עיצוב תאורה לכיתה גופי תאורת לד לבתי ספר ומתקני חינוך

תפקיד התאורה ברכישת ידע ובתהליך הלמידה הוא מהותי. הוא מאפשר חקירה ויזואלית של המאפיינים הפיזיים של מקצועות הלימוד וכן גילוי מושגים מתצוגות כתובות וגרפיות על נייר, מחשב והקרנה. תאורה גם קובעת את הסצינה להקשבה, תקשורת מילולית, פיתוח מיומנויות חברתיות והבנת מצבים. כמרכיב קריטי בעיצוב המשפיע רבות על מידת ההתאמה של החלל לצרכי התלמידים והמדריכים, תאורת הכיתה צריכה לתמוך בבריאות, רווחה וביצועים על ידי מתן סביבה נוחה ואטרקטיבית לתלמידים ולמדריכים. מעבר לשיפור שביעות הרצון של הדיירים ותמיכה בחוויה החינוכית בתוך החלל המואר, תאורה בבתי ספר ובמתקני חינוך צריכה להינתן במסגרת מגבלות קוד מחמירות.

סביבת הלמידה

מתקני החינוך נעים מבתי ספר יסודיים (יסודיים), חטיבות ביניים, תיכונים ועד אוניברסיטאות ומכללות. בעוד למתקנים אלה יש סוגים שונים של חללים, המשותף לכולם הוא שרוב פעילויות הלמידה והלימוד מתקיימות בכיתות. כיתה למטרות כלליות היא בעלת שטח קומה של לפחות 32 מ"ר (350 מ"ר) ומכילה בין 20 ל-75 תלמידים. לכיתה טיפוסית יש תכנית קומה מלבנית המאפשרת קווי ראייה טובים יותר מאשר תכנית מרובעת. חלל ההוראה מעוצב בקווי ראייה מקבילים לחלונות המספקים כניסת אור יום (צוהר) לחלל ומעניקים גירוי חושי ומגע ויזואלי עם העולם החיצון. אמצעי שליטה כגון צללים או תריסים משמשים להפחתת עוצמת הבהירות החיצונית כך שהם מאוזנים עם עוצמת הבהירות הפנימית, או כדי למנוע אור יום כאשר אין בו צורך. תאורת צד באמצעות אור יום דרך חלונות מספקת תאורה כללית במשך רוב יום הלימודים. עם זאת, תאורה מלאכותית ממלאת תפקיד מפתח כאשר יש צורך בסביבה ויזואלית מאוזנת, עקבית וניתנת לשליטה.

הפריסה של כיתה מחולקת בדרך כלל לאזור תלמידים ואזור מחנך. אזור הסטודנטים דורש תמיד תאורה כללית, בעוד שאזור המחנכים דורש תאורה משלימה כדי לספק הארה אנכית על לוחות ההוראה ולמתן מודלים טובים לתכונות האנושיות של המורה. כלי ההוראה הנפוץ ביותר בכיתות הוא לוחות הוראה, הכוללים לוחות גיר בצבע אפור כהה וירוק (לוחות שחורים) ולוחות מחיקה יבשה כגון לוחות ציור ולוחות אפורים. מסכי וידאו להצגת מדיה מוקרנת משמשים לעתים קרובות להוראת מחשב. זה מחייב את עוצמת ההארה במסך ההקרנה להיות ממוזערת, בעוד שיש לספק מספיק אור סביבתי מעל אזור הסטודנטים לצורך רישום הערות. כיתה עשויה להיות סביבה ממוחשבת שבה צמצום השתקפויות מסך של מסופי תצוגת וידאו (VDTs) תהיה הדאגה העיקרית. קריאות המסך עשויה להיות מופחתת על ידי תמונות משתקפות המיוצרות על ידי גופי תאורה, חלונות ומשטחים בעלי עוצמה גבוהה שמסביב.

שיקולי עיצוב תאורה

תאורה בכיתה עשויה להיחשב כאיכותית אם היא מאפשרת לתלמידים ולמדריכים לבצע במדויק ובנוחות משימות חזותיות. הבסיס של עיצוב תאורה הוא שילוב צרכים אנושיים, אדריכלות וכלכלה וסביבה. העדיפות של תאורה בכיתה היא לספק צרכים אנושיים כגון נראות, ביצוע משימות, נוחות חזותית, תקשורת חברתית, בריאות, בטיחות ורווחה. צרכים אנושיים שונים אלה חייבים להיות מאוזנים כראוי כדי לטפח סביבת למידה מגרה, תוך התחשבות בשיקולים כלכליים, סביבתיים ואדריכליים. השגת תאורה איכותית כוללת יותר מאשר מתן עוצמת הארה נכונה כדי להפוך משימה נתונה לגלויה. ישנם גורמים רבים המשפיעים על יכולתם של בני אדם לראות ולבצע משימות, שבעה החשובים ביותר הם בוהק, אחידות עוצמת הארה, ניגודיות בהירות, הבהוב, מראה צבע, דוגמנות פנים וחפצים, והשתקפויות הצרה.

אחידות עוצמת הארה

עוצמת הארה היא כמות האור הנכנסת על משטח. המשימות והיישומים הנפוצים ביותר בכיתות דורשים עוצמת הארה של שולחן העבודה בטווח של 150 לקס עד 250 לקס. עוצמת הארה אופקית אחידה באזור התלמידים מבטלת צללים המשפיעים על נראות המשימה ומאפשרת גמישות בניצול החלל במהלך מיקום מחדש של מיקומי המשימה. בכיתות, במיוחד באזור המחנכים, עוצמת ההארה האנכית ועוצמת ההארה במישורים אחרים בין אופקי ואנכי חשובים מאוד. היחס בין עוצמת הארה מינימלית לעוצמת הארה ממוצעת על פני המשימה, למשל עוצמת הארה אופקית במחשבים שולחניים ועוצמת הארה אנכית בלוחות הוראה לא צריכה להיות נמוכה מ-1:1.4.

ניגודיות בהירות

בהירות היא כמות האור המגיעה ממשטח או נקודה. זוהי פונקציה של עוצמת הארה של פני השטח והשתקפות פני השטח, מה שאומר שניתן להגדיל את הבהירות על ידי הגדלת כמות האור הפוגעת במשטח המשימה או הגדלת ההחזרה של המשטח. כדי לשמור על ניגודיות מקובלת עבור סימני גיר, יש לשמור על החזר הלוח בטווח של 5 אחוז עד 20 אחוז. לשם השוואה, לוח לבן דורש השתקפות של 70 אחוז על מנת להפוך את עצמו למוקד תשומת לב. ההחזרה של משטחי עבודה (מחשבים שולחניים) צריכה להיות בטווח של 25% עד 40% כדי שניתן יהיה להשיג איזון בהירות נוח. קירות ותקרות מגיעים בדרך כלל עם גימורי מט בהירים. הם יוצרים השתקפויות בין אור שיכולות להבטיח ניצול יעיל של האור לשיפור עוצמת הארה אופקית ואנכית תוך מזעור בוהק מוחזר. העין האנושית מגיבה להארה, לא להארה. זוהר הוא שמוביל לתחושת הבהירות. היכולת לראות פרטים מושפעת מאוד מהקשר בין עוצמת הבהירות של עצם לרקע המיידי שלו. ניגוד מתאים בין פרט המשימה לרקע שלה עשוי ליצור עניין ויזואלי ולספק רמזים ויזואליים. עם זאת, וריאציות בהירות גדולות מדי ייצרו קשיי הסתגלות ואי נוחות חזותית. הגבול העליון של יחס הארה בין משימה לסביבה הקרובה הוא 3:1 (סביבה חשוכה יותר) או 1:3 (סביבה בהירה יותר).

מראה צבעוני

צבע הוא מרכיב קריטי בתאורה. יש לו קשר אינטגרלי עם אור במונחים של השפעות חזותיות, רגשיות וביולוגיות. המידה שבה הביצועים החזותיים, מצב הרוח, האווירה, הבריאות והרווחה מושפעים מאור תלויה בחלוקת הכוח הספקטרלית (SPD) של אור הנפלט ממקור אור. ניתן לאפיין מקור אור על ידי טמפרטורת הצבע שלו ועל ידי ביצועי עיבוד הצבע שלו, שנקבעים שניהם על ידי ה-SPD. מראה הצבע של עצמים שאינם זוהרים מעצמם הוא תוצר של האינטראקציה בין ה-SPD של מקור האור לבין פונקציית ההחזר הספקטרלית של עצמים. כיתות מסוימות עשויות לדרוש תאורה המציגה צבעים בצורה מדויקת. עיבוד צבע הוא רק היבט אחד של תאורה. חשוב יותר להסתכל על חלוקת כוח ספקטרלית של אור ולהבין באופן אינטואיטיבי כיצד צבע האור ישפיע על התנהגות, שביעות רצון, תגובות פסיכולוגיות ובריאות. לצבע של מקורות האור - בין אם הוא "חם" או "קריר" במראהו יש השפעות אדירות על בריאות האדם, הפרודוקטיביות והרווחה.

מַבָּט נוֹקֵב

בוהק מתרחש כאשר זוהר, או יחסי הארה, גבוהים באופן מוגזם מהבהירות או יחס הבהירות שאליהם מותאמות העיניים. ההשלכות של סנוור כוללות מוגבלות (הפחתה בנראות ובביצועי הראייה) ואי נוחות (תחושה לא נעימה של בהירות שאינה בהכרח מפריעה לביצועים או לנראות הראייה). סנוור עשוי לנבוע מאור המגיע לעין ישירות ממקור אור (סנוור ישיר) או להיגרם מהשתקפויות של ברק גבוה ממשטח מחזיר אור (סנוור מוחזר). לגופי תאורה עיליים ניתן להקצות דירוג בוהק מאוחד (UGR) או הסתברות נוחות חזותית (VCP) לניבוי בוהק אי נוחות ביישומי פנים. UGR מקסימלי של 19 או VCP מינימלי של 70 נחשב כמקובל למשימות קריאה, כתיבה ומשימות מבוססות מחשב. כאשר רוצים רמה גבוהה יותר של נוחות ויזואלית, יש לבחור גופי תאורה עם UGR של 16 או VCP של 80.

לְהַבהֵב

הבהוב הוא אפנון משרעת של אור שמסיח את הדעת ויש לו מספר השלכות שליליות. גם גופי פלורסנט וגם גופי LED המופעלים על ידי ספקי כוח באיכות ירודה יכולים לייצר בתדר כפול מתדר קו החשמל (כלומר, 120 הרץ או 100 הרץ). הבהוב מורגש בדרך כלל בתדרים גבוהים מ-70 הרץ. עם זאת, הבהוב שאינו מורגש לעין האנושית עדיין יכול לייצר תגובה של מערכת העצבים. גם הבהוב גלוי וגם בלתי מורגש מעורר דאגה. משתנה מאדם לאדם, חשיפה להבהוב עלולה לגרום לעייפות עיניים, חולשה, בחילה, ביצועי ראייה מופחתים, התקפי פאניקה, כאבי ראש, מיגרנות, התקפי אפילפסיה ועדויות למצבים אוטיסטיים מחמירים. במתקנים חינוכיים שבהם שוהים ילדים או צעירים במשך תקופה ארוכה מדי יום, יש להפעיל בקרת הבהוב קפדנית. רצוי שאחוז ההבהוב לא יעלה על 4 אחוז ב-120 הרץ או 3 אחוז ב-100 הרץ, וזה בטוח ביותר עבור כל האוכלוסיות. הערך המרבי המותר 10 אחוז ב-120 הרץ או 8 אחוז ב-100 הרץ.

השתקפויות מטפחות

השתקפויות רעלה הן כתמי בהירות גבוהה (תמונות בהירות של מקור אור) המשתקפות על ידי משטחים מרהיבים כגון מסכי מחשב או חומרי קריאה מבריקים. השתקפויות רעלה ממקורות אור ראשוניים (אלמנות או גופי תאורה) או ממקורות אור משניים (משתקפים) מפחיתים את הניגודיות של משימה ומטשטשים פרטים. כדי להבטיח שאין מקורות אור שיוצרים השתקפות מרהיבה או מפוזרת לתוך עיניו של אדם, סדר את מסכי המחשב במיקום בניצב למקור האור, או ציין גוף תאורה עם פיזור אור בעל אור מינימלי הנפלט בזוויות בעייתיות.

דוגמנות פנים וחפצים

דוגמנות פנים וחפצים היא שיקול תאורה חשוב במתקני חינוך. משחק הגומלין של אור וצל על הפנים יכול לסייע בתקשורת בין מורה לתלמיד על ידי כך שהשפתיים יהיו קלות יותר לקריאה ומחוות הפנים קלות יותר לפרש. תאורה יכולה להוסיף צורה ועומק לסצנה ויזואלית, לחשוף טקסטורה ופרטים של אובייקטים, ליצור דפוס רצוי ולהעלות דגשים ותחומי עניין ויזואליים. תאורה כיוונית חזקה עלולה לגרום להצללה עמוקה לא מחמיאה, בעוד תאורה מפוזרת במיוחד גורמת לפרצופים או לאובייקטים להיראות שטוחים או לא מעניינים. לכן רצוי שילוב נכון של תאורה כיוונית ומפוזרת.

תאורה כללית

תאורה כללית היא המקור העיקרי להארה בכיתות. הוא מספק לחלל תאורה כוללת ובמקביל משמש כמקור העיקרי של תאורת משימה. תאורה כללית בכיתות יכולה להתבצע על ידי שימוש במערכות תאורה צמודי תקרה עם הפצה ישירה, עקיפה או שילוב ישיר/עקיף. תאורה ישירה מספקת אור ללא הפרעה מגוף התאורה למישור משימה אופקי. תאורה עקיפה מפיצה אור לכיוון התקרה, שבתורה מחזירה אור כלפי מטה. תאורה ישירה/עקיפה מספקת הפצת אור כלפי מטה וגם כלפי מעלה. מערכות תאורה ישירה יעילות באספקת אור, אך יכולות ליצור צללים קשים, השתקפויות רעלה ואפקטים ויזואליים לא רצויים כגון תקרות כהות וסקלופים על משטחי קיר עליונים. עם תאורה מכוונת לתקרות, מערכות תאורה עקיפה מפזרות את האור באופן שווה עד להארה מופרזת בשדה הראייה. אולם תאורה עקיפה גורמת לחלל להיראות עמום וריק מהדגשים ותחומי עניין ויזואליים. תאורה ישירה/עקיפה משלבת את היתרונות של תאורה ישירה ועקיפה כדי לספק הפצות אור מאוזנות לנוחות חזותית משופרת, תאורה אחידה על משטחי משימה אופקיים, והתרשמות מחוזקת של מרחב, עירנות ובהירות ויזואלית.

למרות הדאגה לייצור בוהק ואפקט מערה, תאורה ישירה היא כמעט בחירה אוניברסלית בכיתות פשוט בגלל שלרוב החללים החינוכיים יש גובה תקרה נמוך. תאורה ישירה מסופקת בדרך כלל בצורה של תאורה שקועה, תאורה שטוחה או תאורה תלויה. גופי תאורה ישירה עשויים להיות מעוצבים בצורות וגדלים שונים. במתקני חינוך, גופי תאורה בשימוש נפוץ הם טרפרים מלבניים המיועדים להתקנה בתקרות רשת וגופי תאורה ליניאריים המיועדים להתקנות שקועים, התקנות עיליות והתקנות אחיזה. טופרים זמינים בצורה של טרופרים נפחיים, טרפרים פרבוליים, טרפרים מפוזרים/עדשות ולוחות LED מוארים בקצה. גופי תאורה ליניאריים מגיעים בקטעי אורך סטנדרטיים, כגון קטעים של 4, 8 או 12 רגל, או בתצורת ריצה רציפה.

טכנולוגיית תאורה

במשך העשורים האחרונים תאורה של כיתות וחללים חינוכיים אחרים הייתה מחוז כמעט בלעדי של טכנולוגיית תאורת פלורסנט. מנורת פלורסנט משתמשת בחשמל כדי לעורר אדי כספית בתוך צינור זכוכית. אדי הכספית מתפרקים כדי לפלוט אור אולטרה סגול (UV) אשר לאחר מכן גורם לציפוי זרחני להאיר, ומייצר אור בספקטרום הנראה. מנורות פלורסנט זכו לשימוש נרחב בגלל יעילות האור הגבוהה שלהן, פיזור האור המפוזר וחיי הפעולה הארוכים שלהן. השימוש במנורות פלורסנט, לעומת זאת, שנוי במחלוקת. למנורות פלורסנט חסרונות רבים כגון פליטת אולטרה סגול, זמן התנעה ארוך, הפרעות רדיו, שבריריות גבוהה, עיוותים הרמוניים, טווח מוגבל של טמפרטורות הפעלה ותוחלת חיים מופחתת עקב מיתוג תכוף. עם זאת, ההשפעה השלילית ביותר של תאורת פלורסנט היא שהיא הורידה משמעותית את איכות התאורה הפנימית והיוותה סיכונים בריאותיים. כמות מופרזת של התמקדות ביעילות הזוהר גרמה לרוב גופי התאורה הפלורסנטים לתפקד גרוע בשחזור הצבעים ולספק טמפרטורת צבע גבוהה מדי (6000 K - 6500 K) שעלולה להיות בעלת השפעה משבשת על קצב היממה האנושי. העלה את החשש מפני סכנת אור כחול. מכיוון שמנורת פלורסנט דורשת נטל כדי לווסת את הזרם המועבר דרך האלקטרודות של המנורה, נוצרת בעיית הבהוב. בכל הנוגע לאיכות האור, תאורת פלורסנט היא התחלה גרועה במיוחד בהיסטוריה של תאורה מלאכותית לחללים פנימיים.

תאורת מצב מוצק המבוססת על טכנולוגיית דיודה פולטת אור (LED) צוברת פופולריות במהירות. נורות LED הפכו למקור האור השולט עבור כל יישום תאורה שניתן להעלות על הדעת. LED הוא מכשיר מוליכים למחצה הממיר אנרגיה חשמלית ישירות לפוטונים. להתקן המוליך למחצה יש צומת pn הנוצר על ידי שכבות מסוממות הפוכות של חומר מוליך למחצה כגון אינדיום גליום ניטריד (InGaN). כאשר צומת pn מוטה בכיוון קדימה, אלקטרונים וחורים מוזרקים לאזור הפעיל ומתחברים מחדש ליצירת אור. טכנולוגיית LED התייחסה לרבים מהחסרונות של טכנולוגיות קונבנציונליות ומציעה הבטחה ליעילות גבוהה, חיים ארוכים, רבגוניות ספקטרלית גבוהה, יכולת שליטה יוצאת דופן (הפעלה/כיבוי/עמום), גמישות גבוהה בעיצוב אופטי ועמידות גבוהה בפני זעזועים ורעידות. נורות LED מייצרות כוח קרינה רק בספקטרום הנראה (בדרך כלל בין 400 ל-700 ננומטר). היעדר קרינה אולטרה סגולה (UV) ואינפרא אדום (IR) הופכת את הטכנולוגיה הזו למתאימה במיוחד לשימוש על ידי אנשים עם רגישות ספציפית או במצבים שבהם הקרינה האופטית ממקורות אור מסורתיים תהווה סיכונים לבני אדם.

גופי תאורה לד

חיי שירות ארוכים ויעילות אנרגטית גבוהה הם היתרונות המובהקים של נוריות LED. זה מוביל לתפיסה מוטעית נפוצה לפיה תוחלת החיים הארוכה ויעילות האור הגבוהה של מערכות תאורת LED הם דבר מובן מאליו. גוף תאורה פלורסנט משתמש בסט של מנורות, למשל, ה-T5 הליניארי (5/8 אינץ' קוטר), T8 (קוטר 1 אינץ') ו-T12 (קוטר 11/2 אינץ'), סטנדרטיים בכל התעשייה ובין יצרנים בעלי אורך חיים דומה , תפוקות אור ותחזוקת לומן. המתקן משמש בעצם כמסגרת הרכבה למנורות ומספק שליטה מוגבלת בחלוקת האור. לעומת זאת, גוף תאורה LED הוא בדרך כלל מערכת מהונדסת ביותר המשלבת באופן הוליסטי נורות LED עם מערכות משנה תרמיות, חשמליות ואופטיות כדי לספק מוצר מקובל. יעילות המערכת וחיי התפעול של גוף תאורה LED תלויים במידה רבה בתכנון ובניית המערכת. דירוג חייו של גוף תאורה LED מבוסס על הפעם הראשונה בה תאורה דורשת תחזוקה, שכנראה נובעת מחוסר ערך של לומן, שינוי צבע, תקלה או אפילו כשלים פתאומיים של דרייבר LED.

לדים הם מקור האור היעיל ביותר הקיים כיום. עם זאת, עדיין יותר ממחצית מהכוח החשמלי המוזן ללדים הופך לחום. בניגוד למנורות ליבון והלוגן המקרינות חום מתוך המנורות בצורה של אנרגיית אינפרא אדום, חום הנוצר על ידי נוריות LED כלוא בתוך אריזות המוליכים למחצה ויש לפזר אותו דרך גוף התאורה עצמו. הצטברות חום עודפת בתוך נוריות ה-LED יכולה להאיץ את תהליך השפלה של השבב, הזרחן וחומרי האריזה. הוכח כי טמפרטורות גבוהות של צומת גורמות למנגנוני כשל רבים כגון גרעין וגדילה של נקעים באזור הפעיל של הדיודה, ירידה ביעילות הקוונטית של זרחן ושינוי צבע של בתי אנקפסולציה ופלסטיק. לפיכך, ניהול תרמי יעיל הוא חיוני להפעלת נוריות LED עד לחיי השירות המדורגים שלהם. עיצוב תרמי הוא החלק החשוב ביותר בעיצוב גופי תאורה. כל החומרים והרכיבים בנתיב התרמי ממות המוליך למחצה דרך המעגל המודפס (PCB) לסביבת הסביבה חייבים להיות בעלי התנגדות תרמית נמוכה. האפקטיביות של עיצוב תרמי תלויה בעיקרה ביכולת של גוף הקירור לפזר חום באמצעות הולכה תרמית והסעה. גופי תאורה עיליים כגון טרפרים ותליונים ליניאריים מספקים בדרך כלל נפח מספיק ליצירת שטח פנים נאות המאפשר חילופי חום.

לא פעם, נקודת הכשל או התקלה במערכת LED היא מנהל ה-LED. מכיוון שנורות LED רגישות אפילו לשינויים קטנים מאוד בזרם ובמתח, יש להגדיר את מעגלי הדרייבר של LED כדי לווסת את הפלט בזרם קבוע תחת מתח אספקה ​​או שינויים בעומס. הפעלת נוריות עם זרם הנעה תקין היא גם חלק מניהול תרמי. הפעלת יתר של מה שמדורגת LED תגדיל את טמפרטורת הצומת ותפחית את היעילות הקוונטית הפנימית של נוריות LED. מדדי הביצועים העיקריים של נהגים מתמקדים ביכולתם לווסת את הכוח ל-LED או למחרוזת (או מחרוזות) של נוריות LED בצורה מתאימה ויעילה, תוך אספקת מקדם הספק גבוה ועיוות הרמוני כולל נמוך (THD) על פני טווח מתח כניסה רחב. . הנהג חייב גם לספק תכונות הגנה מפני עומס יתר, מצבי פתיחה וקצר, כמו גם דיכוי מתח חולף והגנה חכמה מפני טמפרטורת יתר. עם זאת, חלק מיצרני תאורה מקצצים בעלויות ללא הרף על ידי תכנון חסר של מעגלי הדרייבר. זה לא רק גורם לפגיעה באמינות מעגל הדרייבר, אלא גם גורם להבהוב לבעיה מכיוון שמנהלי התקנים בעלות נמוכה מספקים לעתים קרובות דיכוי אדוות לא שלם. זה בדרך כלל לא מקובל שערך האדוות של זרם המוצא עולה על ±10 אחוזים.

עיצוב אופטי הופך לעדיפות גבוהה בתכנון מערכות LED. עוצמת הארה אחידה על פני שטח גדול או מישור משימה מחייבת שימוש במספר רב של נוריות LED בעלות הספק בינוני. הפלט בעוצמה הגבוהה של מקורות האור המיניאטוריים הללו הופכת את הפחתת הסנוור לעדיפות. גופי תאורה LED מגיעים במגוון מאפייני הפצה אשר מושגים באמצעות רכיבים אופטיים כגון מפזרים, עדשות, מחזירי אור ותריסים. ניתן להפחית סנוור ישיר מנורות LED על ידי פיזור בהירות על פני שטחים גדולים. עדשות המשלבות סדרה של פריזמות קטנות יכולות להפחית את הבהירות של גוף התאורה בזוויות צפייה קרובות לאופקיות. השתקפות היא טכניקה נפוצה לוויסות שטף האור מנורות LED. גופי תאורה נפחיים הם סוג של גופי תאורה "משתקפים ישירים" המחזירים אור מהמשטח הפנימי של בית שקוע, בעוד מודולי ה-LED שפולטים אור כלפי מעלה מוגנים או מוסתרים בסלסילות מתכת מגובות באקריליק מפוזר. פנסי LED מוארים בקצה מחדירים אור לתוך לוחית מנחה אור (LGP) אשר מפיצה את האור באופן שווה לעבר מפזר באמצעות השתקפות פנימית מוחלטת (TIR). היכולת לספק תאורה אחידה מבלי ליצור בהירות גבוהה מדי הופכת את גופי התאורה השקועים הללו לסוס עבודה במתקני חינוך.

עיבוד צבע

כמו בתאורת פלורסנט, ההחלפה בין איכות הצבע ליעילות הזוהר נותרה בעידן תאורת ה-LED. נוריות לבנים הן בדרך כלל נורות לד המומרות לזרחן, המנצלות אור באורך גל קצר הנפלט מתבניות לד לשאיבת זרחנים (חומרים זוהרים). רוב נוריות הלד המומרות זרחן הן נוריות משאבות כחולות הממירות חלקית את האלקטרולומיננסנציה. נורית משאבה כחולה בעלת עיבוד צבע גבוה דורשת המרת מטה של ​​חלק גדול מאוד של אור באורך גל קצר. תהליך זה של המרת אור משאבה לאור זרחני (פוטו-לומינסנציה) כרוך בכמות גדולה של אובדן אנרגיה של סטוקס. המרה של יעילות הקרינה הזוהרת (LER) על ידי רגישות העין אינה יעילה על פני ההתפלגות הספקטרלית של אור באורך גל ארוך יותר. בעת שילוב של אפקטים אלה, יעילות האור של נוריות עיבוד צבע גבוהות שיש להן SPD מפוזר בצורה אחידה יותר לאורך הספקטרום הנראה נמוכה יחסית מנורות לד לעיבוד צבע נמוך, הרוויות יתר על המידה באורכי הגל הכחול והירוק.

כתוצאה מהתחמקות לקראת תאורה ביעילות גבוהה והוזלת עלויות, רוב גופי ה-LED המשמשים במתקני חינוך משלבים נוריות LED עם אינדקס עיבוד צבע (CRI) של 80, וזה מקובל (אך רחוק מלהיות טוב). בפרט, אור הנפלט מגופי תאורה אלו חסר באורכי גל המציגים צבעים רוויים. כדי שלכיתה תהיה תחושה נעימה וכדי שהצבעים ייראו טבעיים, מקור האור חייב להיות מסוגל להפעיל תגובה חזותית לכל אורכי הגל בספקטרום הנראה. מתקנים חינוכיים ראויים לתאורה באיכות צבע גבוהה, למשל CRI של 90. בעוד שניתן לעצב נוריות משאבות כחולות כדי לספק עיבוד צבע מעולה, נוריות משאבות סגולות פותחו במיוחד כדי להפיק אור לבן בספקטרום רחב המספק כוח קורן רחב למדי. הספקטרום הנראה לעין.

המדע מאחורי צבע האור

טמפרטורת הצבע בקורלציה (CCT) של מקור אור נועדה לאפיין את צבע האור (למשל, חם או קריר). לאור לבן המציג גוון חם יש CCT בטווח של 2700 K עד 3200 K. אור לבן עם CCT בטווח של 3500 K עד 4100 K נהוג להתייחס כבעל מראה "לבן ניטרלי". אור לבן עם CCT מעל 4100 K מכונה בעל מראה "לבן קריר". לא כל אור לבן שווה, בין אם המראה של אור לבן חם או קריר לא רק משפיע חזותית על התפיסה שלנו ומשפיע רגשית על מצב הרוח שלנו, אלא יש לו גם השפעות על מגוון תגובות נוירואנדוקריניות ונוירו-התנהגותיות. בדרך כלל, לבן קריר יותר מתאים לאחוז גבוה יחסית של אור כחול בספקטרום ולבן חם מצביע על רכיב כחול נמוך בספקטרום.

מחקר קבע שאור כחול יכול לעורר את קולטני הצילום של תאי הגנגליון ברשתית הרגישים באופן מהותי (ipRGC) בשכבת תאי הגנגליון של הרשתית. ה-ipRGCs מעבירים אור לאותות עצביים עבור השעון הביולוגי. השעון הביולוגי הממוקם בגרעינים העל-כיאסמטיים (SCN) מווסת אז את טמפרטורת הגוף ומשחרר הורמונים אנדוקריניים, כמו מלטונין וקורטיזול. מינון גבוה מספיק של אור כחול ביואקטיבי יפעיל את השעון הביולוגי הראשי לתכנת את גוף האדם למצב יום. חשיפה לקרינה כחולה התגלתה כמעוררת ייצור הורמונים כמו קורטיזול לתגובת לחץ וערנות; סרוטונין לשליטה בדחפים ותשוקה לפחמימות; ודופמין להנאה, עירנות ותיאום שרירים. תוך הדמיה של תגובה פיזיולוגית בשעות היום, חשיפה לאור כחול ביו-אקטיבי מביאה גם לדיכוי ההורמון מלטונין מעודד שינה. מכיוון שהוא תומך בריכוז, עירנות וביצועים, אור לבן בוהק עם רכיבים כחולים גבוהים משמש לעתים קרובות במהלך שעות למידה.

בדרך כלל, אור לבן קריר עם CCT סביב 4100 K נבחר עבור תאורת יום בחללים חינוכיים. ה-CCT המקסימלי עבור תאורה פנימית באופן כללי לא יעלה על 5400 K, שהיא טמפרטורת הצבע הנראית לעין של אור השמש הזורח ישירות מעל הראש. עם זאת, כניסתה של תאורת פלורסנט ליוותה עלייה חדה בטמפרטורות הצבע לתאורת פנים. למקורות אור המייצרים אור לבן עם אורכי גל המצטברים בקצה הכחול של הספקטרום יש את היעילות הזוהרת הגבוהה ביותר בשל פוטו-אורות מינימלית מעורבת ורגישה גבוהה לעין מעל פס ספקטרלי זה. זה הופך את CCT בטווח של 6000 K עד 6500 K לבחירה נפוצה עבור תאורה חינוכית. עם זאת, קרינה אופטית עם CCT כה גבוה נראית קשה ולעתים קרובות גורמת לעיוות צבע בגלל אורכי הגל החסרים לעיבוד צבעים רוויים. והכי חשוב, חשיפה לקרינה כחולה במינון גבוה במיוחד לאורך היום עלולה להלחיץ ​​את גוף האדם ולהקשות על שמירה על מקצבי יממה חלקים.

תלמידים בדרך כלל ממשיכים לקבל קרינה כחולה בעוצמה גבוהה במהלך שעות אימון הלילה, מה שגורם לדיכוי לא תקין של מלטונין בערב. השחרור הלילי של מלטונין בין השעות 21:00-07:30 הוא מנגנון הגנה חיוני התומך בהתחדשות חיונית ומדכא תאים סרטניים מתפתחים בגופנו. בערב, לפחות שעתיים לפני השינה, יש להימנע מ- CCT גבוה ותאורה בעוצמה גבוהה. רמות צנועות של אור לבן חם, המוגדרות כ-60 לוקס, מספיקות למשימות חזותיות קלות ללא הפרעה צירקדית.

תאורה לבנה מתכווננת

השפעות התאורה על בריאות האדם, רווחתו וביצועיו הניעו את תעשיית התאורה לפתח פתרון שיכול לעורר תגובות ביולוגיות אנושיות ספציפיות לשיפור הריכוז, הערנות והביצועים, תוך תמיכה במקצב צירקדי חיובי. תאורה לבנה מתכווננת מאפשרת אפנון של טמפרטורת הצבע של אור לבן, עם עוצמת האור נשלטת באופן עצמאי. טכנולוגיה זו מאפשרת אספקת ערכת תאורה דינמית לאורך כל היום ומאפשרת להתאים את התאורה לצרכים של קבוצות יעד שונות. תאורה לבנה מתכווננת המבוססת על טכנולוגיית LED היא הכוח המניע מאחורי הפריסה המואצת של תאורה ממוקדת אנושית (HCL). תאורה ממוקדת אנושית נועדה לחזק את הקצב הצירקדי של הגוף ואת המחזור הטבעי של פונקציות ביולוגיות. הוא מספק שליטה מודעת על תהליכים הורמונליים וסביבת למידה לאורך עיצוב הוליסטי של ההשפעות החזותיות, הביולוגיות והרגשיות של האור. ניתן להתאים את הכמות והספקטרום של תאורת הפנים כך שישקפו את המאפיינים של אור היום הטבעי במהלך היום.

בטיחות פוטו-ביולוגית

מומחי כורסאות עוררו רעש על סכנת האור הכחול של תאורת LED. הם טוענים כי נוריות משאבות כחולות מכילות חלקים גבוהים יותר של אורכי גל כחולים ולכן יש להם יותר פוטנציאל מאשר סוגים אחרים של מקורות אור להוות סיכון לסכנת אור כחול. סכנת האור הכחול היא פגיעה ברשתית הנגרמת על ידי פוטוכימיים הנגרמת מחשיפה לקרינה באורכי גל בעיקר בין 400 ננומטר ל-500 ננומטר. רק בגלל שנורות LED לבנות משתמשות בפולטות כחולות כדי לשאוב ממירי זרחן למטה ויכול להיות שיא כחול מובהק ב-SPD שלהם, זה לא אומר בהכרח שללדים יש פוטנציאל גדול יותר לגרום לנזק פוטוכימי של הרשתית. אור לבן בעל מראה צבע שונה הוא בעצם תוצאה של שילובים שונים של אורכי גל ארוכים וקצרים. יש מתאם חזק בין CCT לתוכן האור הכחול ללא קשר למקורו של האור הלבן. פונקציית שקלול מפגעי האור הכחול משתרעת על פני טווח של אורכי גל. חשוב לקחת בחשבון את טווח הקרינה המסוכנת, ולא כל שיא מקומי. הכמות הכוללת של אורכי גל כחולים בהרכב הספקטרלי של אור הנפלט על ידי נוריות זהה בדרך כלל לאור הנפלט על ידי כל מקור אור אחר באותה טמפרטורת צבע.

כדי להדגיש: נוריות LED אינן שונות מהותית ממקורות אור המשתמשים בטכנולוגיות מסורתיות בכל הנוגע לבטיחות פוטו-ביולוגית. מה שצריך להאשים הוא השימוש ב-CCT גבוה במיוחד בתאורת פנים. אור לבן עם CCT מעל 6000 K מכיל כמות משמעותית של אור כחול ויש סיכוי גבוה יותר לגרום לנזק פוטוכימי של הרשתית מאשר אור לבן הנפלט ממקורות אור CCT נמוכים. סף הארה לסיווג קבוצת סיכון כ-RG2 ומעלה הוא 1000 לוקס למקור אור עם CCT של 6000 K, 1600 לוקס למקור אור עם CCT של 4000 K ו-3200 לוקס למקור אור עם CCT של 2700 ק. עם זאת, סיווג מפגע אור כחול של קבוצת סיכון 2 ו-3 הוא מאוד לא סביר עבור כל סוגי מקורות האור הלבן פשוט בגלל שעוצמת ההארה המקסימלית עבור יישומים חינוכיים רק לעתים רחוקות עולה על 300 לוקס. חשוב לציין, מוצר חייב גם לחרוג מהסף כדי שתנאי ההארה ייחשבו כמסוכנים (10 mcd/k2 ב-6000K, 16 mcd/k2 ב-4000 K, 30 mcd/k2 ב-2700 K עבור קבוצת סיכון 2). גם כאשר יש סכנה מקבוצת סיכון 2 או 3, תגובות הסלידה של בני אדם יפחיתו את המפגע, כך שסכנת האור הכחול היא לא מה לדאוג לאנשים.

תגיות פופולריות: עיצוב תאורת כיתה גופי תאורת LED לבתי ספר ומתקני חינוך, סין, ספקים, יצרנים, מפעל, קנה, מחיר, הטוב ביותר, זול, למכירה, במלאי, מדגם חינם