Lámparas LED de diseño de iluminación para aulas para escuelas e instalaciones educativas

El papel de la iluminación en la adquisición de conocimientos y el proceso de aprendizaje es fundamental. Permite la exploración visual de las características físicas de los sujetos de estudio, así como el descubrimiento de conceptos a partir de presentaciones gráficas y escritas en papel, computadora y proyección. La iluminación también prepara el escenario para la escucha, la comunicación verbal, el desarrollo de habilidades sociales y la comprensión de situaciones. Como elemento crítico del diseño que influye en gran medida en qué tan bien el espacio satisface las necesidades de los estudiantes e instructores, la iluminación del aula debe apoyar la salud, el bienestar y el rendimiento al proporcionar un ambiente cómodo y atractivo para los estudiantes e instructores. Más allá de mejorar la satisfacción de los ocupantes y respaldar la experiencia educativa dentro del espacio iluminado, la iluminación en las escuelas y las instalaciones educativas debe brindarse dentro de las estrictas restricciones del código.

El entorno de aprendizaje

Las instalaciones educativas van desde escuelas primarias (primarias), escuelas intermedias, escuelas secundarias hasta universidades y colegios. Si bien estas instalaciones tienen diferentes tipos de espacios, lo que todos tienen en común es que la mayoría de las actividades de aprendizaje y estudio se llevan a cabo en las aulas. Un aula de uso general tiene una superficie de al menos 32 metros cuadrados (350 pies cuadrados) y tiene capacidad para entre 20 y 75 estudiantes. Un salón de clases típico tiene un plano de planta rectangular que permite mejores vistas que un plano cuadrado. El espacio de enseñanza está diseñado con líneas de visión paralelas a las ventanas que brindan entrada de luz natural (tragaluz) al espacio y brindan estimulación sensorial y contacto visual con el mundo exterior. Los medios de control, como persianas o persianas, se utilizan para reducir la luminancia exterior para que estén en equilibrio con la luminancia interior, o para eliminar la luz del día cuando no se necesita. La iluminación lateral que usa la luz del día a través de las ventanas proporciona iluminación general durante gran parte del día escolar. Sin embargo, la iluminación artificial juega un papel clave cuando se necesita un entorno visual equilibrado, consistente y controlable.

El diseño de un salón de clases generalmente se divide en una zona para estudiantes y una zona para educadores. La zona de estudiantes siempre requiere iluminación general, mientras que la zona de educadores requiere iluminación adicional para brindar iluminación vertical a las pizarras de enseñanza y proporcionar un buen modelo para las características humanas del instructor. La herramienta de instrucción más común en las aulas son las pizarras de enseñanza, que incluyen pizarras (pizarras) de color gris oscuro y verde y pizarras de borrado en seco, como pizarras blancas y pizarras grises. Las pantallas de video para la presentación de los medios proyectados se utilizan a menudo para la instrucción informática. Esto requiere que se minimice la iluminación en la pantalla de proyección, mientras que se debe proporcionar suficiente luz ambiental sobre la zona de los estudiantes para tomar notas. Un salón de clases puede ser un entorno computarizado donde la principal preocupación será minimizar los reflejos de la pantalla de las terminales de visualización de video (VDT). La legibilidad de la pantalla puede verse reducida por las imágenes reflejadas producidas por luminarias, ventanas y superficies circundantes de alta luminancia.

Consideraciones de diseño de iluminación

La iluminación del aula se puede considerar de alta calidad si permite a los estudiantes e instructores realizar tareas visuales con precisión y comodidad. La base del diseño de iluminación es integrar las necesidades humanas, la arquitectura, la economía y el medio ambiente. La prioridad de la iluminación de las aulas es satisfacer las necesidades humanas como la visibilidad, el desempeño de las tareas, el confort visual, la comunicación social, la salud, la seguridad y el bienestar. Estas diversas necesidades humanas deben equilibrarse adecuadamente para cultivar un entorno de aprendizaje estimulante, al tiempo que se tienen en cuenta las consideraciones económicas, ambientales y arquitectónicas. Lograr una iluminación de calidad implica más que proporcionar las iluminancias adecuadas para hacer visible una tarea determinada. Hay muchos factores que afectan la capacidad de los humanos para ver y realizar tareas, siendo los siete más importantes el deslumbramiento, la uniformidad de la iluminancia, el contraste de la iluminancia, el parpadeo, la apariencia del color, el modelado de rostros y objetos y los reflejos de velo.

Uniformidad de iluminancia

La iluminancia es la cantidad de luz que incide sobre una superficie. Las tareas y aplicaciones más comunes en las aulas requieren una iluminación de escritorio en el rango de 150 lx a 250 lx. La iluminación horizontal uniforme en la zona de los estudiantes elimina las sombras que afectan la visibilidad de las tareas y permite flexibilidad en la utilización del espacio durante el reposicionamiento de las ubicaciones de las tareas. En las aulas, particularmente en la zona de educadores, la iluminancia vertical y la iluminancia en otros planos entre horizontal y vertical también son muy importantes. La relación entre la iluminancia mínima y la iluminancia media sobre la superficie de la tarea, por ejemplo, la iluminancia horizontal en los escritorios y la iluminancia vertical en los tableros de enseñanza, no debe ser inferior a 1:1,4.

Contraste de luminancia

La luminancia es la cantidad de luz que proviene de una superficie o punto. Es una función de la iluminancia de la superficie y la reflectancia de la superficie, lo que significa que la luminancia se puede aumentar aumentando la cantidad de luz que incide en una superficie de trabajo o aumentando la reflectividad de la superficie. Para mantener un contraste aceptable para las marcas de tiza, la reflectancia de la pizarra debe mantenerse entre el 5 y el 20 por ciento. En comparación, una pizarra blanca requiere un 70 por ciento de reflectancia para convertirse en un foco de atención. La reflectancia de las superficies de trabajo (escritorios) debe estar dentro del rango del 25 al 40 por ciento para que se pueda lograr un balance de luminancia cómodo. Las paredes y los techos suelen venir con acabados mate de colores claros. Crean interreflejos de luz que pueden asegurar la utilización eficiente de la luz para mejorar la iluminancia horizontal y vertical al tiempo que minimizan el deslumbramiento reflejado. El ojo humano responde a la luminancia, no a la iluminancia. Es la luminancia la que conduce a la sensación de luminosidad. La capacidad de ver detalles está fuertemente influenciada por la relación entre la luminancia de un objeto y su fondo inmediato. El contraste apropiado entre el detalle de la tarea y su fondo puede crear interés visual y proporcionar pistas visuales. Sin embargo, variaciones de luminancia demasiado grandes crearán dificultades de adaptación y molestias visuales. El límite superior de la relación de luminancia entre una tarea y el entorno inmediato es 3:1 (entorno más oscuro) o 1:3 (entorno más claro).

Apariencia de color

El color es un elemento crítico de la iluminación. Tiene una relación integral con la luz en términos de efectos visuales, emocionales y biológicos. La medida en que el rendimiento visual, el estado de ánimo, la atmósfera, la salud y el bienestar se ven afectados por la luz depende de la distribución de potencia espectral (SPD) de la luz emitida por una fuente de luz. Una fuente de luz se puede caracterizar por su temperatura de color y por su rendimiento de reproducción cromática, ambos determinados por el SPD. La apariencia del color de los objetos que no son autoluminosos es producto de la interacción entre el SPD de la fuente de luz y la función de reflectancia espectral de los objetos. Ciertas aulas pueden requerir iluminación que reproduzca los colores con precisión. La reproducción del color es solo un aspecto de la iluminación. Es más importante observar una distribución de potencia espectral de la luz y comprender intuitivamente cómo el color de la luz influirá en el comportamiento, la satisfacción, las respuestas psicológicas y la salud. El color de las fuentes de luz, ya sea de apariencia "cálida" o "fría", tiene efectos tremendos en la salud, la productividad y el bienestar humanos.

Destello

El deslumbramiento ocurre cuando las luminancias, o las relaciones de luminancia, son excesivamente más altas que las luminancias o la relación de luminancia a las que están adaptados los ojos. Las consecuencias del deslumbramiento incluyen discapacidad (reducción de la visibilidad y el rendimiento visual) e incomodidad (sensación desagradable de brillo que no necesariamente interfiere con el rendimiento visual o la visibilidad). El deslumbramiento puede ser el resultado de la luz que llega al ojo directamente desde una fuente de luz (deslumbramiento directo) o causado por reflejos de alta luminancia de una superficie reflectante (deslumbramiento reflejado). A las luminarias de techo se les puede asignar una clasificación de deslumbramiento unificado (UGR) o una probabilidad de comodidad visual (VCP) para predecir el deslumbramiento molesto en aplicaciones interiores. Se considera aceptable una UGR máxima de 19 o una VCP mínima de 70 para lectura, escritura y tareas informáticas. Cuando se desea un mayor nivel de confort visual, se deben seleccionar luminarias con UGR de 16 o VCP de 80.

Parpadeo

El parpadeo es una modulación de amplitud de la luz que distrae y tiene una serie de consecuencias negativas. Tanto las luminarias fluorescentes como las LED que funcionan con fuentes de alimentación de mala calidad pueden producir al doble de la frecuencia de la línea eléctrica (es decir, 120 Hz o 100 Hz). El parpadeo generalmente se nota a frecuencias superiores a 70 Hz. Sin embargo, el parpadeo que no es perceptible para el ojo humano aún puede producir una respuesta del sistema nervioso. Tanto el parpadeo visible como el imperceptible son motivo de preocupación. Dependiendo de la persona, la exposición al parpadeo puede causar fatiga visual, malestar general, náuseas, rendimiento visual reducido, ataques de pánico, dolores de cabeza, migrañas, ataques epilépticos y evidencia de condiciones autistas agravantes. En las instalaciones educativas donde los niños o jóvenes permanecen durante un largo período cada día, se debe ejercer un estricto control de parpadeo. El porcentaje de parpadeo preferiblemente no debe exceder el 4 por ciento a 120 Hz o el 3 por ciento a 100 Hz, lo cual es extremadamente seguro para todas las poblaciones. El valor máximo permitido 10 por ciento a 120 Hz o 8 por ciento a 100 Hz.

Reflejos de velo

Los reflejos de velo son parches de alta luminancia (imágenes brillantes de una fuente de luz) reflejados por superficies especulares como pantallas de computadora o materiales de lectura brillantes. Los reflejos de velo de fuentes de luz primarias (viudas o luminarias) o fuentes de luz secundarias (reflejadas) reducen el contraste de una tarea y oscurecen los detalles. Para asegurarse de que ninguna fuente de luz cree reflejos especulares o difusos en los ojos de una persona, coloque las pantallas de computadora en una posición perpendicular a la fuente de luz, o especifique una luminaria con una distribución de luz que emita luz mínima en los ángulos problemáticos.

Modelado de caras y objetos.

El modelado facial y de objetos es una consideración de iluminación importante en las instalaciones educativas. La interacción de luces y sombras en un rostro puede ayudar a la comunicación entre maestro y alumno al hacer que los labios sean más fáciles de leer y los gestos faciales más fáciles de interpretar. La iluminación puede agregar forma y profundidad a una escena visual, revelar la textura y los detalles de los objetos, crear un patrón deseable y resaltar los puntos destacados y los intereses visuales. La iluminación direccional fuerte puede causar sombras profundas poco favorecedoras, mientras que la iluminación extremadamente difusa hace que las caras o los objetos parezcan planos o poco interesantes. Por lo tanto, es deseable una combinación adecuada de iluminación direccional y difusa.

Iluminación general

La iluminación general es la principal fuente de iluminación en las aulas. Brinda iluminación general al espacio y, al mismo tiempo, sirve como fuente principal de iluminación para tareas. La iluminación general en las aulas se puede lograr mediante el uso de sistemas de iluminación montados en el techo con una distribución directa, indirecta o una combinación directa/indirecta. La iluminación directa proporciona luz ininterrumpida desde la luminaria a un plano de trabajo horizontal. La iluminación indirecta distribuye la luz hacia el techo, que a su vez refleja la luz hacia abajo. La iluminación directa/indirecta proporciona distribuciones de luz tanto hacia abajo como hacia arriba. Los sistemas de iluminación directa son eficientes en la entrega de luz, pero pueden crear sombras fuertes, reflejos de velo y efectos visuales no deseados, como techos oscuros y festones en las superficies de las paredes superiores. Con la iluminación dirigida a los techos, los sistemas de iluminación indirecta distribuyen la luz de manera uniforme para lograr una luminancia excesiva en el campo de visión. La iluminación indirecta, sin embargo, hace que un espacio parezca aburrido y vacío de puntos destacados e intereses visuales. La iluminación directa/indirecta combina los beneficios de la iluminación directa e indirecta para proporcionar distribuciones de luz equilibradas para mejorar el confort visual, iluminar uniformemente las superficies de trabajo horizontales y reforzar las impresiones de espacio, alerta y claridad visual.

A pesar de la preocupación de producir deslumbramiento y efecto de cueva, la iluminación directa es casi una opción universal en las aulas simplemente porque la mayoría de los espacios educativos tienen una altura de techo baja. La iluminación directa generalmente se proporciona en forma de iluminación empotrada, iluminación empotrada o iluminación suspendida. Los accesorios de iluminación directa pueden diseñarse en varias formas y tamaños. En las instalaciones educativas, los artefactos de iluminación de uso común son los troffers rectangulares diseñados para instalarse en techos de rejilla y los artefactos de iluminación lineal diseñados para instalaciones empotradas, de montaje en superficie y empotradas. Los troffers están disponibles en forma de troffers volumétricos, troffers parabólicos, troffers difusos/con lentes y paneles LED con iluminación lateral. Los artefactos de iluminación lineal vienen en secciones de longitud estándar, como secciones de 4, 8 o 12 pies, o en una configuración de ejecución continua.

Tecnología de iluminación

Durante las últimas décadas, la iluminación de las aulas y otros espacios educativos ha sido una provincia casi exclusiva de la tecnología de iluminación fluorescente. Una lámpara fluorescente usa electricidad para excitar los vapores de mercurio dentro de un tubo de vidrio. El vapor de mercurio se descarga para emitir luz ultravioleta (UV) que luego hace que una capa de fósforo emita fluorescencia, produciendo luz en el espectro visible. Las lámparas fluorescentes obtuvieron un uso generalizado debido a su alta eficacia luminosa, distribución luminosa difusa y larga vida útil. Sin embargo, el uso de lámparas fluorescentes es controvertido. Las lámparas fluorescentes tienen muchas desventajas, como emisión ultravioleta, tiempo de encendido prolongado, interferencias de radio, alta fragilidad, distorsiones armónicas, rango limitado de temperaturas de funcionamiento y vida útil reducida debido al cambio frecuente. Sin embargo, el impacto más negativo de la iluminación fluorescente es que redujo significativamente la calidad de la iluminación interior y planteó riesgos para la salud. Una cantidad excesiva de atención en la eficacia luminosa hizo que la mayoría de las lámparas fluorescentes tuvieran un rendimiento deficiente en la reproducción del color y entregaran una temperatura de color excesivamente alta (6000 K - 6500 K) que podría tener un efecto disruptivo en el ritmo circadiano humano y planteó la preocupación por el peligro de la luz azul. Debido a que una lámpara fluorescente requiere un balasto para regular la corriente suministrada a través de los electrodos de la lámpara, surge el problema del parpadeo. Cuando se trata de la calidad de la luz, la iluminación fluorescente es un comienzo particularmente malo en la historia de la iluminación artificial para espacios interiores.

La iluminación de estado sólido basada en la tecnología de diodos emisores de luz (LED) está ganando popularidad rápidamente. Los LED se han convertido en la fuente de luz predominante para todas las aplicaciones de iluminación imaginables. Un LED es un dispositivo semiconductor que convierte la energía eléctrica directamente en fotones. El dispositivo semiconductor tiene una unión pn formada por capas dopadas de forma opuesta de un material semiconductor como el nitruro de indio y galio (InGaN). Cuando la unión pn está polarizada hacia adelante, los electrones y los huecos se inyectan en la región activa y se recombinan para generar luz. La tecnología LED abordó muchos de los inconvenientes de las tecnologías convencionales y ofrece la promesa de alta eficiencia, larga vida útil, alta versatilidad espectral, capacidad de control excepcional (encendido/apagado/atenuación), alta flexibilidad en el diseño óptico y alta resistencia a golpes y vibraciones. Los LED producen energía radiante solo en el espectro visible (típicamente de 400 a 700 nm). La ausencia de radiación ultravioleta (UV) e infrarroja (IR) hace que esta tecnología sea especialmente adecuada para personas con una sensibilidad específica o en situaciones en las que la radiación óptica de las fuentes de luz tradicionales supondría un riesgo para los humanos.

Accesorios de iluminación LED

La larga vida útil y la alta eficiencia energética son las ventajas distintivas de los LED. Esto conduce a una idea errónea común de que la larga vida útil y la alta eficacia luminosa de los sistemas de iluminación LED son algo natural. Una luminaria fluorescente utiliza un conjunto de lámparas, por ejemplo, la lineal T5 (5/8 de pulgada de diámetro), T8 (1 pulgada de diámetro) y la T12 (11/2 pulgada de diámetro), estandarizadas en toda la industria y entre fabricantes con vidas útiles similares. , salidas de luz y mantenimiento de lúmenes. El dispositivo sirve básicamente como marco de montaje para las lámparas y proporciona un control limitado de la distribución de la luz. Por el contrario, una luminaria LED es generalmente un sistema de alta ingeniería que integra holísticamente LED con subsistemas térmicos, eléctricos y ópticos para proporcionar un producto aceptable. La eficacia del sistema y la vida operativa de una luminaria LED dependen en gran medida del diseño y la construcción del sistema. La clasificación de vida útil de una luminaria LED se basa en la primera vez que la luminaria requiere mantenimiento, lo que probablemente se deba a la degradación del lumen, cambio de color, mal funcionamiento o incluso fallas repentinas de los controladores LED.

Los LED son la fuente de luz más eficiente disponible en la actualidad. Sin embargo, aún más de la mitad de la energía eléctrica alimentada a los LED se convierte en calor. A diferencia de las lámparas incandescentes y halógenas que irradian calor de las lámparas en forma de energía infrarroja, el calor generado por los LED queda atrapado dentro de los paquetes de semiconductores y debe disiparse a través de la propia luminaria. La acumulación excesiva de calor dentro de los LED puede acelerar el proceso de degradación del chip, el fósforo y los materiales de empaque. Se ha demostrado que las temperaturas elevadas de las uniones provocan muchos mecanismos de falla, como la nucleación y el crecimiento de dislocaciones en la región activa del diodo, la degradación de la eficiencia cuántica del fósforo y la decoloración del encapsulante y las carcasas de plástico. Por lo tanto, la gestión térmica efectiva es crucial para que los LED funcionen durante su vida útil nominal. El diseño térmico es la parte más importante del diseño de luminarias. Todos los materiales y componentes en el camino térmico desde la matriz del semiconductor a través de la placa de circuito impreso (PCB) hasta el entorno ambiental deben tener una resistencia térmica baja. La efectividad de un diseño térmico depende esencialmente de la capacidad del disipador de calor para disipar el calor a través de la conducción térmica y la convección. Los accesorios de iluminación de techo, como los troffers y los colgantes lineales, generalmente brindan un volumen suficiente para crear un área de superficie adecuada que facilita el intercambio de calor.

La mayoría de las veces, el punto de falla o mal funcionamiento en un sistema LED es el controlador LED. Dado que los LED son sensibles incluso a cambios muy pequeños en la corriente y el voltaje, los circuitos del controlador LED deben configurarse para regular la salida a una corriente constante bajo voltaje de suministro o variaciones de carga. El funcionamiento de los LED con una corriente de accionamiento adecuada también forma parte de la gestión térmica. Superar la capacidad nominal de un LED aumentará la temperatura de la unión y reducirá la eficiencia cuántica interna de los LED. Las métricas de rendimiento clave de los controladores se centran en su capacidad para regular la potencia de un LED o una cadena (o cadenas) de LED de manera adecuada y eficiente, al mismo tiempo que ofrecen un alto factor de potencia y una baja distorsión armónica total (THD) en un amplio rango de voltaje de entrada. . El controlador también debe proporcionar características de protección contra condiciones de sobrecarga, circuito abierto y cortocircuito, así como supresión de voltaje transitorio y protección inteligente contra sobretemperatura. Sin embargo, algunos fabricantes de iluminación recortan costos implacablemente al subdiseñar los circuitos del controlador. Esto no solo hace que la confiabilidad del circuito del controlador se vea comprometida, sino que también hace que el parpadeo sea un problema porque los controladores de bajo costo a menudo brindan una supresión de ondulación incompleta. Por lo general, es inaceptable que el valor de ondulación de la corriente de salida supere el ±10 por ciento.

El diseño óptico se convierte en una alta prioridad en el diseño de sistemas LED. La iluminación uniforme sobre un área grande o un plano de tareas requiere el uso de una gran cantidad de LED de potencia media. La salida de alta intensidad de estas fuentes de luz en miniatura hace que la mitigación del deslumbramiento sea una prioridad. Las luminarias LED vienen en una variedad de características de distribución que se logran utilizando componentes ópticos como difusores, lentes, reflectores y persianas. El deslumbramiento directo de los LED podría mitigarse al difundir el brillo sobre grandes áreas de superficie. Las lentes que incorporan una serie de pequeños prismas pueden reducir la luminancia de la luminaria en ángulos de visión cercanos a la horizontal. La reflexión es una técnica comúnmente utilizada para regular el flujo luminoso de los LED. Los troffers volumétricos son un tipo de luminarias "directas reflejadas" que reflejan la luz de la superficie interior de una carcasa empotrada, mientras que los módulos LED que emiten luz hacia arriba están protegidos u oscurecidos en cestas de metal con respaldo acrílico difuso. Las luces del panel LED con iluminación de borde inyectan luz en una placa de guía de luz (LGP) que luego distribuye la luz uniformemente hacia un difusor a través de la reflexión interna total (TIR). La capacidad de brindar una iluminación uniforme sin crear una luminancia excesivamente alta hace que estas luminarias empotradas sean un caballo de batalla en las instalaciones educativas.

Rendimiento de color

Al igual que con la iluminación fluorescente, la compensación entre la calidad del color y la eficacia luminosa se ha mantenido en la era de la iluminación LED. Los LED blancos suelen ser LED convertidos en fósforo que utilizan luz de longitud de onda corta emitida por los LED para bombear fósforos (materiales luminiscentes). La mayoría de los LED convertidos con fósforo son LED de bomba azul que convierten parcialmente la electroluminiscencia. Un LED de bomba azul de alta reproducción de color requiere una gran parte de la luz de longitud de onda corta emitida para convertirse hacia abajo. Este proceso de convertir la luz de la bomba en luz de fósforo (fotoluminiscencia) implica una gran cantidad de pérdida de energía de Stokes. La conversión de la eficacia luminosa de la radiación (LER) por la sensibilidad del ojo es ineficiente sobre la distribución espectral de la luz de longitud de onda más larga. Cuando se combinan estos efectos, la eficacia luminosa de los LED de alta reproducción cromática que tienen un SPD distribuido de manera más uniforme en todo el espectro visible es relativamente baja que la de los LED de baja reproducción cromática que están sobresaturados en las longitudes de onda azul y verde.

Como resultado del avance hacia la iluminación de alta eficacia y la reducción de costos, la mayoría de las luminarias LED utilizadas en instalaciones educativas incorporan LED con un índice de reproducción cromática (CRI) de 80, que es aceptable (pero está lejos de ser bueno). En particular, la luz emitida por estas luminarias es deficiente en longitudes de onda que producen colores saturados. Para que un salón de clases tenga una sensación agradable y para que los colores parezcan naturales, la fuente de luz debe ser capaz de desencadenar una respuesta visual en todas las longitudes de onda del espectro visible. Las instalaciones educativas merecen una iluminación con una alta calidad de color, por ejemplo, un CRI de 90. Mientras que los LED de bomba azul se pueden diseñar para proporcionar una reproducción de color superior, los LED de bomba violeta se han desarrollado específicamente para producir luz blanca de amplio espectro que ofrece una potencia radiante bastante amplia en todo el mundo. el espectro visible.

La ciencia detrás del color de la luz

La temperatura de color correlacionada (CCT) de una fuente de luz pretende caracterizar el color de la luz (p. ej., cálido o frío). La luz blanca que exhibe un tono cálido tiene un CCT en el rango de 2700 K a 3200 K. La luz blanca con un CCT en el rango de 3500 K a 4100 K se conoce comúnmente como que tiene una apariencia de "blanco neutro". Se dice que la luz blanca con un CCT superior a 4100 K tiene una apariencia de "blanco frío". No toda la luz blanca es igual, ya sea que la apariencia de la luz blanca sea cálida o fría, no solo afecta visualmente nuestra percepción e influye emocionalmente en nuestro estado de ánimo, sino que también tiene efectos en una variedad de respuestas neuroendocrinas y neuroconductuales. Generalmente, el blanco más frío corresponde a un porcentaje relativamente alto de luz azul en el espectro y el blanco cálido indica un componente azul bajo en el espectro.

La investigación ha determinado que la luz azul puede estimular los fotorreceptores de células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) en la capa de células ganglionares de la retina. Los ipRGC transducen la luz en señales neuronales para el reloj biológico. El reloj biológico ubicado en los núcleos supraquiasmáticos (SCN) regula la temperatura corporal y libera hormonas endocrinas, como la melatonina y el cortisol. Una dosis suficientemente alta de luz azul bioactiva activará el reloj biológico maestro para programar el cuerpo humano para el modo día. Se descubrió que la exposición a la radiación azul estimula la producción de hormonas como el cortisol para la respuesta al estrés y el estado de alerta; serotonina para controlar los impulsos y los antojos de carbohidratos; y dopamina para el placer, el estado de alerta y la coordinación muscular. Mientras simula una respuesta fisiológica diurna, la exposición a la luz azul bioactiva también da como resultado la supresión de la hormona melatonina que promueve el sueño. Dado que apoya la concentración, el estado de alerta y el rendimiento, la luz blanca brillante con componentes azules altos se usa a menudo durante las horas de aprendizaje.

Por lo general, la luz blanca fría con un CCT de alrededor de 4100 K se elige para la iluminación diurna en espacios educativos. El CCT máximo para la iluminación interior en general no debe exceder los 5400 K, que es la temperatura de color aparente de la luz solar que brilla directamente desde arriba. Sin embargo, la introducción de la iluminación fluorescente acompañó un fuerte aumento en las temperaturas de color para la iluminación interior. Las fuentes de luz que producen luz blanca con longitudes de onda acumuladas en el extremo azul del espectro tienen la mayor eficacia luminosa debido a la mínima fotoluminiscencia involucrada y la alta sensibilidad ocular en esta banda espectral. Esto hace que los CCT en el rango de 6000 K a 6500 K sean una opción común para la iluminación educativa. Sin embargo, la radiación óptica con un CCT tan extremadamente alto parece dura y, a menudo, causa distorsión del color debido a la falta de longitudes de onda para reproducir colores saturados. Lo que es más importante, la exposición a la radiación azul en una dosis extremadamente alta durante el día puede sobrecargar el cuerpo humano y dificultar el mantenimiento de ritmos circadianos suaves.

Los estudiantes generalmente continúan recibiendo radiación azul de alta intensidad durante las horas de entrenamiento nocturno, lo que resulta en una supresión inadecuada de la melatonina por la noche. La liberación nocturna de melatonina desde las 9 p. m. hasta las 7:30 a. m. es un mecanismo protector vital que apoya la regeneración esencial y suprime el desarrollo de células cancerosas en nuestro cuerpo. Por la noche, al menos dos horas antes de acostarse, se deben evitar los CCT altos y la iluminación de alta intensidad. Los niveles modestos de luz blanca cálida, definidos como 60 lux, son suficientes para tareas visuales menores sin interrupción circadiana.

Iluminación blanca sintonizable

Los efectos de la iluminación en la salud, el bienestar y el rendimiento humanos llevaron a la industria de la iluminación a desarrollar una solución que puede evocar respuestas biológicas humanas particulares para mejorar la concentración, el estado de alerta y el rendimiento, al tiempo que respalda un ritmo circadiano favorable. La iluminación blanca sintonizable permite la modulación de la temperatura de color de la luz blanca, con intensidad luminosa controlada de forma independiente. Esta tecnología permite ofrecer un esquema de iluminación dinámico durante todo el día y permite adaptar la iluminación a las necesidades de varios grupos objetivo. La iluminación blanca sintonizable basada en la tecnología LED es la fuerza impulsora detrás del despliegue acelerado de la iluminación centrada en el ser humano (HCL). La iluminación centrada en el ser humano está diseñada para reforzar el ritmo circadiano del cuerpo y el ciclo natural de las funciones biológicas. Proporciona un control consciente de los procesos hormonales y el entorno de aprendizaje a través de un diseño holístico de los efectos visuales, biológicos y emocionales de la luz. La cantidad y el espectro de la iluminación interior se pueden ajustar para reflejar las características de la luz natural durante el transcurso del día.

Seguridad fotobiológica

Los expertos en sillones han estado haciendo un escándalo por el peligro de la luz azul de la iluminación LED. Afirman que los LED de bomba azul contienen porciones más altas de longitudes de onda azules y, por lo tanto, tienen más potencial que otros tipos de fuentes de luz para representar un riesgo de peligro de luz azul. El peligro de la luz azul es una lesión retiniana inducida fotoquímicamente causada por la exposición a la radiación en longitudes de onda principalmente entre 400 nm y 500 nm. El hecho de que los LED blancos usen emisores azules para bombear convertidores descendentes de fósforo y pueda haber un pico azul distintivo en sus SPD, no significa necesariamente que los LED tengan un mayor potencial para causar daños fotoquímicos en la retina. La luz blanca de diferentes apariencias de color es básicamente el resultado de diferentes combinaciones de longitudes de onda largas y cortas. Existe una fuerte correlación entre CCT y el contenido de luz azul, independientemente de qué luz blanca se emita. La función de ponderación del riesgo de luz azul se extiende sobre un rango de longitudes de onda. Es importante considerar el rango de radiación peligrosa, en lugar de cualquier pico local. La cantidad total de longitudes de onda azules en la composición espectral de la luz emitida por los LED es generalmente la misma que la luz emitida por cualquier otra fuente de luz a la misma temperatura de color.

Para reiterar: los LED no son fundamentalmente diferentes a las fuentes de luz que utilizan tecnologías tradicionales en lo que respecta a la seguridad fotobiológica. Lo que debe culparse es el uso de CCT extremadamente alto en la iluminación interior. La luz blanca con una CCT superior a 6000 K contiene una cantidad significativa de luz azul y es más probable que cause un daño fotoquímico de la retina que la luz blanca emitida por fuentes de luz de baja CCT. El umbral de iluminancia para la clasificación del grupo de riesgo como RG2 o superior es de 1000 lux para una fuente de luz con un CCT de 6000 K, 1600 lux para una fuente de luz con un CCT de 4000 K y 3200 lux para una fuente de luz con un CCT de 2700 K. Sin embargo, una clasificación de peligro de luz azul del Grupo de riesgo 2 y 3 es muy poco probable para todo tipo de fuentes de luz blanca simplemente porque la iluminancia máxima para aplicaciones educativas rara vez supera los 300 lux. Es importante destacar que un producto también debe superar el umbral para que las condiciones de luminancia se consideren peligrosos (10 mcd/k2 a 6000 K, 16 mcd/k2 a 4000 K, 30 mcd/k2 a 2700 K para el grupo de riesgo 2). Incluso cuando hay peligro del Grupo de riesgo 2 o 3, las reacciones de aversión de los humanos mitigarán el peligro, por lo que el peligro de la luz azul no es motivo de preocupación para las personas.

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