В одной из прошлых статей мы уже разбирали возможности современных интеллектуальных светильников, на примере компенсации деградации светодиодов.
Сегодня поговорим про еще одну интересную функцию — регулирование светового потока и цветовой температуры, которая позволяет поддерживать работоспособность сотрудников в течение рабочего дня.
Как биодинамическое освещение влияет на человека
Поведение нашего организма изменяется, в зависимости от времени суток. Механизм подчиняется внутренним биологическим часам и синхронизируется с окружающей средой.
Этот эффект называется циркадными ритмами: управляется супрахиазматическим ядром головного мозга (можно сказать, нашим «внутренним метрономом») за счет выработки гормона мелатонина («гормона сна»). Он влияет на множество параметров организма: температуру, артериальное давление и ЧСС, гормональную и иммунную систему, и так далее. И основным фактором, позволяющим биологическим часам «настроиться», является свет.
К слову, за открытие механизмов этого эффекта ученые из США Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг в 2017 году получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины.
Например, вы привыкли ложиться спать в 10 вечера, а вставать в 6 утра. Стоит вам сменить часовой пояс, как возникает эффект так называемого «джетлага». Ваш организм думает, что сейчас пора спать, но на улице светло. Наступает рассогласование: мелатонин выделяется не вовремя, когда вам нужно бодрствовать. Это сопровождается характерными симптомами вроде усталости, головной боли или потери аппетита.
Подобное нарушение циркадных ритмов может проявляться и других условиях. Условно ложитесь спать в комнате без занавесок, а окном знаменитые «белые ночи» или работает мощный источник искусственного освещения. Кроме мелатонина, все это влияет еще и на выработку гормона стресса — кортизола.
Но от каких параметров освещения сильнее всего зависят происходящие в организме химические процессы? Есть два основных фактора:
- Цветовая температура — солнечный свет утром и на закате более теплый, а в полдень становится холодным.
- Световой поток — когда свет тускнеет, это говорит нашим рецепторам, что скоро пора идти спать.
Если управлять сочетанием этих двух параметров в нужном соотношении, это позволит влиять на состояние человека: управлять его реакцией и собранностью в разное время суток. И многочисленные исследования подтверждают эффективность такого механизма.
Этот подход называется Human Centric Lighting (HCL), или биодинамическим освещением. Давайте посмотрим, как регулирование цветовой температуры и светового потока (основных параметров, влияющих на циркадные ритмы человека) реализовано в современных «умных» светильниках.
Как цветовая температура и световой поток управляются на уровне схемотехники
Помимо корпуса, светодиодный светильник состоит из двух главных компонентов:
- Светодиодных модулей — размещенных на плате нескольких десятков или сотен светодиодов, которые и обеспечивают определенный световой поток, индекс цветопередачи и цветовую температуру света.
- Драйвер (внутренний или внешний) — преобразует входное переменное напряжение из сети в постоянное напряжение, питающее светодиодные модули током определенной величины.
В «умных» светильниках драйвер имеет на борту микроконтроллер. Как мы разбирали в прошлой статье про компенсацию деградации светодиодов, для регулирования светового потока достаточно снизить выходной ток. Но с управлением цветовой температурой не все так просто.
Обычно в любых светильниках используются светодиоды на основе нитрида галлия, излучающие только синий свет с длиной волны 450-470 нм. Чтобы этот свет превратился в дневной, сверху кристалла наносится люминофор — особое вещество на основе иттрий-алюминиевого граната (YAG).
Оно поглощает узкий синий спектр, и в зависимости от своего химического состава, излучает белый свет нужной цветовой температуры. То есть работает как светофильтр.
Очевидно, что сигналом с контроллера не получится изменить состав люминофора и цветовую температуру. Что же делать?
Для этого в светильниках применяют специализированные компоненты.
- Светодиодные модули с двумя наборами светодиодов: одни с температурой 3000 К, другие — с температурой 6500 К.
- Двухканальные драйверы: один канал подключается к «теплым» светодиодам, другой канал — к «холодным». По каждому регулируется выходной ток.
Дальше микроконтроллер в драйвере получает сигнал — нужно задать цветовую температуру 5000 К, ближе к холодному спектру. Тогда он уменьшает ток на одном канале и увеличивает ток на другом, в определенном соотношении. Получается, что результирующий свет будет иметь нужную цветовую температуры.
А световой поток изменяется, если уменьшается или увеличивается общая величина тока по обеим каналам. При этом соотношение токов, определяющее цветовую температуру, остается неизменным.
Для биодинамического HCL освещения нужно изменять соотношение цветовой температуры и светового потока програмно, по заданному графику в течение суток. Давайте посмотрим, какие есть варианты сценариев освещения.
Какие существуют сценарии освещения, управляющие циркадными ритмами
В подобных «умных» светильниках мы используем электронные компоненты компании «ТРИОН»: как светодиодные модули Tunable White, так и драйверы STAR 2x35-350/700TDA ArtifexTW. Управление осуществляется по шине DALI — цифровому двухпроводному интерфейсу, для которого требуется контроллер, поддерживающий данный интерфейс.
Это позволяет управлять как отдельными драйверами по уникальному сетевому адресу, так и группами освещения. Подробнее вопрос освещается в статье про диммируемые драйверы с поддержкой технологий DALI.
Для изменения параметров HCL освещения, контроллер подключается к маршрутизатору через локальную сеть. Управление осуществляется посредством программного обеспечения STAR-M Configurator:
- либо посредством компьютера, подключенного в ту же локальную сеть;
- либо через мобильное устройство Android или Windows, подключенного к Wi-fi сети маршрутизатора.
Но какой задать программный сценарий управления освещением? Есть множество подходов, но мы затронем два самых популярных.
Подход 1: имитация движения Солнца
Биодинамическое освещение полностью повторяет световой цикл, от которого зависят циркадные ритмы у множества организмов на планете, не только человека.
1. Утром задается желтое свечение 3500-4000 К со слабым световым потоком.
2. Днем световой поток усиливается, а цветовая температура смещается к 5000 К.
3. Вечером световой поток вновь уменьшается, а цветовая температура опускается ближе к 3000 К.
Подход 2: оптимизация работы
Другой подход — не подстраиваться под биологические часы, а «перенастроить» под рабочее расписание.
Большую часть жизни, не считая времени сна, большинство людей проводят на работе. И биодинамическое освещение поможет выработать им наилучший циркадный ритм, с точки зрения как продуктивности, так и снижения утомляемости в конце рабочего дня.
- Утром — цветовая температура 5000-6000 К и высокий световой поток. Помогает человеку проснуться и сразу включиться в работу.
- В полдень — снижение светопотока на 40-50% и смещение цветовой температуры в область 3000-3500 К. Человек может расслабиться в обеденный перерыв.
- После обеда — опять холодный свет 5000-6000 К, но небольшой световой поток, чтобы при смешивании с естественным светом через окна не было избыточной освещенности. Помогает вновь быстро включиться в работу.
- К вечеру — плавное снижение цветовой температуры до 3000 К, при этом световой поток возрастает для сохранения общей освещенности на должном уровне. К концу рабочего дня глаза сотрудника меньше утомляются, и ему проще перейти в режим отдыха после работы.
В каких применениях «умные» светильники будут эффективнее стандартных
Как мы рассмотрели выше, HCL либо подстраивается под циркадный ритм человека, либо формирует его оптимальным образом. Но в любом этих двух сценариев, для сотрудников создаются лучшие условия для работы. Особенно в сравнении со стандартным светильником постоянной цветовой температуры:
- Светильник 5000-6000 К — негативно влияет на сотрудника утром, когда уровень мелатонина еще не успел снизиться, и повышает утомляемость ближе к вечеру.
- Светильник 3000-4000 К — не позволяет «включиться в работу», из-за чего производительность в целом падает, а сотрудник чувствует себя вялым и сонным (особенно актуально для зимних месяцев, с короткими световыми днями).
В целом биодинамическое освещение особенно эффективно там, где люди проводят много времени в помещении под искусственным светом. Вот лишь некоторые примеры.
1. Офисы и коворкинги
Продуктивность сотрудников поддерживается на оптимальном уровне в течение всего рабочего дня.
2. Производственные предприятия и склады
Если предприятие работает в круглосуточном режиме, биодинамическое освещение для сотрудников вечерних/ночных смен становится настоящим спасением и помогает быстро перестроиться.
3. Больницы
Для медицинского персонала, HCL помогает поддерживать работоспособность в длинные смены. Для пациентов в стационарах — создает более спокойную атмосферу, на фоне общего стресса от пребывания в больнице.
4. Образовательные учреждения
В школах и университетах динамический свет напрямую влияет на усвоение материала, и как следствие, на общую успеваемость. Особенно актуально решение для аудиторий с маленькими окнами.
5. Фитнес-клубы
Динамическая система управления освещением помогает как увеличить эффективность занятий в зонах активных тренировок, так и быстрее восстановиться в раздевалках или душевых.
Пример реализации биодинамического освещения в офисе
Один из наших заказчиков попросил нас для своего офиса реализовать подобную систему динамического освещения. Причина — часть сотрудников техподдержки работала допоздна, для них было важно поддерживать высокую концентрацию сотрудников и после захода Солнца.
На объекте уже использовалась система управления освещением: более 20 линейных светильников с поддержкой интерфейса DALI. «Мозгом» системы выступал контроллер DALI STAR Imperium-1: управлял диммированием, а также включением/выключением освещения, с привязкой к реальному времени.
На первом этапе заказчик решил проверить работу системы в тестовом режиме, в одном из кабинетов руководителей. Мы изготовили линейные светильники LONG, со специальными светодиодными модулями, а также двухканальными драйверами, поддерживающими режим управления HCL системами.
После замены старых светильников на новые, подключили их к общей шине DALI, перенастроили программу управления в контроллере и установили сценарий освещения, который заказчик счел наиболее подходящим — имитацию движения Солнца в летнее время года.
Система работает пока в тестовом режиме. Но руководитель, в кабинете которого она реализована, уже отметил положительную динамику в плане работоспособности.
Подробнее о системах динамического освещения можно прочитать в статье Алексея Сапрыкина.
В итоге
Связь циркадных ритмов с общим самочувствием человека подтверждается многочисленными исследованиями. И биодинамическое освещение для бизнеса — не просто игрушка, но и реальный путь улучшить самочувствие сотрудников и повысить их работоспособность. Особенно если они проводят много времени под искусственным освещением, без доступа естественного света.
Мы можем изготовить «умные» светильники с поддержкой биодинамического освещения в следующих моделях:
- в профильных дизайнерских светильниках LONG;
- промышленных светильниках Айсберг;
- любых потолочных светильниках.