Ihmiskeskeinen valaistus on pian valtavirtaa

30.10.2019

Valaistusalalla on jo pitkään kohistu ihmiskeskeisestä valaistuksesta, jossa valo valjastetaan ihmisen terveyden ja hyvinvoinnin ylläpitoon. Tarkkoja valaistuksen suunnitteluohjeita ei vielä ole, mutta suuntaviivat ovat selvät.

Ihmiskeskeisessä valaistuksessa (Human Centric Lighting, HCL) on kyse valosta, jota hyödynnetään muuhunkin kuin näkemiseen. Kun valon spektri, voimakkuus ja ajoitus ovat kohdillaan, voidaan sillä parhaimmillaan vaikuttaa muun muassa vireyteen, uneen, mielialaan ja yleiseen hyvinvointiin.

– Uskon, että viiden vuoden kuluttua ihmiskeskeinen valaistus on täysin selvä asia ja sitä tullaan käyttämään laajalti esimerkiksi kouluissa, toimistoissa, sairaaloissa ja palvelutaloissa. Hypetystä asian tiimoilta on vielä paljon, mutta tiedon lisääntyessä luottamus uuteen valaistustapaan varmasti kasvaa, sanoo johtaja Timo Neuvonen KT Interior oy:stä.

Neuvonen vertaa ihmiskeskeisen valaistuksen yleistymistä ledien markkinoille tulon kaltaiseen läpimurtoon. Myös ledien kehitys vei aikansa ja niillä oli epäilijänsä, mutta tänään ledit hallitsevat markkinoita täysin.

Glamox oy:n terveydenhuollon tuoteryhmäpäällikkö Simo Kari on samoilla linjoilla.

– Ihmiskeskeisen valaistuksen läpilyönti on oven takana ja samalla kun tekniikkaa on laajalti tarjolla, myös sen kustannukset ovat laskussa. Uskon, että tämä valaistustapa tulee olemaan vakio-ominaisuus, jota käyttäjät osaavat jatkossa vaatia tiloihinsa.
 

Pystypinnoille lisää valoa

Ihmiskeskeisen valaistuksen keskiössä ovat silmän verkkokalvon valoherkät gangliosolut, jotka tutkijat löysivät vuonna 2001. Nämä solut ohjaavat vuorokausirytmiämme vaikuttamalla unihormoni melatoniinin eritykseen. Aamulla melatoniin tuotannon katkaisee tehokkaimmin sininen valo, jonka aallonpituushuippu on noin 470-480 nanometriä.

Illalla taas unihormonin tuotanto lähtee käyntiin lämminsävyisellä, noin 630 nanometrin valolla. Niinpä ihmiskeskeinen valaistus edellyttää valoaltistuksen muokkausta vuorokauden mittaan.

– Pelkkä dynaaminen valaistus värilämpötilan säätöineen (tunable white) ei vielä tee valaistuksesta ihmiskeskeistä. Valon spektrin ja voimakkuuden muokkauksen ohella olennaista on valoaltistuksen kesto ja sen oikea ajoitus, Neuvonen toteaa.

Jotta valolla saadaan aikaan haluttuja biologisia vaikutuksia, täytyy sen tulla silmiin hieman yläviistosta. Syynä on se, että silmän valoherkät gangliosolut sijaitsevat verkkokalvon takaosassa alhaalla. Optimaalinen valon tulosuunta on vaakasuoran ja tästä yläviistoon 60 asteen välissä.
 

Sylinterivalaistusvoimakkuus korostuu sisätiloissa

Neuvonen kertoo, että erityyppinen epäsuora valaistus tulee jatkossa yleistymään.

– Markkinoille tulee varmasti myös uusia valaisinmalleja, jotka jakavat valoa vaakapintojen ohella laajalti myös pystypinnoille, hän sanoo.

Melatoniinin tuotannon väheneminen alkaa, kun vertikaalivalaistusvoimakkuus on 30 luksia. Valaistusvoimakkuuden kasvun vaikutukset saturoituvat noin 1 000 luksissa.

Kun valoa tarvitaan vaakapintojen ohella huoneen pystypinnoille, saa sylinterivalaistusvoimakkuus entistä tärkeämmän roolin sisätilojen valaistussuunnittelussa. Se kuvaa silmien tasolle kaikista suunnista kohtisuoraan tulevaa valoa.

– Tutkimuksissa on havaittu, että melatoniinin tuotannon väheneminen alkaa, kun vertikaalivalaistusvoimakkuus on 30 luksia. Vaikutukset saturoituvat noin 1 000 luksissa. Ohjenuorana valon ei-visuaalisten vaikutusten aikaansaamiseksi voidaan pitää vähintään 250 luksin valaistusvoimakkuutta silmien tasolla. Jos tilassa on iäkkäitä ihmisiä, tarvitaan valoa enemmän, kertoo Kari.
 

Ohjeistuksia toimisto- ja kouluvalaistukseen

Valaistusalalla pitkään vaikuttaneen professori Wout van Bommelin hiljattain julkaisema kirja Interior Lighting, fundamentals, technology and application tuo esille dynaamisen valaistuksen hyötyjä esimerkiksi kouluissa ja toimistoissa.

Kirjan mukaan tämänhetkinen tietämys osoittaa, että valon vireysvaikutusten aikaansaamiseksi silmien tasolla tarvitaan vähintään 400–500 luksia, kun valon värilämpötila on 3 000–4 000 kelviniä. 6 500 kelvinin valolla vastaava luksimäärä on 200–250.

Toimisto-, koulu- ja teollisuustiloissa tyypillisesti käytettävillä valaistustavoilla työtason valaistusvoimakkuus on karkeasti arvioituna kolme kertaa korkeampi kuin pystytason valaistusvoimakkuus silmien tasolla.

– Toimistotyössä aamutuntien valoaltistuksen tulisi olla silmän tasolla noin 250 luksia, kun valon värilämpötila on 6 500 kelviniä. Työtasolla tämä tarkoittaa 750 luksin valotasoa. Tämän jälkeen työtason valaistus lasketaan 500 luksiin ja valon värilämpötila 3 000–4 000 kelviniin. Iltapäivällä valon määrää ja värilämpötilaa taas hetkellisesti nostetaan, van Bommel sanoo.

– Luokkahuoneissa valolla voidaan vaikuttaa positiivisesti oppilaiden yöunen laatuun, päivän vireystilaan, rentoutumiseen, tunnetilaan ja näiden kautta oppimiseen. Vuoden pimeinä aikoina olisi myös hyvä nostaa kouluihin nyt suositeltavan 300 luksin vaakatason valaistusvoimakkuus ainakin 500 luksiin, van Bommel jatkaa.

Luokissa on päivän aikana monenlaista toimintaa, joten valaistuksen ohjaukseen tarvitaan mahdollisuus käsikäyttöiseen ohitukseen sen mukaan, tehdäänkö keskittymistä vaativaa työtä vai rentoudutaanko vaikkapa tarinan ääressä.
 

Tekniikan puolesta kaikki on jo mahdollista

Ledien ja ohjausjärjestelmien kehityksen puolesta tekniikka ihmiskeskeiseen valaistukseen on jo olemassa.

– Optimaalisessa tilanteessa valaistuksen ohjaus toimii taustalla automaattisesti, eikä käyttäjä edes välttämättä kiinnitä huomiota valaistusmuutoksiin. Mitä monikäyttöisempi tila, sitä enemmän ohjauksen on hyvä mahdollistaa erilaisia valaistustilanteita, Kari huomauttaa.

Tapoja ledivalaistuksen spektrin muokkaamiseen on monia. Valaisimissa voidaan säätää kylmä- ja lämminsävyisten valkoisten ledien suhdetta tai käyttää RGB-ledien rinnalla valkoista lediä.

Voidaan myös käyttää RGB-ledejä, joissa vihreät ledit on pinnoitettu valkoisella fosforilla. Kylmän ja lämpimän valkoisten ledien rinnalle voidaan lisätä myös erillinen amber-led, jonka avulla voidaan esimerkiksi ilta-aikaan minimoida valon sinistä osuutta.

Vuoden 2018 Frankfurtin-messuilla palkittiin uutena innovaationa Seoul Semiconductorsin SunLike-ledi, jonka spektrijakauma jäljittelee päivänvaloa. Siinä valkoisen ledin sininen piikki on siirretty noin 470 nanometriin valon ei-visuaalisten vaikutusten optimoimiseksi.
 

Tutkimuksista lisävahvistusta

Siinä missä kouluissa valo voi auttaa parantamaan oppilaiden keskittymiskykyä, pyritään sairaaloissa tukemaan potilaan paranemista ja saamaan hänet nopeammin kotikuntoon.

– Ihmiskeskeinen valaistus on jo selkeä trendi terveydenhuollossa Suomessa ja siihen tehdään vähintäänkin optio sairaalavalaistuksen suunnittelussa, toteaa Kari.

Valaistuksen muutosrytmille vuorokauden aikana ei ole vielä olemassa standardoituja ohjeistuksia.

– Valon oikea-aikaiseen säätöön vaikuttaa sekin, ovatko tilassa olevat ihmiset aamu- tai iltavirkkuja. Kuhunkin kohteeseen yritetään aina löytää toimiva säätösykli ja monikäyttöisessä tilassa pitää tehdä kompromisseja, Kari jatkaa.

Glamox seuraa tiiviisti alan tutkimuksia ja on myös mukana tutkimusprojekteissa.

– Norjalaiskoulussa tehdyssä tutkimuksessa valon oikeanlaiset muutokset paransivat oppilaiden keskittymiskykyä ja vähensivät väsymystä. Toimisto-olosuhteissa oikeanlainen valoaltistus taas pidensi selvästi työntekijöiden yöunen määrää, Kari sanoo.

Myös KT Interiorin Suomessa edustama puolalainen valaisinvalmistaja ES System on mukana useissa kansainvälisissä hankkeissa.

– Paras tapa saada asiaa eteenpäin on vakuuttaa käyttäjät tutkimustuloksilla. Olemme tutkineet asiaa myös Suomessa yhdessä VTT:n ja Aalto-yliopiston kanssa. Toimisto- ja valvomotiloissa tehdyt tutkimukset kertovat valon positiivisista vaikutuksista työntekijöiden vireystilaan, kertoo Neuvonen.
 

Valaistusstandardeja uudistetaan

Suomessakin käytettävää eurooppalaista sisätyöpaikkojen valaistusstandardia EN 12464-1 ollaan parhaillaan uusimassa. Tavoitteena on nostaa esiin ihmiskeskeisen valaistuksen kannalta tärkeitä asioita. Vaakatason valotasojen ohella ison painoarvon suunnittelussa saa tilojen valoisuus, jota arvioidaan sekä sylinteri- että seinä- ja kattopintojen valaistusvoimakkuuksilla. Näiden ohjearvot nostetaan uusittavassa standardissa suunnittelijan käyttämiin tehtävä- ja tilakohtaisiin taulukoihin.

Suomen Valoteknillisen Seuran (SVS) puheenjohtaja Tapio Kallasjoki esitteli standardiehdotusta SVS:n järjestämässä tilaisuudessa syyskuun alussa Helsingissä.

– Nykyisessä standardissa arvot esitetään vain tekstiosassa, jota suunnittelija ei aina vaivaudu lukemaan. Suunnittelijalle annetaan myös pelkkien minimiarvojen ohella korkeammat ohjearvot tilojen valaistusvoimakkuuksille, Kallasjoki kertoo.

Uusittu standardi on määrä julkaista vuonna 2020. Myös kansainvälinen valaistusjärjestö CIE (International Commission on Illumination) on hereillä ihmiskeskeisen valaistuksen tiimoilta. Vuonna 2018 julkaisemassaan standardissa (CIE S 026/E:2018) se suosittelee melanopsiini-painotetun irradianssin (melanopic irradiance) käyttöä suunniteltaessa valaistusta, joka optimoi valon biologiset vaikutukset.

– Tämän irradianssin voi helposti muuttaa melanopsiini-painotetuksi päivänvalon (D65) valaistusvoimakkuudeksi. Toivon, että tulevaisuudessa tästä valaistusvoimakkuudesta tulee yleinen tapa määritellä ihmiskeskeistä valaistusta, van Bommel toteaa.

Myös van Bommelin mukaan ihmiskeskeisen valaistuksen hyödyistä kertovat lukuiset tutkimukset:

– Valaistussuositusten hienosäätämiseksi tarvitaan kuitenkin vielä lisätutkimusta siitä, minkälaiset dynaamisen valaistuksen vaihtelut ovat optimaalisia erityyppisissä olosuhteissa. Näitä ovat esimerkiksi teollisuuden vuorotyö, koulut, sairaaloiden potilashuoneet ja ikäihmisten käyttämät tilat.

Lisätietoja aiheesta löydät Wout van Bommelin kirjasta Interior Lighting, Fundamentals, Technology and Application (Springer 2019) ja Riku Aallon Aalto-yliopiston Sähkötekniikan korkeakouluun tekemästä diplomityöstä Ihmiskeskeinen valaistus – tapaustutkimus (2018).