Что такое коэффициент пульсации светового потока

Пульсации яркости: факты, механизмы и нормы

Пульсации светового потока источников света ограничиваются санитарными нормами, и с каждым годом уменьшаются. А на пульсации яркости экранов санитарных норм нет. При том, что в мониторы и телефоны люди уже смотрят дольше, чем на офлайн-сцены.

Разберемся, как и на что влияет пульсация яркости наблюдаемых сцен, и как в действительности пульсируют источники света и экраны.

Механизм воздействия пульсаций яркости на здоровье человека

Энцефалограмма человека с характерным пиком на частоте пульсирующего освещения еще с 60-х годов публиковалась как доказательство вредного действия пульсаций освещенности на нервную систему.

Слева — контрольная ЭЭГ, справа — с пиком на частоте 120 Гц при включении освещения, пульсирующего с частотой 120 Гц.

Сегодня же, по мнению нейрофизиологов, навязывание нервной системе высокочастотного дополнительного ритма повредить не может. Картинка всего лишь показывает восприимчивость нервной системы к пульсациям освещенности. Вылезает на ЭЭГ пик с частотой изменения значимого параметра окружающей среды — молодец, здоров!

Однако, при длительной напряженной зрительной работе выраженные пульсации освещения действительно вредны, так как мешают движению взгляда.

Застывший взгляд слеп, чтобы видеть, нужно взгляд перемещать. Движение взгляда по лицу одной из самых красивых женщин в истории, Альфред Ярбус, 1965г.

Взгляд человека перемещается скачкообразно — саккадами. Пульсации на частотах 100 Гц и более сознанием не воспринимаются, но провалы освещенности в короткий миг перескока мешают взгляду «зацепиться» за новую точку.

Один и тот же эффект проявляется при быстром движении объекта (карандашный тест), сдвиге фотоаппарата, и быстром перемещении взгляда: наблюдатель видит прерывистый след из фантомов освещенных объектов. Это затрудняет перемещение взгляда на намеченную цель, саккады становятся более частыми и хаотичными.

Появление фантомов перемещающихся объектов при пульсирующем освещении.

Наиболее полным и достоверным обобщением современных данных о влиянии пульсаций освещения на здоровье человека является документ » IEEE Recommended Practices for Modulating Current in High-Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers». Исследования, на которые ссылается документ, показывают следующее:

1. Высокочастотные пульсации освещенности вызывают повышенную усталость, снижение производительности зрительной работы, усталость глаз, головные боли и тревожность.
2. С увеличением глубины пульсаций выраженность негативного воздействия растет.
3. С ростом частоты риски негативного воздействия снижаются.

IEEE вводит следующие критерии уровней риска:

1. низкому уровню риска на частотах менее f = 90 Гц соответствует уровень пульсаций, в процентах не превышающий 0,025⋅f; более 90 Гц — не превышающий 0,08⋅f. При частотах более 1250 Гц ограничений на уровень пульсаций нет. Для актуальной частоты 100 Гц уровни пульсации, соответствующие низкому уровню риска, — не выше 8 %.
2. безопасный уровень глубины пульсаций при котором нет статистически выявляемого воздействия — 0,01⋅f для частот ниже 90 Гц и 0,0333⋅f для частот выше 90 Гц. Для частоты 100 Гц заведомо безопасный уровень пульсаций — не выше 3 %.

Отечественные стандарты нормируют «просто пульсации» на частотах до 300 Гц, и это правильно, так как заставить миллионы людей учитывать спектральные особенности пульсирующего освещения нереально, хорошо бы учли хоть одну цифру.

Но одной цифры все равно не получилось, санитарные нормы еще со времен СССР регламентируют уровень пульсаций в разных ситуациях не выше 20 %, 15 %, 10 % и 5 %. И со временем количество нормативных документов, указывающих в каких случаях допустимы какие пульсации, становится только больше.

Но во внегосударственных стандартах можно и нужно использовать упрощенные нормы. Достаточно принять, что в местах постоянного пребывания людей допустимы пульсации не выше 3 %. Это и обосновано, и заведомо соответствует всем санитарным нормативам, и в большинстве случаев выполняется автоматически.

Еще пять лет назад добиться пульсаций яркости, например, светодиодного светильника, менее 15 % было чрезвычайно трудно. И сегодня попадаются экземпляры с уровнем пульсаций в десятки процентов, особенно часто среди малогабаритных ламп (типа G9 и т.п.) из-за трудностей размещения полнофункционального драйвера в столь в малом объеме да еще и за малые деньги. Но для типичного современного добросовестно изготовленного светодиодного светильника пульсации освещенности на уровне 1-2 % — норма. И превосходная норма!

Но не стоит быть перфекционистом. Требовать сегодня уровень пульсации 0,5 % и менее — значит напороться на завышенную цену, а подчас и на обман. Неоправданно дорого производить что-то идеальное, это подтвердит любой разработчик. Покупатель же общается не с разработчиком, а с менеджером, чья работа обещать «— да, конечно, у нас ровно то, что вам нужно».

Реальные значения пульсаций яркости

В 2015 году я в должности и.о. главного редактора журнала «Светотехника» курировал исследование фактических параметров светотехнических приборов рынка. В том числе я передал в LampTest.ru 5 штук обследованных в аккредитованной лаборатории лампочек, и убедившись, что результаты измерений AlexeyNadezhin совпадают с нашими, включили в статистику данные по более чем четыремстам лампочкам из его проекта.

И со студентами кафедры Светотехники МЭИ измерили спектр и глубину пульсаций 111 разных моделей мониторов найденных в комнатах общежития МЭИ. В работе использовали внесенный в реестр средств измерений и поверенный люксметр-яркомер-пульсметр «еЛайт02».

И вот что выявили:

Типичный уровень пульсаций уличных натриевых светильников — около 30 %. Типичный уровень пульсаций светильников с люминесцентными трубчатыми лампами 4×18 с «классическим» ЭМПРА, стоящих в большинстве учреждений и учебных заведений — более 40 %.

Типичный люминесцентный светильник пульсирует на удвоенной частоте сетевого напряжения 100 Гц с глубиной пульсаций более 40 %.

Лампы накаливания пульсируют меньше люминесцентных, но тоже будь здоров. Данные LampTest согласуются с данными, полученными прямым измерением в лаборатории компании Эко-Е ее техническим директором Сергеем Мамаевым, куда я для измерений привез сумку разнообразных лампочек накаливания, купленных в крупных сетевых магазинах. С ростом мощности свечение нити накаливания становится более инерционным, уровень пульсаций падает, но все равно остается выше приемлемого значения.

Пульсации светового потока ламп накаливания разных мощностей. Здесь и далее зеленым выделен заведомо безопасный уровень по критериям IEEE.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) пульсируют примерно вдвое меньше ламп накаливания (6-10% против 15-20%). Светодиодные лампы бывают двух разновидностей — большая часть очень хороша, меньшая пульсирует как угодно вплоть до 100 % (ужас-ужас). Светодиодные светильники всех мастей большей частью хороши, пульсации низкие.

Коэффициент пульсации исследованных КЛЛ (а), СД ламп (б) и офисных светодиодных светильников, уличных и промышленных светодиодных светильников (г).

В 2016-2017 годах я совмещал должность руководителя производственной светотехнической лаборатории и измерил множество светильников разных производителей. Сегодня уровень пульсаций светодиодного светильника выше 10 % вызывает удивление. Значения до 3 % — фактическая норма.

И эти изменения произошли стремительно. Недавно попали в руки БУ-шные экземпляры одного из лучших трековых светильников для освещения музеев — ERCO. Эффективность около 90 лм/вт при КЦТ=3000 К и Ra=90 — уровень для ERCO двух-трехлетней давности, но приемлем и сегодня. Но что такое: поворачиваю гониометр со светильником и вижу на экране свистопляску, проверяю уровень пульсаций — более 30 %. Породистые источники питания Tridonic из этих светильников придется выкидывать и заменять на любые современные с пульсацией ~1 %.

Ну и самое интересное — пульсации яркости экранов мониторов. Наиболее жестко уровни пульсаций отечественные нормативы ограничивают в помещениях с дисплеями из-за следующего обстоятельства: если освещать сцену одновременно двумя пульсирующими на разной частоте источниками, на нервную систему воздействуют и обе эти частоты и целый букет их производных, включая низкочастотную разницу. Еще в СССР не знали как бороться с пульсацией яркости мониторов и привычно «завернули гайки» светотехникам.

Пульсация яркости мониторов и экранов вызвана ШИМ-регулировкой подсветки, поэтому на 100 % яркости пульсация как правило равна нулю, и при уменьшении яркости растет. Для примера у монитора AOC i2769vm при максимальной яркости пульсации отсутствуют, при 95% яркости пульсации составляют 8,5%; при половинной яркости (см. рисунок ниже) достигают 100%; а при яркости меньше половины глубина пульсаций все также 100%, но между вспышками света появляются паузы темноты.

Характер пульсаций яркости экрана AOC i2769vm. Здесь и ниже приведены скриншоты программы Эколайт-АП

Типичный пример характера и спектра пульсаций экрана смартфона на примере Samsung S7 Edge — при понижении яркости пульсации растут с 5 % до 69 %, и с 60 Гц на 241 Гц меняется частота основной гармоники. Возможно изменение частоты связано с конструктивной особенностью самосветящихся AMOLED-экранов. Отметим, что повышение частоты по критериям IEEE не вывело параметры пульсаций экранов из опасной зоны.

Форма (вверху) и спектр пульсации (внизу) яркости экрана Samsung S7 Edge при уровнях яркости 100 % и 50 %.

Поэтому перед измерениями для статистики яркость мониторов и экранов смартфонов выставлялась на 50 %. Результаты катастрофические. В зеленую и даже в желтую зону попала лишь незначительная доля экземпляров. У части экранов основная гармоника на частоте менее 70 Гц, что по данным IEEE приводит к выраженным недомоганиям, головным болям и даже эпилептическим припадкам.

Частота и глубина пульсации экранов мониторов, ноутбуков и носимой электроники.

Является ли пульсация экрана телефона катастрофой? Нет, но при чтении желательно выставлять яркость на 100 %, а в транспорте смотреть не в телефон, а на девушек.

Примечание 1: Пост является популярным изложением результатов, опубликованных в Оптическом журнале на русском языке и в OSA publishing на английском языке.
Примечание 2: Если вы в Москве, и имеете доступ к большому объему включенных мониторов и телефонов (шоурум магазина электроники?), предлагаю все ваши устройства перемерить.

• Компьютерное железо
• Научно-популярное
• Мониторы и ТВ
• Ноутбуки
• Здоровье

Соблюдение нормативов по пульсациям освещенности — одно из основных условий качества светодиодного освещения

Статья посвящена такому важному параметру искусственного освещения, как коэффициент пульсации светового потока. Приводятся наиболее важные нормативные акты, регламентирующие этот параметр. Рассмотрены уровни пульсаций, производимых различными источниками света. Проведен анализ схемотехники типовых встроенных источников питания светодиодов в плане влияния на коэффициент пульсации.

Давно прошло то время, когда разнообразие источников света ограничивалось лампой накаливания. Сегодня на прилавках магазинов появились и другие, более совершенные источники света — люминесцентные и светодиодные, с различными электрическими и светотехническими параметрами. На упаковках таких ламп обычно большим шрифтом указаны потребляемая мощность и световой поток. Про уровень пульсаций светового потока, производимого лампой, изготовители обычно умалчивают. Давайте разберемся, так ли уж важен для нас коэффициент пульсации освещенности?

Требования и нормативы

В России в настоящее время применяются следующие нормативные акты, устанавливающие требования к уровню пульсаций освещенности:

• СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение» [1]. Коэффициент пульсаций освещенности в зависимости от характеристики зрительной работы указан в таблице 1. Он учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность.
• СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» [2]. Пункт 6.14. ограничивает коэффициент пульсации пятью процентами.

Характеристика зрительной работы

Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм

Относительная продолжительность зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность, %

Коэффициент пульсации
освещенности КП, %, не более

Различение объектов
при фиксированной
и нефиксированной
линии зрения

очень высокой точности

Коэффициент пульсации освещенности

Коэффициент пульсации освещенности (К_П) — важнейшая характеристика источника света, критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в осветительной установке в результате изменения во времени светового потока при питании от сети переменного тока (рис. 1).

Рис. 1. Методика определения коэффициента пульсации освещенности

К_П определяется по формуле:

где Е_макс — максимальное значение освещенности за период ее колебания (промежуток времени), Е_мин — минимальное значение освещенности за период ее колебания, Е_ср — среднее значение освещенности за тот же период.

Нормирование этого показателя потребовалось в свое время в связи с повсеместным введением в эксплуатацию разрядных источников света, так как при питании током промышленной частоты (50 Гц) их световой поток пульсирует с частотой 100 Гц.

Если сетчатка глаза освещается импульсами света, то мелькания перестают восприниматься при некоторой их частоте — так называемой критической частоте слияния мельканий [3]. Мозг не успевает полностью обработать зрительную информацию, изменяющуюся с частотой свыше нескольких десятков герц. На этом свойстве зрения основывается принцип показа видео­изображений, где кадры меняются с частотой от 25 Гц и выше, а зритель воспринимает увиденное как единую картину, плавно изменяющуюся со временем.

Однако отрицательное влияние световых колебаний на организм человека установлено в многочисленных исследованиях российских и международных экспертов и ученых.

Влияние световой пульсации на организм человека

Еще в 60-х годах ХХ в. проводились исследования по обнаружению влияния пульсации света на электрическую активность мозга человека [4]. Авторы предположили, что отрицательное действие на человека однофазно включенных люминесцентных ламп с использованием электромагнитного балласта может быть обусловлено изменением основной ритмической активности нейронов. В ходе исследования у группы испытуемых во время просмотра светового экрана снимали показания электрической активности мозга. Снятые электроэнцефалограммы были разложены на спектр. При отсутствии пульсации света преобладающими частотами были 9–10 и 15–20 Гц. Это так называемые альфа- и тэта-ритмы, свойственные человеческому мозгу в нормальном состоянии. Частоты выше 120 Гц в таком спектре представлены слабо (рис. 2). Когда же испытуемым были показаны пульсации на световом экране, спектр изменялся следующим образом: альфа-ритм значительно подавлялся, амплитуды присущих ему частот снижались, зато появлялся пик на частоте, равной частоте наблюдаемых световых пульсаций: проявлялся навязываемый ритм.

Рис. 2. Фрагмент записи одного из опытов:
а) спектр ЭЭГ в темноте (фон);
б) спектр ЭЭГ при освещении светом, мелькающим с частотой 120 Гц.
1 — ЭЭГ затылочной области мозга,
2 — частотный спектр ЭЭГ, выдаваемый анализатором Уолтера

Результаты проведенных экспериментов показали следующее:

• Мозг человека воспринимает пульсации света, не ощущаемые визуально (как по частоте, так и по амплитуде).
• Пульсации света частотой выше 100 Гц начинают влиять на работу мозга уже при глубине 2–3%.
• Пульсации глубиной больше 20% дают тот же эффект, что и 100% пульсации.
• При уровне мерцаний больше 5–8% и при частотах 100 Гц и более нормальная работа мозга нарушается.
• Мозг не воспринимает пульсации света частотой выше 300 Гц.
• Мозг способен усваивать до четырех частот раздражающего воздействия одновременно. Отсюда и такие жесткие требования СанПиН к К_П при работе на ПЭВМ. В таких помещениях на работу мозга, кроме пульсаций света, влияет еще и излучение монитора, которое также пульсирует. Работа [4] стала основополагающей при последующем создании различных нормативных документов.

В исследовании лаборатории промышленного освещения Научно-исследовательского института охраны труда (г. Иваново), проведенном под руководством Ильиной Е. И. и Частухи­ной Т. Н. [5], говорится, что неблагоприятное действие пульсации на организм человека возрастает с увеличением ее глубины. Появляется напряжение в глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль. Большинство исследователей отмечает отрицательное воздействие пульсации света на работоспособность человека как при длительном пребывании в условиях пульсирующего освещения, так и при кратковременном, в течение 15–30 мин.

Нельзя не упомянуть и о таком явлении, как стробоскопический эффект — кажущееся изменение или прекращение движения предмета, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой [3]. Он возникает тогда, когда частота мерцания светильника является кратной или совпадает с частотой движений деталей рабочего оборудования, из-за чего кажется, что те медленно двигаются в обратном направлении или не двигаются вообще. Например, неподвижными могут казаться вращающийся вал фрезерного станка, работающая циркулярная пила и др. По итогам расследования производственных несчастных случаев «виновным» зачастую оказывается именно стробоскопический эффект, который может возникнуть уже при коэффициенте пульсации в 10%.

Многие международные и российские исследования доказали, что пульсация освещения оказывает негативное воздействие также и на центральную нервную систему, причем в большей степени — непосредственно на нервные элементы коры головного мозга и фоторецепторные элементы сетчатки.

Величина пульсаций различных источников света

Светильники с лампами накаливания (ЛН), как правило, подключаются напрямую к сети переменного тока напряжением 230 В частотой 50 Гц. Частота изменения яркости свечения ЛН составляет 100 Гц. К_П ЛН определяется инерционностью нити накаливания, т. е. тем, как быстро нить накаливания успевает нагреться и остыть за полупериод питающего напряжения. Таким образом, чем мощнее ЛН и, следовательно, чем толще ее нить, тем меньше К_П. Измеренные прибором «ТКА-ПКМ» (08) величины К_П освещенности в зависимости от мощности типовых ЛН приведены в таблице 2.

Мощность лампы, Вт

К вопросу о пульсациях светового потока

В годовом плане НИОКР в области полупроводникового освещения Министерства энергетики США (DOE) за 2015 г. прогнозируется, что к 2030 г. доля светодиодных светильников в США составит около 80%. Это приведет к сокращению энергопотребления примерно на 60%. Суммарные потери в светодиодном драйвере могут составлять 10% и даже выше, а частота отказов светодиодного драйвера для азиатской продукции достигает 52%. Поэтому DOE рекомендует применять светодиодные источники света с драйверами, питаемыми переменным током, и называет их «грядущим поколением источников света».

Сегодня проектирование нового светодиодного светильника сопряжено с рядом значительных трудностей — в частности, связанных с правильным выбором светодиодов и источника питания (ИП). Благодаря новой технологии драйверов переменного тока этот процесс заметно упростился: теперь можно непосредственно питать светодиодный драйвер переменным напряжением 230 В, получая на выходе свет практически без пульсаций и с очень хорошими характеристиками диммирования.

Необходимость разрабатывать специальный ИП может существенно отсрочить завершение нового проекта. Гораздо проще воспользоваться новой технологией с драйвером переменного тока, которая имеет очевидные преимущества: помимо существенного снижения себестоимости изделия, она позволяет использовать и комбинировать в одной схеме светодиоды разных производителей. Теперь можно использовать значительно более компактный ИП, который легко и аккуратно встраивается в любой корпус, а также может устанавливаться непосредственно на печатной плате со светодиодами.

Непосредственное питание драйвера переменным напряжением 230 В

Идея непосредственного питания светодиодного драйвера переменным напряжением 230 В может показаться сомнительной, особенно с учетом требований, касающихся безопасного сверхнизкого напряжения. Но надлежащие меры безопасности и изоляция позволяют быстро развеять эти сомнения. Новая микросхема (ИС) EL01 (euroLighting) позволяет непосредственно питать светодиодные драйверы от сети переменного тока напряжением 230 В, получая на выходе свет практически без пульсаций. Переменное сетевое напряжение выпрямляется и без дальнейшего сглаживания подается на драйвер переменного тока прямого действия.

Драйвер вырабатывает импульсы частотой 100–120 Гц и питает светодиоды стабилизированным током с напряжением 40–70 В. Такая схема имеет то преимущество, что позволяет непосредственно управлять светодиодами разных производителей с номинальным рабочим напряжением 2–70 В (рис. 1). При рабочем напряжении 70 В можно непосредственно управлять несколькими светодиодами с разным номинальным рабочим напряжением (максимум 70 В) в составе группы. Так, например, если номинальное рабочее напряжение светодиода равно 2 В, можно последовательно соединить до 35 светодиодов этого типа. Схему можно легко расширять с повышением мощности, добавляя новые ИС.

Рис. 1. Питание переменным током с применением новой ИС

Различные методы диммирования

В Германии и азиатских странах уже на протяжении ряда лет многочисленные светотехнические изделия оборудуются драйверами постоянного тока. Они доказали свою эффективность в лампах прямой замены, лампах типа GU10, потолочных светильниках направленного света, широкоугольных потолочных прожекторах мощностью до 120 Вт, плоскостных светильниках размером 62×62 см и трубчатых светодиодных лампах. На рынке предлагается также множество ИС, на основе которых можно реализовывать схемы с непосредственным питанием переменным током. Есть, однако, один параметр, по которому они существенно различаются: в общем случае они допускают диммирование, но двумя разными методами.

Новый метод с использованием нескольких экземпляров новой ИС

С новой ИС и схемой на ее основе можно реализовать одновременное диммирование всего светильника. Это значит, что все светодиоды диммируются равномерно. Рис. 2 показывает, что светодиодные модули с помощью EL01 можно легко диммировать без изменений в характере модуляции светового потока. Во многих других технологиях питания светодиодов переменным током применяется последовательное диммирование с централизованным управлением всего от одной ИС.

Рис. 2. Светодиодные модули EL01 с диммированием:
а) до 5 Вт; б) 2 Вт;
в) 1 Вт;
г, д) монтаж кристаллов по всему периметру;
д) равномерное распределение тепловыделения за счет указанного способа монтажа

Метод с использованием одной ИС для последовательного диммирования

Наиболее популярен подход с последовательным диммированием отдельных сборок. При этом отдельные группы питаются полной мощностью, а при необходимости повышения яркости добавляются новые группы. Недостаток в том, что в этом случае нельзя диммировать все светодиоды одновременно, поэтому тепловая нагрузка колеблется и распределена неравномерно по площади светильника. При таком подходе используется централизованное управление всего от одной ИС.

Например, последовательное диммирование обыкновенного светодиодного модуля переменного тока до 6 Вт приводит к модуляции светового потока с периодом около 9 мс, причем некоторые светодиоды уже светятся с меньшей яркостью. При диммировании до 4 Вт отдельные светодиоды гаснут полностью. Применение такой схемы также может привести к неравномерному тепловыделению с появлением зон повышенного нагрева. Среди прочего, это зависит от места монтажа ИС.

Предлагаемый новый метод предусматривает использование нескольких ИС, благодаря чему обеспечивается равномерная тепловая нагрузка. В результате совершенно реалистичным становится фактический срок службы в 50 000 ч. Вдобавок, данная ИС имеет отрицательный температурный коэффициент, за счет которого полная мощность снижается при повышении температуры сверх +85 °C во избежание перегрева. Долгосрочные испытания схем с этими компонентами на протяжении 30 000 ч продемонстрировали их многочисленные преимущества: значительное упрощение схемы с избавлением от электролитических конденсаторов, дросселей и трансформаторов; соразмерность фактического срока службы схемы и светодиодов (более 50 000 ч); возможность равномерного диммирования без использования дополнительных компонентов; отсутствие пульсаций при любых уровнях мощности.

О непульсирующих источниках света переменного тока

На этом этапе могут возникнуть вопросы о непульсирующих источниках света (особенно питаемых переменным током), а также о способах выражения и измерения уровня пульсаций. Справедливым будет отметить, что трубчатым люминесцентным лампам с обыкновенным или высокоэффективным электромагнитным пускорегулирующим аппаратом (ПРА) также свойственны пульсации на частоте 100 Гц, а при пониженной температуре окружающего воздуха их световой поток снижается. Люминесцентные лампы с электронным ПРА, в том числе энергосберегающие, работают на частоте 40–50 кГц, поэтому в обычном случае у них не должно быть видимых пульсаций. На деле же все обстоит несколько иначе. Нередко на высоких частотах переключения из соображений экономии применяют недостаточно емкие входные конденсаторы. В результате высокочастотная цепь лампы питается сильно пульсирующим напряжением. Эти пульсации вызывают модуляцию яркости излучаемого света, отчего лампы данного типа зачастую имеют довольно высокий уровень пульсаций на частоте 100 Гц.

Как уже сказано, всем традиционным источникам света, в том числе накальным, газоразрядным высокой интенсивности и люминесцентным, свойственна видимая или невидимая модуляция светового потока и яркости. Эта модуляция описывается различными терминами: «пульсации (светового потока/освещенности)», «мерцание» и т. д. Характер и уровень пульсаций электрических источников света может зависеть от способа преобразования энергии переменного тока в свет. Кроме того, пульсации могут быть следствием переходных помех в линиях электропередачи переменного тока.

Не следует путать электрические пульсации с пульсациями светового потока — характерной модуляцией света от источника, вызванной входным электрическим сигналом, а не помехами. В зависимости от технологии на пульсации светового потока могут влиять разные характеристики источника света. Пульсации светового потока светодиодов обычно определяются драйвером.

Пульсации светового потока люминесцентных, металлогалогенных и натриевых ламп высокого давления с электромагнитным ПРА составляют предмет озабоченности светотехнического сообщества ввиду потенциального их воздействия на человека, которое может варьироваться от легкого неудобства до неврологических проблем. Такое воздействие зависит от характеристик модуляции света данного источника, окружающей освещенности, чувствительности конкретных людей и характера выполняемых ими задач. Низкочастотные пульсации могут вызывать припадки у лиц, страдающих фотосенситивной эпилепсией. Установлена связь между пульсациями офисных люминесцентных ламп с электромагнитным ПРА и головными болями, усталостью, неясностью зрения, зрительным напряжением и сниженной эффективностью выполнения зрительных задач у определенных категорий населения. Пульсации могут вызывать опасные стробоскопические эффекты.

Вернемся к схемам переменного тока. Свет, полностью свободный от пульсаций, испускает только Cолнце. ИС, необходимые для реализации описанных выше методов, работают существенно различным образом.

Порог восприятия пульсаций

При оценке временно́й однородности как критерия качества освещения необходимо рассматривать быстрые и медленные изменения по отдельности. Быстрые изменения — это временны́е флуктуации светового потока из-за пульсаций входного сигнала, например в случае работы на переменном токе. Ключевой фактор, от которого зависит, будут ли эти флуктуации восприниматься как раздражающие, — порог восприятия пульсаций глазом, также зависящий от индивидуальных условий. Если частота модуляции светового потока выше этого порога, человеческий глаз ее не воспринимает. Эта граничная частота, на которой периодически возникающие зрительные стимулы только начинают восприниматься в качестве таковых, называется порогом восприятия пульсаций и находится у большинства людей ниже 100 Гц, а значительное число людей (по сведениям автора, таких более половины) не воспринимают даже пульсации на частоте выше 70 Гц. Поэтому во многих приложениях порог восприятия пульсаций светового потока считается приблизительно равным 70 Гц. Ниже этого порога модуляция светового потока воспринимается как раздражающее мерцание. Особенно чувствительны к нему глаза в зоне периферийного зрения. Быстро движущиеся объекты, например токарные станки, могут также вызывать стробоскопические эффекты.

Относительно медленные изменения освещенности (на интервале от секунд до минут) могут оказывать довольно благоприятное воздействие на психическое состояние человека. Возможность варьировать световую обстановку с помощью систем искусственного освещения лишь понемногу начинает рассматриваться как значимый аспект качества. Статичное, монотонное освещение в долгосрочной перспективе вызывает усталость и не оказывает благоприятного влияния на концентрацию и эффективность труда.

Существует постоянный свет и постоянный свет с переменной составляющей. В отношении диммирования светодиодов обычным методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при котором свет обычно состоит из постоянной и переменной составляющих, справедливо следующее выражение:

Недостаток — существенная модуляция светового потока (рис. 3).

Рис. 3. Модуляция светового потока в ШИМ-системе

Критерии качества для получения непульсирующего света

Для получения качественного освещения важны два фактора. Во-первых, тактовая частота светодиодов должна быть значительно выше порога восприятия пульсаций светового потока. В схеме драйвера переменного тока прямого действия (см. метод 1 выше) тактовая частота равняется 100 Гц. Во-вторых, распределение силы света должно быть как можно более равномерным. Это означает, что прямоугольное распределение силы света дает сбалансированный свет, а клиновидные пики светового потока воспринимаются как раздражающие (рис. 4а, б).

Рис. 4. Флуктуации светового потока двух различных светодиодных модулей переменного тока:
а) новый метод (трапецеидальная кривая);
б) традиционный метод (клиновидные пики светового потока). Модуляция светового потока регистрируется сверхбыстродействующим фотодиодом в обычном режиме работы и в режиме диммирования

На рис. 4 показаны флуктуации светового потока двух разных светодиодных модулей переменного тока. Светодиодный модуль EL01 компании euroLighting имеет трапецеидальную кривую изменения светового потока (рис. 4а), а светодиодный модуль другого производителя — кривую с клинообразными пиками (рис. 4б). (Модуляция светового потока регистрируется сверхбыстродействующим фотодиодом в обычном режиме работы и в режиме диммирования.)

Количественная оценка пульсаций светового потока

Перейдем к рассмотрению теоретических основ измерения пульсаций светового потока. Весьма интересный отчет был выпущен Отделом энергоэффективности и возобновляемой энергии Министерства энергетики США DOE. Приведенные ниже пояснения опираются на этот отчет и на краткую справку.

Некоторые выводы из краткой справки

Количественно охарактеризовать пульсации светового потока можно с помощью одной из трех величин: процентного показателя пульсаций светового потока (percent flicker), коэффициента модуляции (modulation index) и коэффициента пульсаций светового потока (flicker index). Но результатом будет осознание того, что не бывает «хороших» и «плохих» пульсаций. Годится ли свет с тем или иным уровнем пульсаций для внутреннего освещения, наружного освещения и, наконец, для людей, зависит от конкретного применения.

Для общего и рабочего освещения в офисах, учебных классах и аудиториях, лабораториях, коридорах и на промышленных объектах всегда следует применять источники света с низким уровнем пульсаций. Свести к минимуму пульсации особенно важно в тех местах, где проводят много времени восприимчивые к ним группы населения, например в поликлиниках, больницах, врачебных кабинетах, амбулаторных учреждениях. В противовес этому, на парковках, автомобильных дорогах и в других местах с наружным освещением, где уровни освещенности ниже и люди проводят меньше времени, пульсации не так важны.

В вышеупомянутом отчете DOE приводится очень хороший пример того, о чем здесь идет речь.

Измерение пульсаций светового потока

Для аналитического расчета уровня пульсаций светового потока пригодны три метода. (Эти пульсации не следует путать с пульсациями напряжения и тока в электрических цепях.) Чаще всего измеряют коэффициент пульсаций светового потока и процентный показатель пульсаций светового потока; реже применяется коэффициент модуляции. Общее между всеми этими величинами — их относительный характер. В коэффициенте пульсации светового потока учитывается форма выходного светового сигнала, а также его амплитуда согласно справочнику. Коэффициент пульсации светового потока принимает значения от 0 до 1, где 0 означает абсолютно неизменный световой поток. Более высокие значения этого коэффициента указывают на повышенную вероятность заметного мерцания лампы, а также стробоскопического эффекта. Сравним новый светодиодный модуль с обыкновенным модулем переменного тока, воспользовавшись для этого коэффициентом пульсаций светового потока и процентным показателем пульсаций светового потока.

Рис. 6. Две осциллограммы трапецеидального выходного световогосигнала и соответствующие параметры пульсации:
а) коэффициентпульсаций светового потока;
б) процентный показатель пульсацийсветового потока

На рис. 6 желтой линией показана форма пульсаций светового потока, а голубой — форма фототока. Красная линия — нулевой уровень, а фиолетовая — средний световой поток. На рис. 6 представлены две осциллограммы трапецеидального выходного светового сигнала и соответствующие параметры пульсации: коэффициент пульсаций светового потока и процентный показатель пульсаций светового потока. Приведем результаты их расчета:

• Коэффициент пульсаций светового потока для рис. 6а:

F_i = Площадь области 1 / (Площадь области 1+Площадь области 2) = 9/(9+19) = 0,32.

• Процентный показатель пульсаций светового потока для рис. 6а:

• Коэффициент пульсаций светового потока для рис. 6б

F_i = Площадь области 1 / (Площадь области 1+Площадь области 2) = 1/(1+3) = 0,25.

• Процентный показатель пульсаций светового потока для рис. 6б:

Рис. 7. Форма выходного светового сигнала другого драйвера переменного тока, в большей степени характеризующаяся пиками

Сравнив кривые на рис. 6 и рис. 7, можно увидеть различие в форме выходного светового сигнала (желтые кривые). Сигналы на рис. 6 имеют трапецеидальную форму, сигнал на рис. 7 содержит пики. Все измерения выполнялись при работе ИС драйвера переменного тока в одинаковом режиме, и их результаты позволяют сделать вывод о том, какая из кривых лучше подходит для человеческого глаза: это трапецеидальная кривая с большим количеством света выше средней линии. Иными словами, область 1 имеет большую площадь, поэтому пульсации будут гораздо менее заметны.

Заключительные замечания

В отчете Министерства энергетики США делается вывод о том, что пульсации светового потока привлекают все большее внимание со стороны производителей, а также органов стандартизации и составителей технических заданий. Некоторые производители, по всей видимости, уделяют значительное внимание учету пульсаций светового потока, о чем свидетельствуют улучшенные характеристики новых поколений продукции. Общество инженеров-светотехников США и МКО рассматривают возможность разработки стандартов на измерение пульсаций светового потока, а рабочая группа IEEE разрабатывает рекомендации по оценке рисков, связанных с пульсациями. В совокупности эти усилия могут в ближайшем будущем облегчить проектировщикам и составителям технических заданий работу по снижению риска возникновения у покупателей проблем, связанных с пульсациями.

Краткая справка по измерению пульсаций светового потока

Процентный показатель пульсаций светового потока

Процентный показатель пульсаций светового потока — легко рассчитываемый и часто используемый параметр. Он показывает относительную амплитуду изменений светового потока между минимальным и максимальным его значением. Чем меньше его значение, выраженное в процентах, тем лучше.

F = (Макс – Мин)/Среднее

Еще один параметр, с помощью которого можно измерять пульсации светового потока, — коэффициент модуляции. Он показывает, насколько токовый световой сигнал отклоняется от среднего значения. Чем выше его значение, тем больше отклонение от среднего. Небольшие значения коэффициента модуляции говорят о слабой модуляции, что указывает на хорошее качество светильника.

Коэффициент пульсаций светового потока

F_j = Площадь области 1 / (Площадь области 1 + Площадь области 2)

Более сложный метод измерения пульсаций — расчет коэффициента пульсаций светового потока. Этот параметр позволяет наилучшим образом сравнивать результаты измерений. В данном методе учитывается общее количество света, испущенного источником, а не только минимальное и максимальное значения. Вычисляется площадь под всей кривой и площадь областей выше и ниже среднего значения. Коэффициент пульсаций светового потока связывает фототок, превышающий среднее значение, с полным фототоком. Результат принимает значения от 0 до 1 (или от 0 до 100). Здесь также действует правило «чем ниже, тем лучше». Следует, однако, иметь в виду, что хотя коэффициент пульсаций светового потока обеспечивает более адекватное сравнение, он не учитывает периодические изменения светового потока (на основной частоте). Это значит, что если у двух светильников одинаковое значение коэффициента пульсаций светового потока, лучшим из них будет тот, у которого выше основная частота изменения светового потока.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий

Методический материал для руководств учебных заведений, сотрудников технического надзора и родительских комитетов. Будет интересен всем, кто интересуется качеством световой среды в помещениях, где он учится, работает и живет.

Содержит требования к документально подтверждаемым и проверяемым параметрам световой среды, шаблон протокола осмотра систем освещения и рекомендации по устранению несоответствий.

1. Требования к световой среде

Световая среда — совокупность измеряемых или описываемых влияющих на человека факторов окружающей среды, связанных с освещением.

1.1. Общие требования к параметрам световой среды для классов и учебных аудиторий

1.2. Дополнительные требования к светодиодным светильникам

2. Параметры световой среды: описание и способы определения

Параметры световой среды можно измерить или проконтролировать. Несоответствие является основанием для корректирующих действий.

2.1 Средний уровень освещенности парт в соответствии с СанПиН 2.2.4.3359-16 не должен быть ниже 400 лк. Минимальная освещенность парт не должна быть ниже 90 % этой нормы.

Причиной несоответствия может быть постепенное снижение светового потока люминесцентных ламп. Если в помещении не работает более одной люминесцентной лампы, скорее всего, лампы заменяются при выходе из строя, а не по графику. В таком случае необходим приборный контроль освещенности.

Для визуального комфорта разница освещенности парт неважна, но доска должна быть освещена не хуже парт. По СП 52.13330.2016 освещенность центра доски не менее 500 лк. Часто норма не соблюдается из-за того, что для доски нет отдельного светильника. Общим освещением выполнить норму можно, увеличив количество потолочных светильников в полтора раза. Чего, конечно, не делается. И хорошо освещенные дети смотрят на плохо освещенную доску.

В вузах отдельного требования к освещенности доски нет.

Единственный способ определить освещенность — измерить люксметром из реестра средств измерений со свидетельством о поверке или сертификатом о калибровке. Люксметры, не имеющие таких документов, могут ошибаться на десятки процентов. А программы для смартфона, якобы измеряющие освещенность, ошибаются в несколько раз.

Рис. 2. Светотехнический расчет школьного класса в программе Dialux

Освещенность рассчитывается с помощью программы Dialux [1] (рис. 2) или вручную [2].
Размеры, расстановка парт и даже цвет стен в учебных учреждениях определены санитарными требованиями и однотипны. Это позволяет использовать упрощенную унифицированную методику оценки средней освещенности E парт. Для этого нужно суммарный световой поток F потолочных светильников разделить на площадь класса S и дополнительно умножить на поправочный коэффициент 0,6:

.
2.2. Коэффициент пульсации освещенности — параметр, влияющий на утомляемость зрения. Питание светильника переменным сетевым напряжением приводит к пульсациям освещенности под светильником с частотой 100 Гц. Пульсации незаметны, но затрудняют перевод и удерживание взгляда [3]. Глубина пульсаций зависит от источника питания светильника, ее можно измерить портативным люксметром-пульсметром.

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 устанавливают требования к уровню пульсаций освещенности в классных комнатах не выше 10 %; а в соответствии с ПП РФ № 1356 с 1 января 2020 года пульсации светового потока вновь приобретаемого осветительного оборудования должны быть не выше 5 %.

Коэффициент пульсаций люминесцентных ламп старого типа с электромагнитным ПРА (ЭмПРА) — 40…45 %, ламп накаливания — 10…15 %. У современных светодиодных светильников — обычно не выше 1…3 %. Однако и среди светодиодных светильников встречаются модели с упрощенным источником питания и пульсациями, не соответствующими нормам.

Высокий уровень пульсаций проявляется, когда светильник снимают на камеру смартфона (по изображению идут темные полосы), и виден на карандашном тесте (движущийся на фоне светильника карандаш, как под стробоскопом, будто замирает в некоторых положениях (рис. 3)).

Рис. 3. Уровень пульсаций 45,5 % освещенности для люминесцентного светильника с электромагнитным ПРА. И вызываемый этими пульсациями стробоскопический эффект при карандашном тесте [3].

Смартфон и карандаш — не средства измерения, результаты таких «проверок» показывают проблему, но не имеют юридической силы, однако являются достаточным основанием для измерения пульсаций с помощью прибора.

2.3. Индекс цветопередачи Ra ≥ 80 (или CRI ≥ 80) характеризует качество света, зрительный и эмоциональный комфорт. Он зависит от количества цветов радуги в спектре, определяет количество цветовых оттенков в сцене и соответствие этих оттенков тем, что видны под естественным освещением. Использование света высокой цветопередачи улучшает качество жизни, позволяет видеть больше и яснее. Использование источников света с низкой цветопередачей приводит к общему гнетущему впечатлению [4].

Рис. 4. Пример лампы с цветовым кодом в маркировке 765, что означает цветопередачу Ra = 70 и цветовую температуру КЦТ = 6500 К

CRI (color rendering index) — система индексов цветопередачи. Ra — наиболее важный общий индекс, значение которого нормируется. Правильно говорить о значении Ra, но производители светильников в паспорте часто пишут «CRI», не уточняя, что идет речь об Ra.

Для учебных классов и аудиторий СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 и СП 52.13330.2016 устанавливают норму Ra ≥ 80. Приобретение люминесцентных ламп с индексом цветопередачи менее 80 для государственных учреждений (школ, вузов, больниц и пр.) запрещает п. 2 Постановления Правительства РФ № 898 от 28 августа 2015 г., а использование светодиодных светильников с индексом цветопередачи менее 80 ограничено п. 24 Постановления Правительства РФ № 1356 от 10 ноября 2017 г.

(Добавлено 2021.04.28) В соответствии с п. 26 ПП РФ от 24 декабря 2020 г. № 2255 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения» Общий индекс цветопередачи светильников со светодиодами должен составлять не менее 90 для светильников, применяемых в целях освещения в дошкольных, общеобразовательных, профессиональных образовательных организациях и образовательных организациях высшего образования.

Люминесцентные лампы и светодиодные светильники выпускаются с Ra ≥ 80, Ra ≥ 90 и даже Ra ≥ 95. Источники света с повышенной цветопередачей применяются при особенных требованиях к качеству света, к примеру в школьной художественной студии.

Наблюдения за тем, как выглядит, к примеру, кожа ладони под дневным светом и искусственным освещением, позволяют «на глаз» отличать свет с низкой и высокой цветопередачей. Но этот метод неточен. Значение цветопередачи можно определить только с помощью спектрометра.

2.4. Коррелированная цветовая температура (КЦТ), или цветовая температура, не выше 4000 К —важное требование. Холодный белый (т. е. с синим оттенком) свет цветовых температур 5000, 6000, 6500 К и т. д., особенно при низкой цветопередаче и освещенности, воспринимается как синюшный или «слепой» свет. А избыточное содержание синей компоненты в спектре вызывает нарекания у специалистов по нарушениям сна.

Теплый (т. е. с желтым оттенком) свет цветовой температуры 2700 или 3000 К допускается, но нравится не всем, так как кажется недостаточно ярким. Теплый свет целесообразно использовать вечером, но утром и днем при недостаточном уровне естественного освещения провоцирует сонливость и снижение работоспособности.

Не все предпочитают выраженно теплый или холодный свет. Нейтральный белый свет без синего или желтого оттенка с цветовой температурой 4000 К — обоснованный компромисс, устраивающий большинство. Это значение указывалось в рекомендациях гигиенистов, на основе которых составлялись нормативные документы. Свет этой цветовой температуры чаще других используют в общественных помещениях.

4000 К — типовое округленное значение, которому по ГОСТ Р 54350-2015 «Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний» соответствует диапазон 3710…4260 К. Этот допуск обоснован естественным разбросом параметров источников и разницей температуры света, идущего от светильника под разными углами. Поэтому если в паспорте указано 4000 К, а прямой замер спектрометром показывает, к примеру, 4100 К — несоответствия нет. Для сравнения с нормативом необходимо округлить значение КЦТ 4100 К до 4000 К и уже округленное значение должно соответствовать условию «не выше 4000 К».

Необходимо отметить, что требование к цветовой температуре не выше 4000 К устанавливается только для светодиодных светильников письмом Роспотребнадзора № 01/11157-12-32. Для люминесцентных светильников таких ограничений закон не устанавливает.

Так как устанавливается не конкретное значение цветовой температуры, а диапазон, возможно использование осветительных приборов с автоматически изменяемой цветовой температурой в течение суток.

2.5. Условный защитный угол светодиодных светильников не менее 90° означает запрет потолочных светильников, в которых видны не закрытые рассеивателем светодиоды.

Рис. 5. Слева направо: рассеиватель из матового пластика; из прозрачного пластика с призматическим тиснением; из прозрачного пластика с тиснением «колотый лед»

Рассеиватели из прозрачного пластика с тиснением в виде призм, «колотого льда», шагрени и пр. в некоторых случаях недостаточно снижают неприятную яркость светодиодов. Потолочные светильники с такими рассеивателями светят преимущественно под себя, в результате чего свет в помещении идет сверху вниз, создавая тягостное впечатление «как в колодце».

Рассеиватели из светорассеивающего пластика — матовые (диффузные, опаловые или молочные), обеспечивают больший зрительный комфорт, равномернее освещают рабочие поверхности и лучше освещают вертикальные поверхности. При выборе нового оборудования целесообразно выбирать матовые рассеиватели.

2.6. Габаритная яркость светодиодных светильников не выше 5000 кд/м 2 — условие, позволяющее смотреть на светильник без визуального дискомфорта. Такая яркость по порядку величины соответствует видимой изнутри помещения яркости оконного проема в солнечный день.

Для потолочных светильников с рассеивателем из матового пластика размерами 600 × 600 мм или 300 × 1200 мм габаритная яркость не превышает допустимые 5000 кд/м 2 , если световой поток не превышает 5000 лм. Этому требованию удовлетворяют почти все подобные светильники.

2.7. Условие неравномерности яркости светодиодных светильников Lmax:Lmin не более 5:1 является требованием использовать рассеиватель, за которым не видно неприятно ярких светодиодов.

Рис. 6. Светодиодный светильник и измерение неравномерности его яркости. Яркость измерена дистанционным яркомером LMK Mobile Advanced

Даже если ряды светодиодов через рассеиватель видны, но рассеиватель изготовлен из матового или опалового пластика, однородность яркости обычно соответствует требуемой.

Контраст яркостей на улице в солнечный день многократно превышает 5:1 и не является большой проблемой. Поэтому если пятна яркости на рассеивателе светодиодного светильника визуально не кажутся значительно ярче светящейся трубки люминесцентной лампы, то и беспокоиться об этом не следует.

2.8. Объединенный показатель дискомфорта UGR характеризует, как много светильников, вызывающих дискомфорт своей яркостью, находится в поле зрения ребенка. Самое большое значение UGR обычно для задних парт в больших классах.

UGR проверяется расчетом в специализированных программах, таких как Dialux, и не может быть проверен после установки светильников в классе.

Если проанализировать требования к расстановке парт и размерам класса из СанПиН 2.4.2.2821-10, окажется, что наиболее неблагоприятный для величины UGR случай — длинный класс с максимальным допустимым расстоянием от дальней парты до доски 8,6 м и тремя рядами двойных парт. На рис. 8 показан расчет UGR в таком классе, освещенном светильниками с довольно большим световым потоком 3600 лм и матовыми рассеивателями. Даже на последних рядах UGR не превысил максимально допустимое значение UGR = 19 из имеющего рекомендательный характер ГОСТ Р 55710-2013 и тем более соответствует требованию UGR ≤ 21 из обязательного к применению СП 52.13330.2016.

В маленьких классах с менее яркими светильниками или с другими типами рассеивателей UGR будет еще меньше. Расчет для худших условий показывает, что нет необходимости рассчитывать UGR для остальных классов, в которых он будет принимать еще меньшие, заведомо соответствующие норме значения.

Рис. 7. Расчет UGR для наиболее неблагоприятного случая в программе Dialux. UGR меняется от UGR = 12 на передних рядах до UGR = 18 для учеников на задней парте по центру, в поле зрения которых одновременно находится максимальное количество светильников

3. Что учесть при замене осветительного оборудования

3.1. Модернизация люминесцентных светильников

Недостаточная освещенность и низкая цветопередача исправляются заменой ламп. Предпочтительный цветовой код новых ламп — 840 (что означает Ra ≥ 80, КЦТ = 4000 К) или, если желательна повышенная цветопередача, 940.

Высокий коэффициент пульсаций светового потока исправляется заменой в люминесцентных светильниках электромагнитных ПРА (дросселей) на электронные, которые обеспечивают минимальные пульсации.

3.2. Замена люминесцентных светильников на светодиодные

О возможности использования светодиодных светильников в школах и вузах указано в письмах Роспотребнадзора № 01/11157-12-32 от 01.10.2012 «Об организации санитарного надзора за использованием энергосберегающих источников света» и № 01/6110-17-32 от 17.05.2017 «О возможности использования светодиодного освещения».

Светодиодный светильник при том же световом потоке потребляет минимум вдвое, а обычно втрое меньше электроэнергии, чем люминесцентный старого типа с электромагнитным ПРА. А параметры световой среды получаются не хуже, чем при использовании современных светильников с электронными ПРА и хорошими люминесцентными лампами.

Без ремонта потолка квадратные люминесцентные светильники легко заменяются на квадратные светодиодные, а вытянутые — на вытянутые.

3.3. Сертификация

Все светильники обязаны пройти сертификацию на соответствие требованиям ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств» либо декларировать такое соответствие. Копия сертификата или декларации соответствия предоставляется производителем и должна храниться вместе с паспортами на светильники. Действительность сертификата проверяется в едином реестре сертификатов соответствия Федеральной службы по аккредитации по адресу 188.254.71.82/rss_ts_pub, действительность декларации проверяется по адресу pub.fsa.gov.ru/rds/declaration. Свидетельством того, что при сертификации светильники действительно проходили необходимые испытания, являются копии протоколов испытаний.

Наличие таких документов означает, что светильник не «ударит током» и что работа светильников в здании не помешает работе чувствительной к сетевым помехам техники.

С 2021 года вступает в силу технический регламент ТР ЕАЭС 048/2019 «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств», по которому устанавливаются обязательные требования светоотдачи (энергоэффективности), качества света (индекс цветопередачи) и ряд других эксплуатационных параметров. Сертификация по данным требованиям будет производиться на основании протоколов испытаний в фотометрических лабораториях.

Также есть добровольные (необязательные) формы сертификатов и заключений, подтверждающих что светильники «пахнут», «звучат» или «стимулируют развитие микрофлоры». К качеству, безопасности или эффективности освещения эти бумаги отношения не имеют.

В настоящее время не существует систем сертификации, подтверждающих, что светильник рекомендован для учебных заведений. Никто не вправе выставлять такие требования или давать такие рекомендации.

3.4. Требования к светильникам

Чтобы параметры световой среды в классе соответствовали установленным законом требованиям и не поступало обоснованных жалоб на «плохое освещение», светильник должен соответствовать следующим условиям:

1. Индекс цветопередачи: Ra ≥ 80 или CRI ≥ 80 для светильников с люминесцентными лампами, и Ra ≥ 90 или CRI ≥ 90 для светодиодных светильников.
2. Коэффициент пульсации освещенности (или светового потока): Кп ≤ 5 %.
3. Коррелированная цветовая температура: КЦТ = 4000 К, или КЦТ менее 4000 К, или КЦТ, изменяемая в течение суток.
4. Тип рассеивателя: матовый (или опаловый).
5. Условный защитный угол: не менее 90° (т. е. не видно открытых светодиодов).
6. Габаритная яркость: не более 5000 кд/м 2 .
7. Неравномерность яркости выходного отверстия Lmax:Lmin не более 5:1.

Желательно, чтобы необходимые параметры указывались в паспорте светильника, так как паспорт является документальным подтверждением соответствия нормативам и при выявленном несоответствии позволяет требовать гарантийной замены оборудования.

3.5. Необходимое количество светильников

При установке новых светильников на места старых «один в один» освещенность не уменьшится, если световой поток новых светильников не ниже светового потока старых.

Если количество светильников меняется, необходимое количество новых светильников для достижения освещенности на партах не менее 400 лк можно определить по методике из п. 2.1.
Важное значение имеет эффективность, или световая отдача, светильника. Нельзя добиваться нужной освещенности, используя большое количество низкоэффективных светильников. В проекте межгосударственного стандарта ГОСТ 32498—20хх «Методы определения показателей энергетической эффективности искусственного освещения помещений» приводится требование к удельной установленной мощности ω, равной отношению суммарной мощности светильников в помещении P к его площади S:

В классных комнатах и аудиториях при использовании светильников с люминесцентными лампами удельная установленная мощность не должна превышать 13 Вт/м 2 , а при использовании светодиодных светильников — 8 Вт/м 2 .

ПП РФ №1356 устанавливает с 1 января 2020 года требование к типичным школьным светодиодным светильникам с матовым рассеивателем — иметь световую отдачу не менее 105 лм/Вт. Этого значения с небольшим запасом достаточно, чтобы соблюсти требования и по указанной выше установленной мощности, и по освещенности.

3.6. Экономическая целесообразность замены светильников на светодиодные

Требование к установленной мощности при использовании люминесцентных светильников не более 13 Вт/м 2 выполнимо только при использовании современных светильников, сопоставимых по стоимости со светодиодными. При этом, учитывая, что световая отдача светодиодных светильников все равно выше, целесообразно выбирать их.

Выбирая, оставить люминесцентные светильники старого типа или поставить светодиодные с меньшим энергопотреблением, нужно сравнить разницу цен на оборудование со стоимостью сэкономленной электроэнергии за предполагаемый срок службы.

Потребляемую за год электроэнергию W_год можно рассчитать по формуле:

где P — суммарная мощность всех светильников в ваттах, tгод — время работы светильников за год в часах. По данным из проекта ГОСТ 32498—20хх, при 2-сменном режиме школы наработка tгод за год составляет 2250 часов.

При разнице энергопотребления в два раза и разумном сроке окупаемости светильников 3…5 лет стоимость замены может оказаться оправдана.

4. Юридические и этические аспекты

Проверить характеристики установленных светильников, а также создаваемую ими освещенность можно в темное время суток с помощью портативных приборов: люксметра, пульсметра и спектрометра. Протокол измерений имеет юридическую значимость, если приборы внесены в реестр средств измерений и имеют действующие свидетельства о поверке или калибровке.
В любом регионе есть представительства светотехнических компаний и лабораторий, которые по запросу пришлют в школу представителя с поверенными измерительными приборами.
Если люксметра, пульсметра и спектрометра найти не удалось, большинство параметров осветительной системы можно проверить на основании данных из паспортов светодиодных светильников и цветового кода в маркировке люминесцентных ламп.

Паспорта светильников, сертификаты соответствия и копии протоколов, на основе которых сертификаты выписаны, хранятся у завхоза или в бухгалтерии и могут быть затребованы для ознакомления. В паспортах должны быть приведены необходимые для составления протокола осмотра осветительной системы параметры. Дополнительным документом, иногда предоставляемым производителем, является протокол светотехнических испытаний светильника, подтверждающий указанные в паспорте характеристики. Этот комплект документов важен тем, что определяет ответственность производителя.

Выявленное несоответствие фактических, полученных измерениями, значений заявленным в паспортах светильников является основанием для гарантийной замены оборудования. Если производитель от ответственности отказывается, необходимо обратиться в Роспотребнадзор.
Если необходимые для соответствия санитарным нормам параметры в паспорте светодиодного светильника не указаны или указаны и не соответствуют нормативам, ответственность за несоответствие несет подписавший приказ о закупке.

Школа, возможно, не позволит представителям родительского комитета провести осмотр осветительной системы и не предоставит для ознакомления паспорта светильников, тем более для составления протокола. Но предложение родительского комитета такое обследование провести, несомненно, приведет к тому, что школа проведет обследование сама или закажет экспертизу. Что, в свою очередь, приведет к выявлению и устранению проблем.

Важно то, что определение несоответствия освещения нормативам не вызывает и не обостряет противостояния родители — школа, но направляет уже существующие отношения в конструктивное русло. Любые обстоятельства можно обсудить и решить ко всеобщему удовлетворению.

Если изменить не получается совсем ничего, можно согласиться с тем, что рано или поздно проведут капитальный ремонт здания и у следующего поколения учащихся освещение будет хорошим. А этому поколению вдобавок к высокой учебной нагрузке, чрезмерному использованию смартфонов и недостаточности прогулок придется пережить и низкое качество освещения.

5. Шаблон протокола осмотра осветительной системы

Пошаговое заполнение протокола осмотра позволяет найти проблемы осветительной системы и сделать однозначный вывод о необходимых мерах.

Если измерить некоторые параметры нет возможности, но расчет или экспресс-оценка показывают соответствие нормам, в протоколе отмечается, что претензий к этим параметрам нет. Результат оценки юридически не значим, но отсутствие претензий — значимо.

Рис. 6. Шаблон протокола осмотра. Ссылка на файл: yadi.sk/i/kVk2OAcyXMMFKw

Авторы, благодарности и список литературы

Авторы

Марина Ивановна Васильева, disano@mail.ru; руководитель светотехнического отдела ООО «Арлайт Рус» Александр Дмитриевич Гончаров, Alexander_G_@mail.ru; Анна Вячеславовна Кистенева, anna.kisteneva@rambler.ru; главный конструктор ООО «Комплексные Системы» Станислав Александрович Лермонтов, gades2000@mail.ru; ведущий специалист ОАО «АСТЗ» Андрей Алексеевич Храмов, xa2@mail.ru; международный консультант по энергоэффективности Программы развития ООН Анатолий Сергеевич Шевченко, eneff@yandex.ru.

Под редакцией Антона Сергеевича Шаракшанэ, к. ф.-м. н., МГМУ им. И. М. Сеченова, ИРЭ РАН, iva2000@gmail.com

Данный документ имеет статус препринта, и опубликован для публичного обсуждения со всеми заинтересованными лицами и организациями.

Редакция v2.6 от 2021.04.28, лицензия: cc by

Благодарности

За помощь в работе выражаем благодарность родителям школьников Ивану и Светлане Черновым, Марии и Павлу Ярыкиным, Вадиму Григорову, главе представительства компании ERCO в России Роману Мильштейну, инженеру Владиславу Лямину.