Human Centric Lighting design nel contesto internazionale


human centric lighting design

Quali possono essere gli effetti nocivi dell’illuminazione artificiale, con riferimento a specifici parametri di progetto, come la quantità di luce, la sua composizione spettrale e il suo pattern di esposizione giornaliero?
Lo spiegono i risultati di alcune ricerche internazionali

A tutt’oggi non vi è un consenso unanime generale sull’applicabilità delle scoperte scientifiche inerenti gli effetti non visivi (Non Image Forming, NIF) della luce artificiale nella pratica del lighting design. Anche prima della scoperta della melanopsina e delle cellule gangliari intrinsecamente fotosensibili (ipRGC), vi erano opinioni differenti tra coloro che volevano queste nuove informazioni sugli effetti NIF della luce inserite immediatamente nella pratica del lighting design e coloro che invece sostenevano un approccio più cauto, richiedendo di continuare le ricerche in questo settore, sia per valutare gli effetti benefici, sia per evitare eventuali conseguenze negative non ancora evidenziate dalla ricerca. Questa divisione sussiste tutt’oggi, sebbene siano aumentate le evidenze scientifiche degli effetti NIF e il numero di coloro che ritengono che oggi sia realizzabile un nuovo modo di illuminare, anche grazie alle nuove tecnologie di illuminazione. Il premio Nobel per la medicina 2017 è una testimonianza dell’importanza scientifica dei ritmi circadiani. In questo saggio analizziamo la situazione odierna in questo settore con riferimento agli enti internazionali le cui decisioni hanno ricadute nel settore illuminazione.

Gli aspetti inerenti la salute
A livello europeo lo Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR) ha espresso un parere sulla relazione tra illuminazione artificiale e salute degli esseri umani [1]. Questo organismo fu istituito dalla Commissione Europea per fornire pareri scientifici sui rischi sanitari e ambientali emergenti o appena identificati, su questioni ampie, complesse o multidisciplinari che richiedono una valutazione globale dei rischi per la sicurezza dei consumatori e la salute pubblica. In questo rapporto ampio spazio è stato dedicato a una rassegna delle ricerche epidemiologiche che hanno dimostrato che un’illuminazione artificiale inadeguata può alterare il ritmo circadiano con conseguente riduzione della melatonina notturna.

Questi due effetti vengono inoltre valutati come un fattore moderato di aumento del rischio di cancro al seno, di problemi gastrointestinali, di disturbi cardiovascolari e di disturbi affettivi. Altri effetti valutati riguardano i disturbi del sonno, causabili dalla componente di luce di corte lunghezze d’onda (blu), eventualmente presente anche nella luce bianca di temperatura di colore fredda, e gli effetti che la luce con queste caratteristiche può avere sull’umore, il livello di vigilanza e le prestazioni cognitive.

Lo SCENIHR ha posto in evidenza che questi effetti dipendono dalle caratteristiche delle sorgenti luminose utilizzate, ma soprattutto dalla reale illuminazione a cui gli individui sono sottoposti durante la vita quotidiana. È opportuno osservare che nel parere espresso da questo comitato di esperti si pone l’accento su quali possano essere gli effetti nocivi dell’illuminazione artificiale, con riferimento a specifici parametri di progetto, come la quantità di luce, la sua composizione spettrale e il suo pattern di esposizione giornaliero, ma non si fa alcuna valutazione in merito al progetto di illuminazione nel contesto ambientale in relazione all’individuo.

Successivamente la Commissione Europea ha istituito un nuovo comitato, lo Scientific Committee on Health, Environmental and Emerging Risks (SCHEER) che ha lavorato sul tema dei possibili rischi per la salute umana nell’utilizzo dei Led e ha recentemente pubblicato un rapporto su questo argomento [2]. In questo documento si trattano temi come l’abbagliamento, il flicker e si pone particolare attenzione alla questione delle corte lunghezze d’onda della luce che possono essere presenti nell’illuminazione artificiale. In riferimento a questo aspetto lo SCHEER ha concluso che non vi sono evidenze scientifiche dimostrate di rischio fotobiologico dovuto alla componente di luce blu presente nei Led. Il comitato ha però sottolineato che la luce blu prodotta da tutte le sorgenti di luce, compresi quindi gli schermi di televisori, computer e tablet, se utilizzata in tarda sera può avere un impatto sul sistema circadiano umano e causare possibili disturbi del sonno.

Tali effetti sono già stati dimostrati da tempo in molte ricerche anche per le sorgenti di luce artificiale diverse dai Led. Inoltre, per i bambini sotto i tre anni, un utilizzo scorretto di sorgenti di luce molto intensa con temperatura di colore fredda, contenente un’elevata quantità di luce blu, potrebbe indurre retinopatie nel lungo periodo. Lo SCHEER ha evidenziato anche che sebbene vi siano studi effettuati su cellule o animali che hanno mostrano effetti avversi dovuti alla componente di luce blu queste ricerche, tuttavia, sono state effettuate utilizzando condizioni e livelli di esposizione di gran lunga superiori rispetto alle situazioni consuete di esposizione degli esseri umani all’illuminazione artificiale prodotta dai Led o da altre sorgenti di luce.

Nel documento viene anche evidenziato che la componente di luce blu della luce artificiale utilizzata nell’illuminazione degli interni è di due ordini di grandezza inferiore a quella del cielo azzurro a cui gli esseri umani sono da sempre soggetti. Un’importante riflessione progettuale, che deriva dall’analisi dei documenti prodotti dallo SCENIHR e dallo SCHEER, è il fatto che un’illuminazione circadiana correttamente progettata, installata e utilizzata non è dannosa; al contrario potrebbe esserlo l’illuminazione artificiale, finalizzata esclusivamente agli obbiettivi della visione, che viene tutt’oggi utilizzata negli ambiti lavorativi e residenziali, nell’assoluta inconsapevolezza degli effetti NIF della luce artificiale sul benessere degli esseri umani. In particolare la disponibilità sul mercato di sorgenti di luce con temperatura di colore fredda, utilizzate inconsapevolmente in ore serali, può sfasare il corretto ritmo circadiano umano. Così come può essere nocivo, per il normale ciclo del sonno, l’utilizzo dei moderni schermi retroilluminati con i Led bianchi, che hanno un discreto contenuto di radiazioni luminose di corta lunghezza d’onda [3,4,5]. È per questa ragione che recentemente i produttori dei sistemi operativi di questi dispositivi hanno introdotto una funzionalità che può essere attivata per diminuire automaticamente la componente di luce blu emessa dallo schermo dal tramonto all’alba. In questa modalità di funzionamento gli schermi acquistano una tonalità di colore bianco caldo dovuta alla diminuzione della componente di luce blu.

Un’illuminazione circadiana correttamente progettata, installata e utilizzata non è dannosa; al contrario potrebbe esserlo l’illuminazione artificiale, finalizzata esclusivamente agli obbiettivi della visione, che viene tutt’oggi utilizzata negli ambiti lavorativi e residenziali, nell’assoluta inconsapevolezza degli effetti NIF della luce artificiale sul benessere degli esseri umani

La posizione degli enti internazionali
In quest’ambito la CIE ha una posizione prudente, perché dopo la pubblicazione di un primo rapporto tecnico [6], nel quale si presentavano i primi studi utili a comprendere come l’illuminazione potesse essere introdotta in progetti architettonici ottimali per la visione e per la stimolazione fisiologica e comportamentale, ha presentato una successiva pubblicazione [7] nella quale propone un nuovo percorso di ricerca per l’identificazione di una sana illuminazione negli interni. In quest’ultima si dà comunque come un dato accettato scientificamente il fatto che la luce che entra negli occhi ha anche degli effetti fisiologici e psicologici diversi dalla visione. Viene quindi posto l’accento sulla fondamentale importanza dell’illuminazione artificiale in relazione al benessere, ma anche sulla necessità di approfondire le ricerche in questo settore. Gli aspetti che dovrebbero essere approfonditi dalla ricerca riguardano i processi fondamentali, i pattern di esposizione giornaliera alla luce, l’analisi sui tempi di esposizione più lunghi, la relazione tra le applicazioni progettuali dell’illuminazione e le naturali differenze tra gli individui. Inoltre, il comitato tecnico congiunto JTC9 sta lavorando alla preparazione della raccomandazione CIE system for Metrology of ipRGC influenced light response [8] nella quale si vogliono definire le funzioni di sensibilità spettrale, le quantità e le metriche, per descrivere la capacità della luce di stimolare i cinque tipi di fotorecettori – coni S, coni M, coni L, bastoncelli e ipRGC – che possono contribuire agli effetti NIF della luce negli esseri umani. Altri enti nazionali e sovranazionali hanno pubblicato in anni recenti delle raccomandazioni che forniscono delle prime linee guida a livello scientifico e applicativo per valutare gli effetti NIF.

Così è avvenuto negli USA, con la raccomandazione sul rapporto tra luce e salute degli esseri umani [9] e con la norma che definisce le linee guida per l’illuminazione degli ospedali [10]. Anche in Germania è stata pubblicata una norma che definisce e quantifica alcuni effetti NIF della luce [11].
In Europa c’è il comitato tecnico CEN/TC 169 al cui interno opera il gruppo di lavoro WG13 Non-visual effects of light on human beings, il quale ha già pubblicato un rapporto tecnico [12] che di fatto potrebbe anticipare i possibili contenuti della CIE-JT9 CIE system for Metrology of ipRGC influenced light response. In questo rapporto tecnico vengono proposte delle metriche che possono essere utilizzate per valutare l’illuminazione sull’occhio umano rispetto alla possibilità di generare effetti NIF. L’International Association of Lighting Designer (IALD), per sua natura vicina alle evidenze ed esigenze della pratica professionale, ha pubblicato un white paper [13] nel quale introduce il tema di una progettazione olistica per l’illuminazione finalizzata agli obbiettivi di Human Centric Lighting.
Tra questi obbiettivi il tema della illuminazione circadiana riveste un ruolo centrale, tra gli altri argomenti trattati, come l’innovazione dei Led, il flicker, la sicurezza fotobiologica della luce, l’indice di resa cromatica e la situazione normativa del settore. In questo documento viene presentato il tema partendo dalle ricerche scientifiche del settore ma mantenendo una forte connotazione applicativa e divulgativa.

Si osserva che, con l’avvento dei Led, le industrie hanno via via proposto nuovi prodotti per l’illuminazione circadiana o più in generale per il benessere delle persone negli interni. Tuttavia l’utilizzo di questi prodotti non deve essere considerato equivalente ad un portentoso medicamento, ma piuttosto un nuovo strumento di illuminazione più flessibile e in grado, potenzialmente, di adattarsi maggiormente alle esigenze della progettazione e degli utenti finali, diventando un’interessante prospettiva per i lighting designer in un futuro molto prossimo. Viene tuttavia posto l’accento sul fatto che qualsiasi beneficio può derivare solo da un uso corretto dei prodotti, ovvero a condizione che siano adeguatamente installati e utilizzati, per assolvere non più solo a una funzione utile alla visione ma anche al benessere. Il rischio da considerare è che un utilizzo inadeguato potrebbe produrre effetti potenzialmente dannosi sulla salute.

Ma questa considerazione è ancor più vera per altre tipologie di prodotti tecnologici o prodotti del settore alimentare di cui si fa un uso scorretto o eccessivo nei paesi industrializzati. In base a queste osservazioni, la IALD chiede provocatoriamente se siano necessarie conoscenze e competenze mediche per lighting designer del futuro, affermando piuttosto che il progettista deve essere responsabile e sempre informato sulle innovazioni scientifiche e tecnologiche del settore e sulle nuove norme e raccomandazioni che vengono proposte dagli enti internazionali.

La luce può energizzare, favorire il rilassamento, influenzare positivamente il livello di umore, aumentare il livello di vigilanza soggettivo e le prestazioni cognitive, ma anche migliorare il ciclo sonno-veglia. Ovvero può supportare la salute, il benessere e le prestazioni degli esseri umani, combinando i benefici di una corretta visione con quelli biologici ed emotivi della luce. Il vero valore dell’illuminazione artificiale del futuro starà quindi nella giusta combinazione di eccellenti benefici visivi, biologici ed emotivi.

L’area della produzione
All’inizio del nuovo millennio, in base delle prime ricerche sulla relazione tra illuminazione artificiale e benessere degli individui, alcune aziende introdussero dei prodotti di illuminazione, per gli interni, definiti biodinamici e progettati per sincronizzare il ciclo circadiano umano [14,15,16]. Tuttavia, quelle prime esperienze erano basate su lampade fluorescenti lineari inadeguate ad essere utilizzate per realizzare l’illuminazione circadiana, per le loro dimensioni e per altri motivi tecnici. Negli ultimi dieci anni questi prodotti biodinamici sono andati per lo più fuori produzione, a causa degli alti costi e delle difficoltà di gestione, ma soprattutto perché non sono stati capiti e accettati dai progettisti e dagli utenti. Contemporaneamente le aziende del settore sono state impegnate a metabolizzare la nuova tecnologia Led, prodotti che hanno, via via e in misura sempre maggiore, sostituito le altre sorgenti luminose artificiali. I Led sono componenti fotoelettronici e le aziende produttrici, operanti nel settore elettromeccanico per decenni, hanno dovuto acquisire ulteriori competenze nel settore dell’elettronica [17]. Questo processo, indispensabile per la sopravvivenza delle aziende stesse, ha assorbito la maggior parte delle risorse disponibili per la ricerca e sviluppo, relegando di fatto il tema circadiano in secondo piano. Oggi la situazione è radicalmente mutata. Il processo di Ledification è arrivato a uno stadio di maturità nel quale la questione fondamentale non è più quella di recepire la nuova tecnologia del solid state lighting, ma è quella di esplorare tutte le possibili applicazioni dell’illuminazione che consentano di sfruttare al meglio le sue potenzialità. L’associazione LightingEurope, che raggruppa oltre mille produttori del settore illuminazione nell’Unione Europea, dichiara come fondamentali quattro aree di ricerca e sviluppo: LedificationIntelligent Lighting SystemsHuman Centric Lighting Circular Economy.

Con il termine di Ledification si intende il percorso con il quale negli ultimi anni i Led hanno progressivamente sostituito le sorgenti di luce tradizionali come le lampade ad incandescenza, quelle alogene, le lampade a scarica nei gas e quelle fluorescenti. I Led consentono soluzioni energeticamente efficienti e allo stesso tempo possono permettere di migliorare la qualità della luce. Nuovi operatori, provenienti dal settore dell’elettronica, stanno entrando in questo mercato. Questo processo ha anche cambiato la catena del valore totale nel settore dei prodotti di illuminazione. Infatti i produttori di apparecchi di illuminazione possono oggi integrare le sorgenti luminose Led direttamente negli apparecchi di illuminazione e in molti casi non c’è più una separazione fisica tra sorgente di luce e apparecchio di illuminazione. Inoltre il ciclo di vita dei prodotti si è prolungato rispetto alle sorgenti di luce tradizionali. Infine i sistemi di illuminazione potranno e dovranno diventare più facili da configurare e da installare, per poter essere definiti smart lighting. Come illustrato, l’introduzione della tecnologia Led sta cambiando i prodotti di illuminazione dall’analogico al digitale, realizzando il nuovo concetto di Intelligent Lighting System (ILS).
Gli ILS fanno parte di un sistema interconnesso. Dato che in fase di progetto gli edifici, sia di nuova edificazione che riqualificazione, possono essere strutturati come ecosistemi connessi, l’illuminazione può inserirsi nella spina dorsale di un edificio intelligente.

L’illuminazione è un sistema autonomo dal punto di vista operativo ma connesso ad altri componenti dell’edificio come la rete locale, i sistemi di videosorveglianza, la sensoristica, il controllo della luce naturale, degli impianti di condizionamento e altri sistemi dell’edificio nel contesto della building automation. Pertanto gli ILS potranno fornire un maggiore controllo sulla qualità, flessibilità e adattabilità dell’illuminazione degli edifici. Il tema dello Human Centric Lighting (HCL) è considerato di importanza fondamentale da LightingEurope congiuntamente con il processo di Ledification, che non deve quindi essere inteso e finalizzato solo al risparmio energetico. È importante osservare che in questo contesto, di fatto, la definizione di HCL è molto simile ai concetti di illuminazione circadiana o illuminazione biodinamica introdotti già negli anni precedenti. Mentre secondo una visione più recente, espressa da altri enti e autori, l’illuminazione circadiana sarebbe uno degli elementi chiave, certamente la parte fondamentale dell’HCL, accanto però ad altri fattori progettuali [18,19]. È importante evidenziare che un prodotto non può essere semplicemente definito come HCL, perché il concetto di questa nuova illuminazione è qualcosa che deve sempre essere associato al contesto, che comprende anche le persone, il tempo e gli spazi interni, ovvero l’applicazione del progetto d’illuminazione nel suo insieme. LightingEurope pone l’accento sul fatto che l’illuminazione artificiale può fare molto di più che consentire semplicemente una corretta funzione visiva.

La luce può energizzare, favorire il rilassamento, influenzare positivamente il livello di umore, aumentare il livello di vigilanza soggettivo e le prestazioni cognitive, ma anche migliorare il ciclo sonno-veglia. Ovvero può supportare la salute, il benessere e le prestazioni degli esseri umani, combinando i benefici di una corretta visione con quelli biologici ed emotivi della luce. Il vero valore dell’illuminazione artificiale del futuro starà quindi nella giusta combinazione di eccellenti benefici visivi, biologici ed emotivi. In questo quadro, i Led possono quindi fare molto di più che favorire il semplice, seppur importante, risparmio energetico. In questo settore l’associazione dei produttori europei ha anche supportato lo sviluppo del portale Lighting for People [20]sviluppato nell’ambito della ricerca SSL-erate finanziata dalla Commissione Europea nell’ambito del 7° programma quadro.

LightingEurope condivide i principi dell’economia circolare [21]e ritiene che con l’avvento dei Led e l’obbiettivo dell’aumento della durata di questi nuovi sistemi di illuminazione, l’industria del settore illuminazione possa essere tra i leader nell’area dell’efficienza energetica per i prodotti industriali. In questo settore vi è una grande esperienza nel prolungare la durata di vita dei prodotti, nella raccolta, nel riciclaggio e nella riduzione delle sostanze pericolose. L’obbiettivo è quello di ridurre ulteriormente l’impronta ecologica di questo settore industriale. Il concetto di economia circolare è utilizzato per definire un sistema economico che si rigenera e nel quale le risorse materiali in ingresso, gli sprechi, le emissioni e le dispersioni di energia sono contenuti al minimo necessario, cercando di mantenere i circuiti di consumo dell’energia e dei materiali, quanto più possibile, racchiusi su sé stessi. Il principio fondamentale della HCL è che l’essere umano, con le sue esigenze di visione e stimolazione circadiana, deve essere posto al centro del fare progettuale. Questo dovrebbe essere l’obiettivo dell’HCL, sebbene l’utilizzo di questo termine sia tuttora controverso e dibattuto [22] così come l’applicazione dei criteri per un nuovo modo di intendere l’illuminazione [23].

Bibliografia
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[12]CEN (2017) CEN/TR 16791:2017 Quantifying irradiance for eye-mediated non-image- forming effects of light in humans
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[23]Rea, M. S. 2016. “Opinion: On being PC”. Lighting Research & Technology, 48(3): 266–266. doi: 10.1177/1477153516644160

L’articolo è originariamente apparso su LUCE n°326, dicembre 2018.

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