Verlichting: risicoanalyse van de optische veiligheid van lampen en verlichtingssystemen

(1)

Arbeidshygiëne 6

Peter Bracke – Laboratorium voor Lichttechnologie KU Leuven Wetenschappelijk medewerker “Groen Licht Vlaanderen”

Verlichting: risicoanalyse van de optische veiligheid van lampen en

verlichtingssystemen

Prenne 40 01/12/2016 De Montil

(2)

Verlichting: risicoanalyse van de optische veiligheid van lampen en

verlichtingssystemen

Peter Bracke Prenne 40

1 December 2016

1

Laboratorium voor lichttechnologie

• 20 VTE

• Consultancy – Onderzoek – Opleiding

• Binnenverlichting / Optisch ontwerp / Lichtbronnen / Appearance (uitzicht van materialen: kleur, textuur, glans)

• Meetfaciliteiten: metingen voor derden

• Onafhankelijk kenniscentrum

• Groen Licht Vlaanderen:

verlichtingscluster > 60 bedrijven, 7_onderzoeksinstellingen, 9 andere

(3)

New Light Sources Lighting Optical design

Appearance

Measurement Facilities Lab topics

Verlichtingskwaliteit

4

(4)

CE low voltage directive

5

• = verplicht; het onderzoeken van de conformiteit is grotendeels zelfcertificering

low-voltage directive

• EN 62471:2008 Photobiological safety of lamps and lamp systems (98 p)

• SCENIHR (European Commission Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks), Health effects of artificial light, 19 March 2012^{(112 p)}

Is dit nog up-to-date?

Antwoord in:

SCENIHR Health effects of artificial light

Abstract §A: Potential health impacts on the general public caused by artificial light

• In general, the probability is low that artificial lighting for visibility purposes induces acute pathologic conditions, since expected exposure levels are much lower than those at which effects normally occur, and are also much lower than typical daylight exposures.

• Kunstlicht binnen  150 lux

• Daglicht buiten  5000 lux

(5)

SCENIHR Health effects of artificial light

7

• Certain lamp types (including also incandescent light bulbs) may emit low level UV radiation. According to a worst case scenario the highest measured UV emissions from lamps used in offices and schools, but not the very low emissions lamps used for household lighting, could add to the number of squamous cell carcinomas in the EU population.

• Led: geen UV!

SCENIHR Health effects of artificial light

8

• Exposure to light at night (independent of lighting technology) while awake (e.g. shift work) may be associated with an increased risk of breast cancer and also cause sleep, gastrointestinal, mood and

cardiovascular disorders.

(6)

Night shift work

9

• NSW increased the risk of breast cancer morbidity by:

• 1.9% for 5 years,

• 2.5% for 5–10 years,

• 7.4% for 10–20 years, and

• 8.8% for >20-years of NSW

http://dx.doi.org/10.1016/j.sleep.2015.02.543

• Rotating NSW enhanced the morbidity of breast cancer by 8.9%.

• NSW was associated with a 2.7% increase in cardiovascular death.

• Wordt veroorzaakt door melatonine onderdrukking. Dit kan vermeden worden met een aangepaste verlichting.

• Melatonine = hormoon, antioxidant en beschermt tegen vrije radicalen

SCENIHR Health effects of artificial light

• There is no evidence that blue light from artificial lighting belonging to Risk Group 0 ("exempt from risk") would have any impact on the retina graver than that of sunlight. Blue light from improperly used lamps belonging to Risk Groups 1, 2, or 3 could, in theory, induce photochemical retinal.

There is no evidence that this constitutes a risk in practice. Other damages to the eye from chronic artificial light exposure during normal lighting conditions are unlikely.

(7)

Perceptie

• Licht

EM straling met energie tussen 380 nm en 780 nm

• Kleur

Wordt door de hersenen gemaakt

11

Schade aan netvlies

12

Property Thermal damage Photochemical damage

Exposure duration μs–10 s >1 s

Wavelength All λ Short visible

(λ < 600 nm) Time course Appear in <24 h Appear in 24–48 h Temperature change >20 °C temperature ↑ <10 °C temperature ↑ Minimal lesion size <beam diameter =beam diameter Reciprocity of time &

power No Yes

Scotoma Permanent Reparable

Damage threshold

∝ (irradiated area diameter)⁻¹

Independent of irradiated area

∝ time^−1/4 ∝ time⁻¹

Independent of λ (for 440 nm <λ < 700 nm) ∝ λ

Typical characteristics for thermal and photochemical damage.

http://dx.doi.org/10.1016/j.preteyeres.2011.11.001

(8)

Fotochemische schade aan het netvlies:

effect van golflengte

13 Afbeelding: Huffman, Psychology in Action

www.matrox.net

X

= blue-light

Dose (J/cm²)

http://dx.doi.org/10.1111/j.1751-1097.2011.00921.x

Schade aan netvlies

• Blue-Light Hazard

(9)

Netvlies

3 soorten kegeltjes voor kleur

1 soort staafjes voor lage lichtniveaus 1 niet-visueel (ipRGC)

Afbeeldingen: Huffman, Psychology in Action Bryan Christie for Scientific American

www.matrox.net

15

Waarneming

S M L ^ipRGC

visual non-visual

Afbeelding: Scientific American Mind

SCN LGN

Cone sensitivity

2%

32% 64%

Spectra

Colour

(10)

Kleur: o.a. wit

Spectra met dezelfde verhouding = dezelfde kleur

Wit kunstlicht kan met grote verscheidenheid aan spectra

Beperkingen vanwege kleurweergave

17

S M L

Witte spectra en blue-light hazard (BLH)

Fotopisch Blue light hazard

Kleurtemperatuur (K)

Tuneable PI-LED 2700K 1 0,16 2539

Incadescent 2700K 1 0,19 2701

Fortimo LED 1 0,17 2940

TL830 1 0,22 2940

Halogen 3000K 1 0,23 3000

LED_TM30#69 1 0,27 3096

Xicato Artist 3000K 1 0,25 3184

Tuneable PI-LED 4000K 1 0,35 3999

Fluo - F11 1 0,38 3953

Tuneable PI- LED 6500K 1 0,55 5952

D65 1 0,67 6504

(11)

Afbeelding op netvlies

19

Bestralingssterkte (W/m²) lokaal op het netvlies

 cte x radiantie van het object (W/m²/sr)

De radiantie is de stralingsintensiteit dat per m2 van een bron vertrekt.

Afhankelijk van pupil grootte.

Fotopisch:

Verlichtingssterkte (lux) lokaal op het netvlies

 cte x luminantie van het object (cd/m²)

Zon, ster en afmeting

20

De radiantie van een ster is toch gelijkaardig als deze van de zon. Is naar een ster kijken dan niet even schadelijk?

Resolutie van het oog: 1’ (boogminuut) Schijnbare diameter van de zon: 32’

Schijnbare diameter van de maan: 30’

Schijnbare diameter van heldere sterren: < 0,001’

Bestralingssterkte ( opp.): / 1 miljoen

Afmeting is belangrijk

(12)

Dosis = tijdsafhankelijk

21

• Ogen scannen beelden

• Ogen bewegen ook als we gefixeerd kijken:

o Trillen:  80 /s ; amplitude: 0,1’ – 0,5’ (boogminuut)

o Drift: 1’ – 8’ ; snelheid: tot 30 bgmin/s

o Micro saccades: 30’ ; enkele per seconde

• Dit bepaalt verschillen tussen grote en kleine bron in

EN_IEC-62471: Ø op 20 cm:

o < 0,25 s: 0,0017 rad = 0,1° = 6’ 0,34 mm

o 10 s tot 100 s: 0,011 rad = 0,63° = 39’ 2,2 mm

o > 10.000 s: 0,1 rad = 5,7° 20 mm

Blue Light Hazard

meetkegel

(13)

Blue-light schadedrempel

23

• Risicodrempel voor grote bronnen:

Radiantie:

o L_B≤ 100 W/m²/sr voor t > 10.000 s

o L_B.t ≤ 10⁶J/m²/sr voor t ≤ 10.000 s

• Risicodrempel voor kleine bronnen:

Bestralingssterkte op hoornvlies:

o E_B≤ 1 W/m² voor t > 100 s

o E_B.t ≤ 100 J/m² voor t ≤ 100 s

Gewogen met Blue-hazard curve

Risico groepen voor lampen

24

• Risico-vrij

o BLH onder risicodrempel voor t = 10.000 s

• Risico groep 1: gering risico

o BLH onder risicodrempel voor t = 100 s

• Risico groep 2: matig risico

o BLH onder risicodrempel voor t = 0,25 s

De wegkijkreactie zorgt ervoor dat men niet in heldere bronnen kijkt en er dus weinig risico is t.e.m. RG 2

• Risico groep 3: hoog risico

(14)

Lampen praktisch

25

• Voor grote bronnen met kleurtemperatuur: 3000K

o Risico-vrij: luminantie < 14410³ cd/m²

o RG 1: luminantie < 14,410⁶cd/m²

Bron Luminantie [cd/m2] Risico groep

Fluorescent tube 5-1510³ Risico-vrij

CFL‐I with outer bulb 2310³ Risico-vrij Halogen 42W clear bulb 810⁶ RG1 t_max= 180 s Halogen 230W R7s 1310⁶ RG1 t_max= 111 s

Halogen 12V 1510⁶ RG2 t_max= 96 s

Licht bewolkte hemel Tot 6010³ Risico-vrij

Zon 165010⁶

6500K 7610³ cd/m² 7,610⁶cd/m²

Kleine bron en afstand

• Zijn gloeidraden kleine bronnen?

• Zijn zichtbare leds achter een transparante bescherming kleine bronnen?

• EN_IEC-62471 voor lampen:

Ø bepalen op afstand waar verlichtingssterkte= 500 lux

• >< Recentere aanbeveling IEC TR 62778:2014 : Ø bepalen op 20 cm

(15)

Vlakke lichtbron

27

Kleurtemperatuur 3000K, Lambertiaanse straling

o Risico-vrij < 452.000 lm/m²

• 60  60 cm paneel: < 163.000 lumen

• 1000 lumen bron: > 4,7 4,7 cm

• Uitgemiddeld over Ø 20 mm o RG 1: kleine bron ( 0,63°)

• < 1440 lux op 20 cm  < 181 lumen

• Op afstand voor 500 lux: altijd  RG 1 (t.e.m. CCT = 8000K) o Typische midpower led:  4,8  2,7 mm, 37,6 lm

• 641 W/m²/sr  (4,8  2,7 mm²) / (/4  20 mm²) = 26,4 W/m²/sr

= risico-vrij

Risico groep 2

28

• Naakte high brightness leds

o Zelfbouw is geen goed idee

• Blauwe led projectoren op korte afstand

(16)

Effect op circadiaan ritme en slaap

29

Andere golflengtes, andere curve

Photopic Melanopic CCT Tuneable PI-LED 2700K 1 0,37 2539

Incadescent 2700K 1 0,42 2701

Fortimo LED 1 0,45 2940

TL830 1 0,37 2940

Halogen 3000K 1 0,48 3000

LED_TM30#69 1 0,40 3096

Xicato Artist 3000K 1 0,52 3184 Tuneable PI-LED 4000K 1 0,58 3953

Fluo - F11 1 0,51 3999

Tuneable PI- LED 6500K 1 0,79 5952

D65 1 0,91 6504

Effect op circadiaan ritme en slaap

Melatonine onderdrukking

Fluorescent 6500K

+10% =‘licht’ x 2

(17)

Melatonine onderdrukking door licht

• Betere onderdrukking van melatonine overdag

= minder slaperig overdag EN betere slaap ‘s nachts

= beter functioneren, welzijn en gezondheid

• Tijdstip, dosis, spectrum hebben invloed

• Opletten met licht ‘s avonds en ‘s nachts: licht hygiëne Moeilijk inslapen of her-inslapen

31