Pomiary wizualnego i niewizualnego wpływu światła na ludzi w środowisku zbudowanym

W roku 2001 odkryto nowy typ wyspecjalizowanych komórek w ludzkim oku, różniących się od dwóch typów pozostałych fotoreceptorów pręcików i czopków, są to wewnętrzne, światłoczułe komórki zwojowe siatkówki (ipRGC). Odkrycie to potwierdziło, że światło jest niezbędne nie tylko do prawidłowo działającej percepcji wzrokowej ale jest także odpowiedzialne za funkcje pozawzrokowe, odgrywając kluczową rolę w aktywowaniu zegara okołodobowego i mając wpływ na ważne efekty biologiczne, istotne dla zdrowia ludzkiego, wydajności i samopoczucia. Efekty te zależą w szczególności od widma światła (ipRGC, które zawierają białko receptorowe – melanopsynę, absorbują niebieskie światło o długości fal ok. 460–480 nm), ale także dodatkowo od jego intensywności, czasu trwania i ilości. Ta wiedza zapewniła również nowe spojrzenie na znaczenie ekspozycji na światło naturalne w ciągu dnia, a także biologiczną potrzebę ciemności w porze wieczornej i w ciągu nocy.
dr inż. arch. Karolina Zielińska-Dąbkowska, fot. Łukasz Bera
W ostatnich latach rozwój i dostępność technologii oświetlenia półprzewodnikowego ze źródłami takimi jak diody elektroluminescencyjne LED, diametralnie zmieniły sposób, w jaki architekci/ projektanci i społeczeństwo oświetla przestrzenie wewnątrz i na zewnątrz. Niestety nowe badania potwierdzają, że te powszechnie stosowane białe źródła światła LED, zawierające wysoki poziom niebieskiej długości fali, są nieodpowiednie i wręcz szkodliwe. Zgodnie z dzisiejszymi wymogami dotyczącymi zagrożeń środowiskowych i zdrowia publicznego, wprowadzenie nowych źródeł światła LED do sprzedaży powinno być poprzedzone szczegółowymi badaniami, nie tylko w kierunku nowych aspektów technicznych, jak energooszczędność i wydajność, ale także w celu zaobserwowania i zrozumienia wpływu tych nowych technologii na zdrowie ludzkie i środowisko. Ten bardzo istotny proces został pominięty. W związku z powyższym wykonano dotychczas niewiele badań podstawowych, zarówno  teoretycznych, jak i eksperymentalnych prac badawczych, których wyniki mogłyby wpłynąć na decyzje dotyczące zminimalizowania szkodliwości tego zjawiska.

Podczas realizacji grantu na KTH Royal Institute of Technology, School of Architecture, Division of Lighting Design w Szwecji zidentyfikowano najwłaściwsze metryki pomiarowe i metodologię oświetlenia w celu określenia odpowiedniego środowiska oświetleniowego dla ludzi oraz zminimalizowania negatywnych skutków sztucznego oświetlenia. Po przeanalizowaniu wielu nowych wskaźników pomiarowych, ustalono, że melanopowy ekwiwalent natężenia oświetlenia światła dziennego (D65) (melanopic EDI) na poziomie oczu okazał się najwłaściwszy.

Ponadto udało się zidentyfikować najodpowiedniejsze kryteria doboru parametrów technicznych w projektowaniu sztucznego oświetlenia, takie jak wartości widmowego rozkładu mocy (SPD), natężenie światła oraz dwie metryki migotania. Natomiast parametry takie jak skorelowana temperatura barwowa (CCT) światła i współczynnik oddawania barw (CRI) okazały się nieistotne.

Dodatkowo przetestowano narzędzia takie jak CIE α-opic Toolbox (czyli ogólnodostępne narzędzie online, które pozwala na obliczenie efektywnego natężenia promieniowania doświadczanego przez każdy z fotoreceptorów, czopków i pręcików ipRGC, co z kolei implikuje efekty okołodobowe,
dr inż. arch. Karolina Zielińska-Dąbkowska, fot. Łukasz Bera
neuroendokrynne i neurobehawioralne). Wartości melanopowego ekwiwalentu natężenia oświetlenia i ekwiwalent natężenia oświetlenia światłem dziennym informują projektanta, jak skuteczne jest dane źródło światła w tłumieniu produkcji hormonu snu, melatoniny. Wyższe wartości są korzystne dla scenariuszy dziennych i zachęcają do aktywności, podczas gdy niższe wartości są pożądane dla scenariuszy nocnych i przed snem.

W tym kontekście odkrycia te stanowią oryginalny wkład w podejście badawcze i analityczne do świadomego, zdrowego kształtowania oświetlenia wnętrz w pomieszczeniach przeznaczonych do dłuższego użytkowania, takich jak biura, szkoły czy szpitale. Informacje te można również zastosować przy projektowaniu oświetlenia zewnętrznego. Stanowią również oryginalny wkład w stan badań tego typu na świecie, w nowym badawczo analitycznym ujęciu. Badania te są szczególnie istotne dla krajów Europy Północnej, gdzie sztuczne oświetlenie jest używane przez wiele miesięcy w roku ze względu na brak wystarczającej ilości światła naturalnego.