چراغ نور خیابان : سفید گرم و یا سفید سرد

ترجیح نادان با دمای رنگ

یک کاربرد گسترده از روشنایی در فضای باز است که شامل CCT سفید سرد (درجه حرارت رنگ همبسته) منابع نور به دلیل ترجیح نادان در احساس درک شده از "کولر" و یا "سفیدتر" وجود دارد. در کشورهایی که عرض جغرافیایی پایینی دارند آب و هوا گرم است و مردم چراغ هایی با دمای رنگ بالا را ترجیح می دهند که احساس خنکی برای آن ها به ارمغان می آورد. تسلط لامپ های فلورسنت در چند دهه گذشته باعث شده است که برخی افراد به سفیدی خنک روشنایی عادت کرده اند. آنها بر این باورند که "سفیدتر" نور "روشن تر" دید. با این حال ، در زمینه روشنایی LED باید مردم هنوز هم انتخاب خود را بر اساس چگونه آنها احساس می کنند؟ ديدم هيچوقت! در ۱۴ ژوئن ۲۰۱۶ انجمن پزشکی آمریکا (AMA) بیانیه سیاست رسمی در مورد چراغ خیابان رهبری را منتشر کرد. آن ها نگرانی های جدی خود را در مورد اثرات زیان بار روشنایی LED با شدت بالا ابراز کردند.

چگونه نور سفید تولید شده است

از آنجا که دیودهای ساطع کننده نور تقریباً منابع نور تک رنگ هستند که نور منتشر می کنند که یک رنگ واحد دارد در حالی که سفید اساساً ترکیبی از نور دو یا چند رنگ (یا طول موج) است، در حال حاضر ترجیح داده شده ترین مسیر برای ایجاد نور سفید از یک ماژول LED با به کارگیری یک LED تک رنگ (عمدتاً یک LED آبی) و یک عنصر تبدیل طول موج (که معمولاً یک فسفر زرد است) است. رنگ ساطع شده توسط LED به طور معمول توسط ماده ای که از آن تشکیل می شود تعیین می شود. تصویر نماینده ای از یک LED سفید متشکل از یک بسته از یک تراشه LED آبی، ساخته شده از گالیم نیترید (GaN)، پوشش داده شده با فسفر به ویژه Yttrium آلومینیوم گارنت (YAG) است که به عنوان یک عنصر تبدیل طول موج (WCE) عمل می کند تا یک رنگ سفید از دمای رنگ مورد نظر تولید کند. با تغییر ترکیب کسر پر یا ٪ وزن رنگ نور سفید را می توان کوک کرد. ویژگی های تولید نور سفید در سراسر یک فضای کروماتیتی بزرگ برای کاربردهای مختلف روشنایی سودمند است.

خطر نور آبی

با وجود مزایای بهره وری انرژی، روشنایی LED با شدت بالا مقدار قابل توجهی از نور آبی ساطع می کند که به نظر می رسد سفید به چشم غیر مسلح و تولید خیره کننده نامطلوب تر در شب نسبت به روشنایی معمولی است. نور آبی خطر بالقوه یا آسیب شبکیه ناشی از فتوشیمیایی را به عنوان پیامد قرار گرفتن در معرض تابش در طول موج عمدتاً بین ۴۰۰ نی متر تا ۵۰۰ نی متر به همراه دارد. انتشار بیش از حد آبی و سبز از LEDs پوشیده از فسفر منجر به افزایش آلودگی نور, چرا که این طول موج پراکنده بیشتر در داخل چشم و در نهایت با اثرات زیان بار زیست محیطی و خیره کننده.

هدایت جدید AMA خواستار توجه مناسب به ویژگی های طراحی و مهندسی مطلوب در هنگام تعویض به روشنایی LED است که کاهش سلامت زیان بار و اثرات زیست محیطی است. آنها به طور خاص اشاره می کنند که روشنایی LED غنی از آبی می تواند وضوح بصری و ایمنی را کاهش دهد که منجر به نگرانی ها و ایجاد خطر جاده ای می شود. چراغ های خیابان وایت ال ای دی در حال حاضر به نام بهره وری انرژی و صرفه جویی در هزینه های بلند مدت به شهرها و شهرهای سراسر جهان ارتقا می دهند.  CCT بین 4000K و 6500K انتخاب برای بسیاری از کشورها بوده است که به تازگی روشنایی خیابان خود را از HPS به LED مقاوم سازی کرده اند. با این حال، ۲۹٪ طیف روشنایی LED ۴۰K به عنوان نور آبی ساطع می شود که چشم انسان آن را به عنوان یک رنگ سفید خشن درک می کند. به غیر از تأثیر آن بر رانندگان، چراغ های خیابان ال ای دی غنی از آبی در طول موجی عمل می کنند که بیشتر به طور منفی ملاتونین را در طول شب سرکوب می کند. لامپ های ال ای دی سفید ۵ برابر بیشتر از لامپ های خیابانی معمولی بر ریتم خواب شبانه روزی تأثیر دارند.

تاثیر فیزیولوژیکی

چراغ های LED با شدت بالا طیفی دارند که همراه با یک سنبله قوی در طول موج است که به طور مؤثر ملاتونین را در زمان شب سرکوب می کند. ملاتونین هورمونی است که توسط گاندای کاج ترشح می شود، یک گاند کوچک به شکل کاج که در نزدیکی مرکز مغز قرار دارد. از طریق آزاد سازی ملاتونین، کبد کاج ساعت داخلی را حفظ می کند که ریتم های طبیعی عملکرد بدن را تنظیم می کند. ملاتونین تأثیرات متعددی بر عملکردهای فیزیولوژیک انسان دارد. این هورمون خواب را ترویج می کند، احساسات را تحت تأثیر قرار می دهد، بلوغ و تولید مثل را تحریک می کند و بر عملکردهای ایمنی بدن تأثیر می گذارد. تحقیقات کشف کرده اند که تولید و ترشح ملاتونین در درجه اول تحت تاثیر نور قرار می گیرد - ملاتونین دارای حساسیت نور بالاتری در زیر چراغ های رنگی با طول موج های کوتاه است؛ از سوی دیگر ملاتونین در زیر نورهای رنگی با طول موج های بلند حساسیت نور پایین تری دارد. تخمین زده می شود که یک لامپ LED پوشیده از فسفر حداقل ۵ برابر قوی تر در تأثیرگذاری بر فیزیولوژی شبانه روزی نسبت به یک نور سدیم با فشار بالا بر اساس سرکوب ملاتونین است.

CCT بالا ≠ دید بهتر

درک انسان از رنگ یک جسم از حسگرهای رنگی در چشم در پاسخ به تابش الکترومغناطیسی منعکس شده از جسم سرچشمه می گیرد. در زیر دید مزوپیک، چشم انسان نسبت به نور طول موج کوتاه حساس تر است. از این رو، LEDهای سفید پوشیده از فسفر که جزء نور آبی بالاتری دارند، اثر نورانی بالاتری تحت دید مزوپیک نسبت به دید فتوپیک خواهند داشت. این صفت در گذشته به عنوان مزیت LEDs سفید توصیف شده است. با این وجود CCT بالاتر با انتقال پایین تر در مه یا مه همراه است. از آنجا که پراکنده شدن رالی و پراکنده شدن میه وجود دارد، نور نتواند به طور کامل از طریق مه یا مه منتقل شود. توانایی نفوذ مه در نظر گرفتن ضروری به این دلیل است که چراغ های خیابان استفاده می شود برای روشن کردن جاده در زیر آب و هوای مه آلود یا مبهم است. به طور کلی نور زرد صحبت کردن قابلیت نفوذ مه بهتری نسبت به نور سفید دارد. توانایی نفوذ مه اکثر LEDهای سفید ضعیف است. توانایی نفوذ مه پایین نیز منجر به آلودگی بالاتر آسمان درخشش شهری از LEDs سفید با توجه به مولکولی (Rayleigh) و آئروسل (Mie) پراکنده. چنین پراکنده ای نه تنها روشنایی زمین را کاهش می دهد و اجسام زمینی را برای مشاهده سخت می کند (و به این ترتیب جاده را حتی کمتر امن می کند)، درخشش آسمان از پراکنده شدن نیز تأثیر نامطلوبی بر تحقیقات نجومی دارد، و در شب بر زیبایی شناسی عمومی آسمان تأثیر نامطلوب می گذارد.

انطباق ناکارآمد تاریک یکی از عوامل مهم است که باعث تصادفات رانندگی در طول شب می شود. در تلاش برای سریع تر کردن انطباق تاریک و بهبود ایمنی و کارایی رانندگی راننده، روشنایی دمای رنگ پایین به طور معمول برای روشنایی استفاده می شود. روشنایی LED با CCT سفید خنک یا نور روز دارای مقدار نسبتاً بالایی از اجزای نور آبی و طولانی ترین زمان انطباق تاریک است. برعکس، LEDهای سفید گرم دارای CCT نسبتاً کم و مقدار بالایی از اجزای طول موج بلند هستند و به همین دلیل زمان انطباق تیره کوتاهی دارند. سازگاری تاریک باید یک ملاحظه طراحی مهم برای روشنایی جاده باشد و در روشنایی تونل بحرانی است.

روشنایی سالم

AMA استفاده از روشنایی 3000K یا پایین تر برای تاسیسات در فضای باز مانند جاده ها را تشویق می کند. در 3000K، چشم انسان هنوز هم درک نور به عنوان "سفید"، با این حال آن را به طور متوسط گرم تر در تن، و تقریبا 21٪ از انتشار خود را در بخش آبی ظاهر طیف است. این انتشار هنوز هم بسیار آبی برای محیط شب باقی می ماند, اما بهبود قابل توجهی بیش از روشنایی 4000K با توجه به این واقعیت است که آن را کاهش می دهد ناراحتی و خیره کننده ناتوانی. منتسب به پوشش های مختلف، بهره وری انرژی روشنایی ۳۰K تنها ۳٪ کمتر از ۴۰K است، با این حال نور به طور قابل توجهی برای انسان خشنودتر است و مقدار کاهش یافته ای از تأثیر بر حیات وحش دارد. علاوه بر این، تمام روشنایی LED باید به درستی محافظت برای به حداقل رساندن نور خیره کننده و زیان بار اثرات انسانی و زیست محیطی، و تلاش باید داده شود تا استفاده از توانایی روشنایی LED برای چرخه خارج از اوج کم رنگ شود.

تحت روشنایی LED در حدود 3000K CCT, چشم انسان دارای زمان انطباق تاریک مناسب و معقول و توانایی های تبعیض رنگ, نور LED در این CCT نیز دارای اثربخشی نورانی نسبتا بالا و اثر نامطلوب کمتر بر به خوبی جسمی و روانی ما. پاسخ آشکار است که روشنایی CCT LED بالا باید برای روشنایی خیابان اجتناب شود اگر چه tradeoffs در طراحی روشنایی وجود دارد, که در آن درخشش, شاخص رندر رنگ (CRI), CCT, کنترل خیره کننده, flicker, روشنایی دید مزوپیک, انطباق تاریک, خطر نور آبی, درک رنگ, نفوذ مه, و آلودگی skyglow اجزای جدایی ناپذیر از هر ارزیابی پروژه است که تعیین مناسب بودن نور برای روشنایی خیابان.