光的影响
如果您发现自己每天倾向于在同一时间感到精力充沛和昏昏欲睡,那么您已经找到了自己的生理节律,也称为睡眠/唤醒周期。这实际上就是我们身体内的24小时生物钟。
大脑的下丘脑控制着我们的昼夜节律,并直接受到光线的影响。天黑时,您的眼睛向下丘脑发出信号,告诉您是时候感到疲倦了。之后,您的大脑会向身体发送信号,释放褪黑激素,使您感到困倦。这就是为什么您的生理节律趋于与昼夜周期一致(以及为什么轮班工人白天难以入睡,晚上难以保持清醒)。
对于自然光的需求是我们生物构造的基本组成部分。在我们的进化过程中,我们大部分时间都待在户外,这意味着接触自然光能够带来一系列健康益处,不论是促进更好的睡眠,还是改善我们的情绪。日光调节我们体内维生素D、血清素和褪黑激素水平,促进健康的眼部发育。[1]
接触自然光所能创造的商业利益同样显而易见。坐在窗户附近的办公室人员平均比远离窗户的人员的睡眠时间长46分钟。[2]具有良好自然光水平的工作场所,其工作效率可提升3%至40%。[1]
但尽管有这么多已知的好处,我们大多数人大部分时间依然处于室内的人造光下。与自然光不同,人造光在一天当中不会改变色温或强度。
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35%
通过以人为本的照明理念所降低的员工病假比例。[4]
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150万
应用smartengine以人为本照明设备的建筑面积(以平方米为单位)。
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92.6吨
以人为本的智能照明理念每年为我们创新中心所节省的二氧化碳量。
通常在一天中的早些时候,我们的身体应暴露于更高比例的特殊短波长蓝光和更高的光强下,由此可以提高敏锐性和体能,并且对重置生物钟具有明显功效。
在傍晚时分,我们则应避免暴露在蓝光下,以令身心能够放松并感到困倦。这便是iPhone和Android手机如今都在日落之后提供红移模式的原因之一。
“我们整天都暴露在人造光源下。”我们的照明研究人员之一Sarah Klein说,“取决于具体的光源,
其中可能会有很多蓝光,尤其是屏幕所发出的光。这意味着,这些光在早上和午餐时间会有所帮助,但是如果您在傍晚或夜晚使用此类光源,则适得其反。它会让我们过于清醒,导致睡眠不足,并损害我们的认知能力。”
鉴于我们中的许多人经常要在人造光下度过比自然光下更多的时间,因此打造能反映一天中光照自然变化的人造光,将对我们的健康和福祉产生巨大影响。
“以人为本”的照明概念
自然光的已知优势促使NASA科学家开始研究,国际空间站(ISS)上的照明是否会影响宇航员的表现。
国际空间站的乘员会快速连续经历日出和日落——每天约16次“日落”,因为空间站每90分钟便会绕地球一周。这种与地球正常昼夜循环的偏离被认为会破坏宇航员的生理节律,从而影响其身体表现。
伴随空间站上的照明“大改造”,NASA同时展开了一项研究。[3]空间站以全新固态发光二极管(LED)系统取代荧光灯,该系统已接受编程,将在一天过程中改变颜色和强度,模仿我们在地球上会遇到的模式。
这种如NASA研究中所展示的以人为本的照明概念,如今越来越受到关注。其背后的想法并未改变,但应用对象由空间站变为建筑物,即打造可以在一天中进行自主调节的照明设备,由此令建筑物内的人员能够处于和外界自然光一致的多种白光下。
随着该技术的发展,它已显示出巨大潜力,可作为一种安全、非药理性的方法来防止对生理节律的负面影响,并改善任何未处于最佳自然光条件下的人员的健康和福祉,从轮班工人,到那些大部分时间都呆在办公室里的职员。
这些类型照明系统的效果令人惊讶。最近在德国一家超市进行的一项研究发现,安装以人为本的照明设备后,销售额增长了28%,同时员工病假数量下降了35%。客户认为购物时的愉悦感更高,且氛围更舒适。员工同样感到健康状况与睡眠获得改善。[4]
“我们相信,动态照明系统可以在许多情况下带来巨大的变化。”Klein补充道,“例如在飞机上,它可以帮助旅行者调整时差;在医院中,它可以使人们更快康复;而在仓库和工厂中,它可以帮助工人适应夜班工作。”
为何在以人为本的照明中使用LED?
LED已经融入我们的日常生活。与常规光源相比,它们具有几项明显的优势。LED节省能源,而且由于使用寿命更长,因此更为环保,同时还不含汞。不仅如此,它们还具有特定属性,使其非常适用于打造以人为本照明理念所需的颜色变化。
白光是可见光谱中所有颜色的组合,但LED则是仅能够发射单色光的单独半导体芯片,这意味着其不会直接产生白光。为了获得白光,需要另外的光转换材料,即磷光体。
磷光体是微尺寸的无机晶体,并且包含稀土金属,例如钇和镥。通常,蓝色LED是与一种或多种光转换材料结合在一起的产物。转换后的光可以具有任何一种颜色或多种颜色,并且能够提供白光的所有变体,因此极为适用于可随一天中时间推移而改变颜色的以人为本照明设备。
照明材料的质量和特性决定了LED的效率,而且能够启用不同色点,改变白色光源的外观,打造冷白光、中性白光或暖白光。
以人为本的智能照明——促进健康且节约能源
我们的合作伙伴wtec在其smartengine建筑控制技术的框架内,开发出一款以人为本的智能照明(网络供电照明)。该产品已经安装在全球超过1500万平方英尺(150万平方米)的商业空间中,例如企业办公室、政府大楼、中小学和高校、零售店铺、生产基地和数据中心等建筑中,当然还包括我们位于德国达姆施塔特的创新中心。
但是,smartengine不仅旨在改善建筑中人员的福祉和健康。
“这是唯一能够将以人为本的照明概念,与最高能效水平合二为一的技术。”wtec GmbH董事总经理Daniel Stephen Massey说。
LED在低压恒流供电时效率非常高。不过,在建筑物中,LED通常由交流电源(100-277V)供电,每个LED上均会出现降压,导致高能量损失和热量散发。
“smartengine提供网络供电照明,可根据选定的照明场景、周围的光照水平,以及为‘日光收集’进行的持续调光,为每个LED分配所需的准确低压功率,由此解决此问题。在以人为本的照明设备中,LED数量增加了一倍,因为其中同时安装了暖白色和冷白色LED,因此能够和谐混合色温,与太阳的日光曲线保持一致。由于LED在低功率输入时更为高效,因此通过使LED数量加倍,可在相同的照明水平下降低所需功率。”
“根据我们的计算,默克创新中心的每平方米能耗仅为1.9瓦,这是传统照明系统所需能量的十分之一。得益于智能控制系统,我们每年可节省92.6吨碳二氧化碳排放量。”
未来建筑
那么,这对楼宇和建筑的未来意味着什么?
我们相信,未来所有建筑物都将变得更加智能,并可以自动响应用户需求。LED照明将无处不在,提升人们在不同环境下的舒适感与身体表现。
参考文献:
[1] https://www.eco-business.com/opinion/why-natural-light-matters-in-the-workplace/
[2] https://www.worldgbc.org/better-places-people/green-healthy-work-spaces
[3] https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/let-there-be-better-light
[4] https://www.luxreview.com/2018/11/08/human-centric-lighting-boost-supermarket-sales-by-28/