Preferenza ignorante con temperatura colore
C'è un'applicazione diffusa dell'illuminazione per esterni che incorpora sorgenti luminose CCT (temperature di colore correlate) bianche fredde a causa della preferenza ignorante nella sensazione percepita di "più freddo" o "più bianco". Nei paesi a basse latitudini il clima è caldo e le persone preferiscono luci con temperature di colore elevate che danno loro una sensazione di freschezza. Il predominio delle lampade fluorescenti negli ultimi decenni ha abituato alcune persone al bianco freddo dell'illuminazione. Ritengono "più bianca" la luce "più chiara" la visibilità. Tuttavia, nell'area dell'illuminazione a LED le persone dovrebbero ancora fare le loro scelte in base a come si sentono? Mai più! Il 14 giugno 2016 l'American Medical Association (AMA) ha rilasciato una dichiarazione politica ufficiale sull'illuminazione stradale a led. Hanno espresso serie preoccupazioni per gli effetti dannosi dell'illuminazione a LED ad alta intensità.
Come viene generata la luce bianca
Poiché i diodi emettitori di luce sono sorgenti luminose quasi monocromatiche che emettono luce che ha un unico colore mentre il bianco è essenzialmente una miscela di luce di due o più colori (o lunghezze d'onda), al momento il percorso più preferito per creare luce bianca da un LED modulo è impiegando un LED a un colore (principalmente un LED blu) e un elemento di conversione della lunghezza d'onda (che di solito è un fosforo giallo). Il colore emesso da un LED è tipicamente determinato dal materiale di cui è formato. Un'illustrazione rappresentativa di un LED bianco consiste in un pacchetto di un chip LED blu, fatto di nitruro di gallio (GaN), rivestito con un fosforo in particolare il granato di alluminio di ittrio (YAG) che funziona come un elemento di conversione della lunghezza d'onda (WCE) per generare un colore bianco della temperatura di colore desiderata. Modificando la composizione della frazione di riempimento o il peso percentuale, è possibile regolare il colore della luce bianca. Le caratteristiche per generare luce bianca in un ampio spazio cromatico sono vantaggiose per diverse applicazioni di illuminazione.
Pericolo di luce blu
Nonostante i vantaggi in termini di efficienza energetica, l'illuminazione a LED ad alta intensità emette una notevole quantità di luce blu che appare bianca a occhio nudo e produce un bagliore notturno più indesiderato rispetto all'illuminazione convenzionale. La luce blu rappresenta un potenziale pericolo o una lesione retinica indotta fotochimicamente come conseguenza dell'esposizione alle radiazioni a lunghezze d'onda prevalentemente comprese tra 400 nm e 500 nm. Le emissioni in eccesso di blu e verde dei LED rivestiti di fosforo determinano un aumento dell'inquinamento luminoso, perché queste lunghezze d'onda si disperdono maggiormente all'interno dell'occhio e finiscono con dannosi effetti ambientali e di abbagliamento.
La nuova guida AMA richiede un'adeguata attenzione alle caratteristiche di progettazione e ingegneria ottimali quando si passa all'illuminazione a LED che mitiga gli effetti dannosi per la salute e l'ambiente. Sottolineano in particolare che l'illuminazione a LED ricca di blu può ridurre l'acuità visiva e la sicurezza, causando preoccupazioni e creando un pericolo stradale. I lampioni a LED bianchi vengono attualmente promossi in città e paesi di tutto il mondo in nome dell'efficienza energetica e del risparmio sui costi a lungo termine. CCT tra 4000K e 6500K è stata la scelta per molti paesi che hanno recentemente adattato la loro illuminazione stradale da HPS a LED. Tuttavia, il 29 percento dello spettro dell'illuminazione a LED 4000K viene emesso come luce blu, che l'occhio umano percepisce come un colore bianco intenso. A parte il suo impatto sui conducenti, i lampioni a LED ricchi di blu funzionano a una lunghezza d'onda che sopprime maggiormente la melatonina durante la notte. Le lampade a LED bianche hanno un impatto 5 volte maggiore sui ritmi circadiani del sonno rispetto ai lampioni tradizionali.
Impatto fisiologico
Le luci a LED ad alta intensità hanno uno spettro che viene fornito con un forte picco alla lunghezza d'onda che sopprime più efficacemente la melatonina durante la notte. La melatonina è un ormone secreto dalla ghiandola pineale, una piccola ghiandola a forma di pigna situata vicino al centro del cervello. Attraverso il rilascio di melatonina, la ghiandola pineale mantiene l'orologio interno regolando i ritmi naturali della funzione corporea. La melatonina ha diverse influenze sulle funzioni fisiologiche dell'uomo. Questo ormone favorisce il sonno, influenza le emozioni, stimola la maturità e la riproduzione e ha un impatto sulle funzioni immunitarie. Le ricerche hanno scoperto che la produzione e la secrezione di melatonina sono principalmente influenzate dalla luce - la melatonina possiede una maggiore sensibilità alla luce sotto le luci colorate con lunghezze d'onda corte; d'altra parte, la melatonina ha una sensibilità alla luce inferiore sotto le luci colorate con lunghezze d'onda lunghe. Si stima che una lampada a LED rivestita di fosforo sia almeno 5 volte più potente nell'influenzare la fisiologia circadiana rispetto a una luce al sodio ad alta pressione basata sulla soppressione della melatonina.
CCT elevato ≠ Migliore visibilità
La percezione umana del colore di un oggetto ha origine dai sensori di colore nell'occhio che rispondono alla radiazione elettromagnetica riflessa dall'oggetto. Sotto la visione mesopica, l'occhio umano è più sensibile alla luce di lunghezza d'onda corta. Quindi, i LED bianchi rivestiti di fosforo che hanno una maggiore componente di luce blu avrebbero un'efficacia luminosa maggiore nella visione mesopica rispetto alla visione fotopica. Questa caratteristica è stata in passato descritta come un vantaggio dei LED bianchi. Tuttavia, un CCT più elevato è associato a una trasmissione inferiore in caso di nebbia o foschia. Poiché c'è la dispersione di Rayleigh e la dispersione di Mie, la luce non riesce a trasmettere completamente attraverso la nebbia o la foschia. La capacità di penetrazione della nebbia è una considerazione indispensabile perché i lampioni vengono utilizzati per illuminare la strada in caso di nebbia o foschia. In generale, la luce gialla ha migliori capacità di penetrazione della nebbia rispetto alla luce bianca. La capacità di penetrazione della nebbia della maggior parte dei LED bianchi è scarsa. La bassa capacità di penetrazione della nebbia si traduce anche in un maggiore inquinamento urbano da bagliore del cielo da LED bianchi a causa della dispersione molecolare (Rayleigh) e aerosol (Mie). Tale dispersione non solo riduce l'illuminazione del suolo e rende gli oggetti del suolo difficili da osservare (e quindi rende la carreggiata ancora meno sicura), il bagliore del cielo derivante dalla dispersione ha anche un effetto indesiderato sulla ricerca astronomica e influisce negativamente sull'estetica generale del cielo di notte.
L'inefficiente adattamento al buio è un fattore importante che causa incidenti stradali durante la notte. Nel tentativo di rendere più rapido l'adattamento al buio e migliorare la sicurezza e l'efficienza di guida del conducente, l'illuminazione a bassa temperatura di colore viene generalmente utilizzata per l'illuminazione. L'illuminazione a LED con un CCT bianco freddo o diurno ha una quantità relativamente elevata di componenti di luce blu e il tempo di adattamento al buio più lungo. Al contrario, i LED a luce bianca calda hanno un CCT relativamente basso e un'elevata quantità di componenti a lunghezza d'onda lunga, e quindi hanno tempi di adattamento al buio brevi. L'adattamento al buio dovrebbe essere una considerazione di progettazione importante per l'illuminazione stradale ed è fondamentale nell'illuminazione di gallerie.
Illuminazione sana
AMA incoraggia l'uso di un'illuminazione di 3000K o inferiore per installazioni esterne come strade. A 3000K, l'occhio umano percepisce ancora la luce come "bianca", tuttavia ha un tono moderatamente più caldo e ha circa il 21% della sua emissione nella parte blu dello spettro. Questa emissione rimane ancora molto blu per l'ambiente notturno, ma rappresenta un sostanziale miglioramento rispetto all'illuminazione a 4000K considerando il fatto che riduce il disagio e l'abbagliamento della disabilità. Attribuibile a diversi rivestimenti, l'efficienza energetica dell'illuminazione a 3000K è solo del 3% inferiore a 4000K, tuttavia la luce è significativamente più gradevole per l'uomo e ha un impatto ridotto sulla fauna selvatica. Inoltre, tutta l'illuminazione a LED dovrebbe essere adeguatamente schermata per ridurre al minimo l'abbagliamento e gli effetti dannosi per l'uomo e l'ambiente, e dovrebbero essere compiuti sforzi per sfruttare la capacità dell'illuminazione a LED di essere attenuata per i cicli non di punta.
Sotto l'illuminazione a LED di circa 3000 K CCT, l'occhio umano ha un tempo di adattamento al buio decente e capacità di discriminazione del colore, la luce a LED in questo CCT ha anche un'efficacia luminosa relativamente elevata e un effetto meno negativo sul nostro benessere fisico e mentale. La risposta è ovvia che l'illuminazione a LED CCT elevata dovrebbe essere evitata per l'illuminazione stradale, sebbene ci siano compromessi nella progettazione illuminotecnica, in cui luminanza, indice di resa cromatica (CRI), CCT, controllo dell'abbagliamento, sfarfallio, illuminamento della visione mesopica, adattamento al buio, blu il pericolo di luce, la percezione del colore, la penetrazione della nebbia e l'inquinamento da bagliore del cielo sono componenti integranti di qualsiasi valutazione del progetto che determini l'idoneità di una luce per l'illuminazione stradale.
