3 показан спектр компактной люминесцентной лампы.

 Спектр люминесцентной лампыСпектр люминесцентной лампы

Рис.3 Спектр компактной люминесцентной лампы

     Спектр люминесцентных ламп имеет характерную линейчатую структуру. У качественных ламп с индексом цветопередачи 90 – 95 таких линий может быть 5-8 и более.  В качественных лампах на внутреннюю поверхность колбы наносят большое количество слоев люминофора, при этом каждый слой может давать свой вклад в общий спектр лампы в виде отдельной линии.

     Многим не нравится освещать жилые помещения люминесцентным лампами из-за их линейчатого спектра. У некоторых людей такой спектр вызывает неприятные зрительные ощущения. Это вызвано тем, что в зрительном процессе участвуют не все фоторецепторы глаза, вследствие чего повышается нагрузка на работающие фоторецепторы и на мозг при анализе увиденных изображений.

 

Светодиоды

При проектировании освещения жилых помещений необходимо учитывать особенности спектров светодиодных ламп, которые показаны на рисунках 4 – 6.

 Спектр светодиодной лампы, Тц=3000КСпектр светодиодной лампы, Тц=3000К

Рис.4 Спектр светодиодной лампы, Тц=3000К

  

Спектр светодиодной лампы, Тц=4000КСпектр светодиодной лампы, Тц=4000К

Рис.5 Спектр светодиодной лампы, Тц=4000К

 

Спектр светодиодной лампы, Тц=6500КСпектр светодиодной лампы, Тц=6500К 

Рис.6 Спектр светодиодной лампы, Тц=6500К

     Светодиоды по сравнению с другими источниками света меньше всего потребляют электроэнергии, что позволяет экономить 1- 2 % семейного бюджета, но имеют ряд недостатков:

- спектр светодиодов имеет явно выраженный пик в области синего света, особенно у ламп с цветовой температурой выше 4000 К, и спад в области красного света;

- сильно слепят глаза вследствие своих малых размеров. При этом относительно маленькая площадь светодиода излучает большой световой поток. Для достижения качественного освещения требуются очень хорошие рассеиватели света, либо светильник должен использовать отражательные свойства потолка при направлении на него основной части светового потока;

- пульсации светодиодных ламп (худших образцов) могут иметь неприемлемо большие значения.

     Синий пик существенно затрудняет адаптацию зрения при включении света в темное время суток. Как следует из ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность» (см. Таблицу 4.2) для поражения сетчатки глаз синим светом требуется в 10 - 100 раз меньшая энергетическая мощность, чем для аналогичного воздействия светом в более длинноволновом участке спектра. Если утром включить свет в темной комнате, когда зрачки расширены, то при использовании светодиодных ламп с цветовой температурой выше 3000 К сетчатка глаз может получить сильнейшее обжигающее воздействие синей составляющей спектра. Такое негативное воздействие в течение нескольких лет может значительно повредить глаза.

     Поэтому при использовании светодиодов в спальне, даже имеющих цветовую температуру менее 3000 К, свет необходимо включать в два этапа: в начале включают маломощный светильник, а уже через несколько минут основное освещение. Это позволит глазам безболезненно адаптироваться к повышению освещенности. При этом зрачки сузятся, и произойдет смена задействованных в зрительном процессе фоторецепторов при включенном только маломощном светильнике.

Стоит отметить, что наличие значительного синего пика в спектре светодиодов с Тц выше 4000 К может привести к ожогу сетчатки глаз не только у детей, но и у взрослых.

     К сожалению, технологический процесс изготовления светодиодов с цветовой температурой 3000 К и менее существенно более сложен, чем светодиодов с Тц = 5000 К – 6500 К. В результате чего очень часто светодиоды с Тц менее 3000 К служат не более 2- 3 лет. За это время происходит деградация люминофора светодиода в такой степени, что излучаемый ими свет может приобрести зеленоватый или голубоватый оттенок. То есть лампу придется выбросить, не смотря на то, что она способна проработать еще 5 – 7 лет, генерируя свет недопустимо низкого качества. А как вышедшую из строя в период гарантийного срока эксплуатации ее никто не заменит – лампа работоспособна, не смотря на то, что использовать ее опасно для здоровья.  В результате деградации люминофора резко увеличивается цветовая температура излучения лампы, а в спектре значительно увеличивается опасная для глаз синяя составляющая.

     Светодиодные светильники при оценке пульсаций светового потока занимают первое место во всех рейтингах: и как самые качественные источники света, и как самые опасные для глаз и вообще здоровья. Здесь все зависит от качества светодиодов и в первую очередь блоков управления (драйверов). Хорошие светодиодные светильники могут иметь коэффициент пульсаций 1 – 2%, вполне равномерный спектр света, а хороший рассеиватель избавит от слепящего действия светодиодов.

     В тоже время, современные светодиодные лампы могут иметь коэффициент пульсаций и 90 %. Вся проблема в том, что заполнившие наши рынки и магазины светодиоды – это в значительной степени световые приборы с высоким уровнем пульсаций светового потока.

     Если покупатель светодиодной лампы не имеет познаний в области светотехники, не имеет пульсметра для измерения коэффициента пульсаций ламп, то он пришел в магазин поиграть в русскую рулетку. Одному достанутся качественные лампы, и его дети займут достойные места в классах с математическим уклоном и углубленным изучением иностранных языков. Другому же достанутся лампы с коэффициентом пульсаций 90%. После использования которых в течение нескольких лет растают всякие мечты о престижной школе, так как длинные очереди к окулисту - не самое лучшее место для занятий математикой и иностранными языками.

     У нас подавляющее большинство населения проявляет полное незнание всего, что касается освещения своего дома и рабочего места. Причем одинаково ничего не понимают в вопросах светотехники, как домохозяйки, так и лица, занимающие высокие посты в государственной власти. В результате мощные лампы накаливания (100 Вт и выше) оказались под запретом. На самом высоком уровне обсуждается вопрос запрета ламп накаливания мощностью 60 и 75 Вт.

     Но, надо отдать должное новым типам источников света, они существенно выигрывают у ламп накаливания по энергоэффективности (меньше расходуют электроэнергии). Хотя есть ли большой смысл в этом выигрыше, если в квартирах людей большую часть электрической энергии потребляют электроплиты, стиральные машины и другие электроприборы. Очень печально, что в результате неправильно подобранных ламп для освещения детской комнаты тысячи детей могут лишиться самого дорогого своего достояния – хорошего зрения.

     Настоящий качественный продукт должен завоевать свою долю рынка своими высокими эксплуатационными показателями. Но никак не запретами производства изделий с гарантированным качеством.

     В настоящее время многие энтузиасты проводят исследования различных светодиодных ламп. Но воспользоваться результатами их исследований могут не все. Во многих небольших городах, как следует из обсуждений на форумах, просто нет в продаже светодиодных ламп с приемлемыми характеристиками. В магазины привозят лишь дешевые модели ламп с большим уровнем пульсаций. То есть в случае запрета ламп накаливания на 60 и 75 Вт у нас в стране появляются регионы, в которых лампочку для люстры хорошего качества будет невозможно купить в местном магазине.

     Дополнительную информацию о светодиодных источниках света можно прочитать в статье Светодиодное освещение. Некоторые замечания о пульсациях светового потока сделаны в статье Пульсации ламп. Здесь же описан простейший метод приближенной оценки пульсаций при помощи стробоскопического диска. Но лучше пользоваться специально разработанными для измерения пульсаций приборами.

 

Вместо эпилога

     Возможно, не далек тот день, когда лампы накаливания будут продавать в аптеке по рецептам врача. В семье маленький ребенок – вот Вам рецепт на 5 ламп накаливания. Источники света с гарантированным качеством станут доступны лишь для детей и инвалидов по зрению. А иначе никто не хочет покупать инновационные (современные) источники света, худшие экземпляры которых по качеству света на порядок уступают старой доброй лампочке Ильича. А лучшие экземпляры современных ламп выпускаются в ограниченных количествах, и часто не доступны для большинства людей из-за их  высокой цены.

     Для тех, кто не обладает достаточными знаниями в области светотехники в такой степени, что бы самостоятельно испытывать лампы, в случае запрета ламп накаливания на 60 и 75 Вт лучше освещать детскую комнату стеариновыми свечами (они меньше коптят, чем парафиновые), чем играть в русскую рулетку с лампами неизвестного качества. Конечно, для проталкивания в торговую сеть светодиодов могут запретить и производство свеч. Но, русский народ вспомнит в этом случае про лучину (тонкая длинная щепка сухого дерева для освещения избы). А ничего другого для сохранения зрения своим детям у многих людей просто не будет, так как не каждый готов изучать довольно сложную техническую дисциплину – светотехнику.

 

Виктор Чернов

25.09.2016

 

К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)