以下是我对2018年6月号的贡献 tED杂志,NAED的官方出版物。经许可转载。

昼夜节律照明描述了旨在通过刺激人体的昼夜节律系统来支持人体健康的照明系统。尽管这是一个年轻趋势,但它在我们设计和使用照明方面可能会发生变革。

昼夜健康

人体的昼夜节律系统调节消化,激素的释放,机敏和嗜睡的时间以及其他身体机能。通过暴露在光线和黑暗中,它与一天24小时同步。这些24小时的生物周期称为昼夜节律。昼夜节律系统的破坏会导致睡眠不足和健康问题。

在2000年代初期,科学家在人眼中发现了第三种类型的光敏细胞,据信与昼夜节律反应有关,与视觉无关。这一发现最终导致人们理解我们如何设计照明系统会影响昼夜节律。

昼夜照明

数百万年来,日出和日落使人体时钟同步。如今,美国人平均大部分时间都在电灯下度过。传统上,这种照明的设计重点是在水平工作平面上传递的光照水平,通常不会改变光照水平或波长(与色彩感知有关)。

问题在于这种方法可能无法向眼睛本身提供足够的光线。昼夜节律有效照明的关键因素是落在眼睛上的光量,光谱(波长)以及曝光时间和持续时间。垂直照明被认为是最重要的,光谱(一天中从凉到暖的变化)起了夹带作用。

公制

由于昼夜节律刺激涉及对光的非视觉响应,因此需要专门的指标。已经提出了几种指标,例如黑素色勒克斯,黑素色含量和昼夜节律(CS)。

CS由Rensselaer理工学院的照明研究中心(LRC)开发。该度量标准基于其抑制激素褪黑激素的能力,表明暴露于产生一定光水平和波长的光的光源一小时对昼夜节律系统的刺激程度。它的范围从0.1(昼夜节律激活的阈值)到0.7(代表饱和度)。 LRC发现暴露于0.3+ CS对刺激有效。 LRC提供了一个在线计算器,使设计师能够为他们的设计产生CS值,可从以下网站获得: www.lrc.rpi.edu/programs/lightHealth/index.asp.

设计模板

为提供设计指导,LRC开发了由照明与健康联盟赞助的“健康建筑照明模式”(www.lightingpatternsforhealthybuildings.org)。该站点包含各种建筑物类型的典型空间的基线和替代设计模型,包括学校,医疗保健建筑物,高级设施和办公建筑物。每个图案都会显示照明计划,效果图和一般照明设备信息。

举例来说,假设×22英尺)无窗教室,可容纳老师和16名学生。吊坠32W T8照明器安装在9.5英尺上。天花板2×4个天花板网格。在提供令人满意的任务照明水平的同时,照明系统产生的CS为0.16,对于良好的昼夜节律系统激活而言太低了。

另一种昼夜节律的设计可能会用专用的LED悬吊式照明灯替换荧光灯,并沿一面墙补充LED洗墙灯。早晨,所有照明均处于满负荷输出状态,相关色温(CCT)极低,为6500K,产生的有效CS为0.42(见图1)。下午,光线变暗至全部输出的40%,同时变暖至3000K,使CS降低至0.15(图2)。该系统有效运行并产生令人满意的光水平,同时具有足够的垂直照明和灵活性以支持昼夜节律刺激。

进行测试

法改会最近结束了对一系列联邦办公楼的研究,发现在具有昼夜节律的照明下工作的人们睡眠更好,在工作时间内更机敏。

在由LRC主任Mariana Figueiro博士领导的较早研究中,研究人员测量了五座联邦建筑物的光照水平,这些建筑物旨在最大程度地利用其室内工作空间的日光。尽管有些空间的窗户大而无数,但法改会发现,由于诸如季节变化和窗户遮光等许多因素,工人的光线不足。结果,法改会从理论上讲,辅助任务照明可以有效地提高CS。

在随后的研究中,法改会通过在两座联邦办公大楼和两个大使馆中安装有昼夜节律的工作照明(由法改会设计,如图3所示)验证了这一理论。使馆位于冰岛和拉脱维亚,冬季的白天少得多。几天计测量了该研究的68名参与者在为期两天的干预之前和之后所接受的CS量。

发现新的照明可以显着改善CS,从而使参与者自我报告更少的困倦,更大的精力和机敏性。这些发现在所有四座建筑物中都是一致的。据菲盖罗说,该研究证实了白天的高CS能更好地适应昼夜节律并增加工作日的机敏性,从而证实了以前的LRC研究。

照明更健康?

建立在对光与生物钟健康之间关系的最新科学理解的基础上,生物钟照明是照明领域的一个新兴趋势。随着最近引入的度量和模型设计以及易于使用的设备,它在商业建筑中的作用越来越大。研究表明,它可以在工作时间内影响昼夜节律的健康和机敏性。实施不需要复杂,尽管需要培训,额外的精力和扩展的设计实践,以更好地结合垂直光水平,分层照明和灵活性。

在这个小教室的渲染中,早晨的照明可以达到6500K的非常凉爽的CCT的全功率输出,从而产生有效的CS水平。图片由照明研究中心提供。

在这个小教室里,下午的照明灯调低到全部输出的40%,同时变暖到3000K,从而降低了CS。图片由照明研究中心提供。

在四个联邦办公楼进行的为期两天的研究中,由LRC设计的工作灯每天早晨至少有一个小时向眼睛提供足够的光线,结果自我报告的分数反映出情绪和活力得到改善。图片由照明研究中心提供。