Facebook
Facebook
YouTube
Instagram

Värilämpötilan säätö valaistuksessa tarkoittaa lyhyesti sitä, että huonetilan (esim. asunto, toimisto tai julkinen tila), valaistuksen värilämpötilaa pystytään säätämään. Värilämpötilan säätö voi olla laaja, eli vaikka välillä lämmin – kylmän valkoinen (esim. 3000…10000 K) tai huomattavasti kapeampi rajoittuen esim. välille, lämmin – puhdas valkoinen (3000…5000 K). Säätöalue valitaan tarpeen mukaan. Värilämpötilan säätöön voidaan ja yleensä kannattaakin yhdistää myös valomäärän säätö, eli valaistuksen voimakkuus.

MIKSI VÄRILÄMPÖTILAA PITÄISI SÄÄTÄÄ?

Lyhyesti – säätämällä värilämpötilaa, voit säätää myös vireystilaasi. Värilämpötilan (eli CTT, color temperature) säätö säätää myös omaa vireystilaamme. Tällä tarkoitetaan sitä, että valaistuksen kokonaisvaltaisella säädöllä autamme kehoamme luontaisesti nukahtamisessa, nukkumisessa, heräämisessä ja päivän töissä. Värilämpötila ja valovoimakkuus vaikuttaa uusimpien tietojen mukaan suoraan vireystilaamme.

MITEN VALO JA SEN OMINAISUUDET VAIKUTTAVAT MEIHIN?

Valo eli valon säteily vaikuttaa aivojen näkökeskuksen lisäksi koko kehon vireystilaan, hyvinvointiin ja suorituskykyyn. Vuonna 2002 tehtiin yhdysvalloissa tutkimus (viite 1), joka osoitti, että valo vaikuttaa jo ennestään tunnettujen sauva- ja tappisolujen lisäksi kolmanteen löydettyyn aistinsoluun. Tämä aistinsolu vaikuttaa aivojen eri hormoneihin, joissa sijaitseva käpylisäke on merkittävässä osassa hämärässä ja pimeässä tuotettavan unihormonin, melatoniinin, erittymiselle. Kirkkaassa valossa taas lisämunuaisen kuorikerros alkaa erittää stressihormonikortisolia, joka lisää verensokeria, antaen keholle energiaa ja kohentaa immuniteettia. Talven vähäisen päivänvalonmäärän aiheuttamia häiriöitä pidetään suurimpana syynä kaamosmasennukseen, englanniksi Seasonal Affective Disorder-nimellä kutsuttuun oireyhtymään (SAD).

Talvi kääntymässä kevääksi ja kaamos on taas ohi. Talvipäivän värilämpötila on kylmän puolella (sinispektrinen valo), vaikka aurinko koittaa keltaisuudellaan sitä värittää.

Merkittävimmät viime vuosien valon terveysvaikutusten tutkimustulokset koskevat valon vaikutuksia ihmisen hormonitoimintaan ja vuorokausirytmiin. Valon saapuessa silmän reseptorisoluun, käynnistyy monimutkainen, kemiallinen prosessi, joka vaikuttaa aivojen suprakiasmaattiseen tumakkeeseen, jonka avulla elimistö noudattaa noin 24 tunnin vuorokausirytmiä. Kronobiologisella järjestelmällä tarkoitetaan tätä ihmisen vuorokausirytmiä ja vuodenaikojen vaihtelua. Rytmiin vaikuttavat perintötekijät, mutta myös joissain määrin ympäristötekijät, ennen kaikkea valo. Valo siirtyy hermoratoja pitkin silmän verkkokalvolta hypotalamuksen niin sanottuihin suprakiasmaattisiin tumakkeisiin ja sieltä edelleen käpylisäkkeeseen. Käpylisäkkeestä lähtee käsky vuorokausirytmiämme ohjaaville, melatoniini-hormonia tuottaville soluille, lopettaa tämän hormonin tuotanto. Melatoniini-hormooni vaikuttaa suoraan vireystilaamme, nukahtamiseen ja heräämiseen. Hämäryys ja pimeys käynnistävät melatoniinin tuotannon, kun taas voimakas sinispektrinen valo tukahduttaa hormonin tuotannon tehokkaimmin. Sinispektrinen valo on värilämpötilaltaan kylmää (yli 6000 K).

Auringon lasku on hyvin punertava. Kun valon värilämpötila muuttuu ja valomäärä laskee, alkaa melatoniinin tuotto.

MITEN VALO VÄRILÄMPÖTILAN SÄÄTÖ VAIKUTTAA MEIHIN?

Värilämpötilan säädöllä saadaan paljon hyötyjä mm. kotona, työpaikoilla, opetustiloissa ja julkisissa tiloissa, koska se vaikuttaa mm. melatoniinin tuotantoomme. Näissä tiloissa kannattaakin käyttää muuttuvaa valaistusta, jota voidaan yksinkertaisimmillaan ohjata manuaalisesti tai automaattisesti esim. kellon, päivänvalon, liikkeen tai läsnäolon mukaan.

Apu nukahtamiseen ja heräämiseen.

Melatoniini on ns. yöhormoni ja se auttaa elimistön sisäistä kelloa pysymään ajassa säädellen vuorokausirytmiä ja edistäen unensaantia. Sen eritys on suurimmillaan yöllä pimeän aikaan ja huipussaan keskiyön jälkeisinä tunteina. Melatoniinilla on vuorokausirytmin säätelyn ohella muitakin vaikutuksia. Se vahvistaa elimistön puolustusjärjestelmää ja vaikuttaa vireystilaan.

Suomessa väitöskirjaa varten tehdyssä tutkimuksessa (viite 2), jossa testattiin valon määrän ja värilämpötilan vaikutuksia melatoniin tuotantoon, on huomattu, että alle 30 luksin värilämpötilaltaan lämminsävyisessä valossa (alle 4000 K), ei enää vaikuttanut melatoniin tuotantoa vähentävästi. Sadan luksin valomäärä viileänsävyisessä valossa (yli 6000K, sinertävä) taas esti melatoniin tuotantoa jo merkittävästi. Kodeissa yleinen valaistuksen taso on 30-80 lx ja siivoustasoinen yleisvalo vähintään 150-200 lx, mielellään enemmän. Siivoustasoinen valo iltaisin siis vaikuttaa melatomiinin tuottoon, varsinkin jos se on vielä viileän sävyistä. Hämäryys ja pimeys käynnistävät melatoniinin tuotannon, kun taas voimakas, viileämmän värilämpötilan valo tukahduttaa hormonin tuotannon tehokkaimmin ja nukahtaminen on vaikeampaa, uni ei tule. Viileämpi värilämpötila aamuisin taas antaa herättävää vaikutusta, kun melatoniinin tuotanto pysähtyy. Sitä kannattaa vielä tehostaa suuremalla valomäärällä.

Eikä uni tule?

Illan punertavalla taivaalla on meihin rentouttava vaikutus, aivan kuten takan ja nuotion lämminsävyisillä liekeillä. Näitä värejä ja valaistusvoimakkuuksia hyödyntämällä pystymme toistamaan nämä vaikutukset nyt myös keinovalolla, kun käytetään LED tekniikkaa. Aamulla viileämpi värisävy auttaa heräämisessä, illalla lämpimämmän sävyinen himmenevä valo auttaa nukahtaaman. Luontaisen vuorokausirytmimme, melatoniinin tuoton ja nukahtamisen helpottamisen takia iltaisin kannattaakin säätää valon värilämpötilaa lämpimämpään suuntaan, samalla valomäärää alentaen, jotta kehomme aloittaa luontaisen melatoniinin tuoton ja näin helpotamme nukahtamistamme. Aamulla taas päivä kannattaa aloittaa korkeammalla värilämpötilalla ja suuremalla valomäärällä, niin melatoniinin eritys loppuu ja vireystilamme nousee.

Auringon lasku on hyvin punertava. Illalla lämpimämmän sävyinen värilämpötila auttaa nukahtaaman.

Edellä mainittu tutkimus on myös osoittanut, että etenkin syksyllä valon kylmempi sävy auttaa ylläpitämään vireyttä. Tutkimus on osoittanut myös, että viileämmän värilämpötilan valaistus lievensi iltapäiväväsymystä, niin sanottua post-lunch-dip-efektiä. Tämä vahvistaa taas käsitystä siitä, että keinovalon merkitys on suuri pimeinä vuodenaikoina varsinkin toimitoissa.

Ikääntyneillä uni-valverytmin kannalta tärkeä melatoniini-hormonin tuotanto heikkenee. Ikääntyneet kärsivät useammin huonosta unenlaadusta ja unettomuudesta ja he ovat herkempiä univalverytmin häiriöitä aiheuttaville tekijöille. Ikääntyneillä on myös taipumustavuorokausirytmin aikaistumiseen, kun taas nuoremmilla ihmisillä on taipumus vuorokausirytmin pidentymiseen.

Yöllä kuutamo voi häiritä yöuniamme. Samalla tavalla keinovalaistus häiritsee sitä.

Yöaikaisen valon on todettu olevan haitallista. Käpylisäke vastaa melatoniinin tuotannosta ja laskee myös kehon lämpötilaa, heikentää vireyttä, ja edistää siten unensaantia melatoniinin lisäksi. Sen tehtäviin kuuluu myös muiden hormonien kurissa pitäminen kuten estrogeenin, jonka liiallinen yöaikainen eritys lisää rintasyövän riskiä naisilla. Tämä on niin sanotun valosaasteen haittapuolia. Valosaasteeksi kutsutaan kaikkea haitallista ja tarpeetonta keinovaloa.

Valon värin biologiset vaikutukset ihmiseen

Valon värillä on suuret biologiset vaikutukset ihmiseen. ”Sinisellä”, kylmällä valolla (auringon nousu) on suuremmat biologiset vaikutukset kuin lämpimällä, ”punertavalla” valolla (auringon lasku). Auringon laskun ja nousun aiheuttama valon värimuutokset aiheuttavat tunteellisen vaikutuksen lisäksi myös biologisia vaikutuksia. Sininen väri aamuisin aiheuttaa herättävää vaikutusta, melatoniinin tuotanto pysähtyy. Illan punertavalla taivaalla on rentouttava vaikutus. Näitä värejä ja valaistusvoimakkuuksia hyödyntämällä pystymme toistamaan nämä vaikutukset keinovalolla.

Väärällä valaistuksella (liikaa keinovaloa pimeällä) on myös havaittu yhteys joka vuosi kasvaneisiin rintasyöpätapauksiin. Esim. vuorotyötä öisin tekevillä naisilla on yli 2 kertaa suurempi riski sairastua rintasyöpään. Tämä johtuu melatoniinin tuotannosta (Lähde: Melatonin, sleep disturbance and cancer risk. David E. Blask. Laboratory of Chrono-Neuroendocrine Oncology, Department of Structural and Cellular Biology).

VÄRILÄMPÖTILAN MUUTOS JA OHJAUS

Värilämpötilan ohjauksella tarkoitetaan valolähteen värivaikutelman ohjausta. Valaisimen valonlähteitä voidaan säätää lämpimän ja kylmän värilämpötilan välillä.

Värilämpötilan ja valon voimakkuuden säätimen kauko-ohjain. Tällä on helppo muuttaa värilämpötilaa ja valon voimakkuutta tilanteen mukaan.

Värilämpötilaltaan säätyvissä tuotteissamme on yhdistety samaan nauhaan lämminsävyisiä ja viileämän sävyisiä valonlähteitä niin, että värit sekoittuvat tasaisesti, eikä erivärislämpöiset valolähteet erotu valaisimen ulkopuolelle. Kun lämmin- ja viileämmänsävyisiä LED:ejä ohjataan erikseen, saadaan niiden valojen sekoittuessa säädettyä värilämpötilaa. Säätö on helpointa tehdä esim. värilämpötilan säätöön tarkotetuilla säätimillä.

Kuvassa LED -valonauha, jossa joka toisella LED:illä on eri värilämpötila. Lämmin valkoinen (noin 3200 K) ja puhtaan valkoinen (max 4500 K). Nauhalla voidaan tuottaa värilämmöltään 3200…4500 valoa, myös laajemmalla säätöalueella olevia tuotteita on valikoimasamme, esim. 3000…7000 K.

Värilämpötilan ohjauksessa voidaan valkoisen LED-lähteen lisäksi käyttää myös RGB- valonohjausta. RGB , jossa käytetään kolmea väriä. Yhdistämällä punainen, vihreä ja sininen värin saadaan aikaiseksi valkoista valoa. Näitä pisteitä siirtämällä pystytään valkoisen valon värilämpötilaa myös muuttamaan. Huonona puolena tässä on, että RGB nauhalla tehty valkoinen on värintoistoindeksiltään heikko (Ra>20), koska spektri ei ole kovin hyvä.

RGB LED nauha. Sama LED komponentti tuottaa punaista, vihreää ja sinistä väriä, sekä kaikki niiden sekoitukset, myös valkoisen valon.

VALKOISEN LED NAUHAN SPEKTRI RGB NAUHALLA

Valkoista valoa voi siis tuottaa sekoittamalla kolmea väriä, punaista, vihreää ja sinistä keskenään (näin se televisiossakin tehdään). RGB:llä tehdyn valkoisen valon värilämpötilaa on myös helppo säätää. Mitasimmekin tietokoneeseen liitettävällä Gigahertz-Optik BTS256 LED-valomittarilla RGB LED-nauhan valoteknisiä ominaisuuksia, sekä valon spektrin.

Mittausjärjestely. Kuvassa RGB LED-nauha on asennettu laatikon sisälle. Valo tulee laatikosta ulos heijastuksen kautta, laatikon pinnalla on sen lisäksi diffusori. Mittalaite on suoraa diffusorin päällä mitaten laatikon sisään. Laite on liitettynä tietokoneeseen, jossa valon ominaisuuksia voidaan analysoida mittaustulosten perusteella.

RGB-nauhan tuottama valkoinen, säädettiin aistinvaraisesti (silmin) miellyttäväksi. Tämän jälkeen mitattiiin värilämpötila, joksi saatiin 4281 K. Hallitseva valon aallonpituus oli 584,7 nm, joka on lähes sama kuin verrokkina käytetyissä valkoista valoa tuottavissa LED-nauhassa (578 nm ja 580 nm).

 Kuvankaappaus tietokoneelta. RGB nauhalla tuotettu valkoinen. Värilämpötila 4281 K ja hallitseva aallonpituus 584,7 nm.

Tämän jälkeen mitattiin valon spketri ja värintoistokyky eli värintoistoindeksi (lyhenne CRI) Ra. Värintoistoindeksissä Ra=100 tarkoittaa sitä, että valo toistaa aistinvaraisesti värit täysin samoin kuin hehkuva metallikappale (plankin vakio). Metallit hehkuvat lämpimän sävyisenä, joten luku 100 ei tarkoita absoluuttisesti hyvää värintoistoa, vaan sitä, että värit toistuvat yhtä hyvin (tai virheellisesti) kuin hehkuvan metallikappaleen valossa. Auringolla (heliumkaasupalo) värintostoindeksi onkin vain 90. Tyypillisesti hyvänä värintoistoindekisnä on pidetty kaikkia lukuja yli 80, jonka kaikki valkoiset LED-tuotteemme saavuttavat. Indeksiltään alle 70:n jäävä valo taas koetaan luonnottomaksi tai värittyneeksi, tai jotkin tietyt kohteet näyttävät valossa omituisilta. RGB nauhalle mitattiin vaatimaton lukema Ra = 17, joka vastaa joidenkin teollisuus- ja liikennevalaisimien värintoistoindeksiä. Eli huono värintoisto.

RGB nauhalla tuotetun valkoisen valon spektri.

Yläkuvassa on valkoisen valon spektri kun se on tuotettu RGB LED:illä. Selvästikään spektri ei ole kovin leveä tai tasainen. Spektrissä on kolme piikkiä. Kukin piikki vastaa valolähteen kolmea pääväriä, sininen, vihreä ja punainen. Piikkien väliin jäävät värit eivät toistu kunnolla. Tästä syystä CRI luku on kovin vaatimaton, Ra=17.  Selvästikään tämä ei ole hyvä ratkaisu tehdä valkoista värilämpötilaltaan säädettävää valoa huonetiloihin.

VALKOISEN LED -NAUHAN VALON SPEKTRI JA VÄRILÄMPÖTILAN SÄÄTÖ

Kuten edellä totesimme, RGB valoa tuottavalla LED:illä ei ole järkevä tuottaa valkoista valoa huonetiloihin. Tästä syystä on kehitetty valkoisilla LED-komponenteilla tehtävä värilämpötilan säätö. Käytänössä säätö tapahtuu niin, että kahden eri värilämpöisen valkoisen LED:in välistä tasapainoa (valomäärää) säädetään. Kun valo tulee tilaan epäsuorasti heijastuksen ja/ tai diffusorin kautta, niin valon värilämpötila on tasainen, eikä siinä ole erottuvia eri värilämpöisiä alueita. Alla on saman nauhan spektri eri värilämpötiloilla lämpimän ja viileemmän värilämpötilan alueella (ja niiden välissä puhdas valkoinen).

Värilämpötilan säädön muutos valon spektriin. Kylmän valkoisen spektriviiva on 450 nm kohdalla korkein ja lämmin valkoisella matalin. Kuvassa kylmän värilämpötila on 4536 K, puhtaan 4183 K ja lämpimän 3760 K.

Kuten ylemästä spektrikuvasta näkee, spektrin leveys on huomattavasti leveämpi ja se on ”tasaisempi” kuin RGB:lla toteutettuna. Tästä syystä CRI luku Ra on suurempi kuin 80 ja värit toistuvat paljon paremmin. Lämpimämmän valkoisen alueella lämpimät sävyt korostuvat, koska sininen osuus (450 nm) pienenee ja lämpimän alueen (550-650 nm) spketri kasvaa. Sinisen määrä on lämmin valkoisella siis pieni ja lämpimämmän valon (punainen-oranssi-keltainen: 550-650 nm) alueella suurempi. Tämä vastaa juuri sitä, millä ihmisen omaa luontaista melatoniinin tuottoa säädellään. Keinovalolla voidaan siis vaikuttaa luonnon valon aiheuttamaan vuorokausirytmiin. Keinovalolla voidaan joko sekoittaa tai sitä voidaan ohjata ja tukea. Valaistuksella on suuri merkitys myös vireystilaamme.

Kuvassa LED-valonauha asennettuna alumiiniproifiiliin, jossa on diffusori. LED-nauhan kumpikin, lämmin ja puhtaan valkoinen, LED- komponentti tuottaa valoa. Heijastuksessa värilämpötilat ovat jo tasoittuneet.

VALKOISEN LED:in JA RGB YHDISTELMÄ VÄRILÄMPÖTILAN SÄÄDÖSSÄ.

Ajatuksena, että käytetään yhtä valkoista valolähdettä (leveämpi spektri) ja säädetään sen värilämpötilaa RGB LED:illä, tuntuu aluksi hyvältä idealta. Kun valojen spektriä kuitenkin katsoo, niin huomataan, ettei tällä menetelmällä saada toteutettua värilämpötilan säätöä. RGB LED:in spektri häviää valkoisen LED:in alle. Alla olevassa kuvassa on ympyröitynä RGB LED:in tuoma osuus valon spektriin. Valkoista vastaavan kokoisen RGB LED nauhan teho ei riitä ylittämään valkoisen LED:in valomäärää, koska värillisten LED-valojen valomäärä on hyvin pieni verrattuna vastaavaan valkoiseen LED:iin. RGB LED-nauhoja tarvittaisiin huomattava määrä lisää, ja se ei ole järkevä ratkaisu. Lisäksi RGB:llä tehty valkoinen väri ei ole kovin pysyvä, väri sävy muuttuu herkästi LED-komponettien lämpötilan suhteen. Värilämpötilaa joutuu siis koko ajan hienosäätämään.

Mitattu valon spektri RGB+W LED-nauhasta. RGB:n osuus on mitätön.

RGB+W nauhalle onkin eri tarkoitus. Samasta LED-nauhasta samalla asennuksella saadaan muodostettua sekä valkoista, että värivaloa tarpeen mukaan. 

KÄYTETYT TUOTTEET

Tässä artikellissa on käytetty esimerkkinä LED valonauhaa, jossa värilämpötilan säätö oli välillä 3000-6500 K. Saatavana on myös LED-valopaneeleita.

Tuotteita, joilla saat värilämpötilaltaan säädettävän valaistuksen löydät mm:

Näillä tuotteilla värilämpötilan ohjaus ja säätö on erittäin helppo toteuttaa. Asennuksen ja käytön kannalta kahdella eri värilämmöllä oleva LED valotuote ei asennuksen kannalta juuri poikkea yhdellä värilämmöllä olevasta. Joihinkin diffusorilla varustettuihin alumiiniprofiileihin mahtuu kaksi LED nauhaa rinnakkain. Tällöin voidaan käyttää kahta tehokasta LED -nauhaa joilla on eri värilämpötila. Tarvitaan vain ohjain, jolla niiden välistä tasapainoa säädetään. Manuaalinen ohjaus on yksinkertainen toteuttaa.

Käytetyn LED -valonauhan  FW300MC5050C24 värilämpötilan säätöalue on noin 2800…6500 K. Räväkkää aamuherätystä kaipaavalle kaamoksesta kärsivä voi säätää nauhasta 5500…5700K värilämmön, vaikka yleensä kotioloissa ei kannata juuri 4500 K:ta korkeammalle mennä.

Käytetyn LED -valonauhan FW300MT505024V värilämpötilan säätöalue on noin 3200…4500 K, joka on yleensä täysin riittävä. Räväkkää aamuherätystä kaipaavalle kaamoksesta kärsivälle on saatavissa myös huomattavasti laajemmalla (n. 3200…6500 K) oleva LED-nauha FW300MC505024V.

VÄRILÄMPÖTILAN OHJAUS

Värilämpötilan ohjauksen ei tarvitse olla portaaton, mutta se tuo käyttömukavuutta. Portaattoman säädön saat tehtyä mm. värilämpötilan säätimillämme. Niillä pystyt säätämään myös valovoimakkuutta.

Värilämpötilan säädön ei tarvitse olla automaattinen, mutta sekin tuo mukavuutta. Automaatisen värilämpötilan säädön saat tehtyä lukuisilla eri menetelmillä. Voit tehdä sen eri ohjausjärjestelmillä (kuten KNX, DALI ja DMX512), mutta ne ovat usein hyvin monimutkaisia ja kalliita. Tietenkin niillä on etunsa.

KERTAUKSENA

Valon värillä on suuret biologiset vaikutukset ihmiseen. ”Sinisellä”,  kylmällä valolla (auringon nousu) on suuremmat biologiset vaikutukset kuin lämpimällä ”punertavalla” valolla (auringon lasku). Auringon laskun ja nousun aiheuttamat valon värimuutokset aiheuttavat tunteellisen vaikutuksen lisäksi myös biologisia vaikutuksia. Sininen väri aamuisin aiheuttaa herättävää vaikutusta, melatoniinin tuotanto pysähtyy. Illan punertavalla taivaalla on rentouttava vaikutus. Näitä värejä ja valaistusvoimakkuuksia hyödyntämällä pystymme toistamaan nämä vaikutukset keinovalolla.  Värilämpötilan säädöllä varustetuilla LED- valotuotteilla on mahdollista toteuttaa laadukas valaistus myös kotiin.

Lähteitä:

Valon värin ja värilämpötilan säätö ja niiden vaikutus ihmiseen

YLE: Tiededokumentti – Pimeyden arvo. 22.1.2014 

VIITTEET

Viite 1: Yhdysvaltalaisten David Berson Brownin yliopistosta ja George Brainard Philadelfian yliopistosta tutkimus vuodelta 2002.

Viite 2:  Emilia Rautkylä tutki värilämpötilan vaikutusta opiskelijoissa väitöskirjansa varten. Aihena oli: valon ei-visuaalisista vaikutukset ihmisen vireyteen ja suorituskykyyn. Tutkimus tehtiin Teknillisen korkeakoulun luentosalissa vuosina 2007 ja 2008. Tilassa käytettiin kahta 49 watin värilämpötilaltaan erisävyistä T5-loistelamppua. Värilämpötiloina toimi 4000 K tai 17000 K, joka sisälsi vahvemman sinisen komponentin.