A27 Исследование и расчет регулируемой цветосветовой среды в лечебных учреждениях

Гвоздев С.М., Гордюхина С.С., ООО «ВНИСИ» им. С.И.Вавилова, МЭИ (ТУ), г. Москва

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Жизнедеятельность человека связана с получением визуальной информации об окружаемом пространстве. Светоцветовая среда обитания определяется естественным или искусственным освещением. Освещение и процесс зрительной адаптации определяют передачу и получение визуальной информации, что в настоящее время становится важнейшей задачей не только оптики и электроники, но и светотехники.

Визуальная информация - это пространственно модулируемый по яркости и цветности (цветовым координатам) падающий поток излучения, который формирует световую волну, определяющую поток визуальной информации. Таким образом, зрительная информация или воспринимаемое изображение - это поток энергии, который дает  нам светоцветовая среда. Получаемая информация определяет как зрительные, так и незрительные эффекты, которые и определяют психофизическое состояние человека под воздействием светоцветовой среды. Пространственное и цветовое распределения яркости формируют на сетчатке изображение, которое адаптирует человека на то или иное психофизиологическое состояние, что может благотворно влиять на здоровье или создавать негативные последствия.

Системы интеллектуального освещения, определяемые психофизическими функциями человека, являются новым наукоемким продуктом на международном рынке. Сегодня все ведущие светотехнические фирмы разрабатывают регулируемые осветительные приборы, но до сих пор не созданы системы с заданием диапазонов по видимости (уровню зрительной задачи) с учетом распределения яркости и цветности используемых осветительных устройств. Кроме того, на рынке светотехнической продукции имеется острый дефицит программного обеспечения для интеллектуальных систем, связанных с сохранением и восстановлением здоровья человека.

За последнее время накопилось большое количество экспериментальных исследований по психофизиологическому воздействию света, что позволяет более точно определять требования по освещенности и спектральному составу излучения осветительных установок. Расчет осветительных установок в настоящее время производится главным образом с условием выполнения требований нормативных документов. К требованиям нормативных документов относятся: удовлетворение нормируемым значениям горизонтальной освещенности на расчетной плоскости, определенной нормативными документами; распределение горизонтальной освещенности на плоскости, а также рекомендации к использованию определенных типов источников излучения в зависимости от интенсивности зрительной работы.

Управляемые и регулируемые системы должны иметь общие критерии  проектирования для внутреннего освещения помещений, надо  особенно внимательно относиться к детским и школьным учреждениям, где важно обеспечить сохранение здоровья.

Расчет регулируемой осветительной установки должен начинаться не с подбора осветительных устройств под нормы стандарта, а с задания видимости или уровня сложности зрительной задачи (обнаружение, различение, опознавание) на освещаемом участке и определения диапазона регулируемых параметров. Современные нормы проектирования, определенные на этапе становления и развития традиционных источников света, в силу их ограниченных возможностей были строго регламентированы и не предусматривали диапазонов регулирования. Такие стандарты не позволяют в полной мере задавать регулируемые режимы управления.

Например, можно отметить, что использование газоразрядных ламп с высокой светоотдачей и низким коэффициентом цветопередачи значительно изменяет восприятие зрительной информации и пороговый контраст. В общем случае изменение спектрального состава излучения может увеличить пороговый контраст в несколько раз:

 

Неравномерное распределение яркости формирует изменение функции зрительного восприятия, где отношение порогового контраста распределенного пространственного контраста к пороговому контрасту нераспределенному может увеличиваться в 2,5 - 3 раза:

Современные источники излучения с узкополосными или полосовыми спектральными характеристиками могут настолько изменить видимость, что существующие нормы могут не обеспечить нормальные условия жизнедеятельности.

Нормирование освещения в установках искусственного освещения необходимо непосредственно связать с контрастной чувствительностью и цветоразличительной способностью органа зрения, а выбор системы освещения определять с заданием распределения яркости и необходимого спектрального состава излучения (цветовой температуры). Необходимо четко соблюдать соответствие проектируемых уровней освещенности их нормируемым значениям (диапазонам значений для регулируемого освещения), определенным по видимости с учетом уровня зрительной задачи. Однако, в проектировании осветительных установок на сегодняшний день в большинстве случаев используются компьютерные программы по расчету освещенности на заданных плоскостях и её распределения в пространстве. Методики расчета, на которых основаны данные программы, делятся на две основные группы: методика, основанная на методе коэффициента использования; методика, основанная на методе глобального освещения (метод трассировки лучей (Ray Tracing) и метод радиосити (Radiosity)). Наиболее часто используемые программы дают возможность создавать фотореалистичное изображение при точном моделировании яркости поверхностей в трехмерных сценах с учетом многократных диффузных и зеркальных отражений света от них. Программы дают возможность рассчитывать распределение освещенности в пространстве с использованием реальных кривых сил света.

На сегодняшний день самой распространенной профессиональной программой, используемой для расчета осветительных установок, является DIALUX. Данная программа довольно точно рассчитывает распределение света при качественной установке исходных параметров. В программе существует возможность изменения источников излучения, путем выбора и замены лампы, используемой в конкретном выбранном светильнике. Однако, это возможно не для всех существующих световых приборов, многим эта функция недоступна. Поэтому расчет, произведенный с использованием DIALUX, не может учитывать цветовые параметры и определять влияние на цветовую контрастную чувствительность или цветовую пространственно-частотную характеристику органа зрения. На данном этапе развития компьютерных технологий ни одна из существующих программ не способна изменять те параметры (например, координаты цвета источника излучения), которые необходимы для учёта цветовой пространственно-частотной характеристики органа зрения. Следовательно, нельзя сказать, что с помощью расчета, выполненного в компьютерной программе DIALUX, можно корректно оценить воздействие осветительной установки на незрительные процессы, определить состояние здоровья человека и задать диапазоны регулирования.

При проектировании осветительных установок с использованием компьютерных программ значения определяются не по видимости,  происходит несоответствие реальности проектирования и нормирования осветительных установок, особенно это касается регулируемых систем освещения, к которым необходимо отнести и лечебные учреждения.

Для того, чтобы проектировать осветительную установку, удовлетворяющую нормативным документам по значениям горизонтальной освещенности, по распределению освещенности в пространстве, необходимо разработать и использовать компьютерную программу, позволяющую рассчитывать вышеперечисленные параметры с учетом цветовой пространственно-частотной характеристики органа зрения. Данный вариант расчета осветительной установки возможен при задании распределения освещенности в пространстве, спектрального распределения силы света и задания уровня сложности зрительной задачи (обнаружение, различение, опознавание).

Последние достижения в схемотехнике электромагнитного ПРА позволили создать множество систем управления освещением, решающих одновременно важнейшие задачи: экономию электроэнергии и повышение комфортности световой среды за счет автоматического поддержания ее характеристик на указанном пользователем уровне. Внедрение в практику регулируемых осветительных установок привело к разнообразию спектрального состава излучения, используемого при проектировании освещения, например, светодиодных световых приборов, позволяющих регулировать светоцветовую среду в широких пределах.

В настоящее время для регулирования управляемых осветительных установок с учетом множества существующих систем управления не существует каких-либо стандартизированных диапазонов фотометрических величин. Во-первых, из-за того, что большинство регулируемых осветительных установок реализованы на основе светоизлучающих диодов, на которые не существует нормативной документации, а во-вторых, при расчете осветительных установок с помощью компьютерных программ невозможно учесть изменение цветовой контрастной чувствительности органа зрения, т.е. учесть условия видимости. Поэтому крайне необходимо ввести нормируемые диапазоны уровней освещенности для регулирования осветительных установок с учетом диапазонов по видимости  в пределах уровня зрительной задачи (обнаружение, различение, опознавание) и учитывать их при проектировании.

Очень важно учитывать данную особенность органа зрения при проектировании освещения в лечебных учреждениях, так как восприятие визуальной информации, получаемой человеком, тесно связано с биологическими процессами, психологическими и поведенческими аспектами жизнедеятельности. Освещение воздействует на различные функции человека, такие как мозговая активность, выработка гормонов, изменение настроения, активизация или торможение тех или иных нервных функций, влияние на нейро-эндокринную систему, циркадный ритм человека и т.д. Повышение качества освещения и современные возможности регулирования спектрального состава излучения позволяют использовать резервы повышения производительности труда, определять психологические аспекты (депрессию, тревожность, апатию и т.д.), а также определять и создавать условия для сохранения здоровья человека. Количественной оценкой, характеризующей светоцветовую среду, могут быть яркость адаптации,  цветность и соответствующая им реакция органа зрения, определяемая цветовой контрастной чувствительностью. Следовательно, перед тем, как использовать цветное освещение, необходимо учесть психофизиологические и другие параметры восприятия распределения яркости и цветности, например, методом визуального индивидуального тестирования и расчета необходимых фотометрических характеристик, определяющих комфортное состояние.

Полученные совместно ВНИСИ и ИМБП АН РФ экспериментальные данные,   продемонстрировали наличие  взаимосвязи между эффективностью переработки визуальной информации и отдельными психофизическими параметрами человека (временем между ударами сердца, временем, за которое кровь доходит от сердца до мизинца, частотой дыхания, электрокожным сопротивлением, температурой тела, давлением, электрокардиограммой и др.). Изменение физиологического состояния сопровождается соответствующим изменением цветовых пространственно-частотных характеристик органа зрения, которое может быть использовано для нейроинформационных технологий восстановления здоровья. Для того чтобы эти технологии могли быть внедрены в народное хозяйство необходимо разработать новый концептуальный подход к проектированию систем внутреннего освещения и особое внимание обратить на детские и лечебные учреждения.

Тематика: ,

Комментариев: 1


» Григорьев Андрей Андреевич (об авторе) { Июнь 8, 2009 - 06:06:05 }

Вызывает сомнение утверждение об увеличении в 3-5 раз значений пороговых контрастов на цветных фонах при нормированных значениях яркости. Это возможно только при слепящем действии монохроматических источников, но такой же эффект наблюдается и для белых фонов.
Прошу дать ссылку, на основании каких опубликованных данных сделаны указанные выводы.

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
24 queries. 0.088 seconds.