基于全光譜健康照明技術(shù)的應(yīng)用

陳少藩

廣東光陽電器有限公司，廣東 中山 528400

0 引言

隨著LED照明技術(shù)的迅速發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于照亮環(huán)境和看得見的照明基本功能，而是追求更高品質(zhì)的生理和心理舒適性的照明光源和燈具。尤其是在2002年Brown大學(xué)的Berson等[1]發(fā)現(xiàn)內(nèi)在光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC）的作用，并發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞與人體節(jié)律的調(diào)節(jié)有關(guān)。后續(xù)的相關(guān)研究表明，人類的生物節(jié)律和認(rèn)知表現(xiàn)都受到光環(huán)境的影響，無論是來自自然界的太陽光，亦或是人造光源，都會(huì)引起人體一系列生理節(jié)律反應(yīng)。因此，光能通過視覺和非視覺作用，不同程度地影響人體健康，而人類的發(fā)展進(jìn)化史決定了人的眼睛和生活作息都習(xí)慣于太陽光，太陽光譜是最理想的照明光譜條件?；谶@一情況，人們研發(fā)出了接近于太陽光譜的可見光全光譜LED。該技術(shù)能夠很好地適應(yīng)人體生理節(jié)律的特征，在很大程度上滿足當(dāng)前人們對(duì)照明的要求，可有效提高照明品質(zhì)與舒適性，滿足健康照明的需求。

1 全光譜LED概述

在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間，人們對(duì)照明的主要需求是亮度，但隨著人們生活水平的提高，部分人開始追求更健康、更舒適的光環(huán)境。在此背景下，健康照明的理念被提出來，并受到市場(chǎng)的廣泛關(guān)注。當(dāng)前健康照明的概念主要指所制造出來的照明光源光譜盡可能接近太陽光譜，照明在滿足基本的照明需求的同時(shí)，還應(yīng)考慮人們的心理需求。如何判斷照明燈具是不是健康照明燈具，除了顯色指數(shù)、色溫、照度、亮度、頻閃等指標(biāo)符合要求，其光譜與太陽光光譜的吻合度也應(yīng)該達(dá)到一定的要求[2]。

更準(zhǔn)確地說，全光譜LED是一種類太陽光譜LED，其可見光部分中的紅綠藍(lán)比例與太陽光近似，顯色指數(shù)Ra接近100（太陽光的顯色指數(shù)為100）。同時(shí)，全光譜LED還盡可能降低自然光中對(duì)人體有害的紅紫外線。相較于普通LED，全光譜LED的藍(lán)光峰值更低，可見光波段具備更好的連續(xù)性，因而具備更優(yōu)的照明光品質(zhì)[3]。相關(guān)研究顯示，人體視覺的辨識(shí)能力極易受到光譜的完整性的影響，特別是兒童發(fā)育階段。一般而言，越接近于太陽光譜，意味光譜連續(xù)性更好，顯色指數(shù)更高，物體的色彩也能更好地被還原。因此，全光譜健康照明LED對(duì)保護(hù)人們的視力健康，提高光品質(zhì)及視覺舒適性，降低人們?cè)贚ED光照環(huán)境下不自覺的生理性緊張，改善人們學(xué)習(xí)、工作、生活的質(zhì)量具有重大意義。

為了使全光譜LED可以隨著照明需求的改變而做出相應(yīng)的調(diào)整，從而為用戶提供最佳的照明體驗(yàn)，相關(guān)科研人員開始研究將各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到照明系統(tǒng)中。通過將智能技術(shù)與全光譜LED的有效融合，科學(xué)預(yù)設(shè)全光譜LED所處場(chǎng)景，包括房間、教室、辦公室、餐廳等場(chǎng)景。為此，可借助智能控制系統(tǒng)模擬光照條件，再結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已具備的各種場(chǎng)景信息，加以比較、處理，將光照指標(biāo)調(diào)整到最佳需求狀態(tài)，以更好地滿足場(chǎng)景內(nèi)實(shí)際的照明需求，從而為用戶提供更加健康舒適、智能化的照明體驗(yàn)。

2 視覺與非視覺效應(yīng)

光對(duì)人的生物效應(yīng)分為視覺與非視覺效應(yīng)。真正意義上的健康照明需要兼顧這兩個(gè)方面，即既要關(guān)注是否“看得見、看得清”，也要關(guān)注是否能“看得舒服”“看得身心舒爽”。如今，國(guó)內(nèi)外科研人員致力于研究光照對(duì)人類健康的影響，更進(jìn)一步說，是關(guān)注照明對(duì)人的生理、心理等非視覺特性的影響，尤其是光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)以來，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究不斷深入。照明條件無論是對(duì)人的生理還是心理都會(huì)產(chǎn)生重大影響。因此，在生理上，不同年齡對(duì)照明亮度有著不同的要求。年齡越大，晶狀體透光性變差，要求較高的照度[4]。在視覺心理上，不同照明條件通過視覺器官引起不同的心理機(jī)理反應(yīng)[5]。

另外，不同的光照強(qiáng)度也能影響人的心理，如在一定的光照強(qiáng)度下能增強(qiáng)人的食欲、改善情緒與睡眠等。但是，光照強(qiáng)度的增強(qiáng)也并非都是好處，例如雖然其可改善阿爾茲海默癥患者的睡眠情況和認(rèn)知能力，但卻對(duì)患者注意力產(chǎn)生負(fù)面影響。又如，紫外線能夠?qū)σ恍┪⑸锘蚴遣≡w進(jìn)行消滅，有助于人體生成維生素D，可對(duì)佝僂病、軟骨癥進(jìn)行防治，還能夠預(yù)防老年人骨質(zhì)疏松，提高人體免疫力等；紅外線則有助于人體血液循環(huán)與新陳代謝，在很大程度上增強(qiáng)人體免疫功能，并在軟組織損傷、肌肉痙攣、肌肉勞損等方面具備顯著的治療效果。當(dāng)前醫(yī)學(xué)與光學(xué)等領(lǐng)域的研究人員都非常關(guān)注如何借助光譜中的有益光線服務(wù)人類。

3 健康照明之全光譜LED的具體應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 護(hù)眼臺(tái)燈

臺(tái)燈是照明領(lǐng)域的一個(gè)非常特殊的應(yīng)用方向，在臺(tái)燈市場(chǎng)中，處于生長(zhǎng)發(fā)育階段的未成年人占比非常高，同時(shí)由于臺(tái)燈離人的距離非常近，使人們更容易關(guān)注其各項(xiàng)指標(biāo)，包括色溫、顯色指數(shù)、照度和照度均勻度、頻閃等。除此之外，生理、心理健康等非視覺特性也非常重要，因此對(duì)臺(tái)燈的健康照明提出較高的要求。為此，全光譜LED臺(tái)燈非常適合長(zhǎng)期桌前閱讀學(xué)習(xí)的學(xué)生群體使用，可以達(dá)到護(hù)眼效果。尤其是近年來，我國(guó)青少年兒童近視率越發(fā)嚴(yán)重，近視低齡化、重度化日益嚴(yán)重的情況下，全光譜LED臺(tái)燈越來越受到市場(chǎng)的廣泛青睞。

3.2 教室照明

教室照明是目前健康照明應(yīng)用領(lǐng)域最熱門的應(yīng)用之一，尤其是八部委共同出臺(tái)《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》以來。與臺(tái)燈照明類似，教室照明多數(shù)是幼兒園、小學(xué)、中學(xué)等，用戶絕大多數(shù)是未成年人。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)擁有學(xué)校518 900所，其中中小學(xué)校約213 800所，教室數(shù)量達(dá)到3 750 000個(gè)，且這些教室的照明環(huán)境普遍較差，缺乏整體設(shè)計(jì)和照度，存在顯色指數(shù)低、頻閃嚴(yán)重、眩光污染等系列問題，具有改造潛力。當(dāng)前各地已經(jīng)陸續(xù)開始了教室照明改造工程，全光譜LED教室照明在其中占據(jù)重要地位。

3.3 植物照明

光環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，植物的生長(zhǎng)離不開太陽光的光合作用。全光譜LED可對(duì)太陽光進(jìn)行模擬，或是直接取代太陽光來為植物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)成分，幫助其更好地進(jìn)行光合作用，促進(jìn)植物快速生長(zhǎng)。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前的相關(guān)技術(shù)在植物種植環(huán)境中設(shè)置全光譜LED的智能照明系統(tǒng)，全過程地、準(zhǔn)確地監(jiān)控植物各階段的生長(zhǎng)狀況，然后有針對(duì)性地調(diào)節(jié)光照，使之符合現(xiàn)階段植物生長(zhǎng)的需要?；蛘呤褂脭z像頭來拍攝植物，根據(jù)其種類及實(shí)際生長(zhǎng)周期，科學(xué)調(diào)控全光譜LED照明產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)。不同植物的生長(zhǎng)條件不同，故而所需的光源光譜能量也不同，且需要的光照波長(zhǎng)也不同，但全光譜LED可在實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，為不同植物的生長(zhǎng)提供相對(duì)應(yīng)的光照，有利于植物生長(zhǎng)。

3.4 辦公照明

對(duì)于辦公照明而言，不僅要求辦公場(chǎng)所內(nèi)所用照明產(chǎn)品能夠提供必要的照度，還應(yīng)確保場(chǎng)所內(nèi)人員的生理舒適性，以此來確保人員能夠更加高質(zhì)高效的工作。因?yàn)槿庾V LED類似于自然太陽花的光譜特性，加上顯色指數(shù)約為1 000，故而將其應(yīng)用到辦公場(chǎng)所中，能夠滿足辦公照明的實(shí)際需求。同時(shí)，全光譜LED的短波紫光還具備諸多的優(yōu)勢(shì)，包括殺菌、促進(jìn)人體鈣質(zhì)的吸收、有利于骨骼生長(zhǎng)。另外，全光譜LED可在藍(lán)光波段對(duì)能量成本進(jìn)行有效弱化，其所具備的長(zhǎng)波紅光可促進(jìn)室內(nèi)植物更加快速的生長(zhǎng)。

3.5 餐廳照明

對(duì)于餐廳照明而言，由于大多數(shù)餐廳的采光主要依靠于窗戶面，這往往很難滿足餐廳內(nèi)的照明需求，這時(shí)需要對(duì)全光譜LED進(jìn)行充分利用。具體應(yīng)用方式：（1）在餐廳設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合區(qū)域內(nèi)的地理經(jīng)緯度與各季節(jié)的太陽光光色、時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度等情況，對(duì)全光譜LED智能照明系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，使系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)設(shè)備能夠?qū)Σ蛷d內(nèi)太陽光變化狀況、亮度等進(jìn)行全過程監(jiān)控，然后有針對(duì)性地提供照明。白天可結(jié)合照明光譜，科學(xué)模擬光環(huán)境；夜晚則需對(duì)餐廳內(nèi)的照明進(jìn)行合理調(diào)整，使之能夠符合人的生理節(jié)律特點(diǎn)，從而為顧客提供舒適愉快的用餐環(huán)境。（2）當(dāng)餐廳有顧客時(shí)，全光譜LED智能照明系統(tǒng)可根據(jù)人的生理節(jié)律特點(diǎn)來有針對(duì)性地調(diào)節(jié)照明。還可充分考慮人的生理節(jié)律特征、光照射量等信息，科學(xué)模擬太陽光的日變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)餐廳內(nèi)照明的各項(xiàng)光照參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而為顧客提供更加舒適的用餐體驗(yàn)。（3）當(dāng)餐廳沒有顧客時(shí)，全光譜LED智能照明系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整照明，產(chǎn)生紫外光波段的光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)餐廳環(huán)境的滅菌處理。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著人們生活水平的顯著提升，對(duì)光照質(zhì)量和光舒適程度、健康程度提出了更高的要求，全光譜LED應(yīng)運(yùn)而生，并在臺(tái)燈、教室照明、植物照明、辦公照明、餐廳照明等方面發(fā)揮著重要作用，給人們帶來更直觀的視覺舒適度提升。良好的光環(huán)境，能給人們帶來舒適愉快、高質(zhì)量的照明光環(huán)境。