HCL-Planung: Werte für Lichtwirkungen
Damit eine Beleuchtungslösung nach dem HCL-Konzept wirkungsvoll ist, führen Lichtfarbe und Helligkeit den Tagesverlauf nach. Neben der biologischen wird aber auch die visuelle und emotionale Lichtwirkung beschrieben.
Werte für visuelle Wirkungen
Die visuellen Lichtwirkungen ermöglichen in erster Linie die Erfüllung von Sehaufgaben. Hier zählen zunächst:
- Beleuchtungsstärke,
- Lichtfarbe,
- Farbwiedergabe,
- zylindrische Beleuchtungsstärken im Raum sowie die
- Reflexionseigenschaften von Raumflächen.
Der Lichtplanung stehen hier etablierte Kriterien zur Verfügung.
Die Anforderungen an die Beleuchtung von Arbeitsstätten sind in der Verordnung für Arbeitsstätten (ArbStättV) verankert und werden durch die Technische Regel für Arbeitsstätten „Beleuchtung“ (ASR A3.4) konkretisiert. Für die Planung und Ausführung von Beleuchtungsanlagen werden diese durch relevante Standards, wie z. B. die Normenreihe DIN EN 12464 zur Beleuchtung von Arbeitsstätten, sinnvoll ergänzt. Zitat aus der DIN EN 12464-1: „Diese europäische Norm legt Anforderungen an die Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen fest, die den Erfordernissen für Sehkomfort und Sehleistung für Menschen mit normalem Sehvermögen gerecht werden. Alle üblichen Sehaufgaben, einschließlich derjenigen am Bildschirm, werden berücksichtigt.“
Nachfolgende Aspekte der Beleuchtung sind Voraussetzung für eine gute Beleuchtungsqualität:
- Lichtumgebung
- Leuchtdichteverteilung
- Reflexionsgrade auf Oberflächen
- Beleuchtungsstärkeskala
- Bereich der Sehaufgabe
- Unmittelbare Umgebung
- Hintergrundbereich
- Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke
- Beleuchtungsstärkeraster
- Physiologische Blendung (Abschirmung)
- Psychologische Blendung
- Reflexblendung
- Zylindrische Beleuchtungsstärke
- Modelling
- Gerichtete Beleuchtung
- Lichtfarbe
- Farbwiedergabe
- Flimmern und stroboskopische Effekte
- Beleuchtung von Bildschirmarbeitsplätzen
- Wartungsfaktor
- Energieeffizienzanforderungen
- Tageslicht
- Veränderlichkeit von Licht
Aspekte emotionaler Wirkung
Die positive Wahrnehmung einer gut gestalteten Beleuchtung ist bekannt. Dabei geht es nicht nur um das angenehme Erscheinungsbild der Leuchten, sondern vielmehr um den beleuchteten Raum und das Licht auf Oberflächen und Objekten.
Das richtige Licht bringt die Materialität im Raum zur Geltung. Neben der Lichtfarbe (Warmton, Kaltlicht, RGB-Farbstimmungen) beeinflusst auch die Lichtrichtung (z. B. Wallwasher / Wandaufhellung, Spots/Streiflicht) die Atmosphäre. Im Außenbereich bieten gezielte Illuminationen stimmungsvolle Anblicke (z. B. Fassade, Parks, öffentliche Plätze). In Innenbereichen bietet die Architektur eines Raumes Gestaltungsspielraum – von einer eher sachlichen Ausleuchtung (= Erfüllung der Normen) bis zu einer stilvollen, spielerischen oder künstlerischen Beleuchtung (z. B. Kreativraum, Wohlfühlbeleuchtung, Shops, interaktive Bereiche von Museen).
Werte für biologische Wirkungen
Neben den visuellen Wirkungen haben Beleuchtungsstärken und Lichtfarben auch eine melanopisch bewertete Wirkung. Synonyme für diesen Begriff sind biologische oder auch circadiane Wirkungen. Sie ergeben sich aus:
- höheren Beleuchtungsstärken,
- mehr Blauanteilen im Licht,
- flächigen Lichtquellen,
- zeitlich veränderlichem dynamischen Licht und
- dem richtigen Zeitraum: Wirkungsvoll ist eine biologisch wirksame Beleuchtung insbesondere am Morgen nach vorangegangener Dunkelheit.
Beleuchtungsstärken
Passende Beleuchtungsstärken erleichtern die Sehaufgabe. Obwohl sich die „Lichtwelt“ auf Standards geeinigt hat, müssen im Einzelfall oder für bestimmte Nutzergruppen maßgeschneiderte Lösungen gefunden werden. Dies gilt auch für die biologische Wirkung des Lichts. So benötigt z. B. ein 60-Jähriger im Durchschnitt 30 bis 50 % höhere Lichtniveaus als ein 30-Jähriger. Auch die im Alter auftretende Linsentrübung ist im Planungsprozess zu berücksichtigen (DIN SPEC 5031-100), wenn eine gewisse melanopische Wirkung erzielt werden soll.
Lichtrichtung
Für die biologische Wirkung zählt die vertikale Beleuchtungsstärke am Auge. Sie wird vor allem durch die wahrgenommen Leuchtdichten der betrachteten Oberflächen bestimmt. Die Richtung, aus der Licht ins Auge fällt, ist daher von besonderer Bedeutung. Das Gesichtsfeld des Menschen erstreckt sich in Innenräumen auf einen Winkelbereich von etwa 70° unterhalb bis 55° oberhalb der Blickrichtung (Sliney and Wolbarsht, 1980, vgl. Grafik).
Der Blick ist nicht statisch, aber im Mittel leicht nach unten gerichtet, da die Sehaufgabe im Allgemeinen eher im unteren Bereich angeordnet ist. Da im Bereich der Sehaufgabe die Beleuchtung primär visuellen Anforderungen genügen muss, ist es nicht sinnvoll, für diesen Bereich zusätzlich Licht für biologische Wirkungen einzuplanen. Berücksichtigt man weiterhin, dass die Empfindlichkeit der Fotorezeptoren für biologische Lichtwirkungen im unteren Bereich der Netzhaut höher ist, ergibt sich ein Bereich von etwa -15° bis +45° gegenüber der Horizontalen, in dem biologisch wirksames Licht die höchste Effizienz hat.
In kleineren Räumen oder wenn der Blick in Richtung Wand geht, können die Wände als sekundäre Lichtquelle genutzt werden. Dafür müssen sie hell sein und Licht diffus reflektieren können. Generell ist zu berücksichtigen, dass jede Fläche im Raum, die Licht reflektiert, auch einen Einfluss auf das Lichtspektrum hat. In größeren Räumen oder, wenn die Wände nicht nutzbar sind, stellen auch die Raumdecken eine nutzbare Fläche dar.
Die Beleuchtungslösung kann umgesetzt werden durch:
- großflächige Fenster, Oberlichter im Raum und tageslichtlenkenden Systemen zur Deckenaufhellung;
- großflächige Leuchten oder Lichtdecken:
- Leuchten mit großflächigen Indirektanteilen, welche die Decke und das obere Drittel der Wände aufhellen;
- hinterleuchtete transparente Materialien, z. B. Lichtdecken, Oberlichter mit Kunstlicht, Lichtkästen oder Gardinen;
- Beleuchtung mit indirekten Lichtanteilen an Raumelementen und Einrichtungsgegenständen.
Bei der Nutzung von hellen Flächen sollen sichtbare Leuchtdichten von ca. 500 bis 1.000 cd/m2 nicht überschritten werden, damit kein Blendungsrisiko entsteht. Daher sollten helle Flächen möglichst groß sein, um auch ohne zu hohe Leuchtdichte ausreichend Licht reflektieren zu können. Wichtig dabei: Eine direkte Anstrahlung von Personen soll aus Blendungsgründen vermieden werden.
Lichtfarbe/Spektrum
„Kaltweißes“ Licht mit einer hohen Farbtemperatur wirkt bei gleicher Beleuchtungsstärke intensiver auf das biologische System, da es im melanopisch wirksamen blauen Bereich höhere Anteile hat als warmweißes Licht. Über das Wirkungsspektrum für melanopische Lichtwirkungen Smel(λ) wird der Zusammenhang zwischen Lichtspektrum und biologischer Wirkung beschrieben (siehe dazu auch DIN SPEC 5031-100).
Beleuchtungsstärke und spektrale Verteilung bestimmen gemeinsam die Wirksamkeit. In der DIN SPEC 5031-100 ist ein Umrechnungsfaktor definiert, der es erlaubt, aus der photopisch bewerteten lichttechnischen Größe auf die melanopisch bewertete Größe umzurechnen.
Synchronisierung des Tag-Nacht-Rhythmus
Zur Synchronisierung des Tag-Nacht-Rhythmus ist eine ausreichende Stimulation des biologischen Systems am Vormittag erforderlich. Das biologisch wirksame Lichtniveau muss höher sein als Licht, das am Nachmittag oder Abend einwirkt. Bleibt über den Tag das melanopische Beleuchtungsniveau gering, so kann ein höheres melanopisches Beleuchtungsniveau am Abend zu einer Störung des circadianen Systems führen. Beleuchtungsstärken von 300 bis 500 Lux (lx) am Auge mit einer tageslichtähnlichen Lichtfarbe über ein paar Stunden am Vormittag genügen, um eine circadiane Synchronisierung zu gewährleisten. Je höher das Risiko und das Niveau einer störenden Beleuchtung am Abend sind, desto höher muss auch das stabilisierende Lichtniveau am Vormittag sein (siehe hierzu auch DIN SPEC 67600).
Infokasten zur biologischen Wirkung
Für eine optimale biologische Wirkung, empfiehlt licht.de folgende Beleuchtungsstärken und Farbtemperaturen:
Unterstützung von Konzentration und Aufmerksamkeit tagsüber
- Beleuchtungsstärken von 300 bis 500 lx am Auge über den gesamten Arbeitstag
- Lichtniveau in Tageslichtqualität
- Farbtemperatur bis zum frühen Nachmittag: mindestens 5.500 K
Hinweis: Lichtmanagementsysteme tragen wesentlich dazu bei, den Energiebedarf einer HCL-Lösung gering zu halten.
- Ausschließlich warmweiße Beleuchtung erzeugt am Tag im Zusammenspiel mit Tageslicht unpassende Lichtstimmungen. Zu den Tagesstunden sollten mindestens neutralweiße Lichtfarben verwendet werden.
Entspannung zum Ende des Tages
- Biologisch wirksame Blauanteile auf ein Minimum reduzieren
- Warmweißes Licht mit 2.700 K oder maximal 3.000 K verwenden.
Beleuchtung zur Aktivierung
Eine Beleuchtung zur Aktivierung und Unterstützung von Leistungsfähigkeit und Konzentration erfordert höhere Lichtniveaus. In einzelnen Studien wurde dies mit 1.000 bis 2.000 lx sehr schnell erreicht, allerdings stehen solche Lichtniveaus den Anforderungen an einen sensiblen Umgang mit dem Energieverbrauch entgegen. Ein entsprechendes Lichtmanagementsystem hilft, Strom zu sparen. In etwa 20 Minuten stellt sich eine aktivierende Wirkung von Licht ein, um nach weiteren 20 Minuten wieder abzuklingen, wenn das Lichtniveau reduziert wird. Kurzfristige Aktivierungen sollten auf festgelegte Zeiten am Tag begrenzt werden, um einen Gewöhnungseffekt zu vermeiden und den Energiebedarf in Grenzen zu halten.
Entspannende Beleuchtung am Ende des Tages
Zum Ende des Tages sollte die Beleuchtung nur noch eine möglichst geringe Wirkung auf das biologische System haben. Etwa zwei Stunden vor dem Zubettgehen ist eine möglichst geringe Beleuchtungsstärke am Auge richtig. Nur noch die Sehaufgabe und – soweit für den Sehkomfort erforderlich – das Umfeld sollten beleuchtet werden; und zwar so hell, wie es entsprechend gültiger Normen erforderlich ist. Die biologisch wirksamen Blauanteile sollten auf ein Minimum reduziert werden. Warmweißes Licht mit 2.700 Kelvin (K) oder maximal 3.000 K hat sich als ein guter Kompromiss bei guter Sehqualität bewährt.
„Verlängerte Tage“ und Schichtarbeit
Das „richtige Licht zur richtigen Zeit“ bezieht sich auf einen „typischen“ Berufsalltag, z. B. bei der Arbeit in einem Büro oder auch an Tagesarbeitsplätzen in der Industrie, im Fall von Schülern oder Studenten genauso wie bei Arbeiten im häuslichen Bereich. In diesen Fällen kann man sich zur Frage, welches Licht „richtig“ ist, am durchschnittlichen Verlauf des natürlichen Tageslichts orientieren. Dabei ist es durchaus zulässig, in unseren nördlichen Breiten kurze Tage im Winter mit Kunstlicht in Richtung einer erwünschten, der Gesundheit zuträglichen, Tageslänge auszudehnen.
Beispiel: In Schulen beginnt der Unterricht häufig zu jeder Jahreszeit um acht Uhr. Das ist für viele Schüler zu früh und ignoriert auch jahreszeitliche Schwankungen im persönlichen Biorhythmus. In diesen Fällen kann künstliche Beleuchtung den natürlichen Lichtimpuls ersetzen und das Wachwerden, z. B. morgens im Winter, beschleunigen. Der natürliche Tagesverlauf kann auch bei Arbeitsplätzen in abends geöffneten Supermärkten sowie in Krankenhäusern oder Polizeistationen herangezogen werden. Komplex und Gegenstand weiterer Forschungen ist die Beleuchtung während Nachtschichten.
Geeignete Lichtquellen
Damit künstliches Licht die geplante biologische Wirkung erfüllen kann, sollten bestimmte Mindestwerte für die melanopisch bewertete Bestrahlungsstärke am Auge erreicht werden. Details dieser Bewertung sind in DIN SPEC 5031-100 festgelegt.
