ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ ОСВЕЩЕНИЯ НА АККОМОДАЦИОННЫЙ ЗРИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

В РФ существует закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» [7]. В соответствии с этим законом, правительство РФ установило определенные требования к энергоэффективности различных источников света. Согласно [7], энергосбережение – реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования.

Свод правил СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» [6], являющийся актуализированной редакцией СНиП 23-05-95, устанавливает нормы естественного, искусственного и совмещенного освещения для зданий и сооружений. Также немаловажное значение имеет [6] при проектировании освещения помещений вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения. Свод правил содержит требования, касающиеся энергоэффективности источников света, например ссылку на [7], ограничивающий применение ламп накаливания общего назначения, мощность которых составляет 100 Вт и больше. Данный документ рекомендует использовать энергоэкономичные источники света, которые имеют наибольшую световую отдачу и срок службы (то есть разрядные источники света и светодиоды). Содержится указание об использовании источников света с цветовой температурой от 2400 К до 6800 К, без привязки к конкретным типам источников света.

Приложение 3 [6] содержит рекомендации по применению источников света с различной цветовой температурой при выполнении работ с различными требованиями к цветоразличению. Данное приложение носит рекомендательный характер и не содержит требований к цветовой температуре источников света в зависимости от точности зрительной работы.

На сегодняшний день среди энергосберегающих источников освещения наиболее распространены люминесцентные лампы и светодиоды.

Люминесцентные лампы - это газоразрядные источники света, световой поток которых определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда. В связи с тем, что у люминесцентных ламп световая отдача в несколько раз больше, чем у ламп накаливания, люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения.

Главные достоинства люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания - это высокая светоотдача и более длительный срок службы (до 20000 часов против 2000–3000 часов ламп накаливания) [3]. Но люминесцентные лампы содержат ртуть, которая опасна как для здоровья человека, так и для окружающей среды, по этому причине люминесцентные лампы требуют специальной утилизации.

В 2014 году РФ была подписана Минаматская конвенция, регламентирующая постепенный отказ от производства ртутьсодержащих приборов, в том числе и люминесцентных ламп, которые будут запрещены к 2020 году. Поэтому, следует рассмотреть альтернативу энергосберегающим люминесцентным лампам – светодиоды.

Светодиоды - наиболее современные источники света, в основе работы которых лежит принцип электролюминесценции. При пропускании электрического тока через границу, соединяющую два полупроводника различного типа проводимости (p-n переход) выделяется энергия в виде электромагнитного излучения видимого спектра - свет. Светодиоды широко применяют в качестве источников сета для наружного и внутреннего освещения. Такое распространение светодиодов стало возможным благодаря росту их светового потока и световой отдачи [1, 8]. Для получения белого свечения в основном используются люминофорные светодиоды, состоящие из синего полупроводникового излучателя в комбинации с желтым люминофорным покрытием. Кристалл покрывается слоем геля с порошком люминофора так, чтобы часть его излучения поглощалась в веществе люминофора и возбуждала его, а часть проходила сквозь люминофор свободно. В результате смешение исходного синего свечения нитрида галлия с желтым свечением люминофора дает белый свет [8].

Согласно [1, 8], достоинствами светодиодов являются высокая эффективность (световая отдача свыше 120 лм/Вт); срок службы свыше 50 000 часов; высокий индекс цветопередачи, Ra > 85; разнообразная цветовая температура 2700 - 6500 К; высокая прочность; отсутствие инерционности при включении/выключении; экологическая безопасность (отсутствие в составе соединений ртути).

К недостаткам можно отнести концентрированный световой поток (высокую яркость), отличие спектра излучения от естественного солнечного спектра и достаточно высокую стоимость.

Первой задачей исследований, проводимых Южно-Уральским государственным университетом (национальным исследовательским университетом) совместно со специалистами Южно-Уральского государственного медицинского университета  Минздрава России,  является оценка  влияния излучения энергосберегающих источников света на состояние зрительных функций и организма человека в целом. Следующая задача – разработка рекомендаций, которыми необходимо пользоваться при создании установок искусственного освещения, безопасных как для зрения человека, так и для общего состояния организма.

Для оценки зрения человека применялись следующие методы офтальмологического обследования: проверка остроты зрения (vis) по таблицам Сивцева-Головина; использование корректурных проб; бесконтактная тонометрия (Tn) в автоматическом режиме на тонометре «TopconCT – 80»; авторефрактометрия на рефрактометре «TopconKR 8800»; биомикроскопия на щелевой лампе Zeiss; проверка аккомодационного аппарата (определение абсолютного АОА и относительного объема аккомодации ООА) с помощью текстовых таблиц для проверки зрения и набора оптических стекол.

Для проведения исследований была создана экспериментальная осветительная установка, состоящая из различных по спектру светодиодных и люминесцентных источников.

В ходе исследований принимали участие 25 добровольцев, выполняющих зрительные работы различной точности. Коэффициент пульсации освещенности составлял 0,2%. Светодиодные источники освещения имели цветовую температуру от 3000 К до 6500 К.

Рассмотрим результаты проверки аккомодационного аппарата зрения.

Согласно [2, 4] находим по формуле (1) среднее значение случайной величины:

В Табл.1 отражены результаты исследования аккомодационного аппарата.

Таблица 1 Показатели аккомодационного аппарата зрительного анализатора испытуемых в условиях светодиодного освещения с цветовой температурой в диапазоне от 3000К до 6500 К

На основании проведенных исследований [5] были сформулированы рекомендации, для создания установок искусственного освещения, безопасных для зрительной системы и общего состояния организма человека:

1.   Применение светодиодных источников света не оказывает негативного воздействия на органы зрения и организм в целом.

2.    С целью создания условий комфортной работы зрительного анализатора при выполнения зрительных работ высокой точности, цветовая температура светодиодных источников освещения должна находиться в пределах от 4000 К до 5000 К. При выполнении зрительных работ малой и средней точности установление требований к цветовой температуре светодиодных источников света нецелесообразно.

3.     Для исключения дополнительного зрительного утомления, при построении светильников следует использовать электронные преобразователи, имеющие минимальные пульсации выходного тока, не превышающие 5 % номинальной величины.

Результаты исследований позволили обоснованно расширить представления о действии света, генерируемого энергосберегающими осветительными приборами, в том числе светодиодами, на состояние зрительных функций и организм в целом, что способствует безопасному использованию энергосберегающих систем освещения.

Список литературы

1.     Вейнерт, Д. Светодиодное освещение. Справочник. Принципы работы, преимущества и области применения [Текст] / Д. Вейнерт, Ч. Сполдинг, 2010. – 156 c.

2.     Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для студентов вузов / В. Е. Гмурман. М.: Высш. шк., 2003. − 479 с.

3.     Давиденко, Ю. Н. 500 схем для радиолюбителей. Современная схемотехника в освещении. Эффективное электропитание люминисцентных, галогенных ламп, светодиодов, элементов «Умного дома» / Ю.Н. Давиденко. – СПб.: Наука и Техника, 2008. – 320 с.

4.     Кремер, Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов / Н.Ш. Кремер. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. − 573 с.

5.     Осиков, М.В. Исследование эффективности и безопасности для здоровья светодиодных источников света // Гизингер, О.А., Телешева, Л.Ф., Долгушин и др. Современные проблемы науки и образования, 2013. – № 6. URL:    http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=10619.

6.     СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение.

7.     ФЗ № 261. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности (от 23.11.2009 года).

8.     Юнович, А.В. Светодиоды и перспективы их применения в освещении [Текст] / А.В. Юнович. – М., 2012. – 280 с.