Luokkahuoneen valaistussuunnittelun LED-valaisimet kouluihin ja oppilaitoksiin

Valaistuksen rooli tiedon hankinnassa ja oppimisprosessissa on perustavanlaatuinen. Se mahdollistaa opiskelijoiden fyysisten ominaisuuksien visuaalisen tutkimisen sekä käsitteiden löytämisen kirjallisista ja graafisista näytöistä paperilla, tietokoneella ja projektiolla. Valaistus luo puitteet myös kuunteluun, sanalliseen viestintään, sosiaalisten taitojen kehittämiseen ja tilanteiden ymmärtämiseen. Suunnittelun kriittinen elementti, joka vaikuttaa suuresti siihen, kuinka hyvin tila vastaa opiskelijoiden ja ohjaajien tarpeita, luokkahuoneen valaistuksen tulisi tukea terveyttä, hyvinvointia ja suorituskykyä tarjoamalla mukavan ja houkuttelevan ympäristön opiskelijoille ja ohjaajille. Sen lisäksi, että parannetaan asukkaiden tyytyväisyyttä ja tuetaan koulutuskokemusta valaistussa tilassa, koulujen ja koulutustilojen valaistus tulisi toimittaa tiukentuvien koodirajoitusten puitteissa.

Oppimisympäristö

Koulutustilat vaihtelevat peruskouluista, yläkouluista, lukioista yliopistoihin ja korkeakouluihin. Vaikka näissä tiloissa on erilaisia ​​tiloja, niille kaikille on yhteistä se, että suurin osa oppimis- ja opiskelutoiminnasta tapahtuu luokkahuoneissa. Yleiskäyttöisen luokkahuoneen pinta-ala on vähintään 32 neliömetriä (350 neliöjalkaa), ja siihen mahtuu 20–75 oppilasta. Tyypillisessä luokkahuoneessa on suorakaiteen muotoinen pohjaratkaisu, joka mahdollistaa paremmat näkökohdat kuin neliösuunnitelma. Opetustila on suunniteltu ikkunoiden suuntaisilla näkyvillä, jotka tuovat päivänvalon (kattoikkunan) sisään tilaan ja antavat aististimulaatiota ja visuaalista yhteyttä ulkomaailmaan. Ohjausvälineitä, kuten verhoja tai kaihtimia, käytetään vähentämään ulkovaloa niin, että ne ovat tasapainossa sisäisen valoisuuden kanssa, tai poistamaan päivänvaloa, kun sitä ei tarvita. Ikkunoiden läpi päivänvaloa käyttävä sivuvalaistus antaa yleisvalaistuksen suuren osan koulupäivästä. Keinotekoisella valaistuksella on kuitenkin keskeinen rooli, kun tarvitaan tasapainoista, johdonmukaista ja hallittavaa visuaalista ympäristöä.

Luokkahuoneen ulkoasu on yleensä jaettu opiskelijavyöhykkeeseen ja opettajavyöhykkeeseen. Opiskelijavyöhyke vaatii aina yleisvalaistusta, kun taas kouluttajavyöhyke tarvitsee lisävalaistusta pystyvalaistuksen tuomiseksi opetuslaudoille ja hyvän mallintamisen ohjaajan inhimillisille piirteille. Yleisin opetusväline luokkahuoneissa on opetustaulut, jotka sisältävät tummanharmaita ja vihreitä liitutauluja (liitutauluja) ja kuivahtavia tauluja, kuten tauluja ja harmaita tauluja. Projisoidun median esittämiseen tarkoitettuja videonäyttöjä käytetään usein tietokoneopetukseen. Tämä edellyttää projektorin valaistuksen minimoimista ja riittävää ympäristön valoa tulisi tarjota opiskelijaalueen yläpuolelle muistiinpanojen tekemistä varten. Luokkahuone voi olla tietokoneistettu ympäristö, jossa videonäyttöpäätteiden (VDT) näytön heijastusten minimoiminen on ensisijainen huolenaihe. Näytön luettavuutta voivat heikentää valaisimien, ikkunoiden ja ympäröivien kirkkaiden pintojen heijastumat.

Valaistussuunnittelun huomioitavaa

Luokkahuoneen valaistusta voidaan pitää korkealaatuisena, jos se mahdollistaa opiskelijoiden ja ohjaajien visuaalisten tehtävien suorittamisen tarkasti ja mukavasti. Valaistussuunnittelun perustana on integroida ihmisten tarpeet, arkkitehtuuri sekä talous ja ympäristö. Luokkahuoneen valaistuksen ensisijaisena tavoitteena on tyydyttää ihmisten tarpeet, kuten näkyvyys, tehtävien suorittaminen, visuaalinen mukavuus, sosiaalinen viestintä, terveys, turvallisuus ja hyvinvointi. Nämä erilaiset inhimilliset tarpeet on tasapainotettava asianmukaisesti kannustavan oppimisympäristön kehittämiseksi, samalla kun otetaan huomioon taloudelliset, ympäristölliset ja arkkitehtoniset näkökohdat. Laadukkaan valaistuksen saavuttaminen edellyttää muutakin kuin oikean valaistuksen tarjoamista tietyn tehtävän näkyväksi tekemiseksi. On monia tekijöitä, jotka vaikuttavat ihmisen kykyyn nähdä ja suorittaa tehtäviä, joista seitsemän tärkeintä ovat häikäisy, valaistuksen tasaisuus, luminanssikontrasti, välkyntä, värin ulkonäkö, kasvojen ja esineiden mallinnus sekä heijastukset.

Valaistuksen tasaisuus

Valaistus on pinnalle tulevan valon määrä. Yleisimmät tehtävät ja sovellukset luokkahuoneissa vaativat työpöydän valaistusvoimakkuuden välillä 150 lx - 250 lx. Tasainen vaakasuuntainen valaistus opiskelijavyöhykkeellä eliminoi varjot, jotka vaikuttavat tehtävien näkyvyyteen ja mahdollistaa tilankäytön joustavuuden tehtävien paikkoja siirrettäessä. Luokkahuoneissa, erityisesti kouluttajaalueella, pystysuora valaistus ja valaistusvoimakkuus muilla vaaka- ja pystytason välisillä tasoilla ovat myös erittäin tärkeitä. Vähimmäisvalaistusvoimakkuuden ja tehtäväpinnan keskimääräisen valaistuksen suhde, esim. pöytätietokoneiden vaakavalaistus ja opetustaulujen pystyvalaistus, ei saa olla pienempi kuin 1:1,4.

Luminanssin kontrasti

Luminanssi on pinnasta tai pisteestä tulevan valon määrä. Se on pinnan valaistuksen ja pinnan heijastuskyvyn funktio, mikä tarkoittaa, että luminanssia voidaan lisätä lisäämällä tehtäväpintaan osuvan valon määrää tai lisäämällä pinnan heijastavuutta. Liitumerkkien hyväksyttävän kontrastin säilyttämiseksi liitutaulun heijastuskyky on säilytettävä 5–20 prosentissa. Vertailun vuoksi, taulu vaatii 70 prosentin heijastavuuden, jotta se olisi huomion keskipiste. Työpintojen (pöytätietokoneiden) heijastuskyvyn tulisi olla 25–40 prosentin alueella, jotta voidaan saavuttaa miellyttävä luminanssitasapaino. Seinissä ja katoissa on yleensä vaalea mattapintainen pinta. Ne luovat valon keskinäisiä heijastuksia, jotka voivat varmistaa valon tehokkaan hyödyntämisen vaaka- ja pystysuoran valaistuksen parantamiseksi ja minimoiden samalla heijastuneen häikäisyn. Ihmissilmä reagoi luminanssiin, ei valaistukseen. Se on luminanssi, joka johtaa kirkkauden tunteeseen. Kyvykkyyteen nähdä yksityiskohdat vaikuttavat voimakkaasti kohteen luminanssin ja sen välittömän taustan välinen suhde. Asianmukainen kontrasti tehtävän yksityiskohtien ja sen taustan välillä voi herättää visuaalista mielenkiintoa ja antaa visuaalisia vihjeitä. Liian suuret luminanssivaihtelut aiheuttavat kuitenkin sopeutumisvaikeuksia ja visuaalista epämukavuutta. Tehtävän ja välittömän ympäristön välisen luminanssisuhteen yläraja on 3:1 (tummempi ympäristö) tai 1:3 (vaaleampi ympäristö).

Värin ulkonäkö

Värit ovat kriittinen elementti valaistuksessa. Sillä on kiinteä suhde valoon visuaalisten, emotionaalisten ja biologisten vaikutusten suhteen. Se, missä määrin valo vaikuttaa visuaaliseen suorituskykyyn, mielialaan, ilmapiiriin, terveyteen ja hyvinvointiin, riippuu valonlähteen lähettämän valon spektritehojakaumasta (SPD). Valonlähde voidaan luonnehtia sen värilämpötilalla ja sen värintoistosuorituskyvyllä, jotka molemmat määritetään SPD:ssä. Kohteiden, jotka eivät ole itsestään valoisia, värin ulkonäkö on tulos valonlähteen SPD:n ja esineiden spektriheijastusfunktion välisestä vuorovaikutuksesta. Tietyt luokkahuoneet saattavat vaatia valaistusta, joka toistaa värit tarkasti. Värintoisto on vain yksi valaistuksen osa-alue. On tärkeämpää tarkastella valon spektritehojakaumaa ja ymmärtää intuitiivisesti, kuinka valon väri vaikuttaa käyttäytymiseen, tyytyväisyyteen, psykologisiin reaktioihin ja terveyteen. Valonlähteiden värillä - olipa se sitten "lämpimiä" tai "kylmiä" - on valtava vaikutus ihmisten terveyteen, tuottavuuteen ja hyvinvointiin.

Häikäisy

Häikäisyä ilmenee, kun luminanssit tai luminanssisuhteet ovat liian korkeampia kuin luminanssit tai luminanssisuhde, joihin silmät ovat sopeutuneet. Häikäisyn seurauksia ovat vammaisuus (näkyvyyden ja visuaalisen suorituskyvyn heikkeneminen) ja epämukavuus (epämiellyttävä kirkkauden tunne, joka ei välttämättä häiritse visuaalista suorituskykyä tai näkyvyyttä). Häikäisy voi johtua valosta, joka pääsee suoraan silmään valonlähteestä (suora häikäisy) tai korkean luminanssin heijastuksia heijastavasta pinnasta (heijastettu häikäisy). Kattovalaisimille voidaan määrittää Unified Glare Rating (UGR) tai visuaalisen mukavuuden todennäköisyys (VCP) epämukavan häikäisyn ennustamiseksi sisätiloissa. Lukemiseen, kirjoittamiseen ja tietokonepohjaisiin tehtäviin hyväksytään enintään 19 UGR tai vähintään 70 VCP. Kun halutaan korkeampaa visuaalista mukavuutta, tulee valita valaisimet, joiden UGR on 16 tai VCP 80.

Vilkkuu

Flicker on valon amplitudimodulaatio, joka häiritsee ja jolla on useita negatiivisia seurauksia. Sekä loisteputket että LED-valaisimet, joita käytetään huonolaatuisilla virtalähteillä, voivat tuottaa kaksinkertaisen sähkölinjan taajuuden (eli 120 Hz tai 100 Hz). Värinä on yleensä havaittavissa yli 70 Hz:n taajuuksilla. Kuitenkin välkkyminen, jota ihmissilmä ei huomaa, voi silti tuottaa hermoston vasteen. Sekä näkyvä että huomaamaton välkyntä ovat huolestuttavia. Altistuminen välkkymiselle vaihtelee ihmisestä toiseen, ja se voi aiheuttaa silmien rasitusta, huonovointisuutta, pahoinvointia, näkökyvyn heikkenemistä, paniikkikohtauksia, päänsärkyä, migreeniä, epileptisiä kohtauksia ja merkkejä pahentavista autistisista tiloista. Koulutuslaitoksissa, joissa lapset tai nuoret oleskelevat pitkiä aikoja joka päivä, välkkymistä on valvottava tarkasti. Välkyntäprosentti ei saisi ylittää 4 prosenttia 120 Hz:llä tai 3 prosenttia 100 Hz:llä, mikä on erittäin turvallista kaikille väestöryhmille. Suurin sallittu arvo 10 prosenttia 120 Hz:llä tai 8 prosenttia 100 Hz:llä.

Hunnun heijastukset

Hunnuheijastukset ovat korkean luminanssin laikkuja (valolähteen kirkkaita kuvia), jotka heijastuvat peilipinnoilta, kuten tietokoneen näytöiltä tai kiiltäviltä lukumateriaaleilta. Hunnuheijastukset joko ensisijaisista valonlähteistä (lesket tai valaisimet) tai toissijaisista valonlähteistä (heijastuneet) vähentävät tehtävän kontrastia ja hämärtävät yksityiskohtia. Jotta valonlähteet eivät heijasta peilikuvia tai hajaheijastuksia ihmisen silmiin, sijoita tietokoneen näytöt kohtisuoraan valonlähteeseen nähden tai määritä valaisin, jonka valonjako on mahdollisimman vähän valoa ongelmakulmissa.

Kasvojen ja esineiden mallinnus

Kasvojen ja esineiden mallinnus on tärkeä valaistusnäkökohta oppilaitoksissa. Valon ja varjon vuorovaikutus kasvoilla voi auttaa opettajan ja oppilaan välistä kommunikaatiota helpottamalla huulilta luettavaa ja kasvojen eleiden tulkitsemista. Valaistus voi lisätä visuaaliseen kohtaukseen muotoa ja syvyyttä, paljastaa esineiden tekstuurin ja yksityiskohdat, luoda halutun kuvion ja tuoda esiin kohokohtia ja visuaalisia kiinnostuksen kohteita. Voimakas suunnattu valaistus voi aiheuttaa epämiellyttäviä syviä varjoja, kun taas erittäin hajavalo saa kasvot tai esineet näyttämään litteiltä tai epämiellyttäviltä. Siksi on toivottavaa, että suuntavalaistusta ja hajavalaistusta on yhdistettävä.

Yleinen valaistus

Yleisvalaistus on luokkahuoneiden tärkein valaistuksen lähde. Se tarjoaa tilaan yleisvalaistuksen ja toimii samalla työvalaistuksen ensisijaisena lähteenä. Luokkahuoneiden yleisvalaistus voidaan toteuttaa käyttämällä kattoon asennettuja valaistusjärjestelmiä, joissa on suora, epäsuora tai yhdistelmä suora/epäsuora jakelu. Suora valaistus tuottaa keskeytymätöntä valoa valaisimesta vaakatasoon. Epäsuora valaistus jakaa valoa kohti kattoa, joka puolestaan ​​heijastaa valoa alaspäin. Suora/epäsuora valaistus jakaa valon sekä alas- että ylöspäin. Suorat valaistusjärjestelmät tuottavat tehokkaasti valoa, mutta voivat luoda ankaria varjoja, peittäviä heijastuksia ja ei-toivottuja visuaalisia tehosteita, kuten tummia kattoja ja kampasimpukoita ylemmillä seinäpinnoilla. Kattoihin suunnatulla valaistuksella epäsuorat valaistusjärjestelmät jakavat valon tasaisesti liian suureksi valovoimaksi näkökentässä. Epäsuora valaistus saa tilan kuitenkin näyttämään tylsältä ja tyhjältä kohokohdista ja visuaalisista kiinnostuksen kohteista. Suora/epäsuora valaistus yhdistää suoran ja epäsuoran valaistuksen edut tasapainoiseen valonjakaumaan, mikä parantaa visuaalista mukavuutta, tasaista valaistusta vaakasuorilla työpinnoilla ja vahvistaa tilaa, valppautta ja visuaalista selkeyttä.

Huolimatta huolista häikäisyn ja luolaefektin tuottamisesta, suora valaistus on melkein yleinen valinta luokkahuoneissa yksinkertaisesti siksi, että useimmissa opetustiloissa on matala kattokorkeus. Suoraa valaistusta tarjotaan tyypillisesti upotetun valaistuksen, uppoasennettavan valaistuksen tai ripustusvalaistuksen muodossa. Suorat valaisimet voidaan suunnitella eri muotoisina ja kokoisina. Opetustiloissa yleisessä käytössä olevat valaisimet ovat ristikkokattoihin asennettavia suorakaiteen muotoisia valaisimia sekä upotettaviin, pinta- ja uppoasennuksiin suunniteltuja lineaarisia valaisimia. Trofferit ovat saatavana tilavuustroffereina, parabolisina troffereina, haja-/linssoituina troffereina ja reunavalaistuina LED-paneeleina. Lineaariset valaisimet toimitetaan vakiopituisina osina, kuten 4, 8 tai 12 jalkaosina, tai jatkuvatoimisina.

Valaistustekniikka

Viime vuosikymmeninä luokkahuoneiden ja muiden koulutustilojen valaistus on ollut lähes yksinomainen loisteputkivalaistustekniikan provinssi. Loistelamppu käyttää sähköä elohopeahöyryjen virittämiseen lasiputkessa. Elohopeahöyry purkautuu lähettäen ultraviolettivaloa (UV-valoa), joka saa sitten fosforipinnoitteen fluoresoimaan ja tuottaa valoa näkyvässä spektrissä. Loistelamput saivat laajan käytön korkean valotehon, hajavalon jakautumisen ja pitkän käyttöiän ansiosta. Loistelamppujen käyttö on kuitenkin kiistanalaista. Loistelamppuilla on monia haittoja, kuten ultraviolettisäteily, pitkä käynnistysaika, radiohäiriöt, korkea hauraus, harmoniset vääristymät, rajoitettu käyttölämpötila-alue ja lyhentynyt käyttöikä toistuvan kytkennän vuoksi. Loisteputkivalaistuksen kielteisin vaikutus on kuitenkin se, että se heikensi merkittävästi sisävalaistuksen laatua ja aiheutti terveysriskejä. Liian suuri keskittyminen valotehokkuuteen sai suurimman osan loisteputkivalaisimista toimimaan huonosti värien toistossa ja tuottamaan liian korkean värilämpötilan (6000 K - 6500 K), millä voi olla häiritsevä vaikutus ihmisen vuorokausirytmiin ja herätti huolen sinisen valon vaarasta. Koska loistelamppu vaatii liitäntälaitteen lampun elektrodien kautta tulevan virran säätelemiseksi, syntyy välkkymisen ongelma. Valonlaadun kannalta loisteputkivalaistus on erityisen huono alku sisätilojen keinovalaistuksen historiassa.

LED (light emitting diode) -tekniikkaan perustuva puolijohdevalaistus yleistyy nopeasti. LEDeistä on tullut hallitseva valonlähde kaikissa kuviteltavissa olevissa valaistussovelluksissa. LED on puolijohdelaite, joka muuntaa sähköenergian suoraan fotoneiksi. Puolijohdelaitteessa on pn-liitos, joka muodostuu vastakkaisesti seostetuista puolijohdemateriaalin, kuten indiumgalliumnitridin (InGaN) kerroksista. Kun pn-liitos on esijännitetty eteenpäin, elektronit ja aukot ruiskutetaan aktiiviselle alueelle ja yhdistyvät uudelleen valon tuottamiseksi. LED-tekniikka korjasi monia perinteisten tekniikoiden haittoja ja tarjoaa lupauksen korkeasta tehokkuudesta, pitkästä käyttöiästä, suuresta spektrin monipuolisuudesta, poikkeuksellisesta ohjattavuudesta (päällä/pois/himmeä), suuresta joustavuudesta optisessa suunnittelussa ja korkeasta iskun- ja tärinänkestävyydestä. LEDit tuottavat säteilytehoa vain näkyvässä spektrissä (tyypillisesti 400-700 nm). Ultraviolettisäteilyn (UV) ja infrapunasäteilyn (IR) puuttuminen tekee tästä tekniikasta erityisen sopivan tietyn herkkyyden omaavien ihmisten käyttöön tai tilanteissa, joissa perinteisten valonlähteiden optinen säteily aiheuttaisi riskejä ihmisille.

LED-valaisimet

Pitkä käyttöikä ja korkea energiatehokkuus ovat LEDien tunnusomaisia ​​etuja. Tämä johtaa yleiseen väärinkäsitykseen, että LED-valaistusjärjestelmien pitkä käyttöikä ja korkea valotehokkuus ovat itsestäänselvyys. Loisteputkivalaisimissa käytetään useita lamppuja, esim. lineaarista T5 (halkaisija 5/8 tuumaa), T8 (halkaisija 1 tuuma) ja T12 (halkaisija 11/2 tuumaa), standardoitu koko teollisuudelle ja valmistajille, joilla on samanlainen käyttöikä. , valoteho ja valovoiman ylläpito. Valaisin toimii pohjimmiltaan lamppujen asennuskehyksenä ja säätelee rajoitetusti valon jakautumista. Sitä vastoin LED-valaisin on yleensä pitkälle suunniteltu järjestelmä, joka integroi LEDit kokonaisvaltaisesti lämpö-, sähkö- ja optisten alijärjestelmien kanssa hyväksyttävän tuotteen aikaansaamiseksi. LED-valaisimen järjestelmän tehokkuus ja käyttöikä riippuvat pitkälti järjestelmän suunnittelusta ja rakenteesta. LED-valaisimen käyttöikä perustuu siihen, kun valaisin tarvitsee ensimmäistä kertaa huoltoa, mikä todennäköisesti johtuisi valon heikkenemisestä, värin siirtymisestä, toimintahäiriöstä tai jopa LED-ajureiden äkillisistä vioista.

LEDit ovat tehokkain saatavilla oleva valonlähde. Silti yli puolet LEDeihin syötetystä sähkötehosta muunnetaan lämmöksi. Toisin kuin hehku- ja halogeenilamput, jotka säteilevät lämpöä lampuista infrapunaenergian muodossa, LEDien tuottama lämpö jää puolijohdepakkauksiin ja se on haihduttava itse valaisimen läpi. Ylimääräinen lämmön kerääntyminen LEDeihin voi nopeuttaa sirun, loisteaineen ja pakkausmateriaalien hajoamisprosessia. Kohonneiden liitoslämpötilojen on osoitettu aiheuttavan monia vikamekanismeja, kuten ytimien muodostumista ja dislokaatioiden kasvua diodin aktiivisella alueella, fosforin kvanttitehokkuuden heikkenemistä ja kapselointi- ja muovikoteloiden värjäytymistä. Siksi tehokas lämmönhallinta on ratkaisevan tärkeää LEDien käyttämiselle niiden nimelliskäyttöikään asti. Lämpösuunnittelu on tärkein osa valaisinsuunnittelua. Kaikilla materiaaleilla ja komponenteilla, jotka kulkevat lämpötiellä puolijohteesta painetun piirilevyn (PCB) kautta ympäröivään ympäristöön, on oltava alhainen lämpövastus. Lämpösuunnittelun tehokkuus riippuu olennaisesti jäähdytyselementin kyvystä hajottaa lämpöä lämmönjohtavuuden ja konvektion kautta. Kattovalaisimet, kuten trofferit ja lineaariset riipukset, tarjoavat tyypillisesti riittävän tilavuuden riittävän pinta-alan luomiseksi, mikä helpottaa lämmönvaihtoa.

Useimmiten LED-järjestelmän vika- tai toimintahäiriökohta on LED-ohjain. Koska LEDit ovat herkkiä jopa pienillekin virran ja jännitteen muutoksille, LED-ohjainpiirit on konfiguroitava säätämään lähtöä vakiovirralla syöttöjännitteen tai kuormituksen vaihteluiden alaisena. LEDien käyttö oikealla käyttövirralla on myös osa lämmönhallintaa. LED-valojen yliajo nostaa liitoslämpötilaa ja vähentää LEDien sisäistä kvanttitehokkuutta. Ohjainten tärkeimmät suorituskykymittarit keskittyvät niiden kykyyn säädellä LEDin tai LED-jonon (tai -jonojen) tehoa asianmukaisesti ja tehokkaasti, samalla kun ne tarjoavat korkean tehokertoimen ja alhaisen kokonaisharmonisen särön (THD) laajalla tulojännitealueella. . Kuljettajan tulee myös tarjota suojaominaisuuksia ylikuormitusta, avointa ja oikosulkua vastaan ​​sekä ohimenevä jännitteenpoisto ja älykäs ylikuumenemissuoja. Jotkut valaistusvalmistajat kuitenkin leikkaavat kustannuksia hellittämättä alisuunnittelulla ohjainpiirejä. Tämä ei ainoastaan ​​vaaranna ohjainpiirin luotettavuutta, vaan tekee myös välkkymisestä ongelman, koska edulliset ajurit tarjoavat usein epätäydellisen aaltoilun vaimennuksen. Yleensä ei voida hyväksyä, että lähtövirran aaltoiluarvo ylittää ±10 prosenttia.

Optisesta suunnittelusta tulee korkea prioriteetti LED-järjestelmien suunnittelussa. Tasainen valaistus suurella alueella tai tehtävätasolla vaatii suuren määrän keskitehoisia LED-valoja. Näiden miniatyyrivalonlähteiden korkea intensiteetti tekee häikäisyn vähentämisestä etusijalla. LED-valaisimilla on erilaisia ​​jakeluominaisuuksia, jotka saadaan aikaan käyttämällä optisia komponentteja, kuten diffuusoreita, linssejä, heijastimia ja säleikköjä. LEDien suoraa häikäisyä voitaisiin vähentää hajauttamalla kirkkautta suurille pinnoille. Linssit, joissa on sarja pieniä prismoja, voivat vähentää valaisimen luminanssia katselukulmissa, jotka ovat lähellä vaakasuuntaisia. Heijastus on yleisesti käytetty tekniikka LEDien valovirran säätelyyn. Volumetriset trofferit ovat eräänlaisia ​​"heijastuneita suoria" valaisimia, jotka heijastavat valoa upotetun kotelon sisäpinnalta, kun taas ylöspäin valoa lähettävät LED-moduulit on suojattu tai peitetty metallikoreissa, joiden taustalla on haja-akryyli. Reunavalaistut LED-paneelivalot ruiskuttavat valoa valonohjainlevyyn (LGP), joka sitten jakaa valon tasaisesti hajottimeen täydellisen sisäisen heijastuksen (TIR) ​​kautta. Mahdollisuus tuottaa tasaista valaistusta luomatta liian korkeaa luminanssia tekee näistä upotetuista valaisimista työhevosen koulutuslaitoksissa.

Värintoisto

Kuten loisteputkivalaistuksessa, värilaadun ja valotehokkuuden välinen kompromissi on pysynyt LED-valaistuksen aikakaudella. Valkoiset LEDit ovat yleensä loistelamppuja muunnettuja LEDejä, jotka käyttävät lyhyen aallonpituuden valoa, jonka LED-muotit emittoivat, pumppaamaan loisteaineita (luminoivia materiaaleja). Useimmat loisteainemuunnetut LEDit ovat sinisiä pumppu-LEDejä, jotka muuntavat osittain elektroluminesenssin. Korkean värintoiston sininen pumppu-LED vaatii erittäin suuren osan emittoidusta lyhyen aallonpituuden valosta, jotta se muunnetaan alaspäin. Tämä prosessi, jossa pumpun valo muunnetaan fosforivaloksi (fotoluminesenssi), sisältää suuren määrän Stokes-energian hävikkiä. Säteilyn valotehokkuuden (LER) muuntaminen silmän herkkyydellä on tehotonta pidemmän aallonpituisen valon spektrijakaumaan nähden. Kun näitä vaikutuksia yhdistetään, korkean värintoiston LEDien, joiden SPD on tasaisemmin jakautunut näkyvälle spektrille, valotehokkuus on suhteellisen alhainen kuin matalan värintoiston LEDien, jotka ovat ylikyllästyneet sinisellä ja vihreällä aallonpituudella.

Tehokkaan valaistuksen ja kustannusten alentamisen seurauksena useimmat koulutustiloissa käytetyt LED-valaisimet sisältävät LEDejä, joiden värintoistoindeksi (CRI) on 80, mikä on hyväksyttävää (mutta kaukana hyvästä). Erityisesti näiden valaisimien lähettämä valo on puutteellinen aallonpituuksilla, jotka tuottavat kylläisiä värejä. Jotta luokkahuoneessa olisi miellyttävä tunnelma ja värit näyttävät luonnollisilta, valonlähteen on kyettävä laukaisemaan visuaalinen vaste kaikille näkyvän spektrin aallonpituuksille. Koulutustilat ansaitsevat korkealaatuisen valaistuksen, esim. CRI 90. Vaikka siniset pumppu-LEDit voidaan suunnitella tuottamaan ylivoimainen värintoisto, violetit pumppu-LEDit on kehitetty erityisesti tuottamaan laaja-alaista valkoista valoa, joka tuottaa säteilytehoa melko laajasti näkyvä spektri.

Tiede valon värin takana

Valonlähteen korreloitu värilämpötila (CCT) on tarkoitettu kuvaamaan valon väriä (esim. lämmin tai kylmä). Lämpimän sävyisen valkoisen valon CCT on välillä 2700 K – 3200 K. Valkoista valoa, jonka CCT on välillä 3500 K - 4100 K, kutsutaan yleisesti "neutraalin valkoiseksi". Valkoista valoa, jonka CCT on yli 4100 K, kutsutaan "kylmän valkoiseksi". Kaikki valkoinen valo ei ole tasa-arvoista. Lämpimän tai viileän valkoisen valon ulkonäkö ei vaikuta vain visuaalisesti havaintoihimme ja emotionaalisesti mielialaamme, vaan sillä on myös vaikutuksia moniin neuroendokriinisiin ja neurobehavioristisiin reaktioihin. Yleensä viileämpi valkoinen vastaa suhteellisen suurta sinisen valon prosenttiosuutta spektrissä ja lämmin valkoinen tarkoittaa matalaa sinistä komponenttia spektrissä.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että sininen valo voi stimuloida verkkokalvon gangliosolukerroksen luontaisesti valoherkkiä verkkokalvon gangliosolujen (ipRGC) fotoreseptoreita. IPRGC:t muuntaa valon hermosignaaleiksi biologista kelloa varten. Suprakiasmaattisissa ytimissä (SCN) sijaitseva biologinen kello säätelee sitten ruumiinlämpötiloja ja vapauttaa endokriinisiä hormoneja, kuten melatoniinia ja kortisolia. Riittävän suuri annos bioaktiivista sinistä valoa laukaisee pääbiologisen kellon ohjelmoimaan ihmiskehon päivätilaan. Altistuminen siniselle säteilylle havaittiin stimuloivan hormonien, kuten kortisolin, tuotantoa stressireaktiota ja valppautta varten; serotoniini impulssien hallintaan ja hiilihydraattihimoon; ja dopamiini nautinnon, vireyden ja lihasten koordinaatioon. Samalla kun se simuloi päiväaikaista fysiologista vastetta, altistuminen bioaktiiviselle siniselle valolle johtaa myös unta edistävän hormonin melatoniinin tukahduttamiseen. Koska se tukee keskittymistä, valppautta ja suorituskykyä, kirkkaan valkoista valoa, jossa on korkeat siniset komponentit, käytetään usein oppimisen aikana.

Tyypillisesti koulutilojen päivävalaistukseen valitaan viileä valkoinen valo, jonka CCT on noin 4100 K. Sisävalaistuksen maksimi CCT ei yleensä saisi ylittää 5400 K, mikä on suoraan yläpuolelta tulevan auringonvalon näennäinen värilämpötila. Fluoresoivan valaistuksen käyttöönoton yhteydessä sisävalaistuksen värilämpötilat kuitenkin nousivat jyrkästi. Valonlähteillä, jotka tuottavat valkoista valoa, jonka aallonpituudet kertyvät spektrin siniseen päähän, on suurin valotehokkuus minimaalisen fotoluminesenssin ja korkean silmän herkkyyden vuoksi tällä spektrikaistalla. Tämä tekee 6000 K - 6500 K CCT:istä yleisen valinnan opetusvalaistukseen. Optinen säteily, jolla on niin äärimmäisen korkea CCT, näyttää kuitenkin ankaralta ja aiheuttaa usein värivääristymiä, koska tyydyttyneiden värien toistossa puuttuu aallonpituuksia. Mikä tärkeintä, altistuminen siniselle säteilylle erittäin suurella annoksella koko päivän ajan voi ylikuormittaa ihmiskehoa ja vaikeuttaa tasaisen vuorokausirytmin ylläpitämistä.

Oppilaat saavat yleensä edelleen korkean intensiteetin sinistä säteilyä yövalmennuksen aikana, mikä johtaa melatoniinin epäasianmukaiseen tukahdutukseen illalla. Melatoniinin öinen vapautuminen klo 21.00–7.30 on elintärkeä suojamekanismi, joka tukee olennaista regeneraatiota ja estää kehittyviä syöpäsoluja kehossamme. Iltaisin, vähintään kaksi tuntia ennen nukkumaanmenoa, korkeaa CCT:tä ja voimakasta valaistusta tulee välttää. Vaatimaton lämpimän valkoinen valo, joka määritellään 60 luksia, riittää pieniin visuaalisiin tehtäviin ilman vuorokausihäiriöitä.

Säädettävä valkoinen valaistus

Valaistuksen vaikutukset ihmisten terveyteen, hyvinvointiin ja suorituskykyyn saivat valaistusteollisuuden kehittämään ratkaisun, joka voi herättää ihmisen erityisiä biologisia reaktioita keskittymiskyvyn, valppauden ja suorituskyvyn parantamiseksi, samalla kun se tukee suotuisaa vuorokausirytmiä. Säädettävä valkoinen valaistus mahdollistaa valkoisen valon värilämpötilan moduloinnin, ja valon voimakkuutta säädetään itsenäisesti. Tämä tekniikka mahdollistaa dynaamisen valaistuksen toimittamisen koko päivän ajan ja mahdollistaa valaistuksen mukauttamisen eri kohderyhmien tarpeisiin. LED-tekniikkaan perustuva säädettävä valkoinen valaistus on ihmiskeskeisen valaistuksen (HCL) nopeutetun käyttöönoton liikkeellepaneva voima. Ihmiskeskeinen valaistus on suunniteltu vahvistamaan kehon vuorokausirytmiä ja biologisten toimintojen luonnollista kiertokulkua. Se tarjoaa hormonaalisten prosessien ja oppimisympäristön tietoisen hallinnan valon visuaalisten, biologisten ja tunnevaikutusten kokonaisvaltaisessa suunnittelussa. Sisävalaistuksen määrä ja kirjo voidaan säätää vastaamaan luonnollisen päivänvalon ominaisuuksia päivän mittaan.

Fotobiologinen turvallisuus

Nojatuoliasiantuntijat ovat nostaneet meteliä LED-valaistuksen sinisen valon vaarasta. He väittävät, että siniset pumppu-LEDit sisältävät suurempia osia sinisiä aallonpituuksia ja siten niillä on enemmän potentiaalia kuin muun tyyppisillä valonlähteillä aiheuttaa sinisen valon vaaran. Sinisen valon vaara on valokemiallisesti aiheutettu verkkokalvon vaurio, jonka aiheuttaa säteilyaltistus aallonpituuksilla pääasiassa välillä 400 nm ja 500 nm. Vain siksi, että valkoiset LEDit käyttävät sinisiä emittereitä fosforin alas-muuntimien pumppaamiseen ja niiden SPD:issä voi olla selkeä sininen huippu, se ei välttämättä tarkoita, että LEDillä on suurempi mahdollisuus aiheuttaa valokemiallisia vaurioita verkkokalvolle. Erivärinen valkoinen valo on periaatteessa tulosta pitkien ja lyhyiden aallonpituuksien erilaisista yhdistelmistä. CCT:n ja sinisen valon sisällön välillä on vahva korrelaatio riippumatta siitä, mistä valkoista valoa säteilee. Sinisen valon vaaran painotustoiminto ulottuu useille aallonpituuksille. On tärkeää ottaa huomioon vaarallisen säteilyn alue, ei paikallista huippua. Sinisten aallonpituuksien kokonaismäärä LEDien lähettämän valon spektrikoostumuksessa on yleensä sama kuin minkä tahansa muun valonlähteen lähettämä valo samassa värilämpötilassa.

Toistan: LEDit eivät pohjimmiltaan eroa valonlähteistä, joissa käytetään perinteisiä tekniikoita, kun on kyse fotobiologisesta turvallisuudesta. Mitä pitäisi syyttää, on erittäin korkean CCT:n käyttö sisävalaistuksessa. Valkoinen valo, jonka CCT on yli 6000 K, sisältää huomattavan määrän sinistä valoa ja aiheuttaa todennäköisemmin verkkokalvon fotokemiallisen vaurion kuin matalan CCT-valonlähteiden lähettämä valkoinen valo. Kynnysvalaistusvoimakkuus riskiryhmäluokituksessa RG2 tai korkeampi on 1000 luksia valonlähteelle, jonka CCT on 6000 K, 1600 luksia valonlähteelle, jonka CCT on 4000 K, ja 3200 luksia valonlähteelle, jonka CCT on 2700 K. Sinisen valon vaaraluokitus riskiryhmiin 2 ja 3 on kuitenkin erittäin epätodennäköistä kaiken tyyppisille valkoisen valon lähteille yksinkertaisesti siksi, että koulutussovellusten maksimivalaistus ylittää harvoin 300 luksia. Tärkeää on, että tuotteen on myös ylitettävä luminanssiolosuhteiden kynnys, jotta sitä voidaan pitää vaarallisena (10 mcd/k2 lämpötilassa 6000 K, 16 mcd/k2 lämpötilassa 4000 K, 30 mcd/k2 lämpötilassa 2700 K riskiryhmässä 2). Vaikka riskiryhmään 2 tai 3 kuuluisikin vaara, ihmisten vastenmielisyys lieventää vaaraa, joten sinisen valon vaarasta ei tarvitse huolehtia.

Suositut Tagit: Luokkahuoneen valaistussuunnittelu LED-valaisimet kouluihin ja opetustiloihin, Kiina, toimittajat, valmistajat, tehdas, osta, hinta, paras, halpa, myytävänä, varastossa, ilmainen näyte