روشنایی خیابان LED: دمای رنگ سفید گرم یا سرد؟

راه ها، خیابان ها و مناطق اطراف با روشنایی خیابان ها برای بهبود ایمنی عابران پیاده و رانندگان روشن می شوند. لامپ های تخلیه فشار بالا، اغلب لامپ های سدیم فشار قوی (HPS) و لامپ های متال هالید، در سیستم های قدیمی روشنایی خیابان ها استفاده می شوند. این منابع نور قبلاً به دلیل ارائه بیشترین روشنایی به ازای هر وات توان مصرفی شناخته شده بودند. حفظ سوخت‌های فسیلی و ایجاد منابع جدید و ابدی انرژی بسیار مهم است زیرا منابع طبیعی و انرژی در نهایت تمام خواهند شد. در نتیجه، مردم در سرتاسر جهان در حال کار به سمت ساختارهای عمومی هستند. بهره وری انرژی و همچنین تعدادی از مزایای اضافی، مانند افزایش عمر محصول، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، و اثرات زیست محیطی کمتر، چیزی است که نیاز به سوخت برای روشنایی LED کم مصرف است.

ترجیح غفلت آمیز
به دلیل میل ساده لوحانه به احساس "سردتر" یا "سفیدتر"، منابع نور سفید سرد CCT (دمای رنگ مرتبط) اغلب در نورپردازی در فضای باز استفاده می شود. مردم چراغ‌هایی با دمای رنگ بالا انتخاب می‌کنند که به آنها احساس خنکی می‌دهد، زیرا آب و هوا در کشورهایی با عرض‌های جغرافیایی پایین گرم است. برخی از افراد به دلیل محبوبیت لامپ های فلورسنت در دهه های اخیر، به سفیدی سرد نور عادت کرده اند. آنها معتقدند که بینایی با نور "سفیدتر" بهبود می یابد. اما آیا افراد هنوز هم باید تصمیمات خود را بر اساس احساسات در عصر روشنایی LED قرار دهند؟ هرگز یک بار دیگر! انجمن پزشکی آمریکا (AMA) در 14 ژوئن 2016 یک بیانیه سیاست رسمی در مورد روشنایی خیابان ها منتشر کرد.

نور سفید چگونه تولید می شود

از آنجایی که نور سفید اساساً ترکیبی از نور دو یا چند رنگ (یا طول موج) است و دیودهای ساطع کننده نور منابع نور تقریباً تک رنگی هستند که نور یک رنگ را ساطع می کنند، محبوب ترین روش برای ایجاد نور سفید از یک ماژول LED در لحظه استفاده از یک LED تک رنگ (معمولا یک LED آبی) و یک عنصر تبدیل کننده طول موج (که معمولاً یک فسفر زرد است) است. ماده ای که LED از آن ساخته می شود اغلب بر رنگی که منتشر می کند تأثیر می گذارد. یک بسته حاوی یک تراشه LED آبی ساخته شده از نیترید گالیم (GaN) پوشیده شده با فسفر، معمولاً گارنت آلومینیوم ایتریم (YAG)، که به عنوان یک عنصر تبدیل طول موج (WCE) برای تولید رنگ سفید با دمای رنگ مورد نیاز عمل می کند. به عنوان نماینده یک LED سفید. رنگ نور سفید را می توان با تنظیم ترکیب کسر پر یا درصد وزن تنظیم کرد. برای بسیاری از کاربردهای نورپردازی، توانایی تولید نور سفید در فضای رنگی وسیع مفید است.

خطر چراغ قرمز

چراغ‌های خیابانی LED با شدت بالا، مقدار قابل توجهی نور آبی تولید می‌کنند که با چشم غیرمسلح سفید به نظر می‌رسد و علیرغم مزایای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، باعث تابش خیره‌کننده‌تر در شب نسبت به نورهای معمولی می‌شود. قرار گرفتن در معرض نور آبی، که بیشتر بین طول موج‌های 400 تا 500 نانومتر رخ می‌دهد، می‌تواند خطرناک باشد یا منجر به آسیب فتوشیمیایی شبکیه شود. به دلیل انتشار اضافی آبی و سبز از ال ای دی های پوشیده شده با فسفر که بیشتر در چشم پراکنده می شوند و اثرات منفی بر محیط زیست و تابش خیره کننده دارند، آلودگی نوری بیشتر می شود.

توصیه های جدید AMA هنگام انتقال به نور LED که پیامدهای منفی بهداشتی و زیست محیطی را کاهش می دهد، توجه دقیق به طراحی و جنبه های فنی مناسب را توصیه می کند. آنها به ویژه توجه را به این واقعیت جلب می کنند که نور LED غنی از آبی می تواند بینایی و ایمنی را مختل کند و باعث ایجاد نگرانی و خطر در جاده شود. به منظور صرفه جویی در انرژی و هزینه در دراز مدت، چراغ های خیابانی LED سفید اکنون به شهرها و شهرستان ها در سراسر جهان منتقل می شوند. اخیراً هنگام تغییر از HPS به LED برای روشنایی خیابان، چندین کشور CCT را بین 4000K تا 6500K انتخاب کردند. چشم انسان نور آبی را که 29 درصد از طیف نور 4000K LED را تشکیل می دهد، به عنوان یک رنگ سفید روشن تفسیر می کند. چراغ‌های خیابانی LED غنی از آبی، علاوه بر تأثیر بر رانندگان، در طول موجی کار می‌کنند که در شب به شدت ملاتونین را سرکوب می‌کند. در مقایسه با نورپردازی سنتی خیابان ها، لامپ های LED سفید پنج برابر بیشتر بر الگوهای خواب شبانه روزی تأثیر می گذارند.

اثر بیولوژیکی

نورهای ال ای دی با شدت بالا طیفی با پیک بالا در طول موج دارند که در شب به شدت ملاتونین را سرکوب می کند. غده صنوبری، یک غده کوچک با شکل کاج که در نزدیکی مرکز مغز قرار دارد، هورمون ملاتونین را ترشح می کند. غده صنوبری با ترشح ملاتونین، ساعت داخلی را در کنترل چرخه های بیولوژیکی نگه می دارد. ملاتونین بر انواع فرآیندهای فیزیولوژیکی انسان تأثیر می گذارد. این هورمون بر سیستم ایمنی بدن تأثیر می گذارد، خواب را تشویق می کند، بر خلق و خوی تأثیر می گذارد، بلوغ و تولید مثل را افزایش می دهد و بر خواب تأثیر می گذارد. بر اساس مطالعات، تولید و ترشح ملاتونین اساساً تحت تأثیر نور است. ملاتونین در نورهای رنگی با طول موج کوتاه بیشتر به نور حساس است، در حالی که در نورهای رنگی با طول موج های بلند حساسیت کمتری به نور دارد. بر اساس سرکوب ملاتونین، تصور می‌شود که نورپردازی ال‌ای‌دی با پوشش فسفر حداقل پنج برابر مؤثرتر از نورپردازی سدیم فشار بالا در تأثیرگذاری بر فیزیولوژی شبانه‌روزی است.

یک CCT بالا دید را بهبود می بخشد

حسگرهای رنگی در چشم به تشعشعات الکترومغناطیسی منعکس شده از یک جسم برای تعیین رنگی که انسان می بیند پاسخ می دهد. چشم انسان هنگام مشاهده در شرایط مزوپیک به نور با طول موج های کوتاه حساس تر است. بنابراین، ال‌ای‌دی‌های سفید پوشش‌داده‌شده با فسفر با نسبت بیشتری از نور آبی، هنگام مشاهده از طریق عدسی مزوپیک، تأثیر درخشان‌تری نسبت به زمانی که با لنز فوتوپیک مشاهده می‌شوند، دارند. این ویژگی قبلاً به عنوان مزایای LED های سفید ذکر شده است. با این حال، کاهش انتقال در مه یا مه به CCT بیشتر مرتبط است. نور به دلیل پراکندگی Mie و Rayleigh قادر به انتقال کامل از طریق مه یا مه نیست. از آنجایی که از چراغ‌های خیابانی برای روشن کردن جاده در شرایط مه‌آلود یا مه‌آلود استفاده می‌شود، ظرفیت آن‌ها برای نفوذ در مه عاملی حیاتی است. نور زرد به طور کلی در مه موثرتر از نور سفید نفوذ می کند. اکثر ال ای دی های سفید توانایی محدودی برای نفوذ در مه دارند. با توجه به پراکندگی مولکولی (Rayleigh) و آئروسل (Mie)، ظرفیت نفوذ محدود مه همچنین منجر به افزایش آلودگی آسمان شهری از LED های سفید می شود. این پراکندگی علاوه بر کاهش نور زمین و دشواری دیدن اقلام روی زمین (که باعث می شود جاده ایمن تر شود)، همچنین تأثیر منفی بر مطالعات نجومی و جذابیت کلی آسمان شبانه دارد.

یکی از جنبه های مهمی که به تصادفات جاده ای در شب کمک می کند، سازگاری ناکارآمد تاریکی است. نورپردازی با دمای پایین اغلب به عنوان روشنایی در تلاش برای تسریع روند سازگاری با تاریکی و افزایش ایمنی و اثربخشی رانندگی استفاده می شود. طولانی ترین دوره سازگاری با تاریکی و نسبت نسبتاً بالایی از اجزای نور آبی در روشنایی LED با CCT سفید سرد یا نور روز دیده می شود. از سوی دیگر، LED های سفید گرم به دلیل CCT کم و نسبت زیاد اجزای طول موج بلند، مدت زمان تطبیق سریع تاریکی دارند. روشنایی جاده باید سازگاری تاریک را در طول طراحی در نظر بگیرد، و روشنایی تونل بسیار مهم است.

نورپردازی مناسب

برای نصب‌های بیرونی مانند جاده‌ها، AMA استفاده از چراغ‌هایی با دمای رنگ 3000K یا پایین‌تر را توصیه می‌کند. اگرچه نور تا حدودی گرمتر است و حدود 21 درصد از گسیلش را در ناحیه آبی رنگ طیف در 3000K دارد، چشم انسان همچنان آن را "سفید" می بیند. حتی اگر خروجی برای تنظیمات شبانه هنوز نسبتاً آبی باشد، با این وجود پیشرفت قابل توجهی نسبت به روشنایی 4000K دارد زیرا ناراحتی و تابش خیره کننده را برای افراد دارای معلولیت کاهش می دهد. با توجه به پوشش های مختلف، نورپردازی 3000K فقط 3 درصد کمتر از نورپردازی 4000K صرفه جویی در مصرف انرژی دارد، اما همچنین از نظر زیبایی شناختی برای انسان بسیار خوشایندتر است و تأثیر کمتری بر حیوانات دارد. علاوه بر این، تمام نورهای LED باید به طور مناسب عایق بندی شوند تا تابش خیره کننده و اثرات منفی بر مردم و محیط زیست کاهش یابد، و باید تلاش کرد تا از ظرفیت نورپردازی LED برای کاهش در دوره های کم پیک استفاده شود.

چشم انسان دارای قابلیت انطباق با تاریکی و توانایی تشخیص رنگ در زیر نور LED حدود 3000K CCT است. چراغ LED در این دوربین مداربسته دارای اثر نوری نسبتاً بالایی است و تأثیر منفی کمتری بر سلامت جسمی و روانی ما دارد. اگرچه معاوضه هایی در طراحی روشنایی وجود دارد، اما واضح است که نورپردازی LED CCT بالا نباید برای روشنایی خیابان استفاده شود. درخشندگی، شاخص رندر رنگ (CRI)، CCT، کنترل تابش نور، سوسو زدن، روشنایی بینایی مزوپیک، انطباق تاریکی، خطر نور آبی، درک رنگ، نفوذ مه و آلودگی نور آسمان همه عوامل مهمی هستند که باید در ارزیابی هر پروژه در نظر گرفته شوند. .