Színhőmérséklet

(Korrelált Színhőmérséklet [CCT])

Munkánk során arra törekszünk, hogy ügyfeleinkkel együtt gondoljuk végig az alábbi szempontokat, a megvilágítandó objektumban végzett munkafolyamatokat (látási feladatokat), felhasználói szokásokat és igényeket, hogy mindezek tükrében közösen tudjunk jó döntést hozni a színhőmérséklet tekintetében.

Próbalámpa szolgáltatásunkat részben azért hoztuk létre, hogy partnereink valós körülmények között, akár több különböző színhőmérsékletű világítótestet is tesztelhessenek és ez által a végfelhasználók/dolgozók véleményét is ki tudják kérni. Végső soron minden világításkorszerűsítés célja (az energetikai és karbantartási költségek csökkentése mellett) az, hogy a felhasználóknak kellemes közérzetet biztosítsunk az optimális fényviszonyokon keresztül.  

Mi az a színhőmérséklet?

Az emberi szem által látható elektromágneses sugárzást (380 -780 nm hullámhosszúságú, azaz a „látható tartományba eső” elektromágneses sugárzást) nevezzük fénynek. Természetes világításról a napból származó fény esetén, mesterséges világításról pedig mesterséges fényforrásokból származó fény esetén beszélünk. A Napból érkező fény színe folyamatosan változik a nap folyamán, napszaktól és légköri paraméterektől függően¹:

 * Évszaktól (napsugarak beesési szögétől) és a vizsgált időpontban adott légköri paraméterektől függően a délelőtti órákban 4000-10000K közötti színhőmérsékletű lehet a Nap fénye. Néhány tipikus érték ebben az időszakban: déli 12:00-kor nyári időszakban: ~4870K; borús égbolt: ~6000K; részben borús égbolt: ~7000K; kék égbolt: ~7500-10000K; nyílt tengeren és magas hegyekben akár 10000-20000K között is lehet a napfény színhőmérséklete.

Emelkedő hőmérsékletű feketetestek színe. Megj.: az ábra méréstechnikailag nem pontos

A fény színét „korrelált színhőmérséklettel” (CCT, Correlated Color Temperature) jellemezzük és Kelvinben² határozzuk meg. A lámpánk által kibocsájtott fény színét az abszolút fekete test sugárzó színéhez „korreláljuk” vagy közelítjük, amikor egy fényforrás (korrelált) színhőmérsékletét akarjuk meghatározni. A fekete testre gondoljunk úgy, mint egy fémtestre, melyet, ha elkezdünk hevíteni, akkor annak színe, a hevítés mértékétől (hőmérsékletétől) függően változik. Egy testet fokozatosan egyre melegebbre hevítve az eleinte vöröses, majd egyre sárgább, később szinte fehér lesz, és ha el nem olvad akár még a kékes színt is elérheti. Látjuk tehát, hogy minél nagyobb a test hőmérséklete, színe annál inkább tolódik el a „meleg” érzetet nyújtó vöröstől a „hideg” érzetet keltő kék irányába.

Az alábbi papucs diagramban látható „fehér vonal” (Plank vonal) az ún. „abszolút fekete test sugárzó” különböző hőmérsékleteken észlelhető színének felel meg. A lámpánk által kibocsájtott fény színe jó közelítéssel megtalálható a Plank vonalon. Tehát a korrelált színhőmérséklet nem más, mint az abszolút fekete test sugárzó azon hőmérséklete, amelynél a fekete test színe legkevésbé tér el³ a vizsgált fényforrás színétől.

CIE (1931) xy színtér, benne a Plank vonal és néhány korrelált színhőmérséklet vonala

3 színhőmérsékleti csoportot különböztünk meg:

• Melegfehér: CCT < 3300 K
• Semleges- vagy középfehér: 3300 K ≤ CCT ≤ 5300 K
• Hidegfehér: CCT > 5300 K

Milyen a megfelelő színhőmérséklet?

A színhőmérséklet emberre gyakorolt hatását több mint 70 éve kutatják. A fény színhőmérséklete kihat a közérzetünkre, idegrendszerünkre és befolyásolja a cirkadián ritmusunkat is („napi biológiai óránkat”). Mindezek miatt célszerű a munkahelyünkön, otthonunkban (és minden más területen, ahol sok időt töltünk) az optimális színhőmérséklet meghatározására kellő időt szentelni és döntésünknek megfelelő színhőmérsékletű termékekkel megvalósítani az elképzelésünket.

Meleg-, közép- és hidegfehér színhőmérsékletű fény

Ha elfogadjuk a kutatási eredményeket és az következtetéseit, akkor néhány „ökölszabályt” betartva, a megfelelő színhőmérsékletet ki fogjuk tudni választani:

1. A megvilágítás értéke (lux) és a megfelelő színhőmérséklet közötti összefüggés már létezik (lásd Kruithof kísérletek és Kruithof diagram)

• 300 lux megvilágítás alatt ~2500-3000K
• 300-500 lux között ~3000-4000K
• 500-1000 lux között ~4000-5000K
• 1000 lux fölött 5000K-t vagy hidegebb színhőmérsékletet válasszunk.

2. Otthon: 3000K vagy alacsonyabb színhőmérséklettel világítsunk!

• Alacsony megvilágítás = meleg(ebb) színhőmérséklet. A természetben a színhőmérséklet csökkenésével a megvilágítási értékek is folyamatosan csökkennek. Otthonainkban kis teljesítményű világítóberendezéseket alkalmazunk és ennek megfelelően a megvilágítási szintek is alacsonyak (50-300 lux). Ilyen megvilágítási szintekhez, ha hideg-fehér fényforrásokat választunk (5300K fölött), akkor kifejezetten káros hatásnak tesszük ki az idegrendszerünket. A természetben sem fordul elő alacsony (300 lux alatti) megvilágítás és magas színhőmérséklet együttesen. Késő délután már csak ~2500-3500K közötti a napfény színhőmérséklete, napnyugtakor pedig lemegy egészen 1800K-ig. (További infóért lásd Kruithof kísérletek és Kruithof diagram.)
• Cirkadián ritmus: A hidegfehér fényben több a kék hullámhossz, mint a melegfehér fényben. Az emberi szemben található ganglion sejtek kék hullámhosszakat érzékelve jelet küldenek az agyalapi mirigynek, mely először csökkenti, majd leállítja a melatonin („alvás hormon”) termelését. Melatonin szintünk csökkenésével élénkek és éberek leszünk, míg a hormon újra termelésével és felhalmozásával ismét elálmosodunk. Így, ha otthonunkban hideg fehér színhőmérsékletű fénnyel világítunk lefekvés előtt, akkor előfordulhat, hogy nehezen fogunk tudni elaludni. A meleg-fehér fényben kevesebb a kék hullámhossz (több viszont a zöld és/vagy piros). A kék hullámhosszak csökkenése azt is jelenti, hogy ganglion sejtjeink eljuttatják ezt az információt agyunkba, ahol újra beindul a melatonin termelés minek következtében könnyebben elalszunk. Mindez fordítva is igaz: ha a munkahelyünkön a mesterséges világítás dominál (azaz elenyésző a Napból származó fény) akkor ne válasszunk túlságosan meleg (3000K alatti) színhőmérsékletű lámpákat, mert azok álmosító hatással lesznek ránk. Ilyenkor a szervezetünket „becsapja” a mesterséges világítás melegfehér színhőmérséklete és idő előtt beindul melatonin („alvás hormon”) termelésünk.

3. Környezet hőmérsékleti viszonyai:

• Magas környezeti hőmérsékletű helyeken (pl.: kohászat, pékség, trópusi országok) előnyben részesítik a hidegfehér fényforrásokat
• alacsony környezeti hőmérséklet esetén (pl.: hűtőkamrák, skandináv országok) a melegfehér fényforrásokat alkalmazzák előszeretettel

4. A helységben/területen lévő felületek színei:

• Olyan térben, ahol elsődlegesen a meleg színek uralkodnak (piros, sárga, narancs), célszerű melegfehér fényforrásokat alkalmazni
• Hideg környezeti színek (kék, ibolya) esetén a hidegebb színhőmérsékletű fény a megfelelő

1000K – 10000K megjelenítve (1000K-es lépcsökben)

További információk:

A színhőmérsékletnek pszichológiai hatásai is ismeretesek. A melegfehér fény inkább nyugtató, ellazító hatású, míg a hidegfehér fény stimuláló, serkentő hatást vált ki. Ennek ismeretében például egyes gyorséttermek előszeretettel alkalmaznak hidegfehér fényforrásokat nagy megvilágítási szint mellett, serkentve ezzel a fogyasztókat arra, hogy minél gyorsabban fogyasszák el menüjüket, és adják át helyüket az újabb vásárlóknak. Az exkluzív (magasabb árfekvésű) éttermekben azonban nem a gyors vendégcsere a cél, hanem az, hogy a vendég minél több időt töltsön el az étteremben. Ennek érdekében melegfehér fényforrásokat alkalmaznak viszonylag kisebb megvilágítási szint mellett. A színhőmérséklet pszichológiai hatásait nemcsak a kereskedelemben, de az ipari termelésben is lehet alkalmazni. Vizsgálatok bizonyítják, hogy nagyobb színhőmérsékletű fényforrások esetén a termelékenység növelhető. Ez gazdaságilag előnyös lehet, de a dolgozók túlzott „stimulálása” hátrányokkal is járhat. Ennek ismeretében már vannak olyan munkahelyek, ahol a napszakhoz és a munkafolyamatokhoz illeszkedve folyamatosan változtatják a világítás színhőmérsékletét (ezt nevezi a szakirodalom „emberközpontú világításnak”). Munkakezdéskor és a munkaidő végén a melegfehér szín az uralkodó, míg a munkaidő többi részében a stimulálás érdekében a hidegebb színhőmérsékletet alkalmazzák.

A fentiekből kitűnik, hogy az optimális színhőmérséklet választás nagyon fontos, de ennek megvalósítására is vannak elvárások. Nem szerencsés, ha egy adott térben – a színhőmérséklet beállítására – eltérő színhőmérsékletű fényforrásokat alkalmazunk. Egy térrészben ugyanolyan színhőmérsékletű fényforrásokat kell alkalmazni, amennyiben a fényforrásokra közvetlen rálátás nyílik. Amennyiben a színhőmérséklet változtatását (keverését) különböző fényforrásokkal oldják meg, úgy gondoskodni kell arról, hogy a „színkeverés” valamilyen diffúz (szóró) felület mögött történjen meg úgy, hogy az eltérő színhőmérsékletű fényforrások önállóan ne legyenek felismerhetőek. A színtani tulajdonságok elemzésénél meg kell említenünk azt a tényt is, hogy a színhőmérséklet a látási folyamatokat is befolyásolja. A látásélesség növelésére elsődlegesen a melegfehér fényforrások hatnak kedvezően, míg az észlelés sebességét a hidegfehér fényforrások alkalmazásával növelhetjük. Ebből következően olyan helyeken, ahol az észlelés sebessége fontosabb, mint a látásélesség (pl. jégkorong), a hidegfehér fényforrásokat kell előnyben részesíteni. Ezt a legújabb szakmai kutatások is alátámasztják, aminek értelmében hidegfehér fényforrások alkalmazása esetén kisebb megvilágítási szint alkalmazása is megfelelő lehet indokolt esetben.

Berton világítótestek különböző CCT-vel, balról indulva: 6500K, 3000K, 4000K

Kruithof diagram
Kruithof kutatásairól és magáról a diagramról több tudományos forrás is elérhető az Interneten.

¹Forrás: Világítástechnika I., Dr. Borsányi János, Óbudai Egyetem (ÓE KVK 2018) és Georgia State University, Fizika és Csillagászat Tanszék, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/coltemp.html (megtekintve: 2018.03.03, 01:08)
²A kelvin SI-alapegység. A kelvinben és a Celsius-fokban mért hőmérséklet-különbség számértéke azonos. A Kelvin-skála a Celsius-fokhoz képest 273,15 fokkal el van tolva. 0 K egyenlő az abszolút nulla fokkal (-273,15 °C).
³A definícióban szereplő „legkevésbé tér el” kifejezés azt jelenti, hogy az adott fényforrás színkoordinátái a Planck-vonal közelébe esnek. Az ábrán az azonos korrelált színhőmérsékletű pontokat egyenes szakaszok kötik össze.