Zadaniem opraw oświetleniowych – nie wyłączając biurowych opraw LED – jest rozsyłanie, filtracja i kształtowanie strumienia światła pochodzącego z jednego lub wielu źródeł. Z powyższego stwierdzenia niemal bezpośrednio wynika, iż każdy z elementów konstrukcyjnych oprawy ma niebagatelny wpływ na to, jak oprawa kształtuje światło i jakie ono ma ostatecznie parametry.

Zacznijmy od wymagań prawnych

Oprawa biurowa powinna kształtować światło w taki sposób, by zaspokoić potrzeby jej użytkowników, sprostać wymaganiom wynikającym ze specyfiki miejsca w którym pracuje i jednocześnie sprostać przepisom dotyczącym oświetlenia. W tym punkcie należy wskazać na przepisy zawarte w Rozporządzeniu Ministra Pracy i Polityki Społecznej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz na dwie polskie normy (zgodne z europejskimi): PN-EN 12665:2008, o nazwie „Światło i oświetlenie – Podstawowe terminy oraz kryteria określania wymagań dotyczących oświetlenia” i PN-EN 12464-1:2011, o nazwie „Światło i oświetlenie – Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach”

Z dokumentów tych wynika obowiązek zapewnienia (w domyśle przez pracodawcę) wymaganego natężenia światła na płaszczyźnie pracy wzrokowej, przy czym nie może dochodzić do zbyt dużych różnic luminacji (natężenia światła) w bliższym i dalszym otoczeniu powierzchni pracy, gdy wzrok pracownika w naturalny sposób odrywany jest od powierzchni pracy i kierowany w inne strony. Ważna jest też temperatura barwowa światła – powinna być jak najbardziej zbliżona do światła naturalnego. Oczywiście to wszystko nie może stać w sprzeczności z jakże ważnymi dziś aspektami energetycznymi, tzn. że działania zmierzające do zmniejszenia zużycia energii przez oświetlenie nie mogą powodować pogorszenia aspektów związanych z postrzeganiem.
Dostawcy opraw LED przeznaczonych do biur dbają dziś o odpowiednią jakość emitowanego światła. Potwierdzają to certyfikatami i w specyfikacjach technicznych dołączonych do opraw, które zawierają takie dane jak m.in. fotometria (charakterystyka światła postrzeganego przez ludzkie oko), parametry światła generowanego przez oprawę (współczynnik oddania barw Ra, temperatura barwowa, kąt emisji światła, skuteczność świetlna itp.) i techniczne parametry użytkowe oprawy, przez które rozumie się stopień ochrony IP (pyło- i bryzgo-szczelność), wagę, temperaturę podczas pracy, dopuszczalną wilgotność powietrza dla bezpiecznej pracy oprawy, instrukcję montażu itp.

Diody – podstawowy element konstrukcyjny opraw LED, kształtujący parametry światła

Producenci oświetlenia LED do biur proponują dziś bardzo różne rozwiązania obejmujące m.in. oprawy kasetonowe, oprawy okrągłe, wąskie i liniowe, z jednym lub wieloma źródłami światła, w wersjach natynkowych, podtynkowych czy zwieszanych. Dominują oprawy sufitowe – również do sufitów skośnych – ale dostępne są też oprawy naścienne, niewielkie punktowe źródła światła oraz oprawy emitujące światło dekoracyjne, przepuszczane przez klosze o różnym wykończeniu (dyfuzyjne, pryzmatyczne itd.). Wybór jest dziś po prostu bardzo duży i często przy interesującym nas modelu możemy zdecydować o rodzaju klosza, diody, czy też o rodzaju obudowy (stal, aluminium, tworzywa sztuczne). Jednak profesjonaliści zajmujący się doborem oświetlenia LED do biur, w pierwszym rzędzie analizują nie kwestie estetyczne, lecz oczywiście techniczne, czyli m.in. elementy konstrukcyjne opraw, które mają decydujący wpływ na parametry światła i jego jakość, z samymi diodami LED na czele.

Jak już to zostało zasugerowane, najistotniejszym elementem biurowej oprawy LED jest samo źródło światła, czyli diody LED, które opisuje się zupełnie innymi parametrami niż tradycyjne źródła światła, jakimi jeszcze są klasyczne żarówki. Diody LED stosowane w dzisiejszych oprawach biurowych to niemal zawsze diody skonstruowane na bazie masy fosforowej (np. fosfor z silikonem) z półprzewodnikiem, płytką termiczną i elementem chłodzącym pod sobą. Dla osiągnięcia odpowiedniej siły strumienia światła, oprawy biurowe wyposaża się w wiele diod (kilkanaście – kilkadziesiąt), gdyż pojedyncza dioda jest zdecydowanie zbyt słaba by zagwarantować właściwie oświetlenie stanowiska pracy w biurze. W efekcie oprawy LED charakteryzuje się nie tyle poprzez moc poszczególnych diod wyrażaną w watach – jak to miało miejsce w przypadku klasycznych opraw z żarówkami – co poprzez siłę strumienia świetlnego całej oprawy, wyrażoną w lumenach (lm). Siłę tą określa się poprzez ustalenie pomiaru fotometrycznego w laboratoriach, z wykorzystaniem tzw. kuli Ulbrichta (przestrzenny lumenomierz). Wraz ze wzrostem tego parametru rośnie ilość światła emitowanego przez oprawę, które jest sumą światła wszystkich poszczególnych diod umieszczonych w oprawie. Wiedząc to, łatwo jest pojąć dlaczego do zastosowania w roli głównego źródła światła nad stanowiskiem biurowym, bardziej nadaje się oprawa LED o strumieniu świetlnym na poziomie około 4000 lm niż oprawa gwarantująca strumień świetlny 2000 lm. Obie świetnie służą jako oświetlenie ogólne np. ciągów komunikacyjnych w obrębie biura, lecz tylko ta pierwsza (4000 lm) sprzyja pracy wymagającej skupienia wzroku i zapewnia odpowiednią jasność pracownikowi przy biurku. Oprawy LED opisywane są też poprzez wskazanie poboru prądu, generowanego przez diody i układy ich zasilania, lecz w przeciwieństwie do opraw żarówkowych, parametr ten nie mówi bezpośrednio o ilości uzyskiwanego światła, jest jedynie wskazaniem poboru prądu. To lumeny wskazują na siłę i ilość uzyskiwanego światła, a jeśli już koniecznie chcemy ten parametr wykorzystać przy porównywaniu opraw LED z tradycyjnymi oprawami z żarówkami wolframowymi (czyli z żarnikiem wolframowym), to należy zapamiętać, że relacja ta wygląda w zaokrągleniu następująco: 100 lm = ~ 10 W. Oznacza to, że diody emitujące strumień światła o sile 100 lm dają mniej więcej tyle światła, co klasyczna żarówka o mocy 10W.

Diody LED nie tylko wpływają bezpośrednio na siłę strumienia świetlnego oprawy, ale też na barwę samego światła (określaną w kelwinach), a poprzez to na współczynnik oddawania barw określany skrótem CRI. Zacznijmy od barwy monochromatycznego światła emitowanego przez diody LED: może mieścić się w przedziale 1500 – 10 000 K, przy czym poziom 1500 kelwinów to światło pomarańczowe, podobne do światła świecy woskowej, zaś poziom 10 000 kelwinów to światło słoneczne w okolicach godzin południowych, przy czystym niebie – a więc ostro białe, wręcz delikatnie błękitnawe. Oprawy LED dedykowane do biur powinny być wyposażane w diody emitujące światło określane jako chłodne białe, lecz nie aż tak chłodne, jak przy typowych świetlówkach sprzed 15 lat. Optymalny poziom to 4000-5000 K, gdyż barwa utrzymana w takim przedziale gwarantuje najlepszy współczynnik oddawania barw i zarazem najmniej męczy pracowników podczas pracy wymagającej intensywnego wysiłku wzrokowego. Jeśli chodzi o współczynnik oddawania barw – wyrażany liczbowo w przedziale od zera do 100 – w przypadku opraw LED do biur nie powinien on schodzić poniżej poziomu 80. Jak zapewne czytelnik się domyśla, poziom 100 to wierność odwzorowania barw przy naturalnym świetle słonecznym w okolicach godzin przedpołudniowych lub wczesno popołudniowych a więc chyba nieosiągalny ideał. Wiele opraw biurowych LED osiąga współczynnik CRI na poziomie nawet nieco przewyższającym 90 i wówczas nadają się nie tylko do biura, ale także np. do gabinetu zabiegowego czy sali chirurgicznej i operacyjnej – a więc do miejsc w których dokładna reprodukcja koloru to sprawa o wysokiej wadze.

Pozostałe składniki opraw LED wpływające na parametry światła

Najważniejszymi elementami oprawy LED, obok samych diod, są klosze, odbłyśniki, rastry i obudowy. W przypadku odbłyśników należy zauważyć ich coraz słabszą obecność w nowoczesnych oprawach LED. Gwoli przypomnienia – odbłyśniki to elementy opraw wykonane z materiału odbijającego światło, ukształtowane i zamocowane tak, by odbić część światła spływającą w innym niż pożądany kierunku i poprzez odbicie skierować je tam, gdzie jest potrzebne. O ile rola odbłyśników była nie do przecenienia w przypadku klasycznych żarówek i świetlówek (ich światło emitowane było w promieniu 360 stopni, więc warto było odzyskiwać to, co uciekało do wewnątrz oprawy), o tyle przy oprawach LED, w większości płaskich, z wewnętrznymi panelami wyposażonymi w diody skierowane dokładnie tam, gdzie oczekiwane jest ich światło, stały się często wręcz niepotrzebne. A jeśli są już zastosowane, to odbłyśniki takie przede wszystkim zmieniają rozkład przestrzenny strumienia świetlnego LED w celu ograniczenia efektu olśnienia przy zachowaniu prawidłowego – zgodnego z normą – współczynnika UGR (Unified Glare Rating). Osiągają to poprzez odbicie światła na zasadzie rozproszenia (powierzchnia pokryta nierównościami, fakturą rozpraszającą) lub ukierunkowania (odbicie zwierciadlane). W ten sposób odbłyśniki, na równi z kloszami i rastrami, wpływają na kształt bryły świetlnej.

Klosze są osłonami wykonanymi z materiałów przepuszczających promienie światła – w przypadku opraw biurowych LED prawie zawsze jest to tworzywo sztuczne, np. polimetakrylan (PMMA), poliwęglan (PC) i kilka innych. Klosze, poza tym, że chronią diody przed czynnikami zewnętrznymi, zmieniają rozkład przestrzenny strumienia światła, zmniejszają jego luminację i zmieniają jego barwę, choć w przypadku oświetlenia biurowego zmiana barwy światła raczej nie jest zalecana, a jeśli już, to w celu delikatnego „ocieplenia” światła, które jest emitowane przez diody jako zbyt „chłodne” dla warunków biurowych. Klosze mogą być całkowicie prześwitujące, bądź częściowo prześwitujące i wówczas najczęściej są zabarwiane na biało. Mogą też być pokryte elementami rozpraszającymi, np. w postaci maleńkich stożków lub sfer, co wpływa na rozproszenie światła i w rezultacie ograniczenie efektu olśnienia. Rastry to elementy kształtujące bryłę fotometryczną oprawy i służące w pierwszej kolejności do przesłonienia źródła światła przed bezpośrednim widzeniem przy ustawieniu się względem niej pod określonym kątem. Są to de facto osłony wykonane z materiałów przeświecalnych lub nieprzeświecalnych, ograniczające olśnienie bezpośrednie ze strony źródła światła i zarazem odbijające światło w pożądanym kierunku, bądź je wytłumiające.
Jeszcze jednym elementem oprawy biurowej LED, o którym należy tu wspomnieć, jest jej korpus, czyli obudowa łącząca wszystkie elementy w całość. A właściwie istotny jest stopień szczelności tych połączeń, z połączeniem obudowy i klosza na czele. Stopień tej szczelności określa się dwucyfrowym kodem poprzedzonym skrótem IP. W większości oprawy biurowe są uszczelniane przeciwko średniej wielkości pyłkom, które po dostaniu się w dużych ilościach do wewnątrz i zgromadziwszy na kloszu, mogą wpłynąć znacząco na skuteczność świetlną (np. IP 40, gdzie cyfra „4” oznacza szczelność na drobiny o średnicy 1 mm), ale są też i takie, których szczelność osiąga poziom IP 65, co oznacza niemal całkowitą pyłoszczelność (i wodoszczelność), która bardziej niż w biurach, przydaje się w laboratoriach i obiektach służby zdrowia.

Podsumowanie

Parametry świetlne każdej oprawy LED zależą od poszczególnych jej składników, z samym źródłem światła na czele. Duże znaczenie ma też wysoka jakość tych elementów, zwłaszcza diody LED, która może być produktem raz z wyższej półki, a innym razem przeciętnym lub po prostu słabym. Często porównując drogą diodę wysokiej jakości z diodą tańszą i jakościowo nieco gorszą, zauważamy, że tańsza oprawa LED, wg specyfikacji producenckiej odpowiadająca np. mocy 100 wat, nie musi świecić z siłą 1000 lumenów (wedle wspomnianego wzoru 100 lm = ~ 10 W). Bywa tak, że osiąga zaledwie 70% oczekiwanego strumienia świetlnego, co oczywiście odbija się na jakości oświetlenia w biurze i na stanowisku pracy. Dlatego w przypadku diod LED jakość zdecydowanie się opłaca – w dłuższym okresie czasu inwestycja w jakość zwraca się w dwójnasób: poprzez lepsze światło i dłuższą żywotność.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Steinel Vertrieb GmbH,
Osram Lighting Sp. z o.o.,
Lena Lighting S.A. i
Trilux Polska Sp. z o.o.