CC BY
93
Vol. 19, № 04, 2016
Civil Avition High TECHNOLOGIES
УДК 656.7: 628.932
НОРМАТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДХОДОВ ПО БЕЗОПАСНОМУ ПЕРСПЕКТИВНОМУ ПРИМЕНЕНИЮ СВЕТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ВОЗДУШНОМ ТРАНСПОРТЕ
С.Б. СТУКАЛОВ, A.C. СТУКАЛОВ, C.B. КРЕСКИЯН
Рассматриваются проблемы безопасного перспективного применения световых источников освещения новых технологий для воздушного транспорта. Представлены новые предложения использования в салонах воздушных судов точечных светодиодных источников освещения. Определены достоинства и недостатки энергоэффективности использования таких источников и затрат производства. Проведен анализ результатов исследования по влиянию светодиодных электронных систем освещения на зрение человека и состояние его здоровья. Проанализированы требования международных и отечественных нормативных документов по использованию источников освещения новых технологий и нормативного регулирования возникающих рисков светобиологической опасности. Даны рекомендации практического применения световых источников для освещения салонов воздушных судов.
Ключевые слова: воздушный транспорт, новые технологии, нормативные документы, световые источники, салоны самолетов, группы риска, светобиологическая безопасность.
Перспективным направлением, обеспечивающим модернизацию существующих систем освещения транспортных средств, является применение светодиодных конструкций. Развитие светодиодных систем освещения непосредственно связано с новыми достижениями в технологии их производства. Светодиодные источники света считаются наиболее перспективным направлением с точки зрения энергоэффективности использования электроэнергии и затрат производства.
Световые излучатели на основе светодиодов активно предлагаются к использованию в системах внутреннего освещения в салонах современных воздушных судов [1]
(рис. 1, 2).
Рис. 1. Индивидуальная
система освещения
Рис. 2. Светодиодный источник освещения
Научный Вестник МГТУ ГА_Том 19, № 04, 2016
Civil Avition High TECHNOLOGIES Vol. 19, № 04, 2016
Известны предложения о создании интерьера салона самолета (рис. 3) со 100 % светодиодной системой освещения.
Рис. 3. Светодиодное освещение салона самолета
Однако светодиодные источники освещения имеют не только положительные стороны. Проблемы, связанные с влиянием светодиодных электронных систем освещения на зрение человека и состояние его здоровья, в настоящее время начинают активно изучаться. Как показывают публикации исследований [2, 3], главным недостатком используемых в освещении свето-диодов является высокая интенсивность коротковолнового излучения с высокой энергией синего и фиолетового спектров, которые вредны для зрительной системы.
Вопрос об опасности сине-голубого освещения остро встал в первой половине XX века в результате многочисленных световых ожогов сетчатки глаз морских летчиков [2]. Установлено, что пороги светового повреждения сетчатки глаза в голубой области спектра (440-450 нм) в 50-100 раз меньше, чем для света основного зрительного диапазона 500-700 нм. Определено, что даже слабый свет фиолетово-сине-голубого диапазона потенциально опасен для глаз человека [4].
На рис. 4 приведены характеристики спектрального состава излучения промышленно выпускаемых светодиодов с различными значениями цветовой температуры Гц и индекса цветовой передачи [2].
Спектр излучения имеет неравномерный характер в области чувствительности глаза с повышенным излучением на наиболее опасном для глаза участке 440-460 нм. На характеристиках видны полосовые потоки энергий участков синего и фиолетового спектров. Форма спектра неравномерная, сильно отличающаяся от спектра естественного освещения.
Указано, что синий свет отрицательно влияет на сетчатку глаза. Такое излучение может вызвать следующие виды травм: фотомеханические (эффект ударной волны света), фототермические (вызванные местным повышением температуры) и фотохимические (изменение в структуре макромолекул). Клетки пигментного эпителия сетчатки имеют важное значение в работе зрительной системы, и их нарушение может привести к проблемам со зрением и даже к слепоте. Свет подавляет секрецию мелатонина, гормона, который влияет на цикл дня и ночи. Освещение является «опасным», только если подвергаться его воздействию достаточно интенсивно и продолжительно. Секрецию мелатонина может подавить излучение любой полосы диапазона видимого излучения, но синий свет делает это в большей степени.
Vol. 19, № 04, 2016
Civil Avition High TECHNOLOGIES
ш
щ
1,0
0р8 J
G.a
оМ-
0,2-
о.о
Дяииа югны, нм
Рис. 4. Относительный спектральный состав излучения промышленно выпускаемых светодиодов, У(Х) - функция относительной чувствительности глаза, Б(к) - относительный спектр биологического действия (подавления секреции мелатонина) [2]
Анализ результатов, опубликованных в [2], показывают, что светодиодные лампы могут причинить вред сетчатке человеческого глаза (рис. 5).
Для применения различных видов электронных систем освещения объектов разработаны международные нормативные документы, определяющие требования к характеристикам (параметрам) устройств по безопасности эксплуатации, экологической безопасности, установлены требования и нормы к освещению жилых помещений. Введены параметры контроля: коэффициент естественной освещенности (КЕО), нормируемая освещенность, цилиндрическая освещенность, показатель дискомфорта и коэффициент пульсации освещенности.
В связи с появлением новых типов ламп и ламповых систем, возникновением определенных рисков их опасности для человека, в настоящее время в РФ разработан новый нормативный документ: ГОСТ Р МЭК 62471-2013 Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность [5]. Стандарт идентичен международному стандарту IEC 62471 (2006), CIE S009 (2002). Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем. Документ вступил в силу с 1.01.2015 г. ГОСТ вводит термин опасность синего света: возможная опасность для сетчатки, вызванная фотохимией, вследствие облучения лучистой энергией в диапазоне длин волн от 400 до 500 нм. Отмечено, что этот механизм доминирует над механизмом теплового повреждения при времени более 10 с. ГОСТ устанавливает допустимые пределы облучения, общепринятую
Хрусталик
тело Сетчатка Сосудистая нерв
оболочка
Рис. 5. Расположение элементов глаза
Civil Avition High TECHNOLOGIES
Vol. 19, № 04, 2016
методику измерений и схему классификации для оценки и контроля светобиологической опасности от всех электрических некогерентных широкополосных источников оптического излучения, включая светодиоды.
Для оценки безопасности применения оптических источников с широким спектром излучения ГОСТ требует определения спектрального распределения оптического излучения, воздействующего на человека. Расчет значений опасностей от источника следует проводить путем оценки спектрального сканирования соответствующей взвешенной функцией и расчета полной взвешенной энергии. К рискам опасностей отнесен: актиничный ультрафиолетовый (УФ), синий свет, инфракрасное излучение (ИК). Стандарт предлагает суммирование пределов энергетической яркости спектра при облучении сетчатки по формуле
где Ьв - энергетическая яркость спектра при облучении сетчатки;
Ь\ - спектральная энергетическая яркость источника света;
Б(Х) - спектральная взвешенная функция опасности для сетчатки;
АХ - ширина полосы.
Расчет необходимо делать через АХ = 1 нм для спектра менее 400 нм, а в области более 400 нм рекомендуют интервал АХ = 5 нм. Согласно (1) оценены уровни энергетической освещенности, создающие разные риски опасности. В стандарте указано, что лампы могут быть опасными по нескольким критериям. Определены опасные значения:
- для ламп общего назначения (ЛОН) опасные значения должны быть указаны в виде значений энергетической освещенности или энергетической яркости на расстоянии, при котором освещенность составит 500 люкс, но не менее 200 мм;
- для других источников света, включая импульсные, опасные значения должны быть определены на расстоянии 200 мм.
К группе риска 1 (небольшой риск) отнесены лампы, которые не создают опасность из-за стандартных ограничений по облучению. Этому требованию удовлетворяют лампы, превышающие пределы для группы без рисков.
К группе риска 1 отнесены лампы с ИК излучением без сильного визуального стимула и не создающие опасное для сетчатки ближнее ИК излучение Ьт в течение 100 с.
К группе риска 2 отнесены лампы, которые не создают опасности из-за возникновения неприятных ощущений к очень ярким источникам или теплового дискомфорта. Этому требованию удовлетворяют любые лампы, превышающие пределы для группы риска 1, но не создающие:
- опасного актиничного УФ Е$ при облучении в течение 1000 с;
- опасного ближнего УФ Еща при облучении в течение 100 с;
- опасного синего света для сетчатки Ьв в течение 0,25 с;
- тепловую опасность для сетчатки Ьв в течение 0,25 с;
- опасного ИК излучения для глаз Е'т в течение 10 с.
К группе риска 2 отнесены лампы с ИК излучением без сильного визуального стимула и не создающие опасное для сетчатки ближнее ИК излучение Ьт в течение 10 с.
К группе риска 3 отнесены лампы, которые могут создавать опасность даже при моментальном или кратковременном облучении. К этой группе (большой риск) отнесены лампы, превышающие пределы для группы риска 2 (средний риск).
Учитывая риски опасности, некоторые источники [2, 4, 5] рекомендуют взвешенно подходить к применению светодиодного освещения.
Светодиодные источники целесообразно применять как дежурное и аварийное освещение. Для таких задач не очень важно качество света, но нужны очень экономные лампы, способные стабильно работать непрерывно долгое время. Применение дежурного маломощного
Lb = I U Б(Х) АХ,
(1)
Vol. 19, № 04, 2016
Civil Avition High TECHNOLOGIES
экономичного освещения снижает затраты на электроэнергию. Рациональным является применение дополнительных электронных выключателей и регуляторов яркости, поскольку человек не может постоянно разумно решать, освещение какой яркости ему нужно. Смотреть на включенную светодиодную лампу напрямую категорически запрещено. Это может привести к повреждению сетчатки глаза. Светодиодная лампа должна быть помещена в закрытый плафон, исключающий прямой зрительный контакт со светодиодами. Электронные источники светодиодного освещения не рекомендуется устанавливать в помещениях и салонах отдыха детей. Светодиодные системы освещения больше применимы для рабочих салонов и отсеков.
При взвешенном соблюдении всех мер ограничений по уровням риска применение перспективных систем освещения новых технологий для салонов воздушных судов будет безопасно и экономически целесообразно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Светодиод: интернет-журнал. [Электронный ресурс]. URL: http://leds-magazine.ru/ 6-plyusov-svetodiodnyx-lamp.html
2. Зак П.П., Островский М.А. Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков // Светотехника. 2012. № 3. С. 4-6.
3. О биологическом эквиваленте излучения светодиодных и традиционных источников света с цветовой температурой 1800-10000 K / А.В. Аладов, А.Л. Закгейм, М.Н. Мизеров, А.Е. Черняков // Светотехника. 2012. № 3. С. 7-10.
4. Бижак Г., Кобав М.Б. Спектры излучения светодиодов и спектр действия для подавления секреции мелатонина // Светотехника. - 2012. - № 3. С. 11-16.
5. ТОСТ Р МЭК 62471-2013. Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность.
6. Стукалов С.Б., Стукалов Д.С. Подходы по организации применения электронных систем освещения новых технологий // Проблемы безопасности российского общества. 2015. № 1. С. 110-116.
REGULATORY APPROACHES ON ADVANCED SAFE USE OF NEW TECHNOLOGY LIGHT SOURCES IN AIR TRANSPORT
Stukalov S.B., Stukalov A.S., Kreskian S.V.
The article deals with the problems of advanced safe use of new technology light sources for air transport. New proposals for the use of point light-emitting diodes (LEDs) in aircraft cabins are given. The advantages of energy efficiency of LEDs and production costs are emphasized. The results of the study on the effect of LED electronic lighting system on human vision and health are analyzed. The requirements of international and domestic regulatory documents on the use of new technology light sources and risk regulation of light-biological danger are analyzed. Recommendations for practical application of light sources for aircraft cabin lighting are given.
Key words: air transport, new technologies, regulatory documents, light sources, aircraft cabin, risk groups, optical fiber safety.
REFERENCES
1. The Internet-the magazine "Led". [Electronic resource]. URL: http://leds-magazine.ru/ 6-plyusov-svetodiodnyx-lamp.html.
2. Zak P., Ostrovsky M.A. The Potential danger of lighting the LEDs for the eyes of children and adolescents. Svetotekhnika. 2012. No. 3. Pp. 4-6.
3. Aladov A. V., Zakgeim A.L., Mizerov M.N., Chernyakov A.E. Concerning biological equivalent of radiation of led and traditional light sources with a color temperature of 1800-10000 K. Svetotekhnika. 2012. No. 3. Pp. 7-10.
Civil Avition High TECHNOLOGIES
Vol. 19, № 04, 2016
4. Bijak G., Cobaw M.B. Emission spectra of the LEDs and action spectrum for suppression of melatonin secretion. Svetotekhnika. 2012. No. 3. Pp. 11-16.
5. Lamps and lamp system. Svetovolokna safety: GOST R IEC 62471-2013.
6. Stukalov C.B., Stukalov D.S. Approaches on the use of electronic lighting systems new technologies. Problems of safety of the Russian society. 2015. No. 1. Pp. 110-116.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Стукалов Сергей Борисович, кандидат технических наук, профессор МГТУ ГА, электронный адрес: [email protected].
Стукалов Алексей Сергеевич, аспирант МГЮА им. О.Е. Кутафина, электронный адрес: a.s.stukalov@ mail.ru.
Крескияи Сергей Викторович, доцент Белорусской государственной академии авиации, электронный адрес: [email protected].
