工作光環境對健康與警覺影響初探

台灣區照明燈具輸出業同業公會發表於2018/04/16

文、圖⊙趙念慈、鄭忠志／工業技術研究院綠能所

理想的工作光環境需維持使用者清醒與專注，並降低對褪黑激素的分泌干擾。本研究探討三種光環境於早、午、晚各照射1小時，經心率變異參數與問卷分析，了解光環境對警覺度與舒適度的影響。結果顯示，早晨適合使用高褪黑激素抑制率的光環境；午後以高照度暖光環境維持專注減少刺激。晚間避免使用帶來疲勞與不適的冷光環境。

An ideal office lighting design should be able to maintain occupants awake and focused while minimizing disturbances in melatonin secretion. This study investigates the levels of alertness and comfort through HRV analysis and questionnaire survey, with three kinds of lighting environment each for one hour experiment during morning, afternoon, and night time. It is found that a high melatonin suppression lighting environment is good for morning. A warm light environment with a high illumination level can maintain focused with reduced stimulation level during afternoon. A cold light environment tends to cause fatigue and discomfort during night time.

前言

人眼具有視覺（視網膜上的桿細胞和錐細胞）以及非視覺（與影像形成無關的特化感光受體ipRGC，位於桿／錐細胞外側的節細胞，Berson et al., 2002）功能。人眼的視覺功能是「看」，非視覺功能則是隨光照調整日變時鐘（circadian clock），日變時鐘是動物體內的定時器，能夠協調激素活性、體溫、和醒睡節奏。光照時點會影響醒睡節奏，研究指出在核心體溫最低點之後接受光照會促進褪黑激素提早分泌（提早就寢時間），反之則延遲褪黑激素分泌時間（延遲就寢時間）。

人類作息在使用電燈與工業化後產生劇變。與古人相較，現代人處於室內的時間大幅增加，作息不再與太陽連動，造成日間光刺激減少，而夜間增多。在工作型態方面，現代人更多參與輪班工作（shift work）與跨時區旅行；在生活型態上，現代人缺乏運動、經常進食、不規律的睡眠模式、並常處於恆定室溫下，凡此種種皆影響晝夜節律（circadian rhythm）的節奏。

除了工作／生活型態的改變，多數人上班時間固定，下班後忙於各種社交活動，因此處於睡眠不足的狀態。與50～100年前的人相較，我們每晚少睡1～2小時（Roenneberg, 2013）。醫學研究指出，功能正常／運作穩定的晝夜節律是健康的基礎，而晝夜節律失衡會造成內分泌失調，是慢性病的起因（科學人，2011）。

目前光環境品質的評量以滿足視覺需求為主。過往的辦公室工作發生在水平面，因此水平面照度是評估重點。當電腦與各式自發光手持裝置成為現代人的生活依賴後，水平照度值不足以定義光環境品質。由健康觀點來看，入眼照度（垂直面的照度）才是影響使用者日變時鐘的重要參數。此外，隨著社會老齡化趨勢，越來越多的健康長輩選擇繼續工作，工作場所的光環境需要兼顧年輕人與水晶體黃化的長輩視覺與健康需求（ANSI/IESNA, 2007）。

探討目標

工作光環境需要提供使用者清醒與專注，然而，同樣的光環境在不同時間點對褪黑激素的抑制效果不一。理想的光環境應具備隨不同時點提供高清醒度與低褪黑激素干擾的特質。本研究探討三種光環境於早、午、晚各照射1小時，經受測者心率變異（HRV， Heart Rate Variability）參數分析與主觀評價問卷結果，綜合了解光環境對警覺度與舒適度的影響。

實驗設計

實驗環境如圖一所示，HRV量測裝置如圖二所示。光環境的主要調控參數為入眼照度、色溫、以及 CS值（Circadian Stimulus）。本研究開發的CS值計算式，是按Rea et al.（2012）發表的公式，並依年齡（入眼透射率）與瞳孔尺寸修正而得。CS值為0〜1 數值，若某光環境的CS值為0.5，表示具備50%的褪黑激素抑制率。

三種實驗光環境分別為L1_高照度/高色溫（入眼400lx／色溫5980K／CS值0.49）、L2_高照度／低色溫（入眼337lx／色溫3032K ／CS值0.303）、L3_低照度/高色溫（入眼207lx／色溫6000K／CS 值0.36）。實驗分上午8時、午後2時、與晚間8時三時段，各進行1小時實驗，實驗開始前量測10分鐘的基準HRV值，基準光環境為入眼153lx／色溫4870K／CS值0.27。實驗期間每20min進行一次「警覺／舒適度評價」問卷填寫，每回實驗進行３次問卷填寫。 candy crush為實驗期間避免無聊的專注遊戲。

共有6位女性受測者參與實驗，年齡為27.5+5.5 歲，共取得54筆有效資料。納入受測者年齡影響後計算CS值，L1為0.38、L2為0.37、L3為0.25，光環境L1與L2的CS值近似，皆高於L3環境，而L1與L3皆為高色溫環境，L1與L2皆為高照度環境。

數據處理與解析

資料分析按每回實驗的前、中、後進行問卷與生理值平均。為排除個體差異與基準值變化，各生理平均數值皆減去當次實驗基準值，再計算對基準值的占比。問卷主要取得警覺度與舒適度主觀評價。舒適度以0為不好不壞、正值為舒適、負值不舒適。警覺度以0為既不警覺也不想睡、正值為警覺、負值想睡。

以HF％為舒適度判定參數，LF／HF為警覺度判定參數。提升的LF／HF值，或受抑制的HF％值，有可能是專注力提高，或是感到不舒適。舒適度與警覺度因子彼此獨立，四種環境評價為警覺／不舒適、警覺／舒適、想睡／舒適、想睡／不舒適。

結果

結果顯示，早晨時段適合使用具較強褪黑激素抑制率（高CS值）的光環境，暖光雖比冷光更顯舒適，然而冷光的精神提振效果佳。午後時段適合使用高照度暖光環境，以提高專注減少刺激。晚間使用冷光雖能提振警覺度，然而帶來疲勞與不適，暖光讓人想睡卻具舒適效果；為維護健康，夜間宜使用暖光。各實驗時段之量測與問卷結果簡述如下。

1. 早晨時段（圖三〜四）

警覺度部分，所有受測者在三種光環境下的 ΔLF/HF%皆為正值，皆表振奮。受測者表示冷光環境（L1、L3）讓人警覺，暖光（L2）讓人有睡意。舒適度部分，所有受測者在三種光環境下的ΔHF%皆為正值，表示舒適，副交感神經活性皆未受抑制，意見值與生理值表現一致。

2. 午後時段（圖五〜六）

警覺度部分，高照度冷光對警覺度提升具顯著效果，高照度暖光亦具提振效果，低照度冷光在實驗後期方顯出警覺效果。主觀評價顯示，高照度暖光在實驗後期大大提升警覺度。舒適度部分，僅高照度冷光環境對副交感神經活性顯出抑制能力，高照度暖光於實驗結束前方進入抑制狀態。主觀評價顯示，所有受測者在三種光環境下皆表舒適，高照度冷光環境在實驗中後期的舒適度下降，這現象可由提高的ΔLF/HF%值得到參照，可能的解釋是疲勞。

3. 晚間時段（圖七〜八） 　　

警覺度部分，高照度冷光對警覺度提升具顯著效果，主觀評價結果亦一致。所有受測者在三種光環境下ΔLF/HF%皆為正值，然而，高照度暖光對於主觀警覺度的提振效果不及冷光。舒適度部分，高照度冷光環境對副交感神經活性具明顯抑制能力。

應用構想

未來工作光環境設計建議考慮兩個面向，分別是空間健康光環境（週邊照明環境，ambient lighting environment）以及個人化光環境（工作照明環境，task lighting environment）。空間健康光環境設計方面，按早、中、晚，規劃符合健康與專注需求的光環境，牆面輝度的提升將是設計重點。個人化光環境設計方面，依各別生理、喜好、與工作需求，提供可調控的面光源，入眼照度的提升是設計重點，讓不同時型與年齡的使用者皆能擁有最適光環境。

圖一實驗環境建置

致謝　　

感謝中原大學建築系謝明燁老師與同學們協助進行實驗。

參考資料

1. 普羅凡西歐（Ignacio Provencio），隱藏眼中的器官，科學人，2011.07。

2. ANSI/IESNA RP-28-07, 2007. Recommended Practice for Lighting and the Visual Environment for Senior Living. New York: Illuminating Engineering Society of North America.

3. Berson, David M., Felice A. Dunn, and Motoharu Takao. "Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock." Science 295.5557 (2002): 1070-1073.

4. Rea, Mark S., et al. "Modelling the spectral sensitivity of the human circadian system." Lighting Research & Technology 44.4 (2012): 386-396.

5. Roenneberg, Till. "Chronobiology: the human sleep project." Nature 498.7455 (2013): 427-428.