Экология освещения

Александр Фомин

Несмотря на все трудности и опасности, сопровождающие использование искусственного освещения, современный уровень светотехнической науки и техники позволяет практически в каждом конкретном применении сделать правильный выбор.

Развитие человечества как биологического вида во многом зависит от состояния его среды обитания. Внимание экологов оказывается традиционно привлечено к глобальным вопросам состояния атмосферы, гидросферы и растительного покрова нашей планеты, т. е. к так называемым окружающим макросредам. Вместе с тем состояние здоровья человека в первую очередь подвергается воздействию микросред, с которыми непосредственно взаимодействует наш организм. Именно здесь значительную роль приобретают различные поля, механизм действия которых, как правило, недостаточно изучен. К числу таких полей можно отнести электромагнитное, радиационное, гравитационное и световое. О результатах воздействия трех первых можно судить по обширным экспериментальным данным, которые свидетельствуют о том, что любые отклонения от природной нормы пагубно влияют на живые организмы. Какова ситуация в четвертом случае?

Рис. 1. Пульсация светового потока разрядной лампы при питании стандартным сетевым напряжением (вверху) и с высокочастотной схемой включения (снизу).

С физической точки зрения понятия "световое поле" не существует. Свет представляет собой электромагнитные волны в диапазоне длин волн 0,4 - 0,8 мкм, т. е. является одним из проявлений электромагнитного поля. Вместе с тем в отличие от других электромагнитных волн свет имеет принципиально другой путь воздействия на человеческий организм. Как известно, более 90% информации человек получает посредством зрения, а оно в свою очередь обеспечивается именно воздействием на глаз оптического излучения. Это позволило выделить в теоретической светотехнике понятие "светового поля", рассматривающего весь окружающий человека мир с точки зрения принимаемых глазом световых волн. Помимо своей информационной значимости, это поле обладает мощным воздействием на общее состояние человека, что и позволяет рассматривать его как самостоятельный компонент экологической среды. Несмотря на это, вплоть до настоящего времени его влияние явно недооценивалось, а иногда и вообще игнорировалось.

В момент появления человека как биологического вида единственным источником света на Земле было солнце. Солнечные лучи либо достигают земной поверхности напрямую, либо предварительно претерпевают рассеяние в облачной атмосфере. Этим определяются два характерных спектра естественного излучения: теплый "солнечный" и прохладный "дневной". Таков естественный световой климат нашей планеты, к которому приспособлены биоритмы человеческого организма.

Оптическое излучение характеризуется общей интенсивностью, а также распределениями по спектру, по времени и в пространстве. Естественное излучение относительно равномерно распределяется в пространстве, а его интенсивность плавно изменяется от восхода до заката солнца. Ранняя история создания искусственного освещения показывает, что в первую очередь внимание уделялось интенсивности (световому потоку) источников света, а остальные характеристики или не принимались во внимание, или приносились в жертву основной. Первым искусственным источником света стало открытое пламя, для получения которого использовались костры, лучины и позднее - свечи и масляные светильники. Переход к более совершенным конструкциям горелок обеспечивал все большую яркость пламени, которая достигла своего максимума в газовых лампах с так называемым колпачком Люшера - кусочком огнестойкой ткани, накаливавшимся в пламени и дававшим яркий белый свет.

Рис. 2. Световое загрязнение атмосферы в большом городе, вызванное интенсивным уличным освещением.

С точки зрения эргономики света, интенсивность излучения источника является хотя и важным, но далеко не единственным критерием оценки его качества. К сожалению, признание этого факта наступило далеко не одновременно с началом повсеместного использования искусственного освещения. Впервые появившиеся во второй половине XIX в. электрические лампы также совершенствовались лишь в направлении увеличения их световой отдачи, т. е. количества света, выработанного на 1 Вт электрической мощности. Любопытно отметить, что вначале электрический свет был признан неэффективным, так как первые образцы ламп накаливания существенно уступали по яркости общепринятым в то время газовым и керосиновым фонарям.

Вопросы качества освещения, определяющего его экологичность, впервые возникли перед разработчиками ламп в 1930-х годах. Именно тогда попытка широкого применения новейших ртутных газоразрядных ламп, обладавших вчетверо большей светоотдачей, чем лампы накаливания, столкнулась с активным противодействием потребителей освещения. Проблема состояла в том, что яркий свет этих ламп обладал выраженным зеленоватым оттенком и лица людей в нем приобретали жутковатый мертвенный оттенок.

Рис. 3. Неблагоприятное для зрения "агрессивное световое поле", образованное контрастным чередованием облицовочных плит пола.

Примерно в тот же период исследователи обратили внимание на спектральный состав света, получаемого от разных источников. Важность этой характеристики заключается в том, что от нее зависят цвета освещаемых объектов и, как следствие, психофизиологическое восприятие людей в условиях искусственного освещения. Каким же должен быть спектральный состав? Исследования показали, что человеческий глаз реагирует не напрямую на излучения отдельных длин волн, а на некий получаемый общий результат их воздействия. При этом разноспектральные излучения вполне могут дать одно и то же световое впечатление, получившее логичное название цвета. В связи с этим для оценки качества источника света было предложено использовать вызываемое им отличие в цвете некоторых стандартных красителей от эталонных значений. В качестве эталонного вполне естественно использовать природный световой излучатель, однако свет солнца или облачного, ясного, полуденного и вечернего неба существенно различается. Это привело к тому, что современные источники света оцениваются в сравнении с двумя основными эталонами: солнцем и "полуденным небом, равномерно покрытым облаками", в зависимости от того, к чему ближе спектр исследуемой лампы. Получаемое в результате число от 0 до 100 и характеризует так называемую цветопередачу лампы. Цветопередачу выше 60 принято считать приемлемой, выше 80 - хорошей, выше 90 - высокой (очень хорошей).

Появление электрических ламп породило еще одну существенную проблему. При питании лампы переменным током излучаемый ею свет пульсирует с частотой этого тока. Здесь наблюдается существенное отличие от естественных излучений