Klassiruumi valgustusdisain LED-valgustid koolidele ja õppeasutustele

Valgustuse roll teadmiste omandamisel ja õppimisprotsessis on põhiline. See võimaldab visuaalselt uurida õppeainete füüsikalisi omadusi ning avastada mõisteid kirjalikelt ja graafiliselt paberil, arvutis ja projektsioonis. Valgustus loob aluse ka kuulamisele, verbaalsele suhtlemisele, sotsiaalsete oskuste arendamisele ja olukordade mõistmisele. Disaini kriitilise elemendina, mis mõjutab suuresti seda, kui hästi ruum vastab õpilaste ja juhendajate vajadustele, peaks klassiruumi valgustus toetama tervist, heaolu ja jõudlust, pakkudes õpilastele ja juhendajatele mugavat ja atraktiivset keskkonda. Lisaks elanike rahulolu suurendamisele ja hariduskogemuse toetamisele valgustatud ruumis tuleks koolide ja haridusasutuste valgustus tagada rangemate koodipiirangute raames.

Õpikeskkond

Haridusasutused ulatuvad alg- (alg-)koolidest, keskkoolidest, keskkoolidest kuni ülikoolide ja kolledžiteni. Kuigi neil rajatistel on erinevat tüüpi ruume, on neil kõigil ühine see, et suurem osa õppe- ja õppetegevustest toimub klassiruumides. Üldotstarbelise klassiruumi põrandapind on vähemalt 32 ruutmeetrit (350 ruutjalga) ja see mahutab 20–75 õpilast. Tavalisel klassiruumil on ristkülikukujuline põrandaplaan, mis võimaldab paremaid vaateid kui ruudukujuline plaan. Õpperuum on kujundatud akendega paralleelsete vaadetega, mis annavad päevavalguse (katuseakna) sissepääsu ruumi ning annavad sensoorse stimulatsiooni ja visuaalse kontakti välismaailmaga. Juhtmeediat, nagu varjud või rulood, kasutatakse välise heleduse vähendamiseks, et need oleksid tasakaalus sisemise heledusega, või päevavalguse kõrvaldamiseks, kui seda pole vaja. Akende kaudu päevavalgust kasutav külgvalgustus tagab üldvalgustuse suure osa koolipäevast. Kunstlik valgustus mängib aga võtmerolli, kui on vaja tasakaalustatud, ühtlast ja kontrollitavat visuaalset keskkonda.

Klassiruumi paigutus jaguneb üldjuhul õpilaste tsooniks ja õpetajate tsooniks. Õpilaste tsoon vajab alati üldvalgustust, samas kui koolitajate tsoon vajab lisavalgustust, et edastada õppetahvlitele vertikaalset valgustust ja anda hea modelleerimine juhendaja inimlikele omadustele. Kõige tavalisem õppevahend klassiruumides on õppetahvlid, mille hulka kuuluvad tumehallid ja rohelised tahvlid (tahvlid) ning kuivalt kustutatavad tahvlid, nagu tahvlid ja hallid tahvlid. Projitseeritud meedia esitlemiseks mõeldud videoekraane kasutatakse sageli arvutiõpetuseks. See nõuab projektsiooniekraani valgustuse minimeerimist, samal ajal kui õpilaste tsooni kohal peab olema piisavalt ümbritsevat valgust märkmete tegemiseks. Klassiruum võib olla arvutikeskkond, kus videoekraani terminalide (VDT) ekraanipeegelduste minimeerimine on peamine probleem. Ekraanil loetavust võivad vähendada valgustite, akende ja ümbritsevate suure heledusega pindade peegelduvad kujutised.

Valgustuse disaini kaalutlused

Klassiruumi valgustust võib pidada kvaliteetseks, kui see võimaldab õpilastel ja juhendajatel visuaalseid ülesandeid täpselt ja mugavalt täita. Valgustusdisaini aluseks on inimeste vajaduste, arhitektuuri ning majanduse ja keskkonna integreerimine. Klassiruumi valgustuse prioriteet on rahuldada inimeste vajadusi, nagu nähtavus, ülesannete täitmine, visuaalne mugavus, sotsiaalne suhtlus, tervis, ohutus ja heaolu. Need erinevad inimvajadused peavad olema korralikult tasakaalustatud, et luua stimuleeriv õpikeskkond, võttes samal ajal arvesse ka majanduslikke, keskkonna- ja arhitektuurilisi kaalutlusi. Kvaliteetse valgustuse saavutamine hõlmab enamat kui õige valgustuse tagamist, et antud ülesanne oleks nähtav. On palju tegureid, mis mõjutavad inimeste võimet näha ja ülesandeid täita, millest seitse kõige olulisemat on peegeldus, valgustuse ühtlus, heleduse kontrastsus, värelus, värvide välimus, nägude ja objektide modelleerimine ning peegelduste katmine.

Valgustuse ühtlus

Valgustus on pinnale langeva valguse hulk. Kõige tavalisemad ülesanded ja rakendused klassiruumides nõuavad töölaua valgustust vahemikus 150 lx kuni 250 lx. Ühtlane horisontaalne valgustus õpilastsoonis välistab varjud, mis mõjutavad tööülesannete nähtavust, ja võimaldab ruumikasutust paindlikult ülesannete asukohtade ümberpaigutamisel. Klassiruumides, eriti õpetajate tsoonis, on samuti väga oluline vertikaalne valgustus ja muudel horisontaalse ja vertikaali vaheliste tasandite valgustus. Minimaalse ja keskmise valgustatuse suhe tööpinnal, nt horisontaalne valgustatus lauaarvutitel ja vertikaalne valgustatus õppetahvlitel ei tohiks olla väiksem kui 1:1,4.

Heleduse kontrastsus

Heledus on pinnalt või punktist tuleva valguse hulk. See on pinna valgustatuse ja pinna peegelduvuse funktsioon, mis tähendab, et heledust saab suurendada, suurendades tööpinda tabava valguse hulka või suurendades pinna peegeldusvõimet. Kriidimärkide vastuvõetava kontrasti säilitamiseks peaks tahvli peegeldus jääma vahemikku 5–20 protsenti. Võrdluseks, tahvel vajab 70-protsendilist peegeldust, et pöörata end tähelepanu keskpunkti. Tööpindade (lauaarvutite) peegeldusvõime peaks jääma vahemikku 25–40 protsenti, et oleks võimalik saavutada mugav heleduse tasakaal. Seinad ja laed on tavaliselt heledate mattidega. Need loovad valguse vastastikuseid peegeldusi, mis võivad tagada valguse tõhusa kasutamise, et parandada horisontaalset ja vertikaalset valgustust, vähendades samal ajal peegeldunud pimestamist. Inimsilm reageerib heledusele, mitte valgustusele. Heledus on see, mis toob kaasa heleduse tunde. Detailide nägemise võimet mõjutab tugevalt suhe objekti heleduse ja selle vahetu tausta vahel. Sobiv kontrast ülesande detailide ja selle tausta vahel võib tekitada visuaalset huvi ja anda visuaalseid vihjeid. Liiga suured heleduse kõikumised tekitavad aga kohanemisraskusi ja visuaalset ebamugavust. Ülesande ja lähiümbruse vahelise heleduse suhte ülempiir on 3:1 (tumedam ümbrus) või 1:3 (heledam keskkond).

Värvi välimus

Värv on valgustuse oluline element. Sellel on visuaalsete, emotsionaalsete ja bioloogiliste mõjude osas valgusega lahutamatu seos. See, mil määral valgus mõjutab visuaalset jõudlust, meeleolu, atmosfääri, tervist ja heaolu, sõltub valgusallika poolt kiiratava valguse spektraalsest võimsusjaotusest (SPD). Valgusallikat saab iseloomustada selle värvitemperatuuri ja värviedastusvõimega, mis on mõlemad määratud SPD-ga. Objektide, mis ei ole isehelendavad, värviline välimus tuleneb valgusallika SPD ja objektide spektraalse peegeldusfunktsiooni vahelisest koostoimest. Teatud klassiruumid võivad vajada valgustust, mis annab värvid täpselt. Värviedastus on vaid üks valgustuse aspekt. Tähtsam on vaadata valguse spektraalset võimsusjaotust ja mõista intuitiivselt, kuidas valguse värv mõjutab käitumist, rahulolu, psühholoogilisi reaktsioone ja tervist. Valgusallikate värvus – olenemata sellest, kas see on välimuselt "soe" või "jahe" - mõjutab inimeste tervist, tootlikkust ja heaolu tohutult.

Pimestamine

Pimestamine tekib siis, kui heledused või heledussuhted on liiga suuremad kui heledused või heledussuhted, millega silmad on kohanenud. Pimestamise tagajärjed on puue (nähtavuse ja visuaalse jõudluse vähenemine) ja ebamugavustunne (ebameeldiv heledustunne, mis ei pruugi häirida visuaalset jõudlust või nähtavust). Pimestamine võib tuleneda valgusest, mis jõuab silma otse valgusallikast (otsene peegeldus) või suure heledusega peegeldustest peegelduspinnalt (peegeldunud pimestus). Ülavalgustitele võib määrata ühtse pimestamise reitingu (UGR) või visuaalse mugavuse tõenäosuse (VCP), et ennustada ebamugavustunnet tekitavat pimestamist siserakendustes. Lugemise, kirjutamise ja arvutipõhiste toimingute jaoks loetakse vastuvõetavaks maksimaalset UGR-i 19 või minimaalset VCP-d 70. Kui soovitakse kõrgemat visuaalset mugavust, tuleks valida valgustid, mille UGR on 16 või VCP 80.

Virvendus

Virvendus on valguse amplituudmodulatsioon, mis segab tähelepanu ja millel on mitmeid negatiivseid tagajärgi. Nii luminofoor- kui ka LED-valgustid, mida töötavad halva kvaliteediga toiteallikad, suudavad toota kahekordse elektriliini sagedusega (st 120 Hz või 100 Hz). Virvendus on üldiselt märgatav sagedustel, mis on kõrgemad kui 70 Hz. Kuid värelus, mis pole inimsilmale märgatav, võib siiski tekitada närvisüsteemi reaktsiooni. Muret teevad nii nähtav kui ka märkamatu virvendus. Erinevalt inimestelt võib kokkupuude virvendusega põhjustada silmade väsimust, halba enesetunnet, iiveldust, nägemisvõime langust, paanikahooge, peavalu, migreeni, epilepsiahooge ja süvenevate autistlike seisundite tunnuseid. Haridusasutustes, kus lapsed või noored viibivad iga päev pikemat aega, tuleks rakendada ranget virvenduskontrolli. Virvendusprotsent ei tohiks eelistatavalt ületada 4 protsenti sagedusel 120 Hz või 3 protsenti sagedusel 100 Hz, mis on äärmiselt ohutu kõikidele populatsioonidele. Maksimaalne lubatud väärtus 10 protsenti sagedusel 120 Hz või 8 protsenti sagedusel 100 Hz.

Loori katvad peegeldused

Kattepeegeldused on suure heledusega laigud (valgusallika eredad kujutised), mida peegelduvad peegelpinnad, nagu arvutiekraanid või läikivad lugemismaterjalid. Kas primaarsetest valgusallikatest (lesed või valgustid) või sekundaarsetest valgusallikatest (peegeldunud) katavad peegeldused vähendavad ülesande kontrastsust ja varjavad detaile. Selleks, et vältida inimese silmadesse peegelduvaid või hajusaid peegeldusi tekitavaid valgusallikaid, asetage arvutiekraanid valgusallikaga risti või määrake valgusti, mille valgusjaotus on probleemsete nurkade korral minimaalne.

Nägude ja esemete modelleerimine

Näo ja objektide modelleerimine on haridusasutustes oluline valgustus. Valguse ja varju koosmõju näol võib aidata õpetaja ja õpilase suhtlust hõlbustada, muutes huuled hõlpsamini loetavaks ja näo liigutusi tõlgendatavamaks. Valgustus võib lisada visuaalsele stseenile kuju ja sügavust, paljastada objektide tekstuuri ja detaile, luua soovitava mustri ning tuua esile esiletõstmised ja visuaalsed huvid. Tugev suundvalgustus võib tekitada ebameelitava sügava varju, samas kui väga hajutatud valgustus muudab näod või objektid tasaseks või ebahuvitavaks. Seetõttu on soovitav õige kombinatsioon suuna- ja hajutatud valgustusest.

Üldvalgustus

Üldvalgustus on klassiruumide peamine valgusallikas. See tagab ruumi üldvalgustuse, toimides samal ajal ka töövalgustuse peamise allikana. Klassiruumide üldvalgustust saab teostada lakke paigaldatavate valgustussüsteemide abil, millel on otsene, kaudne või kombineeritud otsene/kaudne jaotus. Otsene valgustus edastab katkematu valguse valgustist horisontaalsele töötasandile. Kaudne valgustus jaotab valguse lae poole, mis omakorda peegeldab valgust allapoole. Otsene/kaudne valgustus jaotab nii alla- kui ka ülespoole suunatud valguse. Otsevalgustussüsteemid on tõhusad valguse edastamisel, kuid võivad tekitada karme varje, looritavaid peegeldusi ja soovimatuid visuaalseid efekte, nagu tumedad laed ja kammkarbid ülemisel seinapinnal. Lagedele suunatud valgustuse korral jaotavad kaudsed valgustussüsteemid valguse vaateväljas ühtlaselt liigse heleduseni. Kaudne valgustus muudab aga ruumi igavaks ja tühjaks esiletõstmistest ja visuaalsetest huvidest. Otsene/kaudne valgustus ühendab endas otsese ja kaudse valgustuse eelised, et tagada tasakaalustatud valgusjaotus, mis parandab visuaalset mugavust, ühtlast valgustatust horisontaalsetel tööpindadel ning tugevdab ruumi, erksuse ja visuaalse selguse muljeid.

Vaatamata pimestamise ja koopaefekti tekitamisele on otsevalgustus peaaegu universaalne valik klassiruumides lihtsalt seetõttu, et enamikul õpperuumidel on madal lae kõrgus. Otsene valgustus on tavaliselt ette nähtud süvistatava valgustuse, süvistatava valgustuse või rippvalgustuse kujul. Otsevalgustusseadmeid võib kujundada erineva kuju ja suurusega. Haridusasutustes on üldkasutatavad valgustid ristkülikukujulised valgustid, mis on ette nähtud paigaldamiseks võrelagedesse ja lineaarsed valgustid, mis on ette nähtud süvistatavateks, pind- ja süvistatavateks paigaldusteks. Trofferid on saadaval mahumõõturite, paraboolsete trofferite, hajutatud/läätsega trofferite ja servavalgustusega LED-paneelide kujul. Lineaarsed valgustid on saadaval standardse pikkusega osadena, näiteks 4, 8 või 12 jalaga, või pideva töö konfiguratsioonis.

Valgustustehnoloogia

Viimastel aastakümnetel on klassiruumide ja muude õpperuumide valgustus olnud peaaegu eksklusiivne luminofoorvalgustustehnoloogia provints. Luminofoorlamp kasutab elavhõbeda aurude ergutamiseks klaastorus elektrit. Elavhõbeda aur kiirgab ultraviolettvalgust (UV), mis seejärel põhjustab fosforkatte fluorestseerumist, tekitades valgust nähtavas spektris. Luminofoorlambid said laialdast kasutust nende suure valgustugevuse, hajutatud valgusjaotuse ja pika tööea tõttu. Luminofoorlampide kasutamine on aga vastuoluline. Luminofoorlampidel on palju puudusi, nagu ultraviolettkiirgus, pikk käivitusaeg, raadiohäired, suur haprus, harmoonilised moonutused, piiratud töötemperatuurivahemik ja sagedase ümberlülitamise tõttu vähenenud eluiga. Sellegipoolest on luminofoorvalgustuse kõige negatiivsem mõju see, et see halvendas oluliselt sisevalgustuse kvaliteeti ja põhjustas terviseriske. Liigne keskendumine valgustõhususele põhjustas enamiku fluorestseeruvatest valgustitest halvasti värvide taasesitamise ja andis liiga kõrge värvitemperatuuri (6000 K - 6500 K), mis võib häirida inimese ööpäevarütmi ja tekitas muret sinise valguse ohu pärast. Kuna luminofoorlamp vajab lambi elektroodide kaudu edastatava voolu reguleerimiseks liiteseadet, tekib virvenduse probleem. Valguse kvaliteedi osas on luminofoorvalgustus eriti halb algus siseruumide kunstvalgustuse ajaloos.

Valgusdioodi (LED) tehnoloogial põhinev pooljuhtvalgustus kogub kiiresti populaarsust. LED-idest on saanud iga mõeldava valgustusrakenduse valdav valgusallikas. LED on pooljuhtseade, mis muundab elektrienergia otse footoniteks. Pooljuhtseadmel on pn-siirde, mis on moodustatud pooljuhtmaterjali, näiteks indiumgalliumnitriidi (InGaN) vastassuunas legeeritud kihtidest. Kui pn-siirde on kallutatud ettepoole, süstitakse elektronid ja augud aktiivsesse piirkonda ning need taasühendavad valguse tekitamiseks. LED-tehnoloogia käsitles paljusid tavapäraste tehnoloogiate puudusi ja pakub suure tõhususe, pika eluea, suure spektraalse mitmekülgsuse, erakordse juhitavuse (sisse/välja/hämardamise), suure paindlikkuse optilises disainis ning kõrget põrutus- ja vibratsioonikindlust. LED-id toodavad kiirgusvõimsust ainult nähtavas spektris (tavaliselt 400–700 nm). Ultraviolettkiirguse (UV) ja infrapuna (IR) kiirguse puudumine muudab selle tehnoloogia eriti sobivaks kasutamiseks spetsiifilise tundlikkusega inimestele või olukordades, kus traditsiooniliste valgusallikate optiline kiirgus ohustaks inimesi.

LED valgustid

Pikk kasutusiga ja kõrge energiatõhusus on LED-ide peamised eelised. See toob kaasa levinud eksiarvamuse, et LED-valgustite pikk eluiga ja kõrge valgustõhusus on iseenesestmõistetav. Luminofoorvalgustis kasutatakse lampide komplekti, nt lineaarne T5 (läbimõõt 5/8 tolli), T8 (läbimõõt 1 tolli) ja T12 (läbimõõt 11/2 tolli), mis on standarditud kogu tööstuses ja sarnase elueaga tootjate vahel. , valgusvõimsus ja valendiku hooldus. Armatuur toimib põhimõtteliselt lampide kinnitusraamina ja tagab valguse jaotuse piiratud kontrolli. Seevastu LED-valgusti on üldiselt kõrgelt konstrueeritud süsteem, mis integreerib LED-id terviklikult termiliste, elektriliste ja optiliste alamsüsteemidega, et pakkuda vastuvõetavat toodet. LED-valgusti süsteemi tõhusus ja tööiga sõltuvad suuresti süsteemi disainist ja konstruktsioonist. LED-valgusti eluea reiting põhineb esimesel korral, kui valgusti vajab hooldust, mis on tõenäoliselt tingitud valendiku vähenemisest, värvide nihkest, rikkest või isegi LED-draiverite äkilistest riketest.

LED-id on tänapäeval kõige tõhusam valgusallikas. Siiski muudetakse üle poole LED-idele toidetavast elektrienergiast soojuseks. Erinevalt hõõg- ja halogeenlampidest, mis kiirgavad lampidest soojust infrapunaenergia kujul, jääb LED-ide tekitatud soojus pooljuhtpakettidesse ja see tuleb valgusti enda kaudu hajutada. Liigne soojuse kogunemine LED-i sees võib kiirendada kiibi, fosfori ja pakkematerjalide lagunemisprotsessi. On näidatud, et kõrgendatud ristmiku temperatuurid põhjustavad paljusid rikkemehhanisme, nagu tuumade moodustumine ja dislokatsioonide kasv dioodi aktiivses piirkonnas, fosfori kvantefektiivsuse halvenemine ning kapseldamis- ja plastkorpuste värvimuutus. Seega on efektiivne soojusjuhtimine ülioluline LED-ide tööea jaoks nende nominaalse kasutusea jooksul. Soojusdisain on valgustite disaini kõige olulisem osa. Kõik materjalid ja komponendid, mis lähevad pooljuhist läbi trükkplaadi (PCB) ümbritsevasse keskkonda soojusteel, peavad olema madala soojustakistusega. Soojuskonstruktsiooni tõhusus sõltub peamiselt jahutusradiaatori võimest soojusjuhtivuse ja konvektsiooni kaudu soojust hajutada. Ülavalgustid, nagu trofferid ja lineaarsed ripatsid, annavad tavaliselt piisava mahu, et luua piisav pindala, mis hõlbustab soojusvahetust.

Enamasti on LED-süsteemi rikke või talitlushäire koht LED-draiver. Kuna LED-id on tundlikud isegi väga väikeste voolu ja pinge muutuste suhtes, tuleb LED-draiveri ahelad konfigureerida nii, et see reguleeriks väljundit konstantse vooluga toitepinge või koormuse kõikumiste korral. Valgusdioodide töötamine õige ajamivooluga on samuti osa soojusjuhtimisest. Valgusdioodi ülesõitmine suurendab ristmiku temperatuuri ja vähendab LED-ide sisemist kvanttõhusust. Draiverite peamised jõudlusnäitajad keskenduvad nende võimele reguleerida LED-i või LED-i jada (või stringide) võimsust asjakohaselt ja tõhusalt, tagades samal ajal suure võimsusteguri ja madala harmoonilise harmoonilise moonutuse (THD) laias sisendpinge vahemikus. . Samuti peab juht pakkuma kaitsefunktsioone ülekoormuse, avatud ja lühise eest, samuti ajutise pinge summutamise ja intelligentse ülekuumenemise kaitse. Kuid mõned valgustite tootjad vähendavad draiveriahelate aladisainimisega halastamatult kulusid. See mitte ainult ei ohusta draiveri ahela töökindlust, vaid muudab ka virvenduse probleemiks, kuna odavad draiverid pakuvad sageli mittetäielikku pulsatsiooni summutamist. Üldiselt on vastuvõetamatu, et väljundvoolu pulsatsiooni väärtus ületab ±10 protsenti.

Optiline disain muutub LED-süsteemide projekteerimisel oluliseks prioriteediks. Ühtlane valgustus suurel alal või ülesandetasandil nõuab suure hulga keskmise võimsusega LED-ide kasutamist. Nende miniatuursete valgusallikate kõrge intensiivsusega väljund muudab pimestamise vähendamise ülimuslikuks. LED-valgustitel on erinevad jaotusomadused, mis saavutatakse optiliste komponentide, näiteks hajutite, läätsede, helkurite ja lamellidega. LED-ide otsest pimestamist saab leevendada heleduse hajutamisega suurtele pindadele. Objektiivid, mis sisaldavad mitmeid väikeseid prismasid, võivad vähendada valgusti heledust horisontaalsete vaatenurkade juures. Peegeldus on tavaliselt kasutatav meetod LED-ide valgusvoo reguleerimiseks. Volumetric troffers on teatud tüüpi "peegeldatud otse" valgustid, mis peegeldavad valgust süvistatava korpuse sisepinnalt, samas kui LED-moodulid, mis kiirgavad valgust ülespoole, on varjestatud või varjatud metallist korvidesse, mis on kaetud hajutatud akrüüliga. Servavalgustusega LED-paneelivalgustid süstivad valgust valgusjuhtplaadile (LGP), mis seejärel jaotab valguse ühtlaselt hajuti suunas läbi täieliku sisemise peegelduse (TIR). Võime pakkuda ühtlast valgustust ilma liiga kõrget heledust tekitamata muudab need süvistatavad valgustid õppeasutustes tööhobuseks.

Värviedastus

Nagu luminofoorvalgustuse puhul, on ka kompromiss värvikvaliteedi ja valgustugevuse vahel jäänud LED-valgustuse ajastusse. Valged LED-id on tavaliselt fosforiga muundatud LED-id, mis kasutavad luminofooride (luminestseeruvate materjalide) pumpamiseks LED-vormingutest kiirgavat lühikese lainepikkusega valgust. Enamik fosforiga muundatud LED-e on sinised pumba LED-id, mis muundavad osaliselt elektroluminestsentsi. Kõrge värviedastusega sinine pump-LED nõuab väga suure osa kiiratavast lühikese lainepikkusega valgusest allapoole teisendamiseks. See protsess, mille käigus pumbavalgus muundub fosforvalguseks (fotoluminestsents), hõlmab suurt hulka Stokesi energiakadu. Kiirguse valgusefektiivsuse (LER) teisendamine silma tundlikkusega on pikema lainepikkusega valguse spektraaljaotuse suhtes ebaefektiivne. Nende efektide kombineerimisel on kõrge värviedastusega LED-ide valgusefektiivsus, mille SPD on ühtlasemalt jaotunud kogu nähtavas spektris, suhteliselt madal kui madala värviedastusega LED-idel, mis on sinise ja rohelise lainepikkusega üleküllastunud.

Tõhusa valgustuse suunas liikumise ja kulude vähendamise tulemusena sisaldavad enamik haridusasutustes kasutatavaid LED-valgusteid LED-e, mille värviedastusindeks (CRI) on 80, mis on vastuvõetav (kuid kaugeltki mitte hea). Eelkõige on nendest valgustitest kiiratava valguse lainepikkused puudulikud, mis annavad küllastunud värve. Et klassiruumis oleks meeldiv tunne ja värvid loomulikud, peab valgusallikas suutma käivitada visuaalse reaktsiooni nähtava spektri kõikidele lainepikkustele. Haridusasutused väärivad kõrge värvikvaliteediga valgustust, nt CRI 90. Kuigi sinise pumba LED-id saab konstrueerida nii, et need tagaksid suurepärase värviedastuse, on violetsed pumba LED-id välja töötatud spetsiaalselt laia spektriga valge valguse tootmiseks, mis annab kiirgusvõimsust üsna laialdaselt. nähtav spekter.

Teadus valguse värvi taga

Valgusallika korrelatsioonivärvitemperatuur (CCT) on mõeldud valguse värvi iseloomustamiseks (nt soe või jahe). Sooja tooniga valge valguse CCT on vahemikus 2700 K kuni 3200 K. Valget valgust, mille CCT on vahemikus 3500 K kuni 4100 K, nimetatakse tavaliselt "neutraalselt valgeks". Valget valgust, mille CCT on üle 4100 K, nimetatakse "jahe valgeks". Mitte kõik valge valgus ei ole võrdne, olenemata sellest, kas valge valgus on soe või jahe, ei mõjuta see mitte ainult visuaalselt meie taju ja emotsionaalselt meie meeleolu, vaid mõjutab ka mitmesuguseid neuroendokriinseid ja neuro-käitumuslikke reaktsioone. Üldiselt vastab jahedam valge suhteliselt suurele sinise valguse protsendile spektris ja soe valge madalale sinisele komponendile spektris.

Uuringud on kindlaks teinud, et sinine valgus võib stimuleerida võrkkesta ganglionrakkude kihi sisemiselt valgustundlikke (ipRGC) fotoretseptoreid. IPRGC-d muundavad valguse bioloogilise kella närvisignaalideks. Suprahiasmaatilistes tuumades (SCN) asuv bioloogiline kell reguleerib seejärel kehatemperatuuri ja vabastab endokriinseid hormoone, nagu melatoniini ja kortisool. Piisavalt suur bioaktiivse sinise valguse annus käivitab peamise bioloogilise kella, et programmeerida inimkeha päevarežiimile. Avastati, et sinise kiirgusega kokkupuude stimuleerib stressireaktsiooni ja erksuse tagamiseks hormoonide, näiteks kortisooli tootmist; serotoniin impulsside kontrollimiseks ja süsivesikute iha jaoks; ja dopamiini naudingu, erksuse ja lihaste koordinatsiooni tagamiseks. Päevase füsioloogilise reaktsiooni simuleerimisel põhjustab kokkupuude bioaktiivse sinise valgusega ka und soodustava hormooni melatoniini pärssimist. Kuna see toetab keskendumist, erksust ja jõudlust, kasutatakse õppimise ajal sageli eredat valget valgust koos kõrgete siniste komponentidega.

Tavaliselt valitakse haridusruumide päevavalgustuseks jahe valge valgus, mille CCT on umbes 4100 K. Sisevalgustuse maksimaalne CCT üldiselt ei tohiks ületada 5400 K, mis on otse pea kohalt paistva päikesevalguse näiv värvitemperatuur. Luminofoorvalgustuse kasutuselevõtuga kaasnes aga sisevalgustuse värvitemperatuuri järsk tõus. Valgusallikatel, mis toodavad valget valgust lainepikkustega, mis on akumuleerunud spektri sinises otsas, on kõrgeim valgusefektiivsus tänu minimaalsele fotoluminestsentsile ja silma kõrge tundlikkusele sellel spektriribal. See muudab CCT-d vahemikus 6000 K kuni 6500 K tavaliseks valikuks õppevalgustuse jaoks. Sellise ülikõrge CCT-ga optiline kiirgus tundub aga karm ja põhjustab sageli värvimoonutusi, kuna küllastunud värvide renderdamisel puuduvad lainepikkused. Kõige tähtsam on see, et kokkupuude sinise kiirgusega ülisuurtes annustes kogu päeva jooksul võib inimkeha üle pingutada ja raskendada sujuva ööpäevarütmi säilitamist.

Õpilased saavad tavaliselt öise juhendamise ajal kõrge intensiivsusega sinist kiirgust, mis põhjustab õhtuti melatoniini ebaõiget allasurumist. Melatoniini öine vabanemine kella 21.00–7.30 on oluline kaitsemehhanism, mis toetab meie kehas olulist taastumist ja pärsib vähirakkude arengut. Õhtul, vähemalt kaks tundi enne magamaminekut, tuleks vältida kõrget CCT-d ja kõrge intensiivsusega valgustust. Sooja valge valguse tagasihoidlik tase, defineeritud kui 60 luksi, on piisav väiksemate visuaalsete ülesannete jaoks ilma ööpäevase häireta.

Häälestatav valge valgustus

Valgustuse mõju inimeste tervisele, heaolule ja jõudlusele ajendas valgustustööstust välja töötama lahendust, mis võib esile kutsuda inimese konkreetseid bioloogilisi reaktsioone, et suurendada keskendumisvõimet, erksust ja jõudlust, toetades samal ajal soodsat ööpäevarütmi. Häälestatav valge valgustus võimaldab moduleerida valge valguse värvitemperatuuri, kusjuures valgustugevust reguleeritakse sõltumatult. See tehnoloogia võimaldab dünaamilist valgusskeemi pakkuda kogu päeva jooksul ja võimaldab kohandada valgustust erinevate sihtrühmade vajadustega. LED-tehnoloogial põhinev häälestatav valge valgustus on inimkeskse valgustuse (HCL) kiirendatud kasutuselevõtu liikumapanev jõud. Inimkeskne valgustus on loodud tugevdama keha ööpäevarütmi ja bioloogiliste funktsioonide loomulikku tsüklit. See tagab teadliku kontrolli hormonaalsete protsesside ja õpikeskkonna üle valguse visuaalsete, bioloogiliste ja emotsionaalsete mõjude tervikliku disaini kaudu. Sisevalgustuse kogust ja spektrit saab häälestada nii, et see peegeldaks päeva jooksul loomuliku päevavalguse omadusi.

Fotobioloogiline ohutus

Tugitoolieksperdid on LED-valgustite sinise valguse ohu üle kära ajanud. Nad väidavad, et sinise pumba LED-id sisaldavad suuremaid siniseid lainepikkusi ja seega on neil suurem potentsiaal kui muud tüüpi valgusallikatel sinise valguse ohuks. Sinise valguse oht on fotokeemiliselt indutseeritud võrkkesta kahjustus, mis on põhjustatud kiirgusega kokkupuutest lainepikkustel peamiselt vahemikus 400 nm kuni 500 nm. See, et valged LED-id kasutavad fosfori allamuundurite pumpamiseks siniseid emittereid ja nende SPD-des võib olla selge sinine tipp, ei tähenda see tingimata, et LED-idel on suurem potentsiaal võrkkesta fotokeemilisi kahjustusi tekitada. Erinevat värvi valge valgus on põhimõtteliselt pika ja lühikese lainepikkuse erinevate kombinatsioonide tulemus. CCT ja sinise valguse sisalduse vahel on tugev korrelatsioon, olenemata sellest, millest valge valgus kiirgab. Sinise valguse ohu kaalumise funktsioon ulatub üle lainepikkuste vahemiku. Oluline on arvestada ohtliku kiirguse ulatust, mitte kohalikku tippu. Siniste lainepikkuste koguhulk valgusdioodide kiiratava valguse spektraalses koostises on üldiselt sama, mis mis tahes muu valgusallika sama värvitemperatuuri juures kiirgav valgus.

Kordame veelkord: valgusdioodid ei erine fotobioloogilise ohutuse osas põhimõtteliselt traditsioonilisi tehnoloogiaid kasutavatest valgusallikatest. Süüdistada tuleks ülikõrge CCT kasutamist sisevalgustuses. Valge valgus, mille CCT on üle 6000 K, sisaldab märkimisväärses koguses sinist valgust ja põhjustab tõenäolisemalt võrkkesta fotokeemilist kahjustust kui valge valgus, mida kiirgavad madala CCT valgusallikad. Valgustuse läviväärtus riskirühma klassifikatsiooniks RG2 või kõrgemaks on 1000 luksi valgusallika puhul, mille CCT on 6000 K, 1600 luksi valgusallika puhul, mille CCT on 4000 K, ja 3200 luksi valgusallika puhul, mille CCT on 2700 K. Siiski on sinise valguse ohu klassifikatsioon riskirühma 2 ja 3 väga ebatõenäoline igat tüüpi valge valguse allikate puhul lihtsalt seetõttu, et hariduslike rakenduste maksimaalne valgustustihedus ületab harva 300 luksi. Oluline on see, et toode peab ületama ka heleduse tingimuste läve, et seda saaks pidada ohtlikuks (10 mcd/k2 temperatuuril 6000 K, 16 mcd/k2 temperatuuril 4000 K, 30 mcd/k2 temperatuuril 2700 K 2. riskirühma puhul). Isegi kui on olemas 2. või 3. riskirühma oht, vähendavad inimeste vastumeelsusreaktsioonid ohtu, nii et sinise valguse ohu pärast ei pea inimesed muretsema.

Kuum tags: Klassiruumi valgustusdisaini LED-valgustid koolidele ja haridusasutustele, Hiina, tarnijad, tootjad, tehas, osta, hind, parim, odav, müügiks, laos, tasuta näidis