LED fremtidens lyskilde som forbedrer sundhed og trivsel. Paul Michael Petersen DTU Fotonik Danmarks tekniske Universitet pape@fotonik.dtu.dk
Belysning er globalt ansvarlig for 20% af al elektricitetsforbrug. Både indendørsbelysning og udendørsbelysning er ansvarlig for udledning af store mængder drivhusgasser
Et globalt teknologiskift inden for belysning Hele belysningsområdet står overfor meget store udfordringer i de kommende år. Der er tale om et globalt teknologiskift, hvor politisk regulering og lovgivning af miljømæssige årsager udfaser kendte lyskilder som glødepærer og kviksølvslamper, samtidig med at kravene til energieffektivitet (lumen per watt) strammes betydeligt overalt i samfundet.
Udfasning af glødelampen I september 2009 udgik de matte glødepærer af produktion, og i 2012 udfasede man de klare glødepærer. Udfasningen er blevet nødvendig, fordi energieffektiviteten i glødepærerne ikke er god nok til at nå de mål for energibesparelser, som er fastlagt politisk i både Danmark og EU.
Udfasning af glødelampen I september 2009 udgik de matte glødepærer af produktion, og i 2012 lukkede produktionen af de klare glødepærer. Udfasningen er blevet nødvendig, fordi energieffektiviteten i glødepærerne ikke er god nok til at nå de mål for energibesparelser, som er fastlagt politisk i både Danmark og EU.
Hvor store energibesparelser kan vi forvente på sigt? Om 5-10 år vil LED belysning være: q 20 gange mere effektiv end glødelys q 4-5 gange mere effektiv end energisparepærer
Ny LED belysning etableres i boliger, kontorer og udendørs Ny belysning med LED i området omkring Højbro Plads i hjertet af København. Foto: Philips Lys LED vil i løbet af få år dominere boligen, kontoret og udendørsbelysningen men hvordan sikrer vi tilfredse brugere?
Lyskilders effektivitet Lyskilders effektivitet måles i lumen pr. Watt (lm/w), hvor lumen er lysenergi per tidsenhed i fotometriske enheder som er vægtet med øjets følsomhed. Glødepærer har en effektivitet på 8-12 lm/w LED har omkring 100 lm/w
Glødelampen (Edison 1879)
Glødelampen (farveindhold) 400 450 500 550 600 650 700 Bølgelængde [nm]
Energisparepærer 400 450 500 550 600 650 700 Bølgelængde [nm] Energisparepærer har stor effektivitet (målt i lm/w) men farvegengivelsen er ikke optimal
Lyskvalitet fra LED
Lysudsendelse i en pn-overgang En diode der påtrykkes en spænding i lederetningen udsender lys når ladningsbærere rekombinerer i diodens pn-overgang.
Lysdioder med dagens teknologi Konventionelle hvide LED RGB -teknologi Spektraldesign og høj lyskvalitet Miljøvenlighed lang levetid 400 450 500 550 600 650 700 Bølgelængde [nm] Blå lysdioder med fosforescerence stof Kontinuert spektrum. Højt Ra-indeks > 90 og høj energieffektivitet. Vi kan selv designe lysets farvetoning
Nu viden om lysets betydning for sundhed og trivsel De seneste år er der kommet vigtig nu viden om lysets betydning for menneskers trivsel og helbred Hostpital rooms facing east Hospital rooms facing west average length 19.80 days average length 23.47 days Morgensol reducerer længden af hospitalsindlæggelsen Benedetti F. et al, Journal of Affective Disorders 62 (2001) 221-223
Lys behandling mod depressioner Lys behandling er effektiv til behandling af vinterdepressioner
Naturligt dagslys er vigtigt Dagslysspektrum Naturligt dagslys er godt for os - især det intense lys midt på dagen. Lyset om dagen kan give bedre søvn om natten.
Visuelle og ikke visuelle ganglieceller
En ny fotoreceptor på øjets nethinde Nethinden har en bestemt type celler, der, når de belyses, stimulerer produktionen af hormoner som melatonin og serotonin i koglekirtlen. Melatonin og serotonin er meget vigtige for menneskers sundhed og den menneskelige døgnrytme.
Melatonin Melatonin har vist sig at styrke immunforsvaret. En øget tilstedeværelse af melatonin og serotonin spiller en vigtig rolle i bekæmpelsen af sygdomme samt menneskers arbejdseffektivitet. Melatonin er en antioxidant der neutraliserer tilstedeværelsen af skadelige frie radikaler. Melatonin aktiverer dannelsen af hvide blodlegemer
Melatoninundertrykkelse Glødepære 400 450 500 550 600 650 700 Bølgelængde [nm] Energisparepære 400 450 500 550 600 650 700 Bølgelængde [nm] Melatonin suppression in humans occur around 460 nm (G.C. Brainard et al. J. Neurosci. 21 (2001) 6405-6412)
Hvordan påvirker lys vores sundhed og følelsesmæssige begejstring?
Hjernens aktivitet som er forbundet med begejstring Amygdala er forbundet med angst og glæde. Hypothalamus forbinder hjernen til hormonsystemet og kontrollerer dagsrytmen Hippocampus er en del af det limbiske system som er forbundet med følelser
MR skanning af hjernens aktivitetscentre Funktionel magnetisk resonans afbildning er en procedure til at bestemme hjernens aktivitet som følge af ændringer i blodgennemstrømningen
Lysets bølgelængde har betydning for responset i hjernen. Blåt lys (i forhold til grønt lys) øger responset i stemmecentret og højre amygdala Vandewalle G, Schartz, Grandjean D et al., Spectral quality of ligh modulates emotional brain responses in humans, Proc Natl Acad Sci 2010: 107:19549-54
Blåt lys øger signifikant den følelsesmæssige begejstring The amygdala and the hypothalamus are selectively enhanced in the context of blue illumination. A: 1: left hippocampus 2: right hippocampus Yellow lines indicate voice sensitive areas C: Increased functional connectivity between voice sensitive area, the amygdala and the hypothalamus
Dagslysspektrum UV og synligt lys i dagslyset påvirker dannelse af melatonin og serotonin således vores sundhed og immunforsvar er bedst mulig.
Blåt lys øger vores følelsesmæssige begejstring
Det er muligt at designe spektret fra LED-lyskilden således at melatonin og serotonin produceres på tidspunkter af dagen hvor de understøtter døgnrytmen Morgensol Middagssol Aftensol Morgensolen er essentiel for start af døgnrytmen. Midt på dagen vokser UV indholdet i lyset hvilket giver øget serotonin produktion som øger arbejdsevnen. Om aftenen reduceres UV indholdet i lyset således at der kan produceres melatonin der får mennesker til at slappe af og opbygge immunforsvaret.
NoBlue fra DTU Fotonik (intet lys under 440 nm) NoBlue har en god farvegengivelse og har forholdsvis lille melatoninundertrykkelse.
Hvad kan vi gøre for ældre mennesker?
Aldersrelaterede ændringer i den menneskelige linse. Aldersrelaterede ændringer i øjets linse. Linsen ændrer med alderen transmissionsegenskaber så der transmitteres mindre blåt lys.
Aldersrelaterede ændringer i den menneskelige linse. Figuren til venstre viser hvorledes øjet transmitterer lys for personer i alderen 10 år til 96 år. Ældre mennesker har behov for en lyskilde med specielle egenskaber der kan kompensere for den aldrende linse.
*Mariana G. Figueiro and Mark Rea, International Journal of Endocrinology, Volume 2012, Article ID 301935, 7 pages doi:10.1155/2012/301935 Morgen eksponering med specialdesignet LED lys Den seneste forskning * har vist at svagt lys 40 lux (0.401W/m2) ved 470 nm øger signifikant kortisol niveauet og kan benyttes til at give forsøgspersoner en aktiv dag.
Hypoteser: LED lysteknologi kan i fremtiden føre til: q Øget sundhed og reduceret stress q Øget aktivitet og arbejdsevne om dagen q Mindre søvnløshed q Reduktion i antallet af depressioner q Bedre Indlæring og hukommelse