Световой рацион. Охрана труда и светодиодное освещение. В. А. Капцов, В. Н. Дейнего (№3, 2015)

В.А.Капцов,

 чл.-корр.РАМН профессор, д.м.н. ФГУ  Всероссийский НИИ железнодорожной гигиены Роспотребнадзора

E-mail: kapcovva39@mail.ru

 

В.Н. Дейнего,

ведущий инженер

 ООО «Новые энергетические технологии»

E-mail: Vn-led@bk.ru

 

Health and led lighting

V. A. Kaptsov Corresponding Member of RAMS, Professor, Dr. of Medicine, Russian Research Institute of Railway Hygiene

V. N. Deinego Leading engineer, “New Energy Technologies”

This article contains information about the new LED technology, developed by a team of researchers under the supervision of Nakamura, creator of the series of efficient production technology of white LEDs, declaring the establishment of the ideology of “cir-cadian-friendly LED light source”, comparable to natural sunlight.

         При  отработке мероприятий   по охране труда специалисты, работающие в этой области должны  учитывать  смену концепции построения белых  светодиодов, которые излучают белый свет разного спектрального состава. Спектр света определяет адекватность реакции зрительного анализатора и человека в целом на цвет и четкость изображения, утомляемость, производительность и  безопасность труда.

      На рынке светодиодного освещения идет жесткая    конкурентная борьба между всеми участниками светотехнического рынка, лидером которой сегодня общепризнан Сюдзи Накамура.  Он  и   его идеи дирижируют процессами, происходящими в этой области, в которой на первое место выходят проблемы гигиены света и сохранения здоровья человека.   

      Сюдзи Накамура является всемирно признанным   создателем   серийной технологии изготовления эффективных белых светодиодов (синий светодиод покрытый  желтым люминофором). Эти белые светодиоды     имеют  квазисолнечный спектр света, а их высокая эффективность (более 100 лм/вт) обеспечила массовое применение в системах освещения различного назначения (рис.1.).

 

 

У этих светодиодов   спектр света является неполным, но светодиоды с таким спектром    массово применятся в современных системах освещения на производстве, в медицинских и образовательных учреждениях.    Этот спектр  не обеспечивает полную информацию об окружающей производственной обстановке, увеличивает ошибки при работе, риски травматизма и как следствие -  снижение работоспособности, повышенную утомляемость и нарушения здоровья.

 Светодиодное освещение поддерживалось политическим руководством многих стран через соответствующие программы, которые  стали основой национальной  технической  политики  в сфере энергосбережения.  Эта политика втянула в рынок светодиодного освещения огромную армию чиновников   различного ранга и не профессиональных светотехников, с огромным желанием организовать собственный бизнес. 

 По мере повышения энергоэффективности  белых  светодиодов (от 50лм/вт до 200 лм/вт) и увеличения объемов финансирования программ энергосбережения  росло количество  фирм по производству светодиодных светильников.  

      В настоящее время оборот светодиодного рынка составляет огромные суммы. Участники рынка светотехнической продукции прогнозируют рост объемов российского светотехнического рынка с существующих 2 млрд. долларов США до 2,6-2,7 млрд. долларов США в 2020 году. В дальнейшем темпы роста снизятся и к 2025 году объем российского светотехнического рынка составит порядка 3 млрд. долларов США.  В этот светодиодный рынок были вовлечены и врачи для поиска положительных эффектов   воздействия    света    белых светодиодов   на человека  (1).   Ангажированность проведенных ими исследования очевидна, а  моральным оправданием для  них    было благосклонное отношение политического руководства государства к светодиодному освещению, построенному на базе синего светодиода покрытого желтым люминофором.

     Многочисленные исследования европейских и отечественных врачей показали, что свет светодиодов негативно влияет на зрительный анализатор и гормональную систему человека (2). Но участники светодиодного рынка с иронией отнеслись к предупреждениям врачей и настойчивым рекомендациям необходимости смены технической политики в области построения светодиодных источников света.   Один из авторов писал об этом еще в   2012году (3).   Первый  сигнал о смене концепции построения светодиодных источников света прозвучал из уст директора по продажам компании «Philips» Ове Соренсена.  Он сообщил, что в ближайшие два года его компания собирается продать свои реакторы по производству кристаллов для светодиодов, так как в современных условиях не так важно, какой кристалл вы используете, сколько важно, какие применяются люминофоры  и в какой корпус устанавливается кристалл.

Агрессивная реклама «пользы» светодиодного освещения и размеры его прибыльности ослепили участников этого рынка.   

      В настоящее время на   светодиодном  рынке, построенном на применении белых светодиодов, наступает переломный момент.  Тихо прошла смена концепции построения светодиодных источников света и ориентации его спектров излучения на   снижение негативных рисков  по незрительному  воздействию света на  здоровье человека. 

           На излете эпохи белого светодиода   Сюдзи Накамура получает Нобелевскую премию по физике за 2014год, но уже с 2008 года он разрабатывает новые кристаллы (фиолетового света)    для возбуждения -  RGB люминофоры а, также оригинальную методику их нанесения и установки кристаллов на подложку. На церемонии вручения премии Накамура сказал "Для меня большая честь получить Нобелевскую премию Шведской королевской академии наук для моего изобретения синего светодиода. Очень приятно видеть, что моя мечта о создании светодиодного освещения стала реальностью. Я надеюсь, что энергоэффективные светодиодные лампы позволят сократить потребление энергии и снизить затраты на освещение во всем мире, и именно поэтому мы создали Soraa ".

       Светодиодные инсайдеры отрасли не были удивлены появлением фирмы Soraa, в конце концов, довольно сложно собрать команду высококлассных инженеров, получить финансирование от предприятий и построить  опытный завод в Фримонте , не привлекая внимания. Компания была основана тремя профессорами – Стивом Ден Баарсом, Джимом Спеком, и Сюдзи Накамурой к  которым присоединились ведущие специалисты из Philips Lumileds  и Intel.    

       Накамура, как известно, работал над технологией по выращиванию нитрида галлия (GaN) из материалов содержащих субстраты GaN. Таким образом, большинство наблюдателей ожидали, что  Soraa объявит свой первый GaN-на-GaN светодиод. Вместо этого, Soraa включил эти светодиоды в лампы MR16.  «Мы знали, что наша светодиодная технология GaN ™ будет будущим освещения и Soraa сделал это реальностью», сообщал Накамура.

  Джефф Паркер, генеральный директор Soraa отмечал, что "GaN Soraa на GaN ™ светодиодные лампы в настоящее время рассматривается как лучшие в мире, с качеством света, который значительно превосходит любые другие светодиодные изделия.  Эти светодиоды излучают в фиолетовом части спектра, скорее всего, в районе 400-405 нм.  Компания объединила светодиоды со смесью из  трех люминофоров, что позволило предоставить полный спектр, избегая как "синего выброса", так  и "голубого пробела"  характерных  для обычных синих светодиодов».

        Не довольствуясь получением Нобелевской премии за синий светодиод - который дал старт светодиодной революции в    освещения   - Сюдзи Накамура   планирует удивить мир "человеко-ориентированным" освещением с новой технологией, основанной на фиолетовых светодиодах и RGB-люминофорах.

Так, выступая на Lux Live, крупнейшей ежегодной выставке освещения Европы он сказал: «Технология основанная на синем светодиоде имеет много проблем, потому что в ней отсутствует фиолетовый,  голубой(480нм), зеленый и красный цвета, и их свет не соответствует солнечному свету». Но использование GaN-на-GaN технологии Soraa, основанную на фиолетовых, светодиодах создает полный цветовой спектр и хорошее качество света (цвета). В настоящее время компания работает на "человеко- ориентированных технологиях» производящих фиолетовый свет, который, в сочетании с  люминофорами, хорошо вписывается  в концепцию биодинамического  освещения, поскольку  этот белый светодиод  излучает полный спектр света с CRI до 95»  (рис.2.).

 

 

Исследовательский отдел Soraa   в настоящее время занят тестированием возможности GaN-на-GaN технологии для производства света с пользой для здоровья: «Мы работаем над этим, мы разработали прототип, и сейчас тестируем его, сказал Паркер на СМИ телеконференции "мы считаем, что есть много проблем   в области циркадных ритмов и обеспечения  бдительности, которые   можно   решить, имитируя солнечный свет и стимулируя  им светочувствительные клетки  глаз. Мы начинаем синтезировать  свет с полным спектром, который позволяет отрегулировать спектр света для циркадных моделей (рис. 3). Мы считаем, что  находимся в очень хорошем положении,  чтобы развивать «биодинамическую светотехнику»,  которая  позволяет использовать от пяти до десяти  раз меньше материала, и дает  нам долгосрочное преимущество».

В ходе проводимых экспертых оценок общих тенденций развития светоиодного рынка была проведена закупка серийного образца лампы Soraa PAR 38 и проведена её экспертная оценка (таблица1).

Из рассмотрения представленных данных в   таблице 1 и рис.3 видно, что в области 480 нм имеется провал спектра при наличии большого всплеска синего при 460 нм. Наличие выброса и провала в спектре света характерно для белого светодиода по технологии синий светодиод - желтый люминофор.     Провал в спектре на 480 нм является главным отличием светодиодного света от солнечного, а большой выброс на 460 нм отличает его от люминесцентного и света от ламп накаливания. Проведённые исследования показали, что в этом диапазоне излучения 460нм - 480нм находятся максимумы чувствительности недавно открытого светочувствительного рецептора —меланопсина, который управляет зрачком глаза на его закрытие. Спектр света влияет на его восприятие и участвует в управлении зрачком. В диапазоне максимальной чувствительности глаза (меланопсин — 460—480 нм) спектральные характеристики светодиодных ламп и ламп накаливания пересекаются, образуя крест, который назван меланопсиновым. ( 2 )

Для специалистов по охране труда очень важны свойства этой лампы, так как  они свидетельствуют, что диаметр зрачка глаза управляется адекватно солнечному свету. Это говорит о высокой степени цветоощущения и четкости изображения.

     Вместе с тем,  компания Soraa смотрит на остальной мир как место для развития бизнеса. "То, что мы хотим сделать, так это найти партнеров на рынках по всему миру, чтобы помочь развивать нашу технологию.  Поэтому мы смотрим на Китай и     остальные  части мира как возможность роста рынка сбыта.    Мы с нетерпением ждем предложений сотрудничества и   хотим работать на мировом светотехническом рынке  "сказал Паркер.

Свои амбициозные планы           специалисты фирмы Soraa закрепили    патентом  US2015/0062892 A1 от  5марта 2015 «Circadian friendly led light source» (SORAA, INC, Fremont, CA(US).

В соответствии с этим патентом идеология «циркадно дружественного светодиодного источника света» распространяется на   источники света для:

• общего освещения;
• подсветки мониторов;
• автомобильные фары.

Одним словом новая идеология Сюдзи Накамуры  распространяется на все значимые области применения светодиодных источников света.

    Отечественная наука, несмотря на трудности, обусловленные излишней бюрократизацией и отсутствием адекватного финансирования разрабатывает новые источники освещения, лишенные многих недостатков зарубежных аналогов( 4 ).

В основу его положена концепция «удаленного» люминофора - конфигурирование двумерных распределений люминофоров в пространстве источника, дающее возможность реализовать каскад преобразований излучения и обеспечить задание необходимых соотношений между составляющими спектра выходящего света в сочетании  с высокой энергоэффективностью ( 4).

Исходя из выше сказанного специалисты по охране труда должны ужесточить требования к источникам  светодиодного света по спектральному составу. При этом нужно помнить, что спектр белого света с одной коррелированной цветовой температурой может быть реализован разным спектральным составом.

 

Выводы:

1. Сегодня произошло осознание негативного действия светодиодов на функциональное состояние и здоровье человека не только специалистами, но и обществом в целом. Это и привело к смене концепции построения светодиодного источника белого света.

2.Новые светодиодные технологии, разработанные группой исследователей под научным руководством С. Накамуры декларируют создание идеологии  «циркадно дружественного светодиодного источника света», сравнимого с естественным солнечным светом.

3. Использование светодиодов в народном хозяйстве страны возможно после сравнительной оценки эффективности с аналогичной лампой, разработанной нашими учеными по концепции светодиодного источника света с адекватным спектром света.

4.Нужно внимательно относиться к т.н. «гармонизации» нормативных документов, не допуская механического переписывания  технических требований производителя, без проведения собственных научных исследований.

Литература:

1.Дейнего В.Н.  Рецензия на книгу «Кучма .В.Р., Текшева А.М.  Гигиенические основы использования светодиодов в системах искусственного освещения. М. ФГБУ « Научный Центр здоровья детей» РАМН» Журнал Медицина труда  и промышленная экология»    №6       2014г. Стр 43-46.

2. Дейнего В.Н., Капцов В.А. Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека. Гигиена и санитария. 2013. № 6. С. 81-84.

3.  Дейнего В.Н.« Выбор концепции построения безопасной энергосберегающей системы освещения «Не имеющий стратегии – жертва чужой тактики!»»,  Журнал Кабель-news    №2  2012г.  

4. Дейнего В.Н. Уласюк В.Н. Сощин Н.П. Светодиодный источник белого света с комбинируемым удаленным фотолюминесцентным конвектором.  Патент  №2502917  от 30 декабря 2011г.