Категория: Инструкции

Category: Инструкции

Текст: Ксения Лошманова

Author: Ксения Лошманова

Свет знаний: как, управляя освещением, сделать школу эффективнее

Мы получаем около 80% информации с помощью органов зрения, а это невозможно без света. Дневной и искусственный, он точно так же может создавать комфортную среду, как и продуманная архитектура, удобная мебель и внятные дизайнерские решения. От качества света в школах напрямую зависит процесс восприятия новых знаний. В этом тексте мы обсудили с экспертами, которые проектировали школы новой волны в России, как работают важные принципы освещения, а в этом рассказали про световые решения и нормы для разных школьных зон от учительской до туалетов.

Почему от света зависит активность в школе

Четверть учебных результатов зависят от дизайна физической среды (согласно известному исследованию профессора Салфордского университета Питера Барретта, которое сегодня можно считать базовой работой в области архитектуры образования), и освещенность пространства – это один из шести ключевых параметров, которые влияют на успеваемость обучающихся.

как правильно осветить школу: от столовой до туалета

Биоритмы человека, или циркадные (околосуточные) ритмы, регулируются в зависимости от освещения. Поэтому нам проще просыпаться с лучами солнца, а в ясный день люди чувствуют себя лучше и активнее. Дело в том, что уровень мелатонина, гормона сна, снижается при дневном свете (это свет холодной цветовой температуры, в полдень его значение — 5500 Кельвин), а уровень кортизола, гормона бодрости, наоборот, увеличивается.

Как пишет исследователь Ричард Стивенс в своей работе, первые четкие доказательства того, что воздействие на глаза яркого белого света в ночное время может подавлять выработку мелатонина у людей, были опубликованы уже в 1980 в журнале Science. После этого отчета появилось много подробностей о влиянии длины волны, интенсивности, продолжительности и времени суток на подавление светом выработки мелатонина. Стало известно о том, как свет «сбрасывает» время суточных часов и ритмы, которые он контролирует. Эти ритмы часто измеряются по времени ритма мелатонина, а также по показателям кортизола, основной температуры тела и экспрессии циркадных генов.

Иллюстрация циркадных ритмов: Варвара Аршинова для EdDesign Mag

Развернуть исследование

Физиологический механизм, с помощью которого воздействие света передается на циркадную систему, является одной из наиболее захватывающих тем современной биологии; в 2002 г. в журнале Science сообщалось о неизвестной ранее внутренне светочувствительной ганглиозной клетке сетчатки (ipRGC). Этот новый фоторецептор анатомически и функционально отличается от палочек и колбочек, используемых для зрительного восприятия, и представляет собой более фундаментальный аспект биологии млекопитающих, который развился до зрительного восприятия. Эти клетки ipRGC, которые представляют <1% ганглиозных клеток, содержат фотопигмент меланопсин, который максимально чувствителен к синему свету (λmax, ~480 нм). Клетки распределены по сетчатке, обеспечивая сеть детекторов света по всему глазу, который дополнительно усиливается меланопсином, содержащимся в дендритных полях; и они жестко связаны с областями мозга, участвующими в регулировании суточных ритмов и степени бдительности. Меланопсин является основным фоторецептором, с помощью которого световая информация передается в циркадную систему.

В настоящее время очевидно, что, среди прочего, 1) воздействие яркого света ночью подавляет мелатонин у всех зрячих лиц; 2) свет с более короткой волной (синий) наиболее эффективен, а свет с более длинной волной (красный) наименее эффективен в подавлении мелатонина, предупреждении мозга и восстановлении суточного ритма; 3) существует дозозависимый эффект, при котором, чем больше интенсивность света, тем больше процент подавления мелатонина; 4) существуют различия в индивидуальной чувствительности к подавлению мелатонина, вызванному светом и 5) характеристики дневного освещения могут изменять чувствительность к воздействию света в ночное время. Эти и другие свойства света, которые изучаются, имеют важные последствия для будущих направлений исследований, разработки эпидемиологических исследований и, наконец, для потенциального вмешательства и смягчения последствий.

Читать полный текст исследования. Также про то, почему за изучение биоритмов дали Нобелевскую премию в 2017 году, написал Коммерсант.

Хороший свет, как хорошая акустика и хороший воздух — это основа. Без этого учиться будет очень сложно, какой бы красивой и правильной не была архитектура и интерьер. Свет влияет напрямую на комфорт обучающихся, поэтому очень важно отслеживать такие показатели, как мерцаемость, температура света. В своих проектах мы закладываем дополнительные 50 люкс от нормативов на освещенность поверхности парты — со временем происходит так называемое «угасание» светильников. Всегда должен быть обеспечен минимум оптимального уровня освещенности.

Надежда Федотова, руководитель N.F. arch. studio

Оттенки освещения: теплые оттенки освещения (2800 – 3000 К) расслабляют, а холодные (свыше 5000 К) способствуют повышению концентрации внимания и увеличивают скорость реакции — например, во время контрольных или тестов.*

Равномерность освещения: ровно залитая светом среда помогает ученикам концентрироваться на уроке. Поэтому в классе нельзя очень ярко выделить светом один участок — ровно должно быть освещено все пространство. Это касается любого помещения, где дети учатся.

Блескость: прямые и отраженные от других поверхностей блики на экранах мониторов или на интерактивных досках могут снизить уровень внимания, точно также как и слишком яркий дневной свет.

Что делать: развернуть два лайфхака

Опаловый рассеиватель в конструкции светильника или системы отраженного света уменьшат уровень блескости и перепады в освещении.
Блэкаут-шторы или жалюзи в классах, библиотеках, актовых залах нивелируют яркость дневного света.

Иллюстрация: Варвара Аршинова для EdDesign Mag

“В разных функциональных зонах температура цвета может быть разной (в рекреациях более теплой, в учебных помещениях – более холодной), но она не должна меняться в рамках одного помещения, согласно нормам. По нашему опыту, идеальная цветовая температура для учебных помещений — 4000 К, а для рекреационных зон — 2800 – 3000 К. Нам необходим этот контраст: нужно, чтобы светом поддерживалась смена деятельности, ведь все время быть в состоянии концентрации тоже сложно”, – Анна Шапиро, главный архитектор ED Architecture

Индекс цветопередачи и светодиоды

Действительно, самый комфортный и приятный глазу свет — это совершенно не эффективные с точки зрения энергопотребления галогенки. Так заботились о комфорте и здоровье маленьких детей: ограждали их от мерцания первых светодиодов, которые появились на рынке, потому что стабилизаторы мерцания не всегда были качественные. Однако индустрия развилась, и сегодня, наверное, небезопасные источники света на рынке еще надо поискать, тогда как мерцание люминесцентных ламп и шум пускорегулирующей аппаратуры утомляет. С 2021 года светодиодные лампы в детсадах разрешены

Анна Шапиро, главный архитектор ED Architecture

Индекс цветопередачи: отвечает за верную передачу цвета всех объектов в помещении.

В школах этот показатель — не менее 80. Это значит, искусственный источник света должен корректно и достоверно передавать цвета видимых вещей - так, как мы их видим при дневном свете.

Светодиодные светильники:

До недавнего времени в детских садах и подготовительной школе было запрещено использовать такие светильники там, где находятся дети. Светодиоды допускались только в столовых, подсобках, технических помещениях. Допускались только люминесцентные и галогенные источники света.

Чем светодиоды лучше люминесцентных ламп и галогенок: развернуть сравнение

Свет люминесцентных ламп более пульсирующий — то есть мерцающий. Это ухудшает активность мозга, может вызывать повышенную утомляемость и головную боль.
Светодиоды экологичнее и потребляют меньше мощности, чем галогенные лампы.
Светодиоды безопаснее при утилизации: если для прохождения тока через люминесцентные лампы используется ртуть, то в светодиодах свечение возникает при прохождении электрического тока через p-n-переход в полупроводниках.
Качественные светодиодные приборы выигрывают с точки зрения долговечности и капиталовложений. Хотя их покупка и монтаж дороже люминесцентных альтернатив, срок окупаемости светодиодного решения — 1,7 года

Зачем нормировать дневной свет в школе

Хотя основной свет в школах — искусственный, организация естественного освещения тоже регламентируется. По нормам, дневной свет должен проникать во все помещения, где люди проводят более двух часов (в том числе, например, в игровую или кабинет для индивидуальных занятий). А на откос окон большинства учебных пространств солнечные лучи должны попадать определенное время: от полутора до двух с половиной часов (для северных территорий норма — до 2,5 часов, в средней полосе — 2 часа, на юге — 1,5 часа).

Если в проекте школы большие окна или есть соблазн сделать сплошное остекление, нужно учесть требования по солнцезащите: окна, обращенные к югу или дающие блики на доску, необходимо зашторивать. При всех своих плюсах естественный свет в разное время дня может даже мешать образовательному процессу, тогда как искусственный способен создавать благоприятную для учебы среду, комментирует Анастасия Галуткина, главный архитектор проектов и специалист по проектированию образовательной среды из бюро ATRIUM.

В актовом и обеденном зале столовой естественный свет необязателен. Или, например, в таком редком месте, как тир. В рекреациях, вестибюлях, медкабинетах можно совмещать: дополнять дневной свет искусственным. Во всех остальных зонах длительного пребывания нужны либо большие окна, либо такая их конфигурация, чтобы солнечного света в класс попадало достаточно по требуемой норме, - Анна Шапиро.

Фото: Дмитрий Чебаненко: разноуровневая конфигурация окон в школе «Точка будущего», архитектура — CEBRA/ UNK project/ МДМ-Лайт: панорамное остекление в школе Wunderpark International School, архитектура — Archstruktura/ Расположение окон в школе в с. Крутой Лог, архитектура — Semren & Månsson (российский офис шведского концерна), генпроектировщик «Белгородоблпроект»

Как управлять светом

Системы автоматизированного управления освещением помогают обеспечить комфортный свет при минимальном потреблении электроэнергии. Датчики освещенности на “умных” светильниках регулируют их уровень, учитывая естественный свет из окон. Основные эксплуатационные расходы школ приходятся на тепло и электричество, а свет один из самых весомых в разделе трат на электроэнергию. Поэтому корректно построенная система управления светом поможет существенно сэкономить, говорит Надежда Федотова.

В школе «Снегири» в классах искусственный свет включается с пульта управления KNX у входной двери — с его помощью также можно зашторивать окна от яркого света и регулировать светопрозрачность стеклянной перегородки, матировать ее. Можно включить и выключить любую из световых линий на потолке, а также косовет над доской. Освещение коридора диммируется по яркости и включается по датчику присутствия, если ребенок вышел из класса.

Дмитрий Шиляев , архитектор ED Architecture

В санузлах также установлены датчики присутствия — как такового выключателя в них нет. Светомузыкальная инсталляция из подвесных светящихся шаров и фигурок снегирей в сквозном атриуме также запрограммирована: фигурки могут двигаться, а шары — переливаться разными цветами под музыку.

Фото: Данила Горюнков, школа "Снегири", архитектура интерьеров ED Architecture

Зачем управлять освещением

Для регулирования цветовой температуры. Те самые циркадианные ритмы, благодаря которым нам проще просыпаться с лучами солнца, можно сонастроить с осветительными системами. Прошлогодний доклад на Световом симпозиуме в Висмаре Кевина Хаузера, профессора Орегонского университета, и коллективная работа «Recommendations for Healthy Daytime, Evening, and Night-Time Indoor LightExposure» говорят о том, что цветовая температура должна меняться в течение суток: от высокой в разгар дня до минимальной в ночное время. Так циркадное освещение благотворно влияет на физическое и психическое здоровье и работоспособность.

Для адаптивности систем освещения. В научной лаборатории «Когнитивная невербалика» Национального центра когнитивных разработок Университета ИТМО провели эксперимент, во время которого в зоне коворкинга каждую неделю сменялись режимы освещения. Изучая влияние уровня освещенности и разных цветовых температур на психоэмоциональное состояние и работоспособность людей, студенты и ученые образовательной программы «Световой дизайн» ИТМО хотят создать адаптивную систему освещения, которая сможет подстраиваться под рабочий цикл сразу нескольких человек в одном помещении; при этом система будет также учитывать циркадные ритмы, делая разное освещение в зависимости от того, какое сейчас время суток.

Как работают разные типы освещения: развернуть

Общее освещение — как правило, это встроенные в потолок или подвесные светильники. Они отвечают за уровень освещения и его равномерность во всех помещениях.
Местное, или локальное освещение дают точечные или подвесные светильники. Они подсвечивают рабочие поверхности, места для проектной работы, станки в мастерских, столы в классах рисования и черчения, места для чтения в библиотеках и приема пищи в зоне кафетерия.
Акцентное освещение – направленный свет прожекторов, светодиодные ленты. Выделяет что-то в пространстве светом — информационный стенд, выставку ученических работ в холле или рекреации.
Декоративное освещение – это может быть световая инфографика, меняющие цветность света объекты и необычные светильники. Они создают необходимое настроение.

Как разнообразить световую среду

Для этой цели подойдут светильники нестандартных размеров или необычная расстановка классических световых приборов. Например, в учебных помещениях школы Wunderpark в потолок встроены периметральные и линейные светильники. В школе «Снегири» — светящиеся линии. В Brookes Moscow School применены накладные светящиеся панели, а в Хорошколе — подвесные светильники с системами отраженного света.

Фото: «МДМ-Лайт», школа Wunderpark International School, архитектура — Archstruktura/ Дмитрий Чебаненко, школа «Точка будущего», архитектура — CEBRA/ UNK project

*Информация из исследования влияния цветовой температуры светодиодных светильников на работоспособность и психоэмоциональное состояние человека, проведенное компанией «Световые Технологии» совместно со специалистами кафедры светотехники и медико-биологической электроники Казанского государственного энергетического университета.

Июнь 2022

Читать дальше:

Инструкции

Свет как функция: что надо знать про освещение разных школьных зон