Биодинамические системы внутреннего искусственного освещения: исследование экономической выгоды от внедрения систем Human Centric Lighting

22.03.16

Внутренние часы (циркадная ритмика) определяют фазы сна и бодрствования, а также частоту сердечных сокращений, артериальное давление крови, самочувствие и настроение. Эта ритмика биологических процессов в значительной степени регулируется и поддерживается светом, проникающим в орган зрения.

Биодинамическое освещение HCL - Human Centric Lighting может позитивно повлиять на самочувствие и трудоспособность служащих в производственных помещениях и в офисах с недостатком дневного света в светлое время суток, а также в осенне-зимний период, когда внутренние часы организма едва ли синхронизируются с динамикой естественного света.

Human Centric Lighting – это биодинамические системы искусственного освещения, имитирующие естественную динамику световой среды – изменение цветового оттенка дневного света и его интенсивности.

Программируемое изменение оттенка белого цвета (вариация цветовой температуры) и интенсивности излучения светильников в течение суток – это и есть основная цель средств и систем HCL.

Чтобы поддерживать и стабилизировать внутренние часы - суточную циркадную ритмику процессов в организме человека, внутреннее искусственное освещение должно плавно воспроизводить в течение дня изменения естественного освещения под открытым небом.

Система HCL включает в себя специальные типы светодиодных светильников и программируемую регулирующую систему. Последняя позволяет варьировать цветовую температуру излучения светильников от 2700 до 6500К и их световой, адекватно изменениям этих параметров у дневного света в светлое время суток.

Интенсивное развитие светодиодных технологий и цифровых систем управления освещением потенциально позволяет реализовывать HCL в самых различных областях внутреннего освещения и уже реализовано достаточно большое количество опытных установок.

В первом исследовании потенциального рынка средств HCL было установлено, что по консервативному сценарию развития, европейский рынок средств HCL к 2020 году достигнет 1 400 000 000 евро, что соответствует приблизительно 7% от общего объема рынка средств общего внутреннего освещения.

Ниже приводятся основные положения отчёта о результатах второго этапа исследований (2015 год), проведенных крупнейшей международной консалтинговой компанией A.T.Kearney и комментарии экспертов ведущих светотехнических концернов – OSRAM (Alfred Wacker), PHILIPS (Annette Steinbusch) и Zumtobel (Peter Dethof).

Эти результаты позволяют достаточно убедительно ответить на резонный вопрос инвестора и конечного потребителя о фактической окупаемости и экономической целесообразности инвестиций в HCL.

В отчёте компании A.T.Kearney «Quantified Benefits of HCL» показаны преимущества системы HCL в производственно-экономической, народно-хозяйственной и социальной сферах, дана их количественная оценка.

Расчёты и оценки проводились для наиболее отзывчивых секторов целесообразного применения HCL:

производства с относительно простыми, однообразными и повторяющимися ручными операциями при небольшой доле автоматизации;
производства со сложными по точности ручными операциями и средней долей автоматизации;
офисные бюро (административно-управленческие, банковские, конструкторско-дизайнерские);
начальные и средние школы;
лечебные учреждения;
пансионаты и дома постоянного проживания людей преклонного возраста;
жилые интерьеры (собственные или съемные квартиры, домашние офисы).

Исследования базировались на сравнении высококачественных нерегулируемых светодиодных осветительных установок (без изменения цветовой температуры и интенсивности излучения) с системами освещения, соответствующими биодинамическим технологиям HCL. При этом учитывалось как визуальное, так и невизуальное (биологическое) воздействие света на человека, под которым понимаются влияние динамической имитации условий искусственного освещения под изменения этих параметров естественной световой среды.

Принималось во внимание, что функционирование системы освещения HCL требует увеличенных затрат электроэнергии, чем у нерегулируемых установок, так как, например, для активирующего действия света в определённое время суток необходима более высокая освещенность и повышенная голубая компонента в излучении светильников. При этом единовременные дополнительные расходы на монтаж системы HCL не учитывались.

Компания A.T.Kearney разработала детальные методики расчёта для оценки соотношения: HCL - реальная польза/расход электроэнергии.

Результаты этих расчётов доступны на сайтах Lighting Europe (Ассоциация европейских производителей средств освещения) и ZVEI (Союз электротехнической и электронной промышленности Германии).

Ниже приведены выборочные результаты оценок соотношения: HCL - реальная польза/расход электроэнергии. Наиболее эффективно действие системы освещения НСL в промышленном производстве с малой и средней степенью автоматизации.

Пример 1: сборочное производство

750 человек персонала сборочного производства (на сдельной оплате труда) были заняты монтажом электронных схем. Биодинамическое освещение при освещенности на рабочих местах 2000 лк повысило производительность труда примерно на 4,5% (по сравнению с нерегулируемой системой) за счёт активирующего эффекта, повышения внимательности и точности операций.

На 1% снизилось относительное количество ошибок. Отмечено также добровольное продление работниками на 1 один год своего трудового стажа на данном предприятии из-за улучшения физического состояния (отмечен как среднесрочный, так и долгосрочный эффект).

Всё перечисленное принесло экономическую выгоду, эквивалентную почти 900 000 евро.

Годовые затраты электроэнергии для работы системы освещения HCL в стоимостном выражении составили 54 000 евро (у нерегулируемой светодиодной системы – 42 000 евро).

Таким образом, экономическая выгода от внедрения HCL в 16,6 раза превзошла стоимость электроэнергии, израсходованной за год для питания светильников и регулирующей системы HCL.

Еще более убедительно выглядят данные, полученные на промышленном производстве с 1000 работниками, выполнявшими более сложные и ответственные ручные операции.

Здесь годовая экономическая выгода от биодинамической системы освещения HCL была оценена в 2 160 000 евро. Это в 40 раз превысило годовую оплату электроэнергии – 54 000 евро. (Для нерегулируемой системы стоимость израсходованной электроэнергии была равной 42 000 евро).

Пример 2: офис с открытой планировкой

При оценке пользы биодинамического освещения в офисе с открытой планировкой, где трудится 200 сотрудников, исходили из того, что система HCL эффективна на 2/3 всей площади помещения. Cтоимость годового расхода электроэнергии на функционировании HCL - 9000 евро, что на 2000 евро в год больше, чем у нерегулируемой системы освещения.

Экономическая выгода от HCL была оценена в 111 000 евро в год, что в 12,3 раза превышает годовую стоимость израсходованной электроэнергии. Преимущества НСL выразились в повышении на 1% производительности и качества труда, сокращении дней пропусков работы по болезни. Уменьшилась и текучесть кадров, а, значит, сократились временные и финансовые затраты на поиск новых сотрудников и их специальное обучение.

Если не считать вполне допустимого скепсиса относительно HCL, то трудности внедрения биодинамической системы освещения могут возникать также и от того, что работодатель, предприниматель и в конечном итоге пользователь освещения и инвесторы зачастую представляют различные компании.

Пример 3: учебное заведение

В одной из школ (1000 учащихся, педагогический персонал – 80 чел.) годовая стоимость электроэнергии, израсходованной на систему HCL, была равной 11000 евро (нерегулируемая система потребляет 8000 евро). Повышение эффективности познавательных функций у целого ряда учащихся было оценено в 15%. Дефицит внимательности и прилежности, а также помехи от гиперактивности у других школьников были снижены примерно на 10%.

Исследователи исходили из того, что дополнительные расходы на компенсацию указанных выше негативных факторов в расчёте на одного учащегося были приблизительно равны 6000 евро.

Кроме того, учитывалось снижение психической нагрузки на учителей (стрессы, нервные срывы) и связанные с этим болезни (пропущенные трудовые дни), а также принятие решений учителями о дальнейшем пребывании и продлении стажа работы в этой школе. Финансовые преимущества от действия HCL в школьных классах составили, согласно расчётам, 43 000 евро в год, а оплата за израсходованную электроэнергию оказалась равной 11 000 евро, что почти в 4 раза меньше.

Эксперимент в одной из гамбургской школе показал, что динамика общего освещения в школьных классах в течение учебного времени, в соответствии с технологией HCL, позволила значительно повысить концентрацию и внимательность, улучшить познавательные функции, уменьшить число ошибок при арифметичесикх расчетах и повысить их скорость. Легче преодолевалась сонливость, свойственная младшим ученикам в осеннее время, снижалась их чрезмерная моторная активность на переменах.