CC BY
99
многоквартирных жилых зданий. М.: АВОК. №1. 2014.
13. Дмитриев А.Н. Табунщиков Ю.А. «Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия».
14. Вентиляция с возможностью поддержания заданных параметров качества воздуха в жилых помещениях. М.: АВОК №1 2018.
15. Табунщиков Ю.А. Микроклимат и энергосбережение: пора менять приоритеты. М.: АВОК. №5.2008.
УДК 616-001.14
Калинина Н.И.
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ
ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, Санкт-Петербург, Россия
kalinina@s-znc. ru
Резюме.
В настоящее время для целей освещения начинают применяться современные энергоэффективные светодиодные источники света. Использование светодиодов в помещениях должно соответствовать требованиям национальных стандартов и гигиеническим требованиям. Важно обеспечить гигиенические нормы по освещению при использовании светодиодов в школах.
Ключевые слова: источники света, светодиоды, спектр излучения, гигиена освещения.
Summary.
Kalinina N.I. Hygienic aspects of application of modern light sources. Currently, modern energy-efficient led light sources are being used for lighting purposes. The use of led in the premises must comply with national standards and hygiene requirements. It is important to ensure hygienic standards for lighting when using LEDs in schools.
Key words: light sources, LEDs, radiation spectrum, lighting hygiene
Введение. Зрительная система человека постоянно выполняет определенную работу по различению и сопоставлению каких-либо объектов или цветов. Зрительный анализатор способен работать в очень широком диапазоне яркостей - от 10-6 кд/м2 до 104 кд/м2, благодаря такой важной функции как адаптация, т.е. перестройка, приспособление зрительной системы к изменившимся условиям освещения. Свет является важнейшим фактором окружающей и производственной среды, оказывает стимулирующее воздействие как на орган зрения, так и на все системы организма человека. Источники искусственного света, превращающие в оптическое излучение энергию какого-либо вида, предназначены для создания наиболее оптимального и рационального светового климата. Начало нулевых годов на светотехническом рынке отмечено появлением светодиодных источников света, называемых в нашей стране СД, СДЛ, за рубежом - LED. Свето-диоды признаны официальными источниками света и призваны заменить как лампы накаливания, так и люминесцентные лампы: конструктивно СД могут выпускаться аналогами этих ламп. В СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-101 впервые указаны рекомендации по применению светодиодных источников света в системах общего и местного искусственного освещения.
Материал и методы. Представлены результаты изучения материалов из светотехнических, нормативно-технических и санитарно-эпидемиологических источников, посвященных применению светодиодов для осветительных целей. В настоящее время является актуальным обеспечение гигиенических норм освещения при использовании энергоэффективных источников света, в том числе светодиодов и световых приборов на их основе.
Результаты и обсуждение. Существующие источники искусственного света делят на три класса: тепловые, разрядные и светодиодные. К тепловым источникам относятся лампы накаливания, до недавнего времени эти лампы являлись массовыми и универсальными источниками света, благодаря простому и надежному устройству. Для ламп накаливания характерна низкая световая отдача 7 - 18 лм/Вт, световой КПД 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 1000 ч. Все это позволило считать лампы неэффективными источниками света и определило их дальнейшую судьбу. Следует подчеркнуть, что по ряду светотехнических характеристик ЛН являются эталоном, например, по цветопередаче: лампа накаливания имеет самый высокий индекс цветопередачи - 100. Эти лампы создают теплый свет, привычный для человека, в§04олюции которого присутствовало пламя
костра, факела и свечи. Все остальные источники искусственного света, как правило, идут в сравнение с лампами накаливания [1].
Внедрение разрядных ламп в свое время позволило создать в производственных помещениях высокие уровни освещенности, которые были обусловлены гигиеническими нормами. Так, зрительные работы наивысшей точности требовали создания таких уровней освещенности на рабочих местах, которые не обеспечивали самые мощные лампы накаливания. Представителями разрядных источников являются люминесцентные лампы (ЛЛ), широко используемые в административных и общественных зданиях, в т.ч. учреждениях здравоохранения и обучения, офисных и торговых помещения и др. Повсеместно применяются современные люминесцентные лампы типа Т8, имеющие диаметр колбы 26 мм, мощность 18 Вт, устанавливаемые в потолочные 4-хламповые светильники с экранирующими решетками. Лампы имеют зарубежную маркировку и на колбе можно прочитать ее мощность, название фирмы - производителя [2, 3].
В конце 90-х годов на светотехническом рынке появилось поколение люминесцентных ламп типа Т5. ЛЛТ5 имеют диаметр колбы 16 мм, мощность 14 -35 Вт и выше. Специалисты подчеркивают, что лампы Т5 интересны определенным потенциалом энергосбережения: продолжительность горения составляет 20 - 24 тыс. час, высокие световая отдача - 105 лм/Вт и индекс цветопередачи, пониженный спад светового потока по сравнению со стандартными ЛЛ. Содержание ртути в лампах уменьшено до 3 мг против 30 мг в классических ЛЛ. ЛЛТ5 работают с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), что обеспечивает низкие коэффициенты пульсации освещенности в освещаемых помещениях. Для ламп Т5 были разработаны специальные модели светильников с зеркальными отражателями и экранирующими решетками. Устанавливать лампы Т5 в старые светильники для ламп Т8 крайне не рекомендуется: снижается эксплуатационный КПД светильника, нарушается светораспределение и требования электромагнитной совместимости светильников, что ведет к сокращению их срока службы. Отдельно следует сказать о яркости ЛЛТ5, которая выше яркости ЛЛТ8 почти в два раза и может провоцировать ослепленность в случае использования нерациональной светоарматуры. Сообщается также, что использование люминесцентных ламп Т5 в сочетании с системой управления внутренним освещением в помещении позволит добиться энергосбережения в пределах 50-80% [4]. В России эти источники света не получили широкого распространения.
Большой размер ЛЛ с удлиненной колбой считался в определенных ситу-
ациях недостатком источника света. Сокращение размеров и создание компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) стало возможным в начале 90-х годов в связи с использованием в колбе лампы редкоземельных люминофоров. Преимуществом КЛЛ является световая отдача в 4-5 раз выше, чем у ламп накаливания, высокий индекс цветопередачи, стабильный световой поток, большой срок службы 15 - 20 тыс. часов. Такие показатели позволили именно эти лампы называть энергосберегающими. Предполагалось, что КЛЛ со встроенным ПРА и резьбовым цоколем Е-27 и Е-14 послужат прямой заменой лампам накаливания. Однако, потребительский спрос на эти лампы невысок практически во всех странах мира, что связано с тем, что фактические показатели не соответствуют заявленным производителями. Негативную реакцию потребителей вызывает цвет излучения лампы, конструктивные особенности, наличие ртути, хотя и уменьшенное в значительной степени, требуется утилизация и демеркуризация ламп [5, 6].
Важным качественным показателем освещения является спектральное излучение источников искусственного света. Цветовые характеристики источников света характеризуются цветностью излучения и индексом цветопередачи Яа. Цветность излучения источника света определяется цветовой температурой Тц (коррелированной цветовой температурой), чем выше цветовая температура, тем холоднее воспринимается свет. Индекс цветопередачи по принятой системе оценки имеет диапазон значений от 0 до 100. Отличную и очень хорошую цветопередачу обеспечивают лампы с Ra от 80 до 100, от 70 до 80 - хорошую, от 60 до 70 - удовлетворительную, менее 60 - низкую. Отечественные стандартные линейные люминесцентные лампы типа ЛБ имеют Ra не выше 70, компактные -от 80 до 85. Люминесцентные лампы типа ЛЕЦ, ЛДЦ, ЛХЕ, производимые в России, обеспечивают отличную цветопередачу, применяются в текстильном, швейном производстве, в полиграфии [1, 3].
Можно судить только по литературным источникам, как внедрялись первые электрические лампы в дореволюционной России. В свою очередь мы являемся современниками появления совершенно новых источников света. Впервые белое свечение СД получили в 1996 г., до этого светодиоды генерировали монохромное свечение синего, зеленого, красного цветов. В состав СД входит полупроводниковый кристалл, покрытый пленкой люминофора. Наиболее распространенным способом получения белого света от СД является сочетание излучения синего кристалла и желтого излучения люминофорного слоя. Такие светодиодные лампы называют белыми люминофорными светодиодами. Для них харак-
терна сильная голубая полоса с максимумом на длинах волн 450-460 нм и дефицит излучения в красной области 630-750 нм. Светодиоды - источники высокой яркости при малой площади светящей поверхности. В светильниках могут быть установлены единичные светодиоды или собраны в модули несколько десятков светодиодов, при этом яркость СД будет выше общего светящегося фона. Блес-кий источник света не должен находиться в поле зрения, так как прямой взгляд на него приведет к ослепленности и нарушению функционального состояния зрительного анализатора. Следовательно, конструкция светильника и качество светорассеивающих материалов имеют важное значение для устранения блеско-сти и создания зрительного комфорта при работе при светодиодном освещении. Специалисты - светотехники обращают внимание на отличие светодиодов от других источников света в том, что излучают свет в одну полусферу, для обеспечения необходимого направления светового потока требуется соответствующая светоарматура. Световые приборы с СД должны иметь защитный угол, исключающий попадание прямого света в поле зрения человека. На электрические и оптические характеристики СДЛ оказывает сильное влияние температура р-п - перехода (или кристалла), повышение температуры приводит к уменьшению светового потока и сдвигу длины волны излучения. Нагревание кристалла может не только уменьшить срок службы, но и вывести лампу из строя. СД работают на низком постоянном токе, включение их в сеть переменного напряжения обеспечивают специальные устройства управления, преобразователи напряжения [7, 8].
В последние годы была актуализирована и гармонизирована светотехническая нормативно-правовая база, разработаны и введены в действие национальные стандарты, регламентирующие требования к светодиодам и светодиодным модулям при их использовании в производственных условиях, в общественных и жилых зданиях, при наружном освещении. В тоже время имеется большое количество работ, рассматривающих самые разные вопросы применения светодиодных ламп. Нам представляется важным сообщения специалистов - светотехников о том, что при проверочных испытаниях реальная световая отдача многих СД ламп составляет не выше 70 лм/Вт (при прогнозируемых 100 лм/Вт). Отклонения по световому потоку скорее всего связаны с некачественным блоком питания, повышенной температурой кристалла. Исследования в Бельгии показали, что только у 17% испытанных типов светодиодных ламп был заявленный индекс хорошей цветопередачи - более 80, у остальных - значительно ниже. Излучаемый светодиодами световой поток полностью повторяет форму протекающего
через СД тока. Качество изготовления преобразователя напряжения напрямую влияет на коэффициент пульсации освещенности: зафиксированы высокие коэффициенты пульсации (Кп) от СД, чего не должно быть по определению [9,10]. В документах санитарного законодательства СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03^ а также в своде правил СП 52.13330.20^ приведены четкие требования по ограничению пульсаций светового потока в помещениях, особенно жесткие требования при работах с персональными компьютерами. Таким образом, некачественные светодиодные источники света не обеспечивают заявленные светотехнические характеристики и срок службы, нормируемые уровни освещенности и качественные параметры освещения, тем самым создают проблемы для зрения человека.
Наличие у белых СД выраженной полосы 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, обсуждается в печати. Подчеркивается потенциальная опасность излучения люминофорных СД холодно-белого света с коррелированной цветовой температурой Тц>6000 К. Излучение в сине-голубой полосе 440-460 нм, считают специалисты, представляет повышенную опасность и риск фотоповреждения сетчатки у детей и подростков, т.к. их хрусталики вдвое прозрачнее в сине-голубой области, чем глаза взрослых людей. Из белых СД наименее опасными для зрения представляются СД с коррелированной цветовой температурой Тц не выше 4000 К, у которых уровень излучения в сине-голубой части спектра не больше, чем в желто-оранжевой. Ряд специалистов подчеркивает, что важны не столько спектральные характеристики источников света, но длительность нахождения при таком освещении. Имеются также сообщения о неосновательности опасений освещения с выраженной сине-голубой компонентой. Тем не менее, следует сделать вывод, что для организации системы освещения следует предъявлять очень серьезные требования к спектральным характеристикам излучения светодиодных ламп [11-14].
В нашей стране были проведены экспериментальные исследования по изучению и оценке психофизиологического состояния людей (волонтеров) при выполнении работы в условиях освещения светодиодными и люминесцентными лампами. Установлено, что динамика изучаемых показателей после интенсивных зрительных и нервных нагрузок при светодиодном освещении имела более положительную направленность. Специалисты объясняют эти результаты меньшей пульсацией светового потока и биологически более благоприятным спектром излучения СД по сравнению с 8ЛЛ Обследование детей и подростков во
время школьных занятий также при двух вариантах общего освещения - ЛЛ и СД ламп показало, что при последнем варианте освещения наблюдались более высокие количественные и качественные показатели умственной работоспособности, большая стабильность изучаемых показателей функционального состояния зрения, оптимизация психоэмоционального статуса школьников. Субъективно учащиеся и учителя данной школы оценивали светодиодное освещение как комфортное. Авторы сообщают, что при проведении экспериментов уровни освещенности составили 400 лк, коэффициент пульсации освещенности не превышал 10%, коррелированная цветовая температура источников света составила 4500 К [15, 16].
С 01.01.2017 г. в России введены санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.3359-16\ Требования документа распространяются на проектируемые, вновь вводимые в эксплуатацию, реконструируемые и эксплуатируемые объекты. фона. В документе указано, что источники света, создаваемые по новым технологиям, требуют проведения санитарно-эпидемиологической экспертизы перед их использованием в системах искусственного освещения. К сожалению, в документе не указано, какие показатели должны учитываться при проведении санитарно-эпидемиологической экспертизы.
В письме руководителя Роспотребнадзора А.Ю. Поповой от 22 мая 2017 г. N 01/6355-17-23i сообщается о возможности использования светодиодного освещения в жилых, общественных зданиях, на производстве, а также в школах и учреждениях начального профессионального образования. Ограничена возможность использования СД только в помещениях детских дошкольных учреждений.
Исходя из положений нормативно-технической литературы и документов санитарного законодательства, можно сформулировать основные требования к количественным и качественным показателям освещения с использованием све-тодиодов:
1) Световые приборы со светодиодами должны обеспечивать нормируемые уровни освещенности рабочих поверхностей в помещениях.
2) Световые приборы для общего и местного освещения должны иметь защитный угол, исключающий попадание в поле зрения прямого излучения и матированные или призматические рассеиватели, перекрывающие выходное отверстие светильника. Прямое излучение от светодиодных источников света повышенной яркости не должно попадать в поле зрения лиц, находящихся в помещении. Использовать светильники с открытыми^ етодиодами запрещено.
3) Для общего и местного искусственного освещения следует использовать источники света с коррелированной цветовой температурой от 2400 К до 5500 К. В образовательных учреждениях (школы, учреждения начального, среднего и высшего образования) и лечебных учреждениях рекомендуется применение свето-диодов белого света с коррелированной цветовой температурой 3000 К, максимально допустимая КЦТ < 4000 К согласно ГОСТ Р 54350-2015\
4) В системах общего освещения рекомендуются источники света с общим индексом цветопередачи Rа>80.
5) В осветительных установках следует использовать светодиоды мощностью не более 0,3 Вт.
6) В учреждениях дошкольного образования, а также в основных функциональных помещениях лечебно-профилактических учреждений следует применять разрядные (люминесцентные) лампы и лампы накаливания, в том числе галогенные лампы накаливания. Использование светодиодных источников в указанных помещениях не рекомендуется.
Выводы.
1. Светодиодные источники света и световые приборы на их основе являются перспективными и энергоэффективными источниками света, применение которых предполагает высокие положительные экономические и социальные результаты.
2. Использование светодиодных источников света в помещениях должно соответствовать требованиям национальных стандартов и документов санитарного законодательства.
3. Следует ограничивать использование светодиодных источников света в помещениях детских дошкольных учреждений.
4. Необходимы дальнейшие углубленные исследования, подтверждающие гигиеническую и фотобиологическую безопасность длительного воздействия излучения светодиодных источников света на организм человека.
Список литературы
1. Айзенберг Ю.Б., ред. Справочная книга по светотехнике - 3-е изд.- М.: Знак; 2006. 972 с.
2. Федоров В.В. Люминесцентные лампы. М.: Энергоатомиздат; 1992. 128 с.
3. Кроль Ц. Е., Мясоедова Е. И., Терешкевич С. Г. Качество промышленного освещения. М.: Энергоатомиздат; 1991. 224 с.
810
4. Рыбалов С.Л. Новое поколение энергоэффективных тонких люминесцентных ламп типа Т5. М.: Знак; 2011.16 с.
5. Медведев М.Г. Некоторые соображения о замене ламп накаливания на компактные люминесцентные. Светотехника. 2010; 2:72.
6. Бодарт М., Денейер А., Кеппенс А., Рикарт У.Р., Ройзин Б., Ханселаер П. и др. Характеристики компактных люминесцентных ламп со встроенными пускорегу-лирующими аппаратами и их сравнение с лампами накаливания. Светотехника. 2010; 2: 13-20.
7. Айзенберг Ю.Б., ред. Светодиоды и их применение для освещения. М.: Знак; 2012. 275 с.
8. Тэтри Э. Характеристики ламп прямой замены ламп накаливания. Светотехника. 2015; 3: 37-41.
9. Варфоломеев Л.П. О действительной энергоэффективности применения све-тодиодов в осветительных установках. Светотехника. 2012; 6: 22-25.
10. Елисеев Н.П., Решенов С.П. О предельных световых и цветовых характеристиках белых светодиодов. Светотехника, 2012; 4: 12-17.
11. Аладов А.В., Закгейм А.Л., Мизеров М.Н., Черняков А.Е. О биологическом эквиваленте излучения светодиодных и традиционных источников света с цветовой температурой 1800-10000 К. Светотехника. 2013; 3: 7-10.
12. Зак П.П., Островский М.А. Потенциальная опасность освещения светодио-дами для глаз детей и подростков. Светотехника. 2012; 3: 4-6.
13. Дейнего В.Н., Капцов В.А. Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека. Гигиена и санитария. 2013; 6: 81-84.
14. Дейнего В.Н., Капцов В.А., Балашевич Л.И., Светлова О.В., Макаров Ф.Н., Гусева М.Г. и др. Профилактика глазных заболеваний: светобиологическая безопасность и гигиена энергосберегающих источников света. Аналитический обзор. Глаз. 2016; 1:18-33.
15. Кучма В.Р., Текшева Л.М., Надеждин Д.С., Звездина И.В. Гигиенические аспекты применения светодиодных источников света в системах общего искусственного освещения. Гигиена и санитария. 2011; 2: 41-45.
16. Текшева Л.М. Сравнительная гигиеническая оценка условий освещения люминесцентными лампами и светодиодными источниками света в школах. Светотехника. 2012; 5:16-22.
