Воздействие систем управления освещением на окружающую среду и здоровье человека

ВВЕДЕНИЕ

Свет в жизни человека играет огромную роль с незапамятных времен. Изобретение лампы накаливания и появление надежной энергораспределительной системы в первой половине XIX в. полностью изменило жизнь цивилизованного человека. Последующие усовершенствования в области освещения лишь увеличили использование искусственно получаемого света и зависимость от него в большинстве областей современной жизни.

Наше представление об окружающем мире создается благодаря зрительному восприятию, которое не занимается фотографическим воссозданием реальности. Неправильно организованное освещение может привести человека к неверному восприятию действительности и даже вызвать серьезные ошибки. Главная функция нашего зрения состоит в передаче информации о реальности и расположении объектов в трехмерном мире. Следовательно, основная задача светотехники состоит в том, чтобы обеспечить оптимальную освещенность пространства для пользователей.

Продолжающийся рост потребления электричества и использования искусственного освещения в последние годы вызывает тревогу [2, 8, 18]. Увеличение цен на энергию и рост выделения парниковых газов привели к необходимости технологического совершенствования светотехники. В нескольких исследованиях сообщается о положительных результатах создания энергоэффективных систем, благодаря которым достигается экономия энергии и снижается выделение парниковых газов [4, 12].

Тем не менее имеется определенный пробел в исследованиях потенциала энергосбережения и того влияния, которое осветительные системы оказывают на производительность труда человека, его здоровье и самочувствие. Высказывались опасения по поводу того, не ухудшают ли энергосберегающие осветительные системы качество света и не сказывается ли работа автоматизированных установок на самочувствии сотрудников и их производительности труда [16]. В рамках программы European Greenlight Programme было проведено исследование с целью изучить потенциал экономии энергии и возможные отрицательные последствия эксплуатации энергосберегающих систем.

В описываемом исследовании изучались вопросы использования новых светильников, а также новой системы управления освещением в большом здании норвежской больницы. Изучались разные типы установок и их технические параметры (потребление энергии, рабочая температура, уровень освещенности), а также факторы воздействия этих систем на здоровье и психику человека. Полученные результаты хорошо согласуются с ожиданиями [11]. В данной статье главное внимание уделяется вопросам воздействия осветительных систем на здоровье и психику.

МЕТОД

Схема исследования

Исследование проводилось в большом здании норвежской больницы. В этом здании преимущественно находятся лаборатории и офисы. В исследовании использовалась смешанная неэквивалентная схема контрольной группы [13]. Осветительная система выступала в качестве межсубъектного фактора, а время — внутригруппового фактора. Три группы были контрольными, а две — интервенционными.

В контрольной группе в течение всего эксперимента использовалась исходная осветительная установка, состоящая из двух стандартных светильников T8 мощностью 2×58 Вт с ручными переключателями света. Первую интервенционную группу представила новая стандартная установка для освещения здания. Каждый источник света старой осветительной системы заменили на один светильник T5 мощностью 49 Вт. В большинстве помещений были установлены датчики присутствия совместно с импульсными выключателями для регулировки освещения. В помещениях также была установлена менее сложная, чем в группе 3, система с датчиками естественного освещения. Датчик помещался в центральной части большой лаборатории, а все светильники были разделены на подгруппы в соответствии с коэффициентом дневного освещения, определяемом с помощью этого одного датчика.

Помимо этой стандартной системы освещения на одном этаже здания работала самая современная адаптивная осветительная установка. На этом этаже в каждом отдельном помещении были также установлены индивидуальные датчики присутствия и дневного освещения. Для максимального повышения степени автоматизации и непрерывного функционирования системы управления была также организована перекрестная связь между соседними зонами контроля. С помощью второй интервенционной группы исследовались различия не только между старой и новой установками, но и между стандартной современной осветительной и автоматизированной системами.

Измерения проводились в зоне каждой группы. У этих зон были сравнительно одинаковые площади, уровни дневного освещения и функциональное назначение (лабораторная и офисная работа).

Участники

В исследовании воздействия осветительных систем на здоровье и окружение принимало участие 110 человек из больничного персонала. У всех участников было нормальное или скорректированное зрение и нормальная продолжительность рабочего времени. У них отсутствовали хронические болезни, которые могли бы повлиять на результаты исследования. Возраст участников находился в пределах 24—68 лет.

Технические измерения

Технические измерения показателей производственных условий и потребления энергии регулярно регистрировались в течение всего исследования [11].

Измерение показателей здоровья и психики

Измерение показателей здоровья и психики проводилось три раза: до использования новой системы и спустя 6 и 12 мес. после ее использования. Исследовались следующие показатели: чувство тревоги и раздражение [9, 14, 15]; субъективное ощущение системных симптомов (методом опроса; дополнительные данные см. в исследовании Fostervold и Nersveen, 2008); субъективная оценка условий труда и самочувствия на работе (методом опроса, составленного Fostervold и Nersveen, 2008); сонливость [7]; субъективное ощущение стресса на рабочем месте [7]; когнитивная деятельность [17, 3, 1].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Технические измерения

Предварительный анализ энергопотребления был представлен на конференции CIE в Будапеште [11]. Результаты свидетельствуют о снижении расхода энергии на 55—75% в зависимости от типа управляющей системы (55% — только за счет замены светильников и до 75% при эксплуатации самой современной системы управления освещением). Энергопотребление старой системы составило 100 кВт∙ч/год.

Окончательный анализ полученных измерений оказался достаточно неожиданным. Замена старых светильников позволила снизить потребление на 55%, тогда как их ремонт не дал эффекта экономии. Наиболее вероятный вывод, подтверждаемый наблюдениями, заключается в том, что офисные сотрудники в полной мере использовали средства ручного управления освещением.

Применение усовершенствованной системы управления освещением позволило сэкономить еще 10% энергии. Таким образом, среднее потребление электроэнергии двумя отдельными

Измерение показателей психологического состояния и здоровья

Результаты всех измерений показателей психологического состояния и здоровья обнаружили лишь незначительную разницу между группами 2 и 3. По этой причине данные, полученные для этих двух групп, рассматривались в последующем анализе как данные одной исследуемой группы.

1. Чувство тревоги и раздражения. Исследование не установило какой-либо значительной разницы в показателях ни до, ни после эксперимента.

2. Субъективное ощущение системных симптомов. Все полученные показатели оказались положительными. Статистические данные изложены в [19].

3. Субъективная оценка качества рабочей среды и самочувствия на работе. В  1 представлены средние и среднеквадратичные показатели отклонения для трех показателей, характеризующих качество рабочей среды для двух групп.

Эти результаты показывают небольшое ухудшение состояния удовлетворенности условиями труда как в контрольной, так и в исследуемой группах. Та же картина наблюдалась в отношении оценки эргономических условий, тогда как удовлетворенность условиями освещения немного выросла в обеих группах. Статистический анализ показал, что различия между двумя группами были незначительными.

4. Сонливость. Сопоставление показателей сонливости утром, днем и вечером не обнаружило значительной разницы между двумя группами.

5. Субъективное ощущение стресса на рабочем месте. Эти показатели для двух групп не различались.

6. Когнитивная деятельность. Этот показатель исследовался путем проведения трех тестов. Результаты не обнаружили разницы между показателями двух групп.

ВЫВОДЫ

Проведенный анализ энергопотребления указывает на относительно большие возможности экономии электроэнергии путем замены старых систем освещения, которые эксплуатируются с конца 1960-х — начала 1970-х гг. Одна только замена светильников позволяет снизить потребление на 55%. Разумеется, эта цифра варьируется в каждом конкретном случае применения той или иной установки, однако в целом это верный вывод относительно старого оборудования.

Экономия электроэнергии за счет адаптивной системы управления оказалась меньше ожидаемой. Вероятно, причиной тому стала недостаточная чувствительность датчиков движения, используемых в установленной системе: они были не в состоянии обнаружить людей, занятых чтением или работой за компьютером.

При изучении влияния осветительных установок на здоровье и окружение исследователи исходили из того предположения, что распространенная во многих современных системах перекрестная связь между соседними зонами контроля позитивно сказывается на индивидуальном самочувствии и способствует лучшей концентрации внимания на рабочем месте за счет непрерывной работы оборудования. Полученные результаты не подтвердили данную гипотезу. В то же время они не свидетельствует об отрицательном воздействии адаптивных систем освещения, связанном со снижением степени воспринимаемого контроля.

Исследование указывает на заметное снижение воспринимаемых симптомов в результате использования новой осветительной установки. Дальнейший анализ показал, что наиболее значительно уменьшились симптомы, связанные со скелетно-мышечной системой (боль и напряжение в спине). Возможно, наиболее правдоподобное объяснение этого феномена в том, что усовершенствованная система освещения способствует улучшению осанки. С другой стороны, эти результаты свидетельствуют о тесной функциональной взаимосвязи между окуломоторной и скелетно-мышечной системами [5].

Главное назначение любой осветительной системы состоит в обеспечении достаточного количества и качества света, так чтобы наблюдаемые объекты были видны без заметного напряжения зрения. Настоящее исследование не поддерживает мнения о том, что энергоэффективные осветительные системы повышают напряжение глаз и ухудшают самочувствие. Напротив, полученные результаты свидетельствуют о снижении отрицательных симптомов. Таким образом, разработчики светотехники должны стремиться создавать гибкие и энергоэффективные системы с привлекательной стоимостью.

Рис. 1. Сравнительное дневное потребление энергии тремя отдельными офисами, в каждом из которых были установлены два светильника, в течение трех недель

Литература

1. Brickenkamp R, Zillmer E (1998). d2 test of attention. Manual. Göttingen: Hogrefe & Huber Publishers.

2. Chepesiuk R (2009). Missing the Dark: Health Effects of Light Pollution. Environmental Health Perspectives, 117, A20-A27.

3. Corrigan JD, Hinkelday NS (1987). Relationships between parts A and B of the Trail Making test. Journal of clinical psychology, 43, 402-409.

4. Di Stefano J (2000). Energy efficiency and the environment: the potential for energy efficient lighting to save energy and reduce carbon dioxide emissions at Melbourne University, Australia. Energy, 25, 823-839.

5. Fostervold KI, Aarås A, Lie I (2006). Work with visual display units: Long-term health effects of high- and downward line-of-sight in ordinary office environments. International Journal of Industrial Ergonomics, 36(4), 331-343.

6. Fostervold K, Nersveen J (2008). Proportions of direct and indirect indoor lighting — The effect on health, wellbeing and cognitive performance of office workers. Lighting Research and technology, 40(3), 175-200.

7. Gillberg M, Kecklund G, Akerstedt T (1994). Relations between performance and subjective ratings of sleepiness during a night awake. Sleep, 17, 236—241.

8. Grimaldi S, Partonen T, Saarni SI, Aromaa A, Lönnqvist J (2008). Indoors illumination and seasonal changes in mood and behavior are associated with the health-related quality of life. Health and Quality of Life Outcomes, 6, 56.

9. Haseth K, Hagtvedt KA, Spielberger CD. (1990). Psychometric properties and research with the Norwegian State-Trait Anxiety Inventory. In: Spielberger CD, Diez-Guerrero R, Strelau J, editors. Cross-cultural anxiety. New York: Hemisphere Publishing Company; p. 169-81.

10. Hsee CK, Lowenstein GF, Blount S, Bazerman MH (1999). Preference reversals between joint and separate evaluations of options: a review and theoretical analysis. Psychological Bulletin, 125, 576-90.

11. Larsen PJ, Lillelien E, Fostervold KI, Mjøs. T, Berg MO (2009). Energy efficient lighting systems -consequences for environment, health and human factors. CIE Expert Symposium «Light and Lighting», Budapest, Hungary.

12. Martinot E, Borg N (1998). Energy-efficient lighting programs. Experience and lessons from eight countries. Energy Policy, 26, 1071-1081.

13. Shadish W, Cook TD, Campbell DT (2002). Experimental and Quasi-experimental designs for generalized causal inference. Houghton Mifflin Company, Boston.

14. Spielberger CD (1994). Professional Manual for the Job Stress Survey (JSS) Psychological Assessment Resources. Inc. (PAR), Odessa. FL.

15. Spielberger CD, Sydeman SJ (1994). State-Trait Anxiety Inventory and State-Trait Anger Expression Inventory. In M. E. Maruish (Ed.), The use of psychological testing for treatment planning and outcome assessment (pp. 292-321). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

16. Veitch JA, Newsham GR (2000). Exercised control, lighting choices, and energy use: an office simulation experiment. Journal of environmental psychology, 20(3), 219-237.

17. Walsh, W B, Betz NE (1985). Tests & Assessment. Englewood Cliffs NJ: Prentice-Hall Inc.

18. Webb AR (2006). Considerations for lighting in the built environment: Non¬visual effects of light. Energy & Buildings, 38, 721-727.

19. Knut Inge Fostervold, Pål J. Larsen, Erlend Lillelien, Tor Mjøs and Morten Olav Berg Energy. Efficient Lighting Control Systems: Consequences for Lighting, Quality, Environment, Health and Human Factors. Proceedings of CIE 2010 «Lighting Quality and Energy Efficiency».