Зависимость комфортной освещенности от цветности источников света

Иногда можно наблюдать, казалось бы, странную ситуацию – измерительные приборы показывают, что освещенности вполне достаточно, но зрительное ощущение говорит о недостатке света.

Как показывают исследования, наше зрение крайне болезненно реагирует на недостаток красной составляющей в спектре излучения ламп. Например, в случае замены ламп накаливания или натриевых ламп высокого давления (ДНаТ), имеющих цветовую температуру (Тц) менее 3000 К на светильники с цветовой температурой 6500 К, для обеспечения прежней комфортности световой среды может возникнуть необходимость увеличения освещенности в несколько раз. Данный эффект недостатка красной составляющей проявляется для так называемого дневного зрения  (при больших уровнях освещенности).

С другой стороны, при очень ярком свете, глаза тяжело переносят избыток красной, и синей составляющих спектра. 

Спектры излучения основных источников света рассматривались в статье «Освещение детской комнаты».

Одним из первых предложил согласовывать цветность излучения и освещенность для создания комфортной световой среды нидерландский исследователь Круитхоф (Kruithof). Результаты его исследований показаны на рисунке 1 «Зона комфортной освещенности».

Зона комфортной освещенности

Рис.1 Зона комфортной освещенности

Недостаток (серая зона на Рис.1) и избыток (желтая зона на Рис. 1) красного света приводят к дискомфорту зрительных ощущений. Избыток синей составляющей вызывает гораздо меньший зрительный дискомфорт, но представляет собой угрозу для сетчатки глаз при длительном воздействии.

Для примера определим допустимые уровни освещенности, позволяющие обеспечить комфортную световую среду,  для некоторых распространенных источников света.

1. Пламя свечи

Имеет цветовую температуру около 2000 К. Следовательно свечами можно обеспечить комфортное освещение лишь в диапазоне примерно 15 – 25 лк. Читать текст и писать при таком освещении вполне приемлемо. Но выполнять работу, требующую различения мелких деталей невозможно. Дальнейшее увеличение освещенности будет вызывать дискомфорт - свет от свечей будет казаться слишком ярким.

Близкую цветовую температуру имеют натриевые лампы. Поэтому их широко используют для освещения дорог и дворовых территорий, так как требуемые для наружного освещения уровни освещенности близки к этим значениям.

2. Лампа накаливания

У этих традиционных источников света цветовая температура может находиться в пределах 2500 – 2700 К. С их помощью удается реализовать осветительную установку с требуемой освещенностью 50 – 250 лк, что вполне удовлетворяет потребностям освещения жилых помещений. Лампы накаливания, наряду с галогенными, имеют самый качественный спектр излучения и являются основным источником света в жилых помещениях, не смотря на низкую светоотдачу.

3. Галогенная лампа накаливания

Цветовая температура галогенных ламп накаливания несколько выше, чем у обычных и, как правило, составляет величину около 3000 К. Эти лампы позволяют обеспечить комфортную световую среду при освещенности до 400 лк. Галогенные лампы вполне подходят для освещения большинства помещений, за исключением случаев, когда в процессе работы требуется различение очень мелких предметов. В этих случаях требуются источники света с Тц порядка 4000 К и выше.

4. Люминесцентные и светодиодные лампы с Тц=2400 - 3000К

Цветность данных ламп иметь величину, сопоставимую с цветностью ламп накаливания, но, тем не менее, спектры у них различны. В первую очередь это различие наблюдается в области красной составляющей излучения ламп. Поэтому часто не удается осуществить замену лампы накаливания на другой источник света с аналогичной цветностью при сохранении прежней освещенности без потери комфортности световой среды. Недостаток красной составляющей приводит к необходимости повышать освещенность, что бы избежать ощущения недостатка света.

В период массового внедрения люминесцентных ламп освещенность нормировалась раздельно для ламп накаливания и люминесцентных источников света. Например, такое разделение было в СНиП II-В.6  (действовал в период с 1955 по 1971 год). К сожалению, сейчас все нормирование освещенности для основных помещений приведено к условию применения люминесцентных источников света.

Например, в соответствии с требованиями СНиП II-В.6 для классов учебных заведений в случае применения ламп накаливания достаточно освещенности 150 лк. Для классов черчения и рисования – 200 лк. Этих освещенностей действительно вполне достаточно для чтения и письма.

При использовании люминесцентных ламп нормируемая освещенность в соответствии с упомянутым СНиП увеличивается вдвое. Данное требование увеличения освещенности касается и люминесцентных источников света с невысокими цветовыми температурами.

5. Люминесцентные и светодиодные лампы с Тц=4000 К

По мере повышения цветовой температуры источника света в первую очередь уменьшается доля красной составляющей в спектре излучения ламп. Поэтому минимальный уровень освещенности, при котором удается создать комфортную световую среду, повышается. Для ламп с Тц = 4000 К ощущение комфортного освещения достигается в диапазоне освещенностей выше 200 лк и до 10000 лк. То есть такая цветность ламп подходит для освещения большинства помещений, в которых люди выполняют различные работы.

6. Люминесцентные и светодиодные лампы с Тц=5000 К

Такими источниками света освещают помещения, для которых требуется обеспечить освещенность выше 300 лк.

7. Люминесцентные и светодиодные лампы с Тц=6000 – 7000 К

Эти источники света создают так называемый холодный свет и их преимущественное использование – создание осветительных установок с освещенностью выше 400 – 500 лк. Но, многие светотехники и дизайнеры для указанных величин освещенности предпочитают выбирать источники света с более низкими величинами цветовой температуры, для уменьшения доли синей составляющей в спектре излучения. Особенно это касается светодиодов.

Лампы с холодным белым светом плохо подходят для освещения помещений, для которых нормами установлены небольшие уровни освещенности. Например, в коридоре при освещенности 75 – 100 лк постоянно будет ощущение недостатка света.

Сейчас большое внимание уделяется повышению энергоэффективности осветительных установок. Если при проектировании освещения не принимать во внимание необходимость согласования цветности источников света с требуемой освещенностью, то в ряде случаев мы не сможем одновременно достичь комфортной световой среды и высоких показателей энергоэффективности. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Энергоэффективность источников света».

 Источники света для дома 

Рис. 2 Источники света для дома

Виктор Чернов

7 мая 2017 г.

К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)