СВЕТОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ: НЕГАТИВНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ НА ЛЮДЕЙ – ОТ ПРИЧИН К РЕШЕНИЯМ

 

ДЕНИС НИКОЛАЕВИЧ МАКАРОВ

к. т. н., доцент кафедры светотехники, НИУ МЭИ, Москва, Россия

e-mail: makarovd@list.ru

 Статья размещена в  журнале «Современная Светотехника»» №3

Использование электрического освещения не обходится без последствий для окружающей среды. Производство электроэнергии всегда приводит к ее загрязнению, как прямому, например, к загрязнению воздуха в результате сжигания ископаемого топлива, так и косвенному, когда приходится утилизировать генерирующее и передающее оборудование. Но сам по себе свет также может рассматриваться как форма загрязнения окружающей среды. Действительно, за последние два десятилетия обеспокоенность общественности последствиями использования света на улице в ночное время росла, чему способствовали хорошо организованные пропагандистские кампании с использованием таких эмоциональных лозунгов, как «Наши дети никогда не увидят звезд». В результате правительства ряда стран предприняли шаги по ограничению использования света на улице в ночное время, приняв ряд нормативных актов или внося изменения законодательства. В статье рассматриваются причины светового загрязнения, его последствия, реакция на него и меры по борьбе с ним.

Ключевые слова: искусственное освещение, засветка неба, циркадные ритмы, экологические последствия, городское освещение, ночное небо, энергопотребление, нарушение сна, экранирование света, энергоэффективное освещение, международная ассоциация темного неба (IDA), экологическая проблема, паразитный свет, блескость.

Введение

Формы светового загрязнения

Световое загрязнение, или навязчивый свет, как его иногда эвфемистически называют, может принимать три формы. Это свечение неба, паразитная засветка окон и слепящий свет. Свечение неба – это увеличение яркости неба в ночное время по сравнению с естественным отраженным светом от луны. Засветка неба заметна над большинством городов в виде светящегося плоского светового купола (рис. 1).

Рис. 1. Свечение неба над Кентербери, Великобритания, население 149 000 человек

В отличие от свечения неба, паразитная засветка в окна – это локальное явление, приводящее к зрительному раздражению у отдельных людей. Классический случай, вызывающий жалобы на засветку в окна, – попадание света от расположенного поблизости светильника в окно жилых зданий (рис. 2).

Рис. 2. В данном случае засветка в окна была уменьшена путем установки на светильник защитного экрана со стороны дома

Это настолько распространенная ситуация, что производители светильников для уличного освещения обычно предлагают в качестве дополнительной опции шторку, называемую защитным экраном для окон.

Засветка в окна бывает двух основных видов: блескость, вызывающая зрительное ослепление, и дискомфортная засветка (рис. 3). Ослепление влияет на зрительные способности человека, которые можно измерить с помощью обычных психофизиологических процедур и фотометрических средств измерения – освещенность на сетчатке глаза. Проблема же дискомфортной засветки при ярком освещении не совсем однозначна. Особенно когда люди жалуются на визуальный дискомфорт при попадании яркого света от светильников в окна.

Рис. 3. Освещение прилегающей к дому территории. Система освещения создает паразитную засветку окон и причиняет дискомфорт

Особенность, которая отличает яркий свет от паразитной засветки, заключается в том, что яркий свет вызывает дискомфорт, в то время как ослепление приводит к нарушению работы. Кроме того, блики могут быть связаны с использованием мощных светильников (прожекторов), расположенных на достаточно большом расстоянии, так что освещенность в границах окон может быть незначительной, тогда как яркость от источников света оказывается достаточно высокой и вызывает дискомфорт.

Причины светового загрязнения

Светящееся небо

Небесное свечение представляет собой увеличение яркости неба после наступления темноты, вызванное деятельностью человека, в частности, электрическим освещением. Исходной точкой, по отношению к которой измеряется свечение неба, является яркость неба, создаваемая отраженным или прямым светом солнца, луны, планет, звезд, рассеивание излучения межпланетной пылью, а также молекулами и аэрозолями в атмосфере Земли. Кроме того, небольшой вклад вносит свет, образующийся в результате химической реакции верхних слоев атмосферы с ультрафиолетовым излучением Солнца. Яркость неба в зените после наступления темноты составляет порядка 0,0002 кд/м².

Когда свет проходит через атмосферу, он рассеивается молекулами воздуха и содержащимися в нем аэрозолями. Аэрозоли – это взвешенные капли воды и частицы пыли. Молекулы воздуха рассеивают свет вперед и назад, немного отклоняясь в сторону. Это рэлеевское рассеяние намного сильнее для коротких видимых длин волн, поэтому днем небо кажется голубым. Аэрозоли рассеивают свет преимущественно в прямом направлении. Это рассеяние Ми не зависит от длины волны в видимой области, поэтому днем облака кажутся белыми. Там, где мало аэрозолей и молекул воздуха, свечение неба очень слабое, поэтому в таких районах, как пустыня Атакама в Чилийских Андах, где население невелико, загрязнение воздуха незначительно, а воздух очень разреженный и сухой, строятся новые большие оптические телескопы.

Одним из подходов к оценке интенсивности свечения неба в конкретном месте является шкала темного неба Бортла (Bortle Dark-Sky Scale, Bortle, 2001). Это эмпирическая девятиуровневая шкала яркости ночного неба в определенном месте. Она количественно определяет астрономическую наблюдаемость небесных объектов и помех, вызванных световым загрязнением, и варьируется от класса 1 (самое темное небо на Земле) до класса 9 (небо в центре города). Она аналогична шкале Бофорта, используемой для определения скорости ветра. Таким образом, это удобный метод, с помощью которого можно составить карты свечения неба и определить подходящие места для наблюдения за небом. Однако от данного метода не настолько много пользы, как от прогнозирования влияния предлагаемых осветительных установок на свечение неба. Для этого требуется количественная модель яркости неба, и таких моделей существует несколько. Одной из самых ранних и, безусловно, самых простых является закон Уокера (Walker, 1977). Его можно сформулировать как:

I = 0.01Pd–2.5,  где

I – пропорциональное увеличение яркости неба по сравнению с естественной яркостью при наблюдении на высоте 45° над горизонтом в направлении населенного пункта или города;

P – численность населения города;

d – расстояние от точки обзора до города (км).

Эта эмпирическая формула предполагает определенное потребление света на душу населения. Опыт показывает, что прогнозы справедливы для городов, где количество светового потока на человека составляет 500–1000 лм. Для создания карт свечения неба использовались более сложные модели, основанные на физике рассеяния света (Baddiley and Webster, 2007; Kocifaj, 2007). Эти модели позволяют делать прогнозы для различных высот и азимутов обзора, а также для различных атмосферных условий.

Одним из аспектов свечения неба, который, как часто утверждается, имеет решающее значение, является свет, излучаемый светильниками, преимущественно параллельно горизонтальной плоскости. Это, безусловно, верно для тех, кто надеется увидеть звезды из обсерватории, расположенной на некотором расстоянии от ближайшего города, но неверно для тех, кто живет в этом городе. Чтобы свет уменьшал видимость звезд при наблюдении с фиксированной позиции, он должен рассеиваться по прямому пути от точки наблюдения к звездам. Если точка наблюдения находится в нескольких милях от основного источника света, то очевидно, что свет, излучаемый в горизонтальной плоскости, имеет больше шансов пересечь прямой путь, чем свет, излучаемый прямо вверх. Кроме того, свет, излучаемый вблизи горизонтали, должен проходить через атмосферу, содержащую гораздо больше молекул воздуха и аэрозолей, чем атмосфера на больших высотах. Однако для жителя города свет, излучаемый близко к горизонтали, с большей вероятностью будет поглощаться окружающими зданиями, чем свет, излучаемый непосредственно вверх, хотя в первом случае могут возникнуть жалобы на засветку в окна. Неуместность света, излучаемого близко к горизонтали, для жителей города признается в одной из моделей свечения неба, в которой утверждается, что свет, исходящий из городов и деревень, расположенных на некотором расстоянии от обсерватории, может быть смоделирован как большой анизотропный источник света (Soardo et al., 2008).

Даже если свет не направлен непосредственно вверх, свечение неба все равно возможно. Это связано с тем, что при попадании света на любую поверхность часть его отражается. Таким образом, при проектировании освещения, основанном на величине освещенности, которая, помимо освещения дорог и магистралей, является единственной фотометрической характеристикой, чем выше коэффициент отражения освещаемых поверхностей, тем больше количество отраженного света, и большая часть этого отраженного света будет направлена в небо. В некотором смысле такое широкое распространение света – это плата за то, чтобы было светло везде, куда бы мы ни направили свой взгляд. Рассеянный свет не вызывает бликов и маловероятно, что вызовет паразитную засветку окон жилых домов, но при этом он способствует свечению неба.

Паразитная засветка в окна

Паразитный свет в окна можно расценивать как посягательство на нарушение личного пространства людей. В большинстве жилых зданий есть окна или зенитные фонари на крыше, и именно они способствуют проникновению света в помещения. Считается ли паразитная засветка в окна после наступления темноты незаконным и вредным актом, зависит от индивидуального восприятия. Большинство людей ожидают, что после наступления темноты в помещение проникнет немного света, и только тогда, когда количество света значительно превышает ожидаемое или когда свет мигает, пульсирует, могут возникнуть жалобы. Таким образом, жалобы на нарушение режима освещения зависят как от последствий засветки в окна, так и от психологии людей. Свет, который мешает сну, чаще становится предметом жалоб, чем свет, не оказывающий такого воздействия. Свет от охранного светильника соседа с большей вероятностью может стать предметом жалобы, чем свет от собственного охранного фонаря заявителя.

Блескость

Яркий, блеский свет влияет как на физиологию, так и психологию людей. Физиологически блескость вызывается светом, рассеянным в глазу, и высоким диапазоном яркостей, присутствующих в поле зрения человека. Психологически это связано с ощущением ограниченной видимости, а также с общим дискомфортом и раздражением. Источники света, которые снижают видимость из-за рассеяния света, могут вызывать раздражение и дискомфорт. Даже если последствия рассеяния света незначительны, рассеяние может быть заметным и, следовательно, раздражающим. Аналогичным образом дискомфорт может быть вызван чрезмерным диапазоном яркости, присутствующим в поле зрения, даже если объекты с высокой яркостью в видимом пространстве оказывают очень незначительное влияние на зрительные возможности наблюдателя. Поскольку это психологический феномен, уровень дискомфорта и раздражения также может быть повышен из-за факторов, не имеющих ничего общего с освещенностью помещения, – например, из-за того, что источником яркого света является светильник нелюбимого соседа.

Последствия светового загрязнения

Наиболее очевидное следствие светового загрязнения – уменьшение видимости звезд и других астрономических объектов. Это происходит из-за того, что свет, рассеянный либо в атмосфере, либо в глазу, создает эффект наложения световой пелены на окружающее пространство. Данный эффект заключается в уменьшении контраста яркости элементов поля зрения, что неизбежно приводит к ухудшению видимости. Звезды маленькие и имеют яркостной контраст, близкий к пороговому значению, поэтому свечение неба может значительно снизить способность видеть такие объекты ночного неба, как Млечный Путь.

Хотя снижение видимости ночного неба является наиболее очевидным следствием свечения неба, световое загрязнение может оказывать воздействие на здоровье человека. Люди – существа дневные, которые эволюционировали в условиях яркого дневного света и недостаточного освещения ночью. Такое сочетание яркого дневного и слабого ночного освещения является одним из наиболее мощных сигналов, используемых для изменения циркадных ритмов. Считается, что частые нарушения циркадной системы вредны для здоровья человека. Конечно, известно, что многолетняя работа в ночные смены с быстрой сменой графиков, которая связана с нарушением циркадного ритма, приводит к ухудшению здоровья (Schernhammer and Thompson, 2011). К сожалению, точно неизвестно, какого количества света ночью достаточно, чтобы вызвать нарушение циркадного ритма, хотя был предложен порог в 30 лк для глаз в течение 30 минут, основанный на подавлении гормона мелатонина (Figueiro et al., 2006). Если это заключение верно, оно говорит о том, что обычное наружное освещение не оказывает негативного воздействия на здоровье человека (Rea et al., 2012).

Гораздо более наглядным примером воздействия светового загрязнения на здоровье человека является нарушение светового режима, которое мешает сну. Нарушенный или неполноценный сон приводит к дефициту сна, что вызывает ощущение усталости, рассеянности и раздражительности. Нарушенный или неполноценный сон может возникнуть, когда ночью в окно спальни проникает свет, особенно если количество света внезапно меняется. Это может произойти, когда тени, отбрасываемые деревом, освещенным уличным фонарем, перемещаются под действием ветра или когда периодически мимо проезжают автомобили с включенными фарами.

Люди – не единственные существа, подверженные влиянию светового загрязнения (Rich and Longcore, 2006). На рост многих растений влияет продолжительность светового дня и количество энергии, получаемой в результате воздействия облучения на растения. Световое загрязнение может изменить продолжительность светового дня и обеспечить дополнительное излучение, что может привести к чрезмерному росту и цветению в неподходящее время года. Что касается фауны, многие существа, такие как совы и летучие мыши, активны ночью и спят днем. У них световое загрязнение может вызвать путаницу в отношении продолжительности дня и, таким образом, ограничить их возможности для кормления. Других существ привлекает свет ночью (Bruce-White and Shardlow, 2011). Очевидным примером являются ночные бабочки, но известны также случаи столкновения стай птиц с высокими освещенными в вечернее время зданиями, что приводило к массовой их гибели (Gauthreaux and Belser, 2006). В результате владельцы некоторых зданий согласились отключить архитектурное освещение на период миграции птиц. Тем не менее другие существа, например черепахи, могут быть сбиты с толку светом ночью и поэтому выбирают путь к ближайшей автомобильной дороге, а не к морю. Важно помнить, что на каждое существо, страдающее от света ночью, скорее всего, найдутся другие, которым это пойдет на пользу. Например, под источником света, привлекающим ночью насекомых и мотыльков, скорее всего, будут сидеть на корточках упитанные жабы.

Реакция на световое загрязнение

Учитывая, что все наружное освещение и часть внутреннего освещения, проникающее через окна, неизбежно способствует световому загрязнению, необходимо рассмотреть, как люди реагируют на это загрязнение. Ответ можно найти по-разному, начиная от жалоб отдельных лиц, деятельности правозащитных групп и заканчивая законодательством правительств.

Небесное свечение стало предметом внимания ряда правозащитных групп (Mizon, 2002), наиболее влиятельной из которых была Международная ассоциация темного неба (IDA, International Dark-Sky Association). Как и у всех правозащитных групп, ее деятельность варьируется от повышения осведомленности о световом загрязнении как проблеме до предложений решений для отдельных людей и общественности (IDA, 2012). Повышение осведомленности достигается за счет распространения спутниковых снимков, показывающих количество света, исходящего от Земли (рис. 4), а также иногда переэкспонированных изображений некачественных осветительных установок. Одной из наиболее успешных инициатив этих активистов стало создание парков и заповедников с темным небом.

Рис. 4. Спутниковый снимок света, исходящего от Земли над Корейским полуостровом

Это места, где разрешено использовать наружное освещение в ночное время, но только после того, как будут приняты все меры для минимизации светового загрязнения. Делается это для того, чтобы астрономы, как профессионалы, так и любители, могли наблюдать за ночным небом. В Соединенном Королевстве (UK) есть парк темного неба в Галлоуэйском лесу (Galloway Forest) площадью 300 квадратных миль в Шотландии и заповедник темного неба в национальном парке Эксмур (Exmoor) в Англии. Кроме того, остров Сарк (Sark, Нормандские острова) был объявлен островом с темным небом. Несмотря на то, что в большинстве этих районов мало людей и еще меньше дорог с асфальтовым покрытием, в деревнях все еще есть школы и предприятия, которым может потребоваться наружное освещение в целях безопасности или производства. Однако стоит отметить, что ограничения на засветку неба могут иметь финансовые последствия. В этих районах активно продвигается туризм, основанный на возможности увидеть ночное небо.

Конечно, во многих местах слишком большая численность населения, чтобы их можно было превратить в заповедник с темным небом, но все же можно сделать кое-что с помощью системы городского проектирования освещения. В Соединенных Штатах IESNA и Международная ассоциация по освещению в темное время суток совместно разработали типовой закон об освещении (IESNA и IDA, 2011). Проектирование освещения в США в значительной степени зависит от городов и округов. Типовое постановление об освещении обеспечивает основу для любых подобных органов власти, которые хотят установить юридические ограничения на количество и тип уличного и дорожного освещения.

В Соединенном Королевстве правительство признало свет таким же аспектом гигиены окружающей среды, как и шум, и определило его как потенциальную законодательную статью в Законе о чистых кварталах и окружающей среде 2005 года. Этот статус позволяет любому лицу, обеспокоенному проблемами с освещением, обратиться с жалобой к властям, которые затем имеют юридическую силу, чтобы потребовать принятия мер по исправлению положения, если они сочтут жалобу обоснованной. Конечно, некоторые объекты не подпадают под это действие. Исключения составляют дороги, аэропорты, портовые сооружения, военные объекты, железнодорожные станции, трамвайные пути, автобусные станции, центры эксплуатации общественного транспорта, центры эксплуатации грузовых транспортных средств, маяки и тюрьмы. В отчете для Министерства окружающей среды, продовольствия и по делам сельских районов (Department for Environment, Food and Rural Affairs) содержится предлагаемая методология рассмотрения жалоб на нарушение правил безопасности при использовании функционального, архитектурного и декоративного освещения, а также кратко описываются последствия различных мер по исправлению положения, которые могут быть приняты (Temple/NEP Lighting Consultancy, 2006).

Хотя большая часть этой деятельности во многих отношениях заслуживает похвалы, важно понимать, что законодательство или нормативные акты, разрабатываемые правозащитной группой, скорее всего, будут предвзятыми в пользу данной группы. Это может вызвать сопротивление, поскольку загрязнение окружающей среды часто обусловлено коммерческими потребностями владельцев бизнеса, а иногда и предпочтениями граждан. Жители больших и средних городов любят, чтобы их улицы были освещены ночью, поскольку освещение создает ощущение безопасности. Аналогичным образом многие дороги освещаются в ночное время, чтобы повысить безопасность движения. Предприятия используют свет в рекламных целях, чтобы идентифицировать себя в темное время суток и привлечь клиентов. Кроме того, архитектурное освещение зданий и ландшафтов – это методы, используемые для создания привлекательной среды в ночное время (рис. 5). Проблема светового загрязнения заключается в том, как найти правильный баланс между этими противоречивыми течениями.

Разные общества решают эту проблему по-разному, но всегда полезно иметь количественное представление о масштабах проблемы. Вос и ван Бергем-Янсен (Vos and van Bergem-Jansen, 1995) определили это для конкретного вида деятельности – освещения теплиц в ночное время для стимулирования роста растений. Такое освещение широко используется в Нидерландах с сентября по середину мая, и теплицы обычно расположены вблизи жилых районов. Освещенность растений обычно составляет 3000–4000 лк и обеспечивается натриевыми лампами высокого давления. Чтобы определить реакцию населения, в 10 районах, расположенных вокруг таких теплиц с подсветкой, был проведен опрос, в ходе которого были получены ответы от 391 жителя. Нарушение требований по ограничению засветки в окна оценивалось путем измерения освещенности фасада дома и опроса о том, раздражает ли жителей свет из теплиц. Освещенность фасадов домов варьировалась от 0,003 до 2 лк, что во всех случаях ниже максимально допустимого уровня, рекомендованного Институтом специалистов по освещению (Institution of Lighting Professionals, ILP, 20110, за исключением случаев с темным небом (табл. 2).

Рис. 5. Архитектурное освещение средневекового замка, расположенного в городе Карнарвон, округ Гуинет, Уэльс, Великобритания

Количество респондентов, которые были по крайней мере «немного раздражены» освещением своих комнат или сада светом из теплиц, составило около 7%, в то время как «сильно раздражены» были только около 3%. Не было выявлено простой зависимости между уровнем раздражения и освещенностью фасада.

Что касается свечения неба, оно было определено количественно по яркости, измеренной под углом 15° над линией обзора теплицы. Эта яркость варьировалась от 0,09 до 0,67 кд/м². Процент респондентов, которые были по крайней мере «немного раздражены» усилением свечения неба, варьировался в пределах 15–45%. Процент респондентов, которые были «очень раздражены» усилением свечения неба, находился в пределах 0–18%. Процент недовольных в обеих категориях повышался с увеличением яркости, хотя более тесная связь между уровнем раздражения и яркостью была получена при использовании отношения яркости неба над оранжереей к яркости темной части неба, не освещенной оранжереей, что является еще одной иллюстрацией важности контраста к зрительному восприятию (рис. 6). Конечно, эти данные относятся к одной ситуации в одной стране, но они указывают на то, что можно сделать, чтобы определить, жалобы на световое загрязнение становятся обычным явлением в обществе или это мнение меньшинства.

Рис. 6. Процент респондентов, которые оценили свечение неба над теплицами, освещенными в ночное время, по крайней мере как «немного раздражает» или как «очень раздражает», в зависимости от соотношения яркости неба под углом 15° над теплицами при яркости части неба, освещенной в ночное время, к не освещенной. (After Vos J. J. and van Bergen-Jansen P. M., Lighting Res. Technol., 27, 45, 1995)

Другой набор данных, который дает представление об уровне обеспокоенности по поводу светового загрязнения в Англии, содержится в отчете о количестве жалоб на нарушения законодательства, поданных в местные органы власти с момента принятия Закона о чистых кварталах и окружающей среде (Clean Neighbourhoods and Environments Act, DEFRA, 2010). За три года, прошедшие с момента вступления закона в силу, в 114 местных органов власти, которые ответили на опрос, было подано 4309 жалоб на освещение, что свидетельствует в среднем 12 жалоб на один орган в год. Из них около двух третей были связаны с освещением для обеспечения внутренней безопасности. Общей чертой этих жалоб были ранее возникшие разногласия между соседями, которые использовали освещение как дополнительный аргумент в своих спорах. Что касается наружного освещения, то наиболее распространенной причиной жалоб стало коммерческое и промышленное охранное освещение. Все жалобы, как бытовые, так и не связанные с домашним хозяйством, были вызваны паразитной засветкой в окна, последствиями которой оказывалось недосыпание или головные боли, а также нарушение нормальной жизнедеятельности. Из этих 4309 жалоб менее чем в 1% случаев было выдано официальное уведомление об ограничении искусственного освещения, что говорит о том, что многие жалобы либо были необоснованными, либо были рассмотрены путем мирного договора между сторонами без обращения к юридическим инстанциям.

Оба исследования показывают, что население не так серьезно относится к световому загрязнению, как утверждают защитники. Это мнение подтверждается тем, что в общеевропейском исследовании отношения к окружающей среде, проведенном Европейской комиссией, световое загрязнение не было включено в число 15 возможных источников беспокойства (EC, 2008). Однако даже если бы были проведены дополнительные исследования и результаты также показали отсутствие широкой озабоченности световым загрязнением, это все равно не стало бы оправданием для игнорирования проблемы, поскольку действия, необходимые для ограничения светового загрязнения, имеют и другие полезные последствия. Свет, излучаемый непосредственно в небо, является расточительством, если только это не неизбежность, как в случае с архитектурным освещением с земли и некоторыми видами ландшафтного освещения. Аналогично освещение, вызывающее засветку в окна или блики, может быть названо источником визуального дискомфорта. Таким образом, можно сказать, что проектирование освещения с целью ограничения светового загрязнения приводит к повышению эффективности и качества освещения в целом.

Ограничение светового загрязнения

Существует множество методов ограничения светового загрязнения, начиная от полного запрета и заканчивая технологией и светодизайном. Рассмотрим каждый метод в отдельности.

Запрет

Первое и наиболее эффективное средство ограничения светового загрязнения – полное отсутствие света. Это означает, что необходимо тщательно подумать, требуется ли вообще наружное освещение, которое обычно предусматривается по одной или нескольким причинам. К наиболее распространенным относятся следующие: для повышения безопасности передвижения, например, по автомобильным дорогам и пешеходным трассам; для предоставления информации, например, с помощью дорожных знаков; для обеспечения возможности выполнения работ, например, на контейнерном терминале; для обеспечения безопасности, например, путем наблюдения за пространством, на автомобильной стоянке; чтобы увеличить время использования открытых площадок, например, на теннисном корте; для рекламы товаров, выставленных на продажу, например, на площадке перед автосалоном; для повышения привлекательности района, например, путем освещения исторических зданий прожекторами. При рассмотрении потребности в наружном освещении необходимо оценить обоснование предлагаемого освещения. В этом обосновании следует учитывать ожидаемые преимущества, какие критерии и нормы освещения должны соблюдаться, а также в какой области и в течение какого периода времени должно быть обеспечено освещение. Нет особой пользы в освещении всей автостоянки супермаркета посреди ночи, когда покупателей немного и те, кто там находится, будут парковаться поближе к дверям. Оценка потребности в наружном освещении новых коммерческих, торговых, спортивных и крупных жилых объектов, как правило, проводится при получении разрешения на проектирование. SLL публикует документ, который предоставляет структуру для проведения такой оценки (SLL, 2011).

Технологии

Правильный выбор источника света и светового прибора для освещения может существенно повлиять на уровень светового загрязнения. Одна из первых попыток уменьшить световое загрязнение заключалась в использовании натриевых ламп низкого давления для освещения дорог в городах, прилегающих к обсерваториям. Изначально этот подход был эффективен, поскольку астрономы могли легко отфильтровывать монохроматический спектр натриевого источника света низкого давления, но сегодня от него в основном отказались по двум причинам. Во-первых, низкий индекс цветопередачи у натриевых ламп низкого давления делает их малопривлекательными для освещения городских пространств. Во-вторых, рост применения света на открытом воздухе владельцами коммерческой и жилой недвижимости, использующими широкий спектр источников света, одновременно увеличил количество излучаемого света и снизил эффективность использования натриевых источников света низкого давления местными властями.

Но все же есть три причины учитывать спектр света при выборе источника света для наружного освещения. Это зависящий от длины волны характер рассеяния света в атмосфере, при сумеречном зрении и светлоте. Рэлеевское рассеяние на молекулах воздуха гарантирует, что коротковолновый свет будет рассеиваться сильнее, чем длинноволновый. Это говорит о том, что следует избегать источников света с богатым спектром в коротковолновой части видимого спектра. Бирман (Bierman, 2012) представил оценку величины разницы в рассеянии для двух источников света: натриевой лампы высокого давления с цветовой температурой 2050 К (цвет света, близкий к оранжевому – длинноволновое излучение) и светоизлучающего диода (LED) с коррелированной цветовой температурой 6500 К (холодный белый свет – коротковолновое излучение), который является источником света, наиболее широко используемым для освещения дорог в США. В атмосфере, содержащей только молекулы воздуха и не содержащей аэрозолей, светодиодный источник будет рассеивать на 22% больше света, чем натриевый источник высокого давления. Однако такая атмосфера фантастична. Атмосфера над населенными пунктами, в которых используется наружное освещение, всегда содержит аэрозоли, а рассеяние Ми от аэрозолей не зависит от длины волны в видимой области. Таким образом, добавление аэрозолей уменьшает процентную разницу в рассеянии между двумя источниками света примерно до 10–20%.

Сумеречное зрение находится между дневным зрением, при котором доминируют колбочковые фоторецепторы, и ночным зрением, при котором активны только палочковые фоторецепторы. При интенсивном наружном освещении яркость света находится в сумеречном диапазоне. Это важно потому, что все фотометрические показатели, используемые при проектировании освещения, предполагают дневное зрение, но в сумеречном состоянии спектральная чувствительность сетчатки, за исключением области центрального зрительного нерва, смещена в коротковолновую часть видимого диапазона. Это означает, что выбор источника света с большей энергией на коротковолновом конце видимого диапазона, то есть более синего света, может обеспечить аналогичные возможности для зрения вне центральной оси при меньшей яркости, хотя при более низкой яркости работа области центрального зрительного нерва будет ухудшаться. Приемлемо это или нет, зависит от светодизайнера.

Что касается влияния светового спектра на восприятие яркости, это связано с тем, что фотометрическая величина яркости, которая является коррелятом яркости, основана на работе ахроматического канала зрительной системы, но восприятие яркости основано на работе как ахроматического, так и хроматического каналов. Другими словами, источник света, который обеспечивает большую стимуляцию цветовых каналов, может вызывать восприятие большей светлоты при той же яркости или равное восприятие светлоты при меньшей яркости.

В совокупности эти три эффекта означают, что выбор источника света для ограничения светового загрязнения всегда должен быть компромиссным. Источники света с большой мощностью в коротковолновой части видимого спектра будут создавать больше рассеянного света и, следовательно, больше свечения неба, если только спектр не таков, что можно использовать меньшую яркость без негативного воздействия на зрительные способности и светлоту.

После выбора источника света следующим шагом является выбор светового прибора. В течение многих лет самым простым советом, как ограничить световое загрязнение, было использование того, что тогда называлось full cut-off luminaire – светильником с полным ограничением распределения света в верхнюю полусферу (IESNA, 2000a). Такой светильник обладает нулевой интенсивностью света при угле 90° от вертикальной оси – верхняя полусфера. Стремясь избежать подобных сложностей, люди, обеспокоенные световым загрязнением, часто используют альтернативный термин «полностью экранированные» (full shield) для описания светильников, которые не излучают свет непосредственно над горизонтальной плоскостью светильника. В полностью экранированных уличных светильниках световое отверстие, через которое выходит свет, обычно закрыто прозрачной плоской линзой. Светильники, в которых линза опускается ниже плоскости светового отверстия, не полностью экранированы.

Недовольная таким упрощением и осознавая критику в адрес своей системы классификации светильников (Bullough, 2002), IESNA разработала новую систему классификации уличных светильников, основанную на процентном соотношении светового потока, излучаемого источником света в нескольких зонах вокруг светильника (IESNA, 2007). На рис. 7 показана сфера, расположенная в центре светильника и разделенная на три зоны. Световой поток, излучаемый в верхнюю полусферу над светильником, является верхним светом. Световой поток, излучаемый в четверть сферы перед светильником и ниже горизонтальной плоскости, является прямым светом, а световой поток, излучаемый в четверть сферы позади светильника и ниже горизонтальной плоскости, является задним светом. Оставшаяся зона, не показанная на рис. 7, – это поглощенный свет, представляющий собой световой поток, излучаемый источником света, который не выходит за пределы светильника. Верхний свет, прямой свет, задний свет и поглощенный свет выражаются в процентах от светового потока источника света. Телесные углы, разделяемые зонами верхнего света, прямого света и заднего света, подразделяются в зависимости от угла наклона от вертикали, направленной вниз от светильника: верхний свет делится на два класса, а прямой свет и задний свет – на четыре класса. Максимальные абсолютные значения светового потока были установлены для обоих классов в зоне верхнего света, для всех четырех классов зоны заднего света и для самой верхней части зоны прямого света (IESNA, 2011). Эти ограничения варьируются таким образом, чтобы разделить светильники на шесть классов по светораспределению, верхнему свету и слепящему действию, при этом все они суммируются в так называемый рейтинг ошибок (BUG rating). Для тех, кто интересуется световым загрязнением, рекомендуется использовать класс верхнего света. Для тех, кто опасается засветки окон, рекомендуется использовать класс заднего света. Для тех, кто хочет избежать слепящего действия, рекомендуется использовать класс прямого света.

Рис. 7. Три зоны вокруг светильника в соответствии с системой классификации наружных светильников IESNA. (Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Luminaire Classification System for Outdoor Luminaires, Technical Memorandum TM-15-07, IESNA, New York, 2007)

К сожалению, хотя выбор светильников на основе этой системы классификации безусловно полезен для уменьшения засветки окон и ограничения слепящего действия, но для сокращения светового загрязнения он может оказаться менее эффективным по двум причинам. Во-первых, ограничение направленного вверх светового потока от светильников уменьшает только количество света, непосредственно влияющего на свечение неба, но игнорирует косвенный вклад света, рассеянного на пути к небу, а также света, отраженного вверх от освещаемых поверхностей, к примеру от дорожного покрытия. Эти поверхности рассеянного света могут быть основными факторами светового загрязнения. Во-вторых, в данных рекомендациях светильник рассматривается изолированно, а не как часть системы освещения. Кейт (Keith, 2000) рассчитал общее количество светового потока, поднимающегося в небо от установки освещения проезжей части, на единицу освещаемой площади дороги, включая как свет, направленный непосредственно вверх, так и свет, отраженный от дороги и прилегающей территории. Кейт обнаружил, что если бы использование светильников с более тщательно контролируемым распределением светового потока требовало большего расстояния между ними для соответствия критериям равномерности освещения дорог, то в небо поднималось бы больше света.

Проектирование

Даже если источник света и световой прибор подобраны таким образом, чтобы свести к минимуму световое загрязнение, световая установка все равно может внести значительный вклад в световое загрязнение из-за создаваемого более высокого уровня освещенности. Бронс и коллеги (Brons et al., 2008) рассмотрели проекты установок наружного освещения, охватывающие 66 автостоянок, 33 автодороги и 20 спортивных сооружений. Утверждается, что проекты представляют собой общепринятую практику и соответствуют рекомендациям CIE для объектов в Европе и IESNA для объектов в Северной Америке. После завершения проектирования вокруг участка на границе был установлен виртуальный бокс на расстоянии 10 м от высоты самого высокого светильника. Затем была рассчитана площадь каждой грани бокса и средняя освещенность на этой грани, включая отраженный свет. Эти данные были использованы для расчета средневзвешенной по площади освещенности всех сторон бокса – показателя, названного светимостью, который количественно определяет количество света, покидающего пространство освещения. На рис. 8 показан график светимости в зависимости от средней освещенности на нижней грани бокса, то есть на земле. Из рис. 8 ясно видно одно: чем больше света используется для освещения поверхности, тем большее количество света выходит за пределы пространства освещения и, следовательно, тем выше риск возникновения светового загрязнения.

Рис. 8. Средневзвешенная по площади освещенность, выходящая за пределы пространства освещения (светимость), сопоставленная с освещенностью на земле для освещения 66 автостоянок, 35 дорог и 20 спортивных сооружений. (After Brons, J.A. et al., Lighting Res. Technol., 40, 201, 2008)

Это показывает, что определение мощности светового потока светильника и уровня освещенности, создаваемой световой установкой на освещаемой поверхности объектов, является важной предпосылкой для контроля светового загрязнения. Уровень освещенности зависит от назначения освещения. Существуют широко используемые рекомендации по освещению дорог, для работы на открытом воздухе, для занятий спортом и для охранного освещения (BSI, 2003, 2007a; SLL, 2006b, 2012b; IESNA, 2011a). Эти рекомендации применимы независимо от местоположения объектов освещения, поскольку они основаны только на требованиях к зрительным задачам, связанных с объектом освещения и его типе. Однако в целях рекламы и повышения привлекательности целесообразно учитывать расположение объектов освещения, поскольку уровень освещенности объектов в центре города сильно отличается от таких же в сельской местности. CIE (CIE, 2003) опубликовал рекомендации, направленные на решение этой проблемы путем определения четырех экологических зон (табл. 1).

 

Информация, используемая для определения экологической зоны, является скорее качественной, чем количественной, и основывается на здравом смысле, а не на бездумных цифрах, но можно дать некоторые рекомендации в отношении стандартов освещения дорог и плотности населения. Как правило, в зоне E1 отсутствует дорожное освещение и низкая плотность населения; в зоне E2 дорожное освещение соответствует стандартам пригородных дорог и имеет умеренную плотность населения; в зоне E3 дороги освещены согласно стандартам автотранспортных дорог и высокой плотности населения. Зона E4 относится к зонам повышенной активности после наступления темноты, таким как торговые центры за городом и городские районы с высокой концентрацией ресторанов и клубов. Здесь освещение дорог является неопределенным ориентиром, как и плотность населения. Единственное разумное определение – это присутствие большого количества людей после наступления темноты. Важно понимать, что природоохранная зона не обязательно должна совпадать с административной границей, – например, с городом, пригородом или деревней. Каждый из этих районов может быть разделен на несколько экологических зон в зависимости от видов деятельности, ожидаемых в каждом районе. Экологические зоны могут использоваться в градостроительном плане местными органами власти и, следовательно, влиять на то, какой тип и количество нормируемого освещения допускается. Следует также отметить, что в дополнение к классификации экологических зон CIE существует еще один класс (E0): заповедник темного неба, заказник или парк, признанный Международной ассоциацией темного неба.

ILP использует все эти экологические зоны в своих рекомендациях (ILP, 2011). В таблице 2 приведены рекомендации ILP, применимые к освещению уличных пространств светильниками, установленными на опорах или на зданиях. Коэффициент направленной вверх освещенности – это процентная доля светового потока от всей осветительной установки, который излучается светильниками выше горизонтальной плоскости. По сути, данный критерий направлен на уменьшение свечения неба за счет ограничения доли света, излучаемого непосредственно вверх. На практике соответствие этому критерию требует тщательного выбора светильников и внимания к способам их установки и ориентации. Важно отметить, что ограничение направленности света вверх никак не влияет на абсолютный вклад установки в световое загрязнение. Это будет зависеть от освещенности, поступающей на землю (рис. 8).

При одинаковой освещенности на земле установка, которая не превышает максимального коэффициента освещенности, направленного вверх, будет вносить меньший вклад в свечение неба, чем установка, которая превышает максимальный коэффициент освещенности, направленный вверх, но, если первая создает более высокую освещенность, она может вносить больший вклад в свечение неба, чем вторая.

Максимальная освещенность в центре окон предназначена для ограничения паразитной засветки. Соблюдение такого критерия также требует тщательного выбора и ориентации светильников. Если этого недостаточно, может потребоваться использование блокирующих экранов того или иного вида. Важно отметить, что это  совокупный критерий, поскольку учитывает весь свет, падающий в окно, а не только свет от световой установки. Различные органы власти, ответственные за планирование, могут подходить к этому ограничению по-разному. Кто-то может решить, что, поскольку существующие осветительные установки уже обеспечивают освещенность окон, близкую к максимально допустимой, наружное освещение в новостройке будет запрещено. Это несомненно будет эффективным средством ограничения паразитной засветки, но может помешать развитию застройки в этом районе. Другой орган по планированию может принять решение о необходимости наружного освещения в новом жилом комплексе, но может установить гораздо более низкий предел освещенности, чтобы гарантировать, что общая освещенность не превысит рекомендуемый максимум. В то же время кто-то может принять решение потребовать от владельцев существующих осветительных установок снизить их влияние на паразитный свет, чтобы обеспечить возможность для новых установок. Также вероятно, что орган по планированию может полностью проигнорировать совокупный эффект и просто установить максимальную освещенность в окне для каждой световой установки отдельно. Можно также возразить, что все эти бюрократические манипуляции не нужны. Если домовладельца беспокоит незначительная засветка в окна, для решения проблемы достаточно установить на окно более плотные шторы, жалюзи или ставни.

Максимальная сила света светильника является попыткой снизить уровень яркости. Ее следует использовать только в тех направлениях визирования, где яркий свет может вызвать дискомфорт или повышенную блескость. Опять же, соответствие этому критерию будет зависеть от выбора и светораспределения света светильников.

Хотя каждый критерий обсуждался отдельно, следует понимать, что для любой конкретной световой установки должны быть соблюдены все необходимые требования. Например, при освещении автостоянки важно учитывать направленность света вверх, максимальную освещенность окон близлежащих зданий и максимальную интенсивность света в соответствующих направлениях, если необходимо ограничить свечение неба, паразитную засветку окон и блики. Другие авторитетные организации опубликовали аналогичные, но не идентичные рекомендации (IESNA, 2000b; CIE, 2003; SLL, 2012).

Наличие зон окружающей среды и соответствующих критериев освещения недостаточно для того, чтобы гарантировать их использование светодизайнерами. Также требуется простой метод прогнозирования влияния осветительной установки на свечение неба и вероятность паразитной засветки и бликов на этапе проектирования. Доступно коммерческое программное обеспечение для расчета освещенности, падающей на определенные поверхности, как реальные, так и виртуальные, для многих видов наружного освещения, включая освещение территорий, архитектурное освещение и охранное освещение. На данный момент ни один из этих программных продуктов целенаправленно не предназначен для количественной оценки вклада освещения в свечение неба или степени, в которой оно может вызвать нарушение светового режима или блескость, хотя некоторые программы достаточно универсальны, чтобы при желании их можно было использовать для подобных целей. Однако был разработан комплексный подход к количественной оценке паразитного освещения с использованием существующего программного обеспечения (Brons et al., 2008). Этот подход, называемый методом оценки эффективности наружного освещения (Outdoor Site-Lighting Performance, OSP), использует виртуальный фотометрически прозрачный бокс, окружающий исследуемый объект – здание. Виртуальный бокс имеет вертикальные стенки на границе исследуемого участка и плоскую грань на высоте 10 м над самым высоко расположенным светильником, установленным в составе световой установки, или над самой высокой освещаемой точкой объекта. Для расчета освещенности, падающей на поверхности виртуального бокса, можно использовать обычное светотехническое программное обеспечение. Определив место и величину максимальной освещенности на вертикальных поверхностях бокса, можно выявить потенциальную возможность паразитной засветки. Освещенность вертикальных поверхностей представляет собой наихудший вариант нежелательной засветки, то есть там, где на границе фактически расположено окно. На многих объектах ближайшее окно может находиться на некотором расстоянии от границы участка, поэтому освещенность там будет намного меньше. Тем не менее обеспечение ограничения максимальной освещенности вертикальных поверхностей бокса в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 2 для предотвращения паразитного света, может значительно снизить вероятность ошибки и финансовые расходы после монтажа световой установки. Прогнозирование освещенности на границе участка просто указывает на то, где может возникнуть проблема с паразитным светом, а не на то, каким может быть решение. Возможные решения включают выбор светильника с более подходящим распределением силы света, перемещение светильника вглубь участка и подальше от его границ, посадку деревьев, малых архитектурных форм и установку на светильник то или иной блокирующий экран.

Подход OSP «бокс» соответствует тому, как люди относятся к правам собственности. Владение собственностью предоставляет владельцу значительную свободу действий в пределах границ собственности, при условии, что эти действия не наносят ущерба окружающим или общественному благу. Подход OSP является одновременно гибким и реалистичным. Он отличается гибкостью в том смысле, что разные сообщества могут устанавливать различные максимальные пределы освещенности, при желании используя зоны окружающей среды. Он реалистичен в том смысле, что для выполнения необходимых расчетов используется широкодоступное программное обеспечение, и решения о действиях, необходимых для предотвращения проникновения света, могут быть приняты на стадии проектирования. Для этого не требуется подробных знаний об окружении освещаемого объекта, часто недоступных проектировщику.

Подход OSP также может быть использован для оценки влияния осветительной установки на световое загрязнение. Это делается с помощью расчета средней освещенности в верхней плоскости бокса. Бронс и др. (Brons et al., 2008) предварительно рекомендовали максимальные значения этого показателя в 30 лк для зоны E4, 10 лк для зоны E3, 3 лк для зоны E2 и 1 лк для зоны E1.

Пока все хорошо, но как насчет яркого света? Используя пороговый показатель, разработанный для освещения дорог, всегда можно оценить, насколько яркий свет вредит здоровью, но вопрос о ярком свете, создающем дискомфорт, остается открытым. Буллоу и др. (Bullough et al., 2008) провели 10 исследовательских экспериментов по изучению того, как люди испытывают дискомфорт в условиях наружного освещения, когда смотрят прямо на источник света. На основе этих экспериментов был разработан метод прогнозирования уровня дискомфорта на базе трех значений освещенности, на сетчатке глаза наблюдателя. Хотя этот метод расчета и не идеален, его большое преимущество заключается в том, что он относительно прост в реализации на стадии проектирования. После выбора позиции наблюдателя и интересующего его светильника можно использовать имеющееся программное обеспечение для расчета всех трех уровней освещенности и, следовательно, рассчитать прогнозируемую оценку дискомфорта от яркого света, которая, в свою очередь, может быть преобразована в оценку де Бура. Оценка де Бура, равная четырем или менее, традиционно считается неприемлемой.

Результат этих разработок – потенциальная возможность того, что данная осветительная установка усилит световое загрязнение и вызовет паразитную засветку в окна и блескость, может быть легко определена с помощью доступного программного обеспечения для проектирования путем расчета освещенности, получаемой на границах участка и для сетчатки глаза наблюдателя. Это должно позволить спрогнозировать степень, в которой любая предлагаемая установка освещения вызовет световое загрязнение, и при необходимости изменить ее конфигурацию.

Время работы освещения

Еще один способ бороться со световым загрязнением – уделять пристальное внимание срокам включения и выключения света. В отличие от большинства других видов экологических загрязнений, световое загрязнение исчезает в тот же момент, как гаснет источник его вызывающий. Это говорит о том, что время, определяющее, когда можно, а когда нельзя включать освещение, может иметь серьезные последствия. Особую ценность имело бы введение определенного времени для использования освещения в коммерческих целях, помимо обеспечения безопасности. Это связано с тем, что одной из основных причин, приводящих к излишнему освещению, является коммерческая потребность быть замеченным. Нет смысла использовать свет ночью для привлечения внимания, когда его никто не заметит. Возможно, именно поэтому правительство Франции предложило отключить освещение внутри и снаружи магазинов, офисов и общественных зданий с 01.00 до 07.00. Интересно посмотреть, удастся ли реализовать это предложение, и если да, то насколько хорошо оно будет выполнено.

Institution of Lighting Professionals (ILP, 2011) предлагает более мягкий подход. Их рекомендации по максимальной освещенности окон и критериям максимальной силы света светильников для освещения помещений, приведенные в таблице 2, актуальны и действуют, когда временные ограничения отсутствуют. Таким образом, осветительная установка работает в полную силу. При наступлении определенного ограничивающего периода осветительная установка должна уменьшить световые характеристики до значений, представленных в таблице 3. Соблюдение этих критериев уменьшит паразитную засветку в окна и блескость во время действия ограничений, для чего необходимо снизить светоотдачу установки, следовательно, уменьшится и световое загрязнение. Конечно, критерии, приведенные в таблице 3, подразумевают, что во время работы осветительной установки в ограниченном режиме она должна обеспечивать требуемое освещение, но так ли это необходимо? Существует множество примеров декоративного освещения, например архитектурного и ландшафтного, которые не работают посреди ночи. Аналогичный аргумент можно привести в отношении многих спортивных осветительных установок, чье действие прекращается после окончания игры и ухода зрителей. Такие установки следует выключать вовремя.

Перспективы

В ближайшее время вряд ли решится проблема светового загрязнения. Это связано с тем, что существуют глобальные тенденции, действующие как в пользу светового загрязнения, так и против него. Одна из тенденций, указывающих на увеличение светового загрязнения, – рост населения многих стран, и чем больше людей, тем больше света потребляется. Другой пример – экономическое развитие густонаселенных стран, таких как Китай и Индия. Достаточно взглянуть на рис. 4, чтобы наглядно увидеть роль экономического развития в использовании света. Южную Корею легко отличить от Северной Кореи. Наконец, технологии всегда способны создавать новые источники светового загрязнения. В частности, разработка светодиодных видеобилбордов создает новые проблемы с паразитной засветкой. Средняя яркость этих рекламных щитов достигает 7000 кд/м² при воспроизведении белого изображения, поскольку днем они должны выглядеть ярко, но слишком часто с наступлением темноты яркость снижают недостаточно, несмотря на рекомендации (Lewin, 2008). Кроме того, на рекламных щитах изображение постоянно меняется, а значит, происходят частые изменения средней яркости. То есть любой человек, чье окно расположено рядом с одним из таких рекламных щитов, будет нередко сталкиваться с изменением освещенности, что является раздражительным фактором.

В противовес этим тенденциям подготавливаются законодательные акты и технологии. Все чаще национальные и местные органы власти развитых стран разрабатывают нормативно-правовую базу, направленную на ограничение количества и типа освещения, применяемого в ночное время на открытом пространстве. Светотехническая индустрия также осознала потенциальный рынок для продуктов, которые минимизируют световое загрязнение. В результате сегодня доступно множество полностью экранированных светильников, пригодных для использования на открытом воздухе, поэтому нет никаких оправданий тому, что невозможно найти подходящие решения. Последние разработки в области управления освещением также представляют интерес. Для создания адаптивных систем наружного освещения были использованы комбинации датчиков, регуляторов яркости и светодиодных источников света. Это системы, в которых количество создаваемого света зависит от присутствия или отсутствия людей в непосредственной близости, или работа системы определяется по специальному алгоритму.

Дальнейшее развитие конфликта между столь противоположными тенденциями будет варьироваться в зависимости от страны. Следует надеяться, что в большинстве стран сократится небрежное и расточительное расходование света, связанное со световым загрязнением. Это легко сделать при ограничении слепящего действия, тщательно подобрав, расположив и направив светильники. К сожалению, для засветки неба это не так просто. Свечение неба – неизбежное следствие наружного освещения: чем больше света излучается снаружи после наступления темноты, тем ярче небо. Только за счет сокращения количества уличного света в темное время суток и часов, в течение которых работает осветительная установка, можно уменьшить свечение неба. А значит, необходимо обращать внимание не только на все виды наружного освещения, но и на утечку света через окна зданий. Легко учитывать лишь самые серьезные случаи светового загрязнения, но если они происходят не часто, то оказывают незначительное влияние на общее свечение неба. Следует также брать в расчет и наиболее распространенные варианты наружного освещения, ведь даже небольшое снижение света во множестве таких осветительных установок может существенно повлиять на свечение неба. Вот почему каждый, кто заинтересован в приобретении или проектировании новой установки наружного освещения, должен задать себе вопрос: «Необходимо ли это освещение, и если да, то когда именно?» И если установка нового освещения действительно нужна, то еще на этапе ее проектирования следует устранить блескость и паразитную засветку, а также минимизировать влияние на световое загрязнение неба. Если эти цели будут достигнуты, то преимущества наружного освещения возрастут, а проблема светового загрязнения уменьшится.

Выводы

Световое загрязнение может принимать три формы – свечение неба, паразитная засветка в окна и слепящий свет. Свечение неба – это увеличение яркости неба в ночное время. Его можно увидеть над большинством городов в виде светового купола. В отличие от небесного свечения, паразитная засветка – локальное явление, беспокоящее людей. Классическим случаем, вызывающим жалобы на нарушение светового режима, является попадание света от расположенного поблизости уличного светильника в окно. Блескость бывает двух основных форм: блики, вызывающие ослепление, и блики, приводящие к дискомфорту. Первое влияет на визуальное восприятие, в то время как второе просто вызывает дискомфорт.

Небесное свечение возникает из-за света, рассеиваемого молекулами воздуха и аэрозолями в атмосфере. Нарушение светового режима происходит, когда чрезмерное количество света проникает в помещение и мешает людям вести обычную деятельность. Яркий свет связан с наличием в поле зрения большого количества источников света, что может иметь как физиологические, так и психологические последствия.

Наиболее очевидным следствием свечения неба является уменьшение видимости звезд. Это происходит из-за того, что свет, рассеянный в атмосфере, создает эффект наложения световой завесы в поле зрения и приводит к снижению контраста яркости. Многие звезды небольшого размера имеют контрасты яркости, близкие к пороговым, поэтому световое загрязнение может значительно ухудшить возможность их видеть на ночном небе. Нарушение светового режима может сказаться на здоровье человека, нарушая его сон. Нарушенный или неполноценный сон приводит к его дефициту, а это вызывает ощущение усталости, растерянности и раздражительности. Нарушенный или неполноценный сон может возникнуть, когда ночью в окно спальни проникает свет, особенно если количество света внезапно меняется. Яркий свет может ухудшить видимость и вызвать зрительный дискомфорт.

Люди – не единственные существа, подверженные негативному действию светового загрязнения. На рост многих растений влияет продолжительность светового дня и количество энергии, получаемой в результате воздействия излучения на растения. Что касается фауны, то многие существа активны ночью и спят днем. У этих существ световое загрязнение может вызвать путаницу в отношении продолжительности дня и, таким образом, ограничить их возможности для кормления и продолжения рода. Других существ привлекает свет ночью, что может привести к их неадекватному поведению.

Отношение людей к световому загрязнению сильно различается. Проблема в том, что световое загрязнение часто обусловлено коммерческой необходимостью владельцев бизнеса, а иногда и предпочтениями граждан. Жители мегаполисов и пригородов любят, чтобы их улицы были освещены ночью, поскольку освещение создает ощущение безопасности. Аналогичным образом многие дороги освещаются в ночное время для повышения безопасности движения. Компании часто используют освещение, чтобы идентифицировать себя ночью и привлечь клиентов. Кроме того, архитектурное освещение зданий и ландшафтов – это методы, используемые для создания привлекательной обстановки в ночное время. Проблема светового загрязнения заключается в том, как найти правильный баланс между этими противоречивыми желаниями.

Одним из решений было содействие созданию парков под открытым небом в малонаселенных районах. Другое решение – отнести освещение к таким же законодательно установленным нарушениям, как шум. Еще один вариант — разработка типового постановления об освещении для использования местными властями, стремящимися контролировать световое загрязнение в своих районах. Вероятно, наиболее распространенным видом деятельности была публикация информации о том, как ограничить различные формы светового загрязнения. Иногда это сводится к простой пропаганде применения специальных технологий, таких как полностью экранированные светильники, в которых свет не проходит через светильник выше горизонтальной плоскости. В других случаях рекомендации по дизайну представляются в виде системы классификации городских, пригородных и сельских районов на пять различных экологических зон, а затем для определения максимального соотношения направленного вверх света, максимальной освещенности, попадающей на окна, и максимальной силы света светильников для каждой зоны. Эти критерии освещенности в сочетании с методом расчета освещенности, основанным на использовании светотехнического программного обеспечения для проектирования, позволяют светодизайнеру прогнозировать влияние любой установки наружного освещения на световое загрязнение, а также определять места возможной паразитной засветки и нежелательной блескости.

Конечно, такие решения применимы только в том случае, если установка используется. Решение проблемы светового загрязнения, которым в определенной степени пренебрегают, основано на выборе времени. В отличие от большинства других форм загрязнения, при выключении источника света световое загрязнение исчезает. Это говорит о том, что введение ограничения по времени работы осветительных установок может иметь положительные последствия. Особую ценность имело бы введение временного ограничения на использование света в коммерческих целях, помимо обеспечения безопасности. Это объясняется тем, что одной из основных причин светового загрязнения является коммерческая потребность быть замеченным, хотя нет особого смысла использовать свет ночью для привлечения внимания, когда рядом никого нет.

Наконец, важно понимать, что паразитная засветка и блескость не являются неизбежными последствиями наружного освещения. При тщательном выборе, расположении и направленности светильников можно избежать и того и другого. Однако свечение неба – неизбежное следствие наружного освещения. Чем больше света будет излучаться снаружи после наступления темноты, тем сильнее будет свечение неба. И если установка нового освещения необходима, следует устранить паразитную засветку и блескость, а также минимизировать влияние на свечение неба, тогда преимущества наружного освещения возрастут, а проблема светового загрязнения уменьшится.

Читать в пдф формате

размещение статей и маркетинговых материалов в журнале: anton.denisov@ecomp.ru

Литература

1. Bortle J. E. Introducing the Bortle dark-sky scale. S&T, (=2001, 101, 126–129.
2. Walker M. F. The effects of urban lighting on the brightness of the night sky, Publ. Astron. Soc. Pacific, 1977, 89, 405–409.
3. Baddiley C. J. and Webster T. Towards Understanding Skyglow, Rugby, U.K.: Institution of Lighting Engineers, 2007.
4. Kocifaj M. Light pollution model for cloudy and cloudless night skies with ground based light sources. Appl. Opt., 2007. 46, 3013–3022.
5. Soardo P., Iacomuss P., Rossi G. and Fellin L. Compatibility of road lighting with star visibility. Lighting Res. Technol., 2008, 40, 307–322.
6. Schernhammer E. S. and Thompson C. A. Light at night and health: The perils of rotating shift work, Occup. Environ. Med., 2011, 68, 310–311.
7. Figueiro M. G., Rea M. S. and Bullough J. D. Does architectural lighting contribute to breast cancer. J. Carcinog., 2006, 5, 20.
8. Bullough J. D., Rea M. S. and Zhang X. Evaluation of visual performance from pedestrian crosswalk lighting, Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, DC: TRB, 2012.
9. Rich C. and Longcore, T. Ecological Consequences of Artificial Night Lighting, Washington, DC: Island Press, 2006.
10. Bruce-White C. and Shardlow M. A Review of the Impact of Artificial Light on Invertebrates, Peterborough, U.K.: Buglife – The Invertebrate Conservation Trust, 2011.
11. Gauthreaux Jr. S. A. and Belser C. G. Effects of artificial night lighting on migratory birds, in C. Rich and T. Longcore (eds) Ecological Consequences of Artificial Night Lighting, Washington, DC: Island Press, 2006.
12. Mizon B. Light Pollution Responses and Remedies. London, U.K.: Springer, 2002.
13. International Dark-Sky Association (IDA). Fighting Light Pollution: Smart Lighting Solutions for Individuals and Communities, Mechanicsburg, PA: Stackpole Books, 2012.
14. Illuminating Engineering Society of North America and the International Dark-Sky Association (IESNA and IDA). Model Lighting Ordinance (MLO) with User’s Guide, New York: IESNA, 2011.
15. Institution of Lighting Professionals (ILP). Guidance Notes for the Reduction of Obtrusive Light, Rugby, U.K.: ILP, 2011.
16. Department for Environment, Food and Rural Affairs (DEFRA). An Investigation into Artificial Light Nuisance Complaints and Associated Guidance, London, U.K.: DEFRA, 2010.
17. European Commission (EC). Special Eurobarometer: Attitudes of European Citizens towards the Environment, Brussels, Belgium: EC, 2008.
18. Society of Light and Lighting (SLL). (2011) SLL Factfile No 7: Design and Assessment of Exterior Lighting Schemes, London, U.K. SLL.
19. Bierman A. Will switching to LED outdoor lighting increase sky glow? Lighting Res. Technol., 2012, 44, 449–458.
20. Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). The Lighting Handbook, 9th edn. New York: IESNA, 2000.
21. Bullough J. D. Modeling peripheral visibility under headlamp illumination, Proceedings of the TRB16th Biennial Symposium on Visibility and Simulation, Iowa City, IA. Washington, DC: Transportation Research Board,
22. Bullough J. D. Interpreting outdoor luminaire cutoff classification, Lighting Des. Appl., 2002, 32, 44–46.
23. Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). Luminaire Classification System for Outdoor Luminaires, Technical Memorandum TM-15-07, New York: IESNA, 2007.
24. Keith D. M. Roadway lighting design for optimization of UPD, STV and uplight, J. Illum. Eng. Soc., 2000, 29, 15–23.
25. British Standards Institution. BS EN 13201-2:2003, Road Lighting – Part 2: Performance Requirements, London, U.K.: BSI, 2003.
26. British Standards Institution. BS EN 12464-2:2007 Lighting of Workplaces – Part 2: Outdoor Workplaces, London, U.K.: BSI, 2007.
27. Society of Light and Lighting (SLL). SLL Lighting Guide 1: The Industrial Environment, London, U.K.: SLL, 2012.
28. Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). The Lighting Handbook, 10th edn. New York: IESNA, 2011.
29. Commission Internationale de l’Eclairage (CIE). Guide on the Limitation of the Effects of Light Trespass from Outdoor Lighting Installations, CIE Publication 150, Vienna, Austria: CIE, 2003.
30. Institution of Lighting Professionals (ILP). Guidance Notes for the Reduction of Obtrusive Light, Rugby, U.K.: ILP, 2011.
31. Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). Addressing Obtrusive Light (Urban Sky Glow and Light Trespass) in Conjunction with Roadway Lighting, New York: IESNA, 2000.
32. Brons J. A., Bullough J. D. and Rea M. S. Outdoor Site-Lighting Performance (OSP): A comprehensive and quantitative framework for assessing light pollution, Lighting Res. Technol., 2008, 40, 201–224.
33. Institution of Lighting Professionals (ILP). Guidance Notes for the Reduction of Obtrusive Light, Rugby, U.K.: ILP, 2011.

Lewin I. Digital Billboard Recommendations and Comparisons to Conventional Billboards, Phoenix, AZ: Lighting Sciences, 200