Sicurezza Fotobiologica LED

Sicurezza fotobiologica delle lampade: normativa EN 62471

 
 

Alternativa alle lampade comuni, le tecnologie LED (Light Emitting Diode) consistono in dispositivi elettronici costituiti da uno o più diodi alimentati da un circuito elettronico, capaci di emettere una radiazione ottica al passaggio della corrente elettrica. Il costo più elevato delle lampade a LED rispetto alle lampade a scarica viene compensato abbondantemente dai vantaggi: assenza di mercurio, lunghissima durata di funzionamento, notevole risparmio energetico, esigua perdita di luminosità a fine vita (3% circa).
Anche le tecnologie LED pongono, però, delle problematiche relative alla sicurezza: queste sono legate soprattutto alla tipologia di frequenze luminose emesse e richiedono, ai fini della tutela del consumatore, il rispetto di determinati standard di qualità da parte dei produttori; in particolare, la normativa di cui tenere conto è quella riferita ai “moduli LED” e alle “Self-ballasted LED lamps”. Diversamente dal “LED” (termine con cui si indica il singolo dispositivo allo stato solido (diodo) atto all’emissione della radiazione luminosa), il “modulo LED” è un’unità alimentata come sorgente luminosa che, in aggiunta ad uno o più diodi emettitori di luce, può contenere diversi componenti meccanici, ottici ed elettronici.
A livello internazionale, la norma di riferimento sulla sicurezza dei moduli LED è la IEC/EN 62031: “LED modules for general lighting - Safety specifications”. La norma IEC/EN 62560 “Self-ballasted LED-lamps for general lighting services > 50 V. Safety specifications” si riferisce, invece, alle lampade Led “self-ballasted”, ovvero a quelle unità che, incorporando LED e altri elementi necessari al corretto funzionamento della sorgente di luce, non possono essere smontate senza essere permanentemente danneggiate.
A differenza delle lampade emittenti radiazione UV, la luce emessa dalle lampade per l'illuminazione di ambienti non presenta generalmente problemi sanitari per quanto riguarda la cute. Un'eccezione può tuttavia essere costituita dalle reazioni da fotosensibilizzazione che in alcuni casi possono essere prodotte anche dalla radiazione visibile, soprattutto a carico dell'occhio. Di particolare importanza sono i danni alla retina, dovuti a meccanismi di tipo termico o fotochimico: si parla comunemente di danno da luce blu, in quanto indotto prevalentemente dalla radiazione visibile di colore blu-violetto (lunghezze d'onda comprese tra circa 380 e 490 nm, con massima efficacia a 440 nm). La necessità di un adeguato comfort visivo, strettamente connessa alle finalità di illuminazione di ambienti, fa sì che le lampade deputate a questo scopo abbiano generalmente intensità limitate.
Tuttavia, rispetto ad altre tipologie di lampade, le lampade a LED presentano alcune caratteristiche particolari dal punto di vista dei possibili rischi per la salute. Esse sono infatti caratterizzate:
• da un'elevata radianza (una misura della "brillantezza" della sorgente), dovuta alle dimensioni molto ridotte della superficie emissiva;
• da uno spettro di lunghezze d'onda fortemente spostato verso la regione blu dell'intervallo spettrale del visibile.
L'elevata radianza “spettrale” (ovvero relativa alle lunghezze d’onda considerate) aumenta la probabilità di abbagliamento, con temporanea riduzione della funzionalità visiva o, in caso di eccessivo contrasto tra sorgenti luminose e superfici riflettenti, stress e difficoltà di concentrazione. Le intense componenti nella regione blu dello spettro di emissione (lampade LED "a luce fredda"), inoltre, possono rendere non trascurabile il rischio di danni alla retina di natura fotochimica.
La Commissione Internazionale per la Protezione dalle Radiazioni Non-ionizzanti (ICNIRP) ha emanato delle linee guida in cui sono stati fissati dei limiti di esposizione per la prevenzione dei rischi per la salute connessi alle esposizioni alle radiazioni ottiche, ivi compresi i danni da luce blu. I limiti fissati dall'ICNIRP sono stati recepiti nella Direttiva 2006/25/CE del Parlamento europeo e sono inoltre alla base della norma tecnica IEC/EN 62471:“Photobiological safety of lamps and lamp systems” (applicata dal 2007 in sostituzione della IEC 60825-1), che fornisce le linee guida per la valutazione e il controllo dei rischi fotobiologici derivanti da tutte le sorgenti ad ampio spettro incoerente (compresi i LED) alimentati elettricamente, e che emettono radiazione ottica nel campo di lunghezze d'onda compreso tra 200 nm e 3000 nm. Tale norma prende in considerazione diversi campi di lunghezze d'onda e associa ad ognuno un rischio ed un relativo limite espositivo, specificando i limiti di esposizione, le tecniche di misura di riferimento (radianza e irradianza) e lo schema di classificazione della radiazione in base alla pericolosità.
Gli apparecchi di illuminazione vengono infatti classificati secondo quattro "gruppi di rischio”, che vanno dal gruppo 0 (assenza di rischio) al gruppo 3 (rischio alto).
La Norma IEC/TR 62471-2 "Guidance on manufacturing requirements relating to non-laser optical radiation safety" serve da guida e permette di etichettare il prodotto secondo il gruppo di rischio all'interno del quale esso ricade, fornendo appunto i requisiti di sicurezza richiesti per il suo utilizzo: mentre i prodotti rientranti nei gruppi di rischio 2 e 3 devono essere marcati (sul prodotto stesso o sulla confezione), la marcatura per il gruppo di rischio 1 è opzionale. 

Tabella 1: Limiti di emissione per i diversi gruppi di rischio delle lampade a spettro continuo

La problematica specifica delle lampade LED è stata esaminata da un gruppo di lavoro riunito dall'agenzia francese AFSSET (Agenzia francese per la sicurezza sanitaria dell'ambiente e del lavoro). Tra i risultati ottenuti dal gruppo di lavoro, pubblicati nel rapporto dell'ANSES "Effets sanitaires des systèmes d'éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED)" dell'ottobre 2010, di particolare interesse sono i seguenti punti:
• Alcuni LED di un solo watt di potenza disponibili per l'utilizzo domestico danno luogo a luminanze superiori a 10 milioni di candele al metro quadrato, quando una luminanza di sole 10.000 candele al metro quadrato è generalmente considerata fastidiosa.
• Alcuni dispositivi LED utilizzati molto comunemente, anche per l'illuminazione, appartengono al gruppo 2 a causa degli elevati valori di radianza ponderata secondo lo spettro d'azione del danno da luce blu;
• Sono state identificate categorie di persone particolarmente a rischio, tra cui i bambini e i lavoratori addetti in particolari settori di attività (installatori di impianti per l'illuminazione, il personale di sala operatoria, …).
Nell’ottica di garantire ai consumatori un soddisfacente livello qualitativo e di sicurezza dei prodotti, alcune aziende hanno sviluppato un iter di “Certificazione Volontaria” di tutti i dispositivi di illuminazione a LED, che coinvolge non solo gli aspetti prestazionali dei prodotti, ma anche tutti gli aspetti relativi all’iter di produzione, ai controlli intermedi e al collaudo finale. Lo schema di certificazione, validato e accreditato, è svolto da un organismo notificato di terza parte (CERMET, IMQ,…), che rilascia il marchio di conformità da apporre sul prodotto; la certificazione dei dati fotometrici è invece affidata a laboratori accreditati per misure fotometriche (come il QUALILAB), in conformità con le UNI EN 13032-1 e UNI 11356/10 (per l’Italia) o la IESNA LM-79 (Nord America).

 

La radiazione luminosa può causare danni alla pelle ed agli occhi, come visto nell’articolo sulla pericolosità dei LED (link all’articolo). Non solo la luce dei LED ma qualsiasi fonte luminosa può causare danni. La normativa italiana ed europea obbliga il produttore ad eseguire dei test di laboratorio e scrivere sulla lampada la classe di rischio se presente. Esistono inoltre dei limiti di emissione da non superare. Test da eseguire, classi di rischio e limiti di emissione sono definiti nella normativa EN 62471. Il testo unico sulla sicurezza, D.Lgs. 81/2008 riprende questi limiti e li applica ai luoghi di lavoro per la tutela di tutti i lavoratori. I test ed i limiti di emissione non sono di immediata comprensione poichè richiedono conoscenze tecniche specifiche e sono gli addetti ai lavori e laboratotri attrezzati possono analizzare la pericolosità delle lampade. Quello che possiamo fare noi attraverso la conoscenza della norma è capire la pericolosità delle varie classi e se ci sono lampade esenti da questo rischio.

Il danno potenziale della radiazione luminosa varia con la lunghezza d’onda e con la dose ricevuta. La dose è data dalla potenza per il tempo di esposizione. Una radiazione intensa necessita di meno tempo per causare danni di una di minore intensità. Chiariamo il concetto con un esempio: è possibile essere scottati dal sole se esponiamo la pelle un’ora il 15 agosto a mezzogiorno mentre sarà necessaria l’esposizione di 8 ore in una giornata di maggio.

La EN 62471 definisce dei limiti assoluti di esposizione per la superficie della cute e della cornea:

t = tempo di esposizione

Tipo di Rischio Lunghezza d’onda [nm] Durata dell’esposizione t [sec] Limiti espositivi [W/m²]
UV attinico cute e occhi 200 – 400 < 30000 (8 ore circa) 30 / t
UV-A occhio 315 – 400 < 1000 (16 minuti circa)
> 1000
10000 / t
10
Luce blu sorgente piccola 300 – 700 < 100
> 100
100 / t
1
IR occhio  730 – 3000 < 1000
> 1000
18000 / t0.75
100
Termico cutaneo  380 – 3000 < 10  20000 / t0.75

e per la superficie della retina:

α = angolo del campo visivo

Tipo di Rischio Lunghezza d’onda [nm] Durata dell’esposizione [sec] Limiti espositivi [W/m²]
Luce blu 300 – 700 < 30000 30 / t
Termico retinico 380 – 1400 < 0.25
0.25 – 10
50000 / α*t0.25
50000 / α*t0.25
Termico retinico(stimolo visivo debole) 780 – 1400 > 10 6000 / α

La EN 62471 definisce delle classi di rischio:

Gruppo di rischio: Esente 1 (Rischio basso)
2 (Rischio medio)
3 (Rischio elevato)
Rischio UV attinico Assente entro 8 ore di esposizione Assente entro 2,8 ore circa di esposizione Assente entro 16 minuti circa di esposizione Qualsiasi rischio superiore al gruppo 2 appartiene al gruppo 3
Rischio UV-A Assente entro 16 minuti circa di esposizione Assente entro 5 minuti di esposizione Assente entro 100 secondi di esposizione
Rischio retinico da luce blu Assente entro 2,8 ore circa di esposizione Assente entro 100 secondi di esposizione Assente entro 0,25 secondi di esposizione
Rischio IR retinico Assente entro 10 secondi di esposizione Assente entro 10 secondi di esposizione Assente entro 0,25 secondi di esposizione
Rischio IR cornea Assente entro 16 minuti circe di esposizione Assente entro 100 secondi di esposizione Assente entro 10 secondi di esposizione

Le misure di radianza e irradianza sono effettuate alla distanza alla quale si produce un illuminamento di 500 lux ed a non meno di 200 mm per i dispositivi di illuminzione generale ed a 200 mm per tutti gli altri.

Infine la EN 62471 definisce i limiti di emissione per i vari gruppi:

 Rischio Gruppo esente Gruppo di rischio 1 Gruppo di rischio 2
UV attinico cute e occhi [W/m²]  0,001  0,003  0,03
UV-A occhio [W/m²]  10  33  100
Luce blu sorgente piccola [W/m²]  1  1  400
IR occhio [W/m²]  100  570  3200

Le lampade appartenenti al gruppo di rischio 3 non possono essere usate per l’illuminazione generale.

In base allo spettro di emissione caratteristico dei vari tipi di lampada solo alcune possono risultare pericolose ai fini di questa norma. Vediamo quali:

Tipo di Lampada Pericolo legato all’IR Pericolo legato al blu
Alogene per applicazioni speciali SI SI
A scarica tipo MH chiaro (ioduri) NO SI
LED NO SI

In questi casi le lampade devono riportare sulla confezione il gruppo di rischio.

 

Relativamente al rischio da luce blu, considerando i valori sopra citati, è possibile definire un valore di illuminamento (al livello degli occhi) in funzione della temperatura di colore (CCT) della lampada, al di sotto del quale il rischio è uguale o inferiore al gruppo 1:

CCT Illuminamento [LUX]
< 2350  4000
2350 < CCT < 2850  1850
2850 < CCT < 3250  1450
3250 < CCT < 3750  1100
3750 < CCT < 4500  850
4500 < CCT < 5750  650
5750 < CCT < 8000  500