CC BY
17УДК 616:331.47:537.841
В.Н. Никитина, Г.Г. Ляшко, Н.И. Калинина ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Рассмотрены проблемы в области гигиены освещения и электромагнитной безопасности работающих при использовании современных источников света. Приведены результаты экспериментальных исследований электромагнитной обстановки при использовании энергосберегающих ламп.
Ключевые слова: гигиена, энергосберегающие лампы, освещение, электромагнитные поля.
V.N. Nikitina, G.G. Lyashko, N.I. Kalinina. Hygienic evaluation of contemporary light sources
State Marine Technical University of St. Petersburg
The article covers problems of illumination hygiene and electromagnetic safety of workers using contemporary light sources. The authors present results of experimental studies of electromagnetic environment in energy-efficient lamps.
Key words: hygiene, energy-efficient lamps, illumination, electromagnetic fields.
Одной из примет современного этапа развития научно-технического прогресса является интенсивное развитие светотехники, направленной на энергосбережение. Во всем мире рациональное использование электроэнергии становится важным объектом энергетической политики. В Российской Федерации на энергосбережение направлены Федеральный закон от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и Федеральный закон от 30.12.2009 г. № 84-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». В целях обеспечения выполнения указанных законов в 2011 г. в России введены в действие новые нормы освещения в виде свода правил СП 52.13330.2011, являющегося актуализированной редакцией СНиП 23 — 05 — 95* «Естественное и искусственное освещение». Актуализация документа направлена на повышение энергоэффективности искусственного освещения зданий и гармонизацию с европейскими стандартами и документами Международной комиссии по освещению. Новые нормы предполагают использование более экономичных и долговечных источников света, а также применение в системах искусственного освещения светодиодных источников света (СД), которые начинают интенсивно вытеснять традиционные лампы накаливания [10, 19].
В СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10 впервые указано о применении нового класса источников света — светодиодных в системах общего и местного искусственного освещения. Световые приборы со светодиодами должны иметь защитный угол, исключающий попадание прямого света в поле зрения человека. Применение СД допускается при соблюдении соответствующих нормативных требований к общему искусственному освещению [16].
Известно, что светодиоды — источники высокой яркости при малой площади светящей поверхности. В светильниках со светодиодами могут быть установлены как единичные светодиоды, так и несколько десятков, при этом яркость СД будет выше общего светящегося фона. Блеский источник света не должен находиться в поле зрения, так как прямой взгляд на него приведет к ослепленности и нарушению функционального состояния зрительного анализатора, пусть и временному. Следовательно, конструкция светильника и качество светорассеива-ющих материалов имеют важное значение для устранения блескости и создания зрительного комфорта при работе в условиях светодиодного освещения.
Имеется уже большое количество работ, рассматривающих самые разные вопросы применения светодиодных ламп. Обращает на себя внимание тот факт, что в статьях последнего времени приводится анализ реальных показателей СД, а не только рекламных, как это было при появлении данных источников света. Как оказалось, при проверочных
испытаниях реальная световая отдача многих СД ламп составляет не выше 70 лм/Вт (при прогнозируемых 100 лм/Вт). Исследования в Бельгии показали, что только у 17% испытанных типов светодиодных ламп был заявленный индекс хорошей цветопередачи — более 80, у остальных — значительно ниже. Зафиксированы высокие коэффициенты пульсации (Кп) от СД, чего не должно быть по определению. У белых люминофорных СД существует сильная зависимость срока службы, световой отдачи, цветности излучения от температуры р-п перехода [5, 6, 14, 18].
Оживленную дискуссию вызывает тот факт, что белые СД имеют выраженную полосу излучения в сине-голубой области с максимумом на длинах волн 440—460 нм, полностью приходящуюся на спектр действия фотохимического повреждения сетчатки глаза и ее пигментного эпителия. Подчеркивается потенциальная опасность излучения люминофор-ных СД холодно-белого света с коррелированной цветовой температурой Т >6000°К. Из белых СД наименее опасными для зрения представляются СД с Т не выше 4000°К, у которых уровень излучения в сине-голубой части спектра не больше, чем в желто-оранжевой. Предлагается снижать высокие Т светильников с СД с помощью цветных светофильтров до 2700-4000°К. Ряд специалистов подчеркивает, что важны не столько спектральные характеристики источников света, но и длительность нахождения при таком освещении. С другой стороны, имеются сообщения о необоснованности опасений относительно освещения с выраженной сине-голубой компонентой. Тем не менее, очевидно, что при организации системы освещения в помещениях следует предъявлять серьезные требования к спектральным характеристикам светодиодных
ламп [1, 3, 7-9].
В нашей стране были проведены экспериментальные исследования по изучению и оценке психофизиологического состояния людей (волонтеров) при выполнении работы в условиях освещения СД лампами и люминесцентными лампами (ЛЛ). Было показано, что динамика изучаемых показателей после интенсивных зрительных и нервных нагрузок при светодиодном освещении имела более положительную направленность. Специалисты объясняют такую динамику меньшей пульсацией светового потока и биологически более благоприятным спектром излучения СД по сравнению с ЛЛ. Авторы сообщают, что при проведении эксперимента уровни освещенности составили 400 лк, коэффициент пульсации освещенности не превышал 10%, коррелированная цветовая температура источников света составила 4500° К [11]. Очевидно, что необходимы дальнейшие углубленные исследования, подтверждающие гигиеническую и фотобиологическую безопасность длительного
воздействия излучения светодиодных источников света на организм человека.
В программах по энергосбережению, разработанных совместно с Международным энергетическим агентством (International Energy Agency), Обществом экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), Европейским министерством окружающей среды основная ставка делается на компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). В светотехнической литературе сообщается, какие мероприятия повышают энергоэффективность осветительных установок: замена ламп накаливания (ЛН) на КЛЛ, использование люминесцентных ламп типа Т5 в системе общего освещения, применение электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) вместо электромагнитных — (ЭмПРА). Одним из основных параметров, характеризующих энергоэкономичность освещения, является световая отдача источников света, показывающая, сколько света вырабатывает лампа на каждый ватт израсходованной электроэнергии. Для ламп накаливания характерна низкая световая отдача 7 — 18 лм/Вт, световой коэффициент полезного действия составляет от 1,5 до 4% в зависимости от среды, заполняющей колбу, 70—76% мощности излучения тела накала ЛН приходится на инфракрасное излучение. Срок службы ламп накаливания в среднем составляет 1000 ч [20].
Компактные люминесцентные лампы на цоколе Е27 или Е14 с ЭПРА не требуют дополнительного оборудования для эксплуатации, как линейные люминесцентные лампы и предполагалось, что эти источники света позволят осуществить прямой переход с ЛН на КЛЛ и получить реальное энергосбережение. Крупные светотехнические производители заявляют о том, что эти лампы сохраняют все лучшие светотехнические характеристики линейных ЛЛ, в т. ч. имеют хорошую цветопередачу. Продолжительность работы КЛЛ составляет 15 тыс. ч и выше. Практически все КЛЛ на российском рынке китайского производства, но имеющие бренд Osram, Philips, Camelion и др. Отсутствие должного контроля за производством, использование дешевых комплектующих приводит к выпуску плохой продукции. Распространение некачественных КЛЛ с низкими эксплуатационными и светотехническими характеристиками подрывает как саму идею энергосбережения, так и отношение к этим лампам. Серьезной проблемой является также утилизация КЛЛ, содержащих пары ртути [4, 12, 13].
Тонкие люминесцентные лампы типа Т5, имеющие наружный диаметр колбы 16 мм, получили распространение с середины 1990-х годов. Эти лампы имеют светоотдачу до 105 лм/Вт, обладают высоким коэффициентом цветопередачи, срок службы достигает 20 тыс. ч. Конструкция этих ламп позволяет обеспечить пониженный спад
светового потока (через 10 тыс. ч наработки световой поток снижается на 5% против 20—30% у обычных ЛЛ). Содержание ртути в лампах уменьшено до 3 мг по сравнению с 30 мг в ЛЛ, они требуют для своей работы ЭПРA. Сообщается также, что использование люминесцентных ламп Т5 в сочетании с системой управления внутренним освещением в помещении позволит добиться энергосбережения в пределах 50—80% [2, 20].
В результате применения ЭПРA увеличивается световая отдача лампы до 50%, повышается стабильность световых характеристик источников света, сокращается суммарная потребляемая мощность. Наличие ЭПРA увеличивает срок службы лампы, что можно расценивать, как повышение КПД световых приборов. Установка ЭПРA позволяет достичь 22% экономии электроэнергии, а сочетание ЭПРA с датчиком автоматической регуляции яркости в зависимости от уровня естественной освещенности дает возможность достичь экономии до 42% [2, 4, 18].
Вместе с тем широкое внедрение в системах общего и местного освещения люминесцентных ламп с ЭПРA поставило в повестку дня задачи оценки электромагнитной обстановки на рабочих местах. ЭПРA преобразует промышленную частоту 50 Гц в высокочастотную электроэнергию, включает зажигание и поддерживает дальнейшее горение лампы. Нами были выполнены экспериментальные исследования высокочастотных электрических полей (ЭП), создаваемых КЛЛ в окружающем пространстве. Для измерения уровней ЭП и определения спектрального состава высокочастотного (ВЧ) излучения использованы следующие приборы: измеритель электрического поля ИЭП-05, прибор — измеритель уровней электромагнитных излучений П3—41, анализатор спектра IFR 2399B, измерительная антенна A^—0 с устройством развязки УР — 1.6, осциллограф цифровой Tektronix TDS 2024B. Все приборы на момент проведения измерений имели свидетельства о поверке.
Измерения ЭП выполнены от 11 образцов КЛЛ различных типов. Лампы отличались по конструктивным особенностям, мощности, светотехническим характеристикам. Компактные люминесцентные лампы имели от двух до шести параллельных каналов. Две модели ламп имели полуспиральную конструкцию и две модели ламп имели сферическую внешнюю оболочку в виде силиконовой колбы. Мощность КЛЛ составляла от 7 до 20 Вт, световая отдача ламп была в пределах от 260 до 1200 лм. Лампы имели цветовую температуру 2700 — 4200°К, по спектральному составу создавали теплую и холодную цветность излучения соответственно. У всех ламп был резьбовой цоколь Е27, одна модель — с цоколем
Е14. Измерения ЭП проводились на расстояниях от 0,2 до 0,5 м от лампы, размещенной в патроне. Исследования показали, что основной спектр ВЧ излучений у исследуемых ламп находился в диапазоне частот 28—58 кГц. Зарегистрированные уровни напряженности ЭП ВЧ диапазона на расстояниях от 0,2 до 0,5 м составляли от 55,5 до 7,2 В/м, соответственно. Полученные данные свидетельствуют, что при определенных условиях интенсивность ЭП ВЧ диапазона, создаваемых КЛЛ на рабочих местах, может превышать предельно допустимые уровни, установленные для населения — 25 В/м [17].
В помещениях конструкторского бюро проводились исследования электромагнитной обстановки при эксплуатации линейных люминесцентных ламп, оснащенных ЭПРА. С целью оптимизации условий освещения в кабинетах были заменены люминесцентные лампы с электромагнитными пу-скорегулирующими аппаратами на лампы с ЭПРА. До реконструкции в помещениях регистрировались высокие коэффициенты пульсации освещенности — 34—36%, что существенно превышало нормируемое значение показателя, установленного для рабочих мест с персональными электронно-вычислительными машинами (ПЭВМ) — 5%. При обследовании помещений было установлено, что после реконструкции в системах общего освещения были установлены 4-х ламповые светильники с люминесцентными лампами фирмы Philips мощностью 18 Вт, оснащенные ЭПРА типа TRIDONIC. ATCO РС 4/18 Т8 PRO. По паспортным данным рабочая частота ЭПРА — > 40 кГц.
При измерениях коэффициентов пульсации освещенности прибором «ТКА-ПКМ» было установлено, что в помещениях с люминесцентными лампами оснащенными электронными пускорегули-рующими аппаратами Кп составил 3%. Люминесцентные лампы с ЭПРА нормализуют коэффициенты пульсации, но создают другую проблему — воздействие на человека электромагнитных полей (ЭМП) высокочастотного диапазона.
Исследования фоновых уровней ЭМП, создаваемых линейными люминесцентными лампами с ЭПРА при выключенных из сети компьютерах, проводились на высотах 3, 2 и 1,5 м от поверхности пола. Исследования показали, что в помещении регистрируются фоновые электрические поля в диапазоне частот от 40 до 100 кГц. При этом максимальные уровни ЭП определялись на частоте 40 кГц. На высоте 3 м от пола (у ламп) напряженность поля составляла 13,0—23,0 В/м. С увеличением расстояния от люминесцентных ламп на высоте 1,5 м от пола на рабочих местах с ПЭВМ напряженность фонового электрического поля ВЧ диапазона снижалась и составляла на частоте 40 кГц от 6,0 до 11,4 В/м. Распределение электрического поля по помещению носило
неравномерный характер. При включении ПЭВМ напряженность электрического поля на рабочих местах в нормируемом для ЭМП компьютеров диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц была практически идентична фоновым уровням электрических полей, создаваемых люминесцентными лампами с ЭПРА на частоте 40 кГц.
На интенсивность ЭМП, создаваемых КЛЛ, помимо типа лампы, расстояния от источника излучения, могут влиять конструктивные особенности светильников, материалы плафонов и др. Анализ результатов исследований свидетельствует, что спектр высокочастотных ЭМП, создаваемых люминесцентными лампами, оснащенными ЭПРА, входит во второй нормируемый диапазон частот ЭМП, создаваемых ПЭВМ (2-400 кГц). Наш опыт показывает, что иногда при проведении измерений и гигиенической оценке ЭМП на рабочих местах с компьютерами делаются ошибочные выводы о несоответствии требованиям СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 уровней ЭМП, создаваемых ПЭВМ во втором нормируемом диапазоне частот [15]. В любом случае необходимо учитывать вклад высокочастотных излучений ЭПРА в электромагнитную обстановку на рабочих местах.
Полученные данные по характеристике электромагнитной обстановки при эксплуатации энергосберегающих ламп носят предварительный характер. Необходимо продолжение исследований по оценке ЭМП на рабочих местах при эксплуатации КЛЛ.
Выводы. 1. Анализ имеющихся данных по влиянию светотехнических характеристик энергосберегающих источников света на зрительный анализатор показывает, что их разработка и широкое внедрение требуют гигиенического сопровождения. В настоящее время вопросы влияния новых источников света на состояние зрительного анализатора и работоспособность персонала рассматриваются преимущественно в светотехнической литературе. 2. Важной является оценка влияния спектров излучения на зрительный анализатор и разработка рекомендаций к применению новой техники для различных категорий работающих, особенно, от деятельности которых зависит безопасность на объектах метрополитена, железнодорожного, водного и воздушного транспорта и других. 3. Необходима разработка методических вопросов оценки высокочастотных ЭМП на рабочих местах при использовании в системах общего и местного освещения люминесцентных ламп с электронными пускорегулирующими аппаратами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аладов А.В., Закгейм А. Л., Мизеров М. Н., Черняков А.Е. // Светотехника. — 2013. — № 3. — С. 7-10.
2. Бабанова Ю.Б., Лунчев В. А. // Светотехника. — 2011. — № 5. — С. 35-40.
3. Бижак Г., Кобав М. Б. // Светотехника. — 2012. — № 3. — С. 11-16.
4. Бодарт М. и др. // Светотехника. — 2010. — № 2. — С. 13-20.
5. Ван Гилс М. и др. // Светотехника. — 2012. — № 1. — С. 37-45.
6. Варфоломеев Л.П. // Светотехника. — 2012. — № 6. — С. 22-25.
7. Елисеев Н.П., Решенов С.П. // Светотехника. — 2012. — № 4. — С. 12-17.
8. Зак П.П., Островский М.А. // Светотехника. — 2012. — № 3. — С. 4-6.
9. Закгейм А.Л. // Светотехника. — 2012. — № 6. — С. 12-21.
10. Коробко А.А., Черняк А.Ш., Шмаров И.А. // Светотехника. — 2011. — № 4. — С. 62-65.
11. Кучма В.Р., Текшева Л.М., Надеждин Д.С., Зве-здина И.В. // Гиг. и сан. — 2011. — № 2. — С. 41-45.
12. Медведев М.Г. // Светотехника. — 2010. — № 2. — С. 72.
13. Нечаев В.В., Чиркова А.И. // Светотехника. — 2010. — № 6. — С. 50-52.
14. Ошурков И.А., Поляков В.Д., Ремизевич Т.В. // Светотехника. — 2013. — № 2. — С. 12-16.
15. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
16. СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10. Изменения и дополнение № 1 к СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.
17. СанПиН 2.1.2.2801-10 Изменения и дополнения № 1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях».
18. Светодиоды и их применение для освещения / Под ред Ю.Б. Айзенберга. М.: Знак. — 2012. — 275 с.
19. Свод правил СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.
20. Справочная книга по светотехнике / Под ред Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. М.: Знак. — 2006. — 952 с.
Поступила 14.11.13
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Никитина Валентина Николаевна
зав. научно-исследовательской лабораторией электромагнитной безопасности СПбГМТУ, д-р мед. наук, проф. кафедры экологии промышленных зон и акваторий. E-mail: nvn 1964@yandex .ru Ляшко Галина Григорьевна,
ст. науч. сотр. научно-исследовательской лаборатории электромагнитной безопасности СПбГМТУ, канд. мед. наук. E-mail: [email protected] Калинина Наталья Ивановна,
ст. науч. сотр. научно-исследовательской лаборатории электромагнитной безопасности СПбГМТУ, канд. мед. наук. E-mail: [email protected]
