Drogi, ulice i okolice są oświetlane przez oświetlenie uliczne, aby poprawić bezpieczeństwo pieszych i kierowców. Wysokoprężne lampy wyładowcze, najczęściej wysokoprężne lampy sodowe (HPS) i metalohalogenkowe, są stosowane w starszych systemach oświetlenia ulicznego. Te źródła światła były wcześniej znane z zapewniania największego oświetlenia na wat zużytej energii. Kluczowe staje się oszczędzanie paliw kopalnych i tworzenie nowych, wiecznych źródeł energii, ponieważ zasoby naturalne i energia ostatecznie się wyczerpią. W rezultacie ludzie na całym świecie pracują nad strukturami publicznymi w ten sposób. Efektywność energetyczna, a także szereg dodatkowych zalet, takich jak zwiększona żywotność produktu, mniejsze koszty konserwacji i mniejszy wpływ na środowisko naturalne, są tym, co napędza zapotrzebowanie na energooszczędne oświetlenie LED.
Zaniedbana preferencja
Ze względu na naiwne pragnienie postrzegania jako „chłodniejszego” lub „bielszego”, w oświetleniu zewnętrznym często stosuje się źródła światła CCT (skorelowana temperatura barwowa) o barwie chłodnej bieli. Ludzie wybierają światła o wysokiej temperaturze barwowej, które dają im uczucie chłodu, ponieważ klimat w krajach o niskich szerokościach geograficznych jest gorący. Niektóre osoby przyzwyczaiły się do zimnej bieli oświetlenia w wyniku popularności świetlówek w ostatnich dziesięcioleciach. Uważają, że wzrok poprawia się dzięki „bielszemu” światłu. Ale czy w dobie oświetlenia LED jednostki nadal powinny opierać swoje decyzje na emocjach? Nigdy więcej! Amerykańskie Stowarzyszenie Medyczne (AMA) opublikowało 14 czerwca 2016 r. oficjalne oświadczenie dotyczące polityki dotyczącej oświetlenia ulicznego. Jeśli chodzi o negatywny wpływ świateł LED o dużej intensywności, wzbudziło to poważne zaniepokojenie.
Jak powstaje białe światło
Ponieważ światło białe jest zasadniczo mieszaniną światła o dwóch lub więcej kolorach (lub długościach fal), a diody elektroluminescencyjne są niemal monochromatycznymi źródłami światła, które emitują światło o jednym kolorze, najpopularniejsza metoda wytwarzania białego światła z modułu LED na momentem jest użycie jednokolorowej diody LED (zwykle niebieskiej diody LED) i elementu przetwarzającego długość fali (którym zwykle jest żółty luminofor). Substancja, z której wykonana jest dioda LED, często wpływa na emitowany przez nią kolor. Pakiet zawierający niebieską diodę LED zbudowaną z azotku galu (GaN) pokrytego luminoforem, najczęściej granatem itrowo-aluminiowym (YAG), który działa jako element konwersji długości fali (WCE) w celu wytworzenia koloru białego o wymaganej temperaturze barwowej, służy jako reprezentatywne przedstawienie białej diody LED. Kolor światła białego można regulować, dostosowując skład frakcji wypełnienia lub procent wagowy. W wielu zastosowaniach oświetleniowych przydatna jest możliwość wytwarzania białego światła w szerokiej przestrzeni chromatyczności.
Niebezpieczeństwo czerwonego światła
Oświetlenie uliczne LED o dużej intensywności generuje znaczną ilość niebieskiego światła, które nieuzbrojonym okiem wygląda na białe i powoduje bardziej niekorzystne wieczorne olśnienie niż oświetlenie konwencjonalne, pomimo zalet związanych z oszczędnością energii. Ekspozycja na światło niebieskie, które występuje głównie w zakresie długości fal od 400 do 500 nm, może być niebezpieczna lub powodować fotochemiczne uszkodzenie siatkówki. Ze względu na dodatkowe niebieskie i zielone emisje z powlekanych luminoforem diod LED, które bardziej rozpraszają się w oku i mają negatywny wpływ na środowisko oraz odblaski, zanieczyszczenie światłem jest większe.
Podczas przechodzenia na oświetlenie LED, które łagodzi negatywne konsekwencje dla zdrowia i środowiska, nowa rada AMA zaleca zwrócenie szczególnej uwagi na odpowiedni projekt i aspekty techniczne. W szczególności zwracają uwagę na fakt, że bogate w niebieskie światło diody LED mogą pogarszać widoczność i bezpieczeństwo, budząc obawy i stwarzając zagrożenie na drodze. Aby w dłuższej perspektywie oszczędzać energię i pieniądze, białe latarnie uliczne LED są obecnie wprowadzane do miast i miasteczek na całym świecie. Podczas niedawnej zmiany oświetlenia ulicznego z HPS na LED, kilka krajów zdecydowało się na CCT między 4000K a 6500K. Ludzkie oko interpretuje niebieskie światło, które stanowi 29 procent spektrum oświetlenia LED 4000K, jako jasny biały kolor. Oprócz wpływu na kierowców, światła uliczne LED o dużej zawartości niebieskiego działają na długości fali, która najsilniej tłumi melatoninę w nocy. W porównaniu z tradycyjnym oświetleniem ulicznym, białe lampy LED mają pięciokrotnie większy wpływ na rytm dobowy snu.
efekt biologiczny
Światła LED o wysokiej intensywności mają widmo z wysokim szczytem przy długości fali, która najsilniej tłumi melatoninę w nocy. Szyszynka, mały gruczoł w kształcie szyszki, który znajduje się blisko centrum mózgu, wydziela hormon melatoninę. Szyszynka utrzymuje wewnętrzny zegar kontrolujący cykle biologiczne poprzez uwalnianie melatoniny. Melatonina wpływa na różne procesy fizjologiczne człowieka. Hormon ten wpływa na układ odpornościowy, ułatwia zasypianie, wpływa na nastrój, przyspiesza dojrzewanie i reprodukcję oraz wpływa na sen. Według badań na produkcję i wydzielanie melatoniny wpływa przede wszystkim światło. Melatonina jest bardziej wrażliwa na światło w świetle kolorowym o krótkich falach, podczas gdy jest mniej wrażliwa na światło w świetle kolorowym o długich falach. Na podstawie tłumienia melatoniny uważa się, że oświetlenie LED pokryte fosforem jest co najmniej pięć razy skuteczniejsze niż wysokoprężne oświetlenie sodowe pod względem wpływania na fizjologię okołodobową.
Wysoki CCT poprawi widoczność
Czujniki koloru w oku reagują na promieniowanie elektromagnetyczne odbite od obiektu, aby określić kolor, który widzą ludzie. Ludzkie oko jest bardziej wrażliwe na światło o krótkich falach podczas oglądania w warunkach mezopowych. Dlatego białe diody LED pokryte fosforem z większym udziałem światła niebieskiego miałyby lepszą skuteczność świetlną, gdy byłyby oglądane przez soczewkę mezopową niż przez soczewkę fotopową. Ta cecha została wcześniej wymieniona jako zaleta białych diod LED. Jednak zmniejszona transmisja we mgle lub zamgleniu wiąże się z większym CCT. Światło nie jest w stanie w pełni przejść przez mgłę lub zamglenie z powodu rozpraszania Mie i Rayleigha. Ponieważ latarnie uliczne są używane do oświetlania drogi podczas mgły lub zamglenia, ich zdolność do penetracji mgły jest kluczowym czynnikiem. Żółte światło generalnie przenika przez mgłę skuteczniej niż światło białe. Większość białych diod LED ma ograniczoną zdolność przenikania przez mgłę. Ze względu na rozpraszanie molekularne (Rayleigh) i aerozolowe (Mie), ograniczona zdolność przenikania mgły prowadzi również do zwiększonego zanieczyszczenia poświatą miasta przez białe diody LED. Oprócz osłabienia światła gruntu i utrudnienia dostrzeżenia przedmiotów na ziemi (co jeszcze bardziej zmniejsza bezpieczeństwo na drodze), takie rozproszenie ma również negatywny wpływ na badania astronomiczne i ogólną atrakcyjność nocnego nieba.
Istotnym aspektem, który przyczynia się do nocnych wypadków drogowych, jest nieefektywna adaptacja do ciemności. Oświetlenie o niskiej temperaturze barwowej jest często wykorzystywane jako oświetlenie w celu przyspieszenia procesu aklimatyzacji do ciemności oraz zwiększenia bezpieczeństwa i efektywności jazdy. Najdłuższy okres adaptacji do ciemności i stosunkowo wysoki udział składowych niebieskiego światła obserwuje się w oświetleniu LED z zimnym białym lub dziennym CCT. Z drugiej strony ciepłobiałe diody LED mają krótki czas adaptacji do ciemności ze względu na niski CCT i duży udział składowych o dużej długości fali. Oświetlenie jezdni powinno uwzględniać adaptację do ciemności podczas projektowania, a oświetlenie tuneli jest dość istotne.
Odpowiednie oświetlenie
W przypadku instalacji zewnętrznych, takich jak drogi, AMA zaleca stosowanie świateł o temperaturze barwowej 3000 K lub niższej. Chociaż światło ma nieco cieplejszy ton i około 21 procent emisji przypada na niebieski obszar widma o temperaturze 3000 K, ludzkie oko nadal postrzega je jako „białe”. Nawet jeśli wyjście jest nadal stosunkowo niebieskie jak na ustawienie nocne, jest to jednak znaczna poprawa w porównaniu z oświetleniem 4000K, ponieważ zmniejsza dyskomfort i odblaski dla osób niepełnosprawnych. Dzięki różnym powłokom oświetlenie o temperaturze barwowej 3000 K jest zaledwie o 3 procent mniej energooszczędne niż oświetlenie o temperaturze barwowej 4000 K, ale jest też o wiele przyjemniejsze pod względem estetycznym dla ludzi i ma mniejszy wpływ na zwierzęta. Ponadto całe oświetlenie LED powinno być odpowiednio izolowane, aby zredukować olśnienie i negatywny wpływ na ludzi i środowisko, a także należy dążyć do zmniejszenia wydajności oświetlenia LED w okresach poza szczytem.
Ludzkie oko ma rozsądną zdolność adaptacji do ciemności i rozróżniania kolorów przy oświetleniu LED około 3000 K CCT. Światło LED w tym CCT ma również stosunkowo wysoką skuteczność świetlną i mniejszy negatywny wpływ na nasze samopoczucie fizyczne i psychiczne. Chociaż istnieją kompromisy w projektowaniu oświetlenia, jasne jest, że oświetlenie LED o wysokiej CCT nie powinno być stosowane do oświetlenia ulicznego. Luminancja, wskaźnik oddawania barw (CRI), CCT, kontrola olśnienia, migotanie, mezopowe natężenie oświetlenia, adaptacja do ciemności, zagrożenie światłem niebieskim, postrzeganie kolorów, przenikanie mgły i zanieczyszczenie poświatą nieba to ważne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy ocenie każdego projektu .
