Human Centric Lighting: Beste Bedingungen

Arbeitsplatz am Fenster: Die Nutzbarmachung von Tageslicht ist für eine positive biologische Wirkung empfehlenswert. - Foto: Undrey/Adobe Stock

Licht hat einen großen Einfluss auf das menschliche Wohlbefinden. Das gilt besonders für Arbeits-, Büro- und Schulräume. Diese Erkenntnis liegt dem Beleuchtungskonzept Human Centric Lighting zugrunde. In Planung und Praxis spielen Aspekte wie Lichtfarbe und -intensität eine zentrale Rolle.

Durch die Erfindung der Glühlampen im Jahr 1880 und mit der Elektrifizierung zum Anfang des 20. Jahrhunderts verlagerte sich die Mehrheit der Produktionsstätten in die Innenräume. Die Hauptanteile der industriellen Betriebe, der Verwaltungen sowie die Bereiche des Bildungs- und Gesundheitswesens wie beispielsweise Schulen und Kliniken sind heute in Gebäuden integriert. In den Jahren 1930 bis 1970 haben sich die Entladungslampen wie Leuchtstofflampen mit einer Lichtausbeute um 65 bis 100 Lumen pro Watt (lm/W) stark entwickelt und verdrängten die Halogenglühlampen mit einer Lichtausbeute von 25 lm/W aus den professionellen Beleuchtungsbereichen.

In der Industrialisierungszeit zwischen 1920 bis 1990 ging es der Lichtwissenschaft und der Arbeitssicherheit darum, die Lichtbedingungen zu definieren, um eine sichere Arbeit am Arbeitsplatz zu ermöglichen. Erkenntnisse wie eine blendungsarme Beleuchtungssituation und ein Beleuchtungsniveau von 500 Lux (lx) auf der Arbeitsebene flossen in die Normwerke (DIN-Normen, technische Regel für Arbeitsstätten „Beleuchtung“) und sichern ein ermüdungsarmes Lesen von Dokumenten sowie eine sichere Handhabung von Werkzeugen und sorgen somit für eine ausreichende visuelle Leistung.

Mit dem Übergang zu einer Informationsgesellschaft in den 1990er-Jahren kamen die emotionalen Aspekte der Beleuchtung wie die Harmonisierung mit der Raumarchitektur, Arbeitsatmosphäre und Identität mit den Arbeits- und Raumbedingungen hinzu. Die farbliche Darstellung von Objekten im Raum und die Brillanz der Objektwiedergabe sind zusätzliche Parameter zur Beurteilung der Lichtqualität, die dennoch eher in angehobenen Bauobjekten angewandt sind. In den meisten Gebäuden sind Normungswerte, basierend auf den Kriterien der visuellen Leistung dennoch oft verwendet, die die individuellen Lichtwünsche, Alter der Anwender, Wetterlagen sowie Raumzwecke nicht berücksichtigen.

Ära der Digitalisierung und des Internets der Dinge

Mit dem Beginn des 21. Jahrhunderts haben sich viele gesellschaftliche Einflussfaktoren auf das Arbeitsleben verändert. Die Produktion ist rechnergesteuert, die Anzahl der Büroarbeitsplätze lag laut der Gesetzlichen Unfallversicherung in Deutschland im Jahr 2016 bei rund 17,6 Millionen. Die Arbeit in der Verwaltung und in Bildungs- und Gesundheitsbereichen ist vielfältiger und belastender geworden. Nach Angaben der Deutschen Depressionshilfe leiden pro Jahr etwa acht Prozent der deutschen Bevölkerung an einer Depression, das sind 5,3 Millionen Menschen. Mit der zunehmenden demografischen Entwicklung steigt auch die Zahl der an Demenz erkrankten Menschen an. Im Jahr 2018 waren es bereits 1,7 Millionen (Quelle: Deutsche Alzheimer-Gesellschaft).

Auf der technologischen und neurobiologischen Seite gibt es neue Erkenntnisse. Die LED-Technik erreicht derzeit eine Lichtausbeute von 180 bis 200 lm/W, das Doppelte von konventionellen Leuchtstofflampen, und löst damit das Thema der Energieeffizienz weitestgehend. Seit 2016 geht die Lichttechnologie faktisch in die Ära der Digitalisierung und des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) über. Die Neurobiologie hat zum Jahrhundertwechsel auf der Netzhaut des menschlichen Auges einen neuartigen Rezeptor nachgewiesen, der das sichtbare Licht in Gehirnsignale umwandelt, womit der menschliche Biorhythmus mit dem Tageslicht synchronisiert werden kann.

Die Umwandlung von Lichtenergie in Gehirnsignale erfolgt am effizientesten mit Licht im blau-cyanen Bereich. Mit einem relativ hohen Lichtniveau und einem erhöhten Blaulichtanteil über den Arbeitstag und besonders in den Vormittagsstunden ist der Mensch vital, konzentriert und bekommt einen qualitativ guten Schlaf in der Nacht. Das erhöht die Arbeitsproduktivität und reduziert zudem Krankheitsfälle und Depressionen. Seit wenigen Jahren spricht man in der Lichttechnik und in der Schlafforschung von einem neuen Beleuchtungskonzept, dem Human Centric Lighting (HCL).

Der Brancheninitiative Licht.de zufolge wirkt Human Centric Lighting „vielfältig und immer – visuell, emotional und biologisch. HCL unterstützt zielgerichtet und langfristig die Gesundheit, das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit des Menschen durch ganzheitliche Planung und Umsetzung der visuellen, emotionalen und insbesondere der biologischen Wirkungen von Licht.“

Das HCL-Konzept umfasst somit die Komponenten der visuellen Leistung, die durch das Beleuchtungsniveau (hell, dunkel) realisiert ist. Die emotionalen Effekte von Licht auf Menschen werden durch Lichtfarbe (warmweiß, tageslichtweiß, Farbtemperatur), Farbqualität (Farbwiedergabe) sowie Lichtrichtung in Kombination mit dem Beleuchtungsniveau in einem Raum bestimmt.

Dynamisierung des Beleuchtungsniveaus

Die biologische Wirkung von Licht kommt am besten durch eine Dynamisierung des Beleuchtungsniveaus und der Lichtfarbe in Abhängigkeit von der Uhrzeit zum Tragen. Empfehlenswert sind ein vergleichsweise hohes Beleuchtungsniveau von etwa 750 lx bis 1200 lx sowie ein tagesweißes Licht um 5000 Kelvin (K) in den Morgen- und Mittagsstunden bis 12 Uhr. In den Nachmittagsstunden sinkt das Beleuchtungsniveau auf 500-750 lx bei einer Farbtemperatur von 4000 K. Abends und in der Nachtschicht (z. B. in einem Stadtwerk) sollte die Farbtemperatur am Arbeitsplatz im Bereich von 3300 bis 4000 K bei einer Beleuchtungsstärke von 500 lx liegen.

Die Nutzbarmachung von Tageslicht durch großzügige Fensterdimensionierung, eine helle Beleuchtung der Decke und Wände sowie eine Anordnung der Büroarbeitsplätze und Schulbänke in Fensternähe sind für eine positive biologische Wirkung empfehlenswert. Eine US-Studie mit 109 Testpersonen in fünf Gebäuden über sieben Tage jeweils im Winter und im Sommer konnte experimentell nachweisen, dass eine hohe wirksame Lichtmenge an den Morgenstunden die Wachheit und die Schlafqualität (längere Schlafdauer, kürzere Einschlafzeit) positiv begünstigt und das Wohlbefinden steigert.

Tran Quoc Khanh

Der Autor
Prof. Dr.-Ing. Tran Quoc Khanh ist Leiter des Fachgebiets Lichttechnik an der Technischen Universität Darmstadt