人因照明的發展與應用
圖、文 ∣ 謝坤學 / 空間新象室內裝修設計 設計總監
The LED smart ambient lighting system is more convenient to control the brightness, color temperature and spectral changes of the light source, and adjusts the characteristics of the light in accordance with the biological cycle to construct a healthy lighting environment. Lighting is not the only factor that affects Circadian Rhythm, but it is a key factor. So lighting can affect people's mood, health and energy.
LED 智慧情境照明系統更便於調控光源的亮度、色溫及光譜變化，並配合生物的生理週期進而調整光線的特性，建構健康照明環境。照明並非影響晝夜節律(Circadian Rhythm) 的唯一因素，但卻是關鍵因子。所以照明能夠影響人的情緒、健康和能量。
人因照明的發展及應用
人類的生活時時刻刻離不開光，光輻射引起人的視覺，因此能看清楚周遭的環境。良好的室內光環境可以提供一個健康、安全、舒適的室內環境，考量人們從外界所獲得的訊息約有 80% 來自於光與視覺（詹慶旋，1991），透過設計予以適當配光、送光、控光，改變空間感覺、降低空間照度，採用手動或自動控制來調控開燈或關燈，並透過教育改變對光的需求亮度，因應法規或個人覺知減少降低能源的消耗。( 周鍊，2006)。由於國人對生活品質的要求漸漸提升，對燈光要求不單單侷限於照明而已，對於照明設計也逐漸多樣化 ( 陳鼎周，2019)。環境照明採用半間接照明將有助於提升空間明亮感並具節能功效 ( 周鼎金等，2018)。對室內空間的照明計畫而言，提升品質降低負荷是永續時代追求的目標( 謝明燁及李冠慧，2017)。現行研究多以受測者主觀評價進行探討，僅依靠水平面的照度亦難以呈現空間明亮感受 ( 周鼎金等，2018)。所以室內光環境的設計考量，須包括：光的照度、配光、光譜和眩光控制等種種因素外；使用者的狀況、空間配置和用途、建築物的條件、預算費用等問題也須納入考量。並針對室內光環境品質滿足其可視性、活動性、健康和安全、心情和舒適、社交和溝通、及美感 ( 謝坤學，2019) 的指標評價 。「可視性」是人們從視野中擷取資訊的能力，亦是良好照明的必要條件，因為有光的排列才能構成光環境的視野，多年來都一直是照明設計的首要考量。因此；我們在充分理解「可視性」的重要性，也同時必須了解照度、色溫、演色性、光譜、頻率、時間及距離皆為影響物體可視性的最重要因素。「可視性」是人類最重要的需求，其他附屬需求則包括：視覺舒適性、健康、安全、舒適、社交溝通、工作效率、情緒與氣氛與美學評估
人因照明
人因照明 (Humans Centric Lighting)，一般稱為舒適照明，探討人在光的環境中，工作和生活所產生的影響，進而研究如何設計一個最適合人的生活及工作的光環境。泛指光線伴隨人的生活作息而調整。此照明理念起源於歐洲，其目的讓人能生活在舒適的照明環境。係利用照明設計技術，運用最適化照明進行規劃，依據空間場域、活動及使用行為，提供適當的照明方式與光源，增加工作效率與舒適性。運用感知器與情境控制，提供功能性與便利性的情境照明環境，皆有助於光環境的改善與節能效益的提升，進而結合生活作息輔以最適化照明情境運用。即使在相同色溫的條件下，也會因為不同觀看者和其他條件如氣候、環境、時間等因素影響，而有不同的光譜分布模式。因此；Deborah Burnett 認為光譜的能量分布 ( Spectral energy distribution，SED ) 才是影響人眼和身體的關鍵因素 (LEDinside，2017)。近年來 WELL AP 健康建築 v2.0 標準，針對 10 項指標中，在光的章節裡，有關室內光環境主要以自然採光與節律照明為主軸。因目前人們每天約有 80% 以上的時間是在室內環境中，所以室內光環境的品質對人的健康影響具有相當重要的指標意義，並強調以自然光的運用為主，並依照節律照明的設計、減少眩光及適度控制，強化光源的演色性及光色品質，顯見情境照明在人因的自動化思考將是未來的照明發展趨勢。
節律照明
晝夜節律是遵循 24 小時周期的身體、心理和行為變化。這些自然過程主要對光的明暗做出反應，並影響大多數生物，包括動物、植物和微生物。時間生物學是對晝夜節律的研究。人與光相關的晝夜節律的例子是晚上睡覺，白天醒著。生理時鐘是生物體的自然計時裝置，調節晝夜節律的周期。大腦中的生物
時鐘協調生物體內的所有生物鐘，使生物鐘保持同步。包括人類在內的脊椎動物中，生物時鐘是一組約 20,000 個神經細胞（神經元），它們形成稱為視交叉上核或 SCN 的結構 ( 圖 1)。SCN 位於大腦中稱為下丘腦的部分，接收來自眼睛的訊息直接輸入。對於人類來說，這個過程中一些最重要的基因是 Period和 Cryptochrome 基因。這些基因編碼的蛋白質在夜間在細胞核中積聚並在白天減少。2017 年，研究人員 Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和 Michael W. Young 因其晝夜節律研究獲得了著名的諾貝爾獎。通過研究與人類基因組成非常相似的果蠅，他們分離出了一種有助於控制人體生理時鐘的基因。科學家們表明，該基因會產生一種蛋白質，這種蛋白質會在一夜之間在細胞中積聚，然後在白天分解。這個過程會影響您的睡眠時間、大腦功能的敏銳程度等等。然而；來自環境的信號也會影響晝夜節律。例如，當身體開啟周期 Period 和隱花色素 Cryptochrome(cry) 基因時，在一天中的不同時間暴露在光線下也可以重置。
因為 SCN 控制褪黑激素的產生，褪黑激素是一種讓您昏昏欲睡的激素。它從視神經接收有關入射光的信息，視神經將信息從眼睛傳遞到大腦。例如，當光線較少時或在晚上 SCN 會告訴大腦要製造更多的褪黑激素，使人昏昏欲睡。晝夜節律是 24 小時周期，是身體內部時鐘的一部分，使人體的生理運行以執行基本運作功能和循環過程。最重要和最著名的晝夜節律之一是睡眠 – 覺醒週期。( 圖 2)
身體的不同系統遵循與大腦的生物時鐘同步的晝夜節律，直接受到環境線索的影響，尤其是「光」，這就是為什麼晝夜節律與晝夜循環息息相關。在人類中，晝夜節律協調精神和身體系統。消化系統產生蛋白質以匹配典型的進餐時間，內分泌系統調節激素以適應正常的能量消耗運作。全身的晝夜節律與生物時鐘相連，SCN有時被稱為晝夜節律起搏器，位於大腦中(圖3)。具體來說，它存在於視交叉上核 (SCN) 中，該核位於大腦中稱為下丘腦的部分。在一天的不同時間，時鐘基因在 SCN 中發送信號來調節整個身體的活動。
白天，光照會導致生物時鐘發送產生警覺的信號並幫助我們保持清醒和活躍。夜幕降臨時，主時鍾啟動褪
黑激素的產生，褪黑激素是一種促進睡眠的激素，然後不斷傳遞信號，幫助我們整夜保持睡眠 ( 圖4)。
圖 1 視交叉上核 (SCN 的結構 )
圖 2 晝夜節律 ( 睡眠 - 覺醒週期 )
圖 3 視覺節律感知與生理時鐘。
圖 4 晝夜節律協調精神和身體系統
SCN 對光高度敏感，「光」是影響 SCN 發送的信號以協調體內內部時鐘的關鍵外部線索。以光線是影響睡眠最重要的外部因素之一。它使人們難以入睡，也影響我們內部時鐘的時間，因光通過我們眼睛視網膜中的“光敏”細胞影響我們的內部時鐘。這些細胞與視覺形成的視桿細胞和視錐細胞佔據了相同的空間，來告訴大腦是白天還是夜晚，而我們的睡眠模式也會相呼應地設定
由於 19 世紀後期電燈泡的發明，我們現在夜間接觸的光線比人類整個進化過程中接觸的機會要多得多。這種相對較新的光照模式幾乎肯定會影響我們的睡眠模式。深夜暴露在光線下往往會延遲我們內部時鐘的相位，並導致我們更喜歡晚睡。半夜暴露在光線下會產生更多不可預測的影響，但肯定足以導致我們的內部生物鐘被重置，並可能更難以重新入睡。人類的晝夜節律其實每天都需要一次新的「校正」，但現在卻遇上了很大的困難。後果可能是失眠和飲食失調，精力不足直到深度抑鬱症。如在北歐（如挪威 ) 和加拿大北部等地區，在冬天「光效率」甚至直逼 0，在當地為治療冬天抑鬱症的人們採用「光療法」來改善。
智慧照明控制系統
可依據人類的心理 / 生理需求或被照物而自動調製出最舒適的色溫及亮度之照明系統。照明系統藉由感測器控制之量測資訊可挑選至最佳視覺的照明或最適合人生理之照明，而同時本系統可搭配遠端遙控系統進行相關之監控及控制。( 註：照明辭典，P489)
LED 智慧情境照明系統更便於調控的光源的亮度、色溫及光譜變化，並配合生物的生理週期進而調整光線的特性，建構健康照明環境。照明並非影響晝夜節律(Circadian Rhythm) 的唯一因素，但卻是關鍵因子。所以照明能夠影響人的情緒、健康和能量。( 圖5)
圖 5 智慧照明控制系統 資料來源：工研院、LEDinside
運用節律照明控制燈具依節律照明的原理，可在不同時段 ( 例如白天或夜晚 ) 自行選擇或依時間自動變化調節各發光 LED 光源之色溫與亮度及可透過感測器偵測並回授使用者與使用環境之光源條件，便於調控模組能即時將 LED 燈具予以適時開啟並將其色溫與亮度調節至最佳狀態，亦或者關閉，運用節律照明控制技術於燈具實際使用時，較能符合人體生理時鐘運作，並降低因為晝夜節律改變而對使用者之生理造成傷害，是一種能夠依照時序及使用環境之光源條件，自動調節光譜及光線強度，降低因為晝夜節律改變而對生理造成傷害的節律照明控制燈具。運用感知器與智慧情境控制，提供功能性與便利性的照明控制環境，皆有助於光環境的改善與節能效益的提升，並結合生活作息進行節律照明情境運用，有賴於照明專業廠商與系統商的相關產品開發，並且在產品製造與能源消耗也符合綠色製造與低碳排放的思維，進而達到安全舒適健康節能的照明設計技術。
謝坤學
國立台北科技大學設計學院 設計博士 / 中原大學室內設計研究所 碩士
經歷
- 中華民國室內裝修專業技術人員學會 第三屆理事長 / 榮譽理事長
- 中華民國室內設計裝修商業同業公會全國聯合會 理事
- 台北市室內設計裝修商業同業公會 副理事長
現職
- 空間新象室內裝修設計工程有限公司 總經理 / 設計總監
- 美學設計工程有限公司 設計總監
- 大峽谷半導體照明系統 ( 開曼 ) 股份有限公司 董事