Taktgeber für die innere Uhr

Bei der Gestaltung von Büroräumen und Arbeitsplätzen spielt Licht eine zentrale Rolle. Dies gilt umso mehr, als die Beleuchtung einen wichtigen Beitrag zur Leistungsfähigkeit und zum Wohlbefinden der Mitarbeiter leisten kann. Vorausgesetzt, die biologischen Wirkungen des Lichts werden richtig genutzt.

Der Name ist Programm: Das Lichtplanungskonzept des „Human Centric Lighting“ stellt den Menschen und seine Bedürfnisse in den Mittelpunkt. Es zielt darauf ab, die Beleuchtung auf den natürlichen Rhythmus des Menschen abzustellen, der sich am Verlauf des Tageslichts orientiert. Dahinter steckt die erst um die Jahrtausendwende herum gemachte Entdeckung spezieller Rezeptoren in der Retina des menschlichen Auges. Wissenschaftliche Studien haben nachgewiesen, dass diese Rezeptoren den Rhythmus des Menschen zwischen Wachen und Schlafen beeinflussen und regulieren, indem sie durch das in ihnen enthaltene Protein Melanopsin Reize an die Schaltzentrale für unsere innere Uhr und Leistungsfähigkeit im menschlichen Gehirn aussenden: an den suprachiasmatischen Nucleus (SCN) im Hippothalamus. Dieser erhält über das Auge Impulse durch sichtbares Licht im weiß-blauen Spektralbereich, so wie es im Freien vom Morgen bis zum Nachmittag vorherrscht. Durch die Wahrnehmung und Verarbeitung dieser Lichtinformationen synchronisiert der SCN das Gehirn und damit den Menschen mit seiner Außenwelt, zumal er „über Signale auch die inneren Uhren in sämtlichen anderen Körperzellen“ steuert, wie der Chrono-Biologe Achim Kramer von der Berliner Charité betont: „Licht wirkt auf unsere innere, unsere biologische Uhr. … Menschen leben nach der Sonnenzeit.“¹) Anders formuliert: Licht ist der entscheidende Taktgeber für uns Menschen und passt unseren Rhythmus an Tages- und Jahreszeiten an.

Licht wirkt visuell, emotional und biologisch
An sich ist diese Erkenntnis nichts Neues. Denn jeder weiß aus eigener Erfahrung, wie gut Tageslicht tut und wie sehr sowohl die eigene Leistungsfähigkeit als auch die persönliche Befindlichkeit an trüben Tagen leiden können. Der Ausdruck „Sonne tanken“ bringt auf den Punkt, wie wichtig Tageslicht für den menschlichen Ener­giespeicher, unser Wohlbefinden und damit auch für unsere Leistungsbereitschaft ist. Neu ist hingegen der wissenschaftliche Nachweis, wie es zu diesem Phänomen kommt und wie das Zusammenspiel von Auge und Gehirn durch Licht beeinflusst wird.
Für die Lichtplanung ergibt sich daraus die Notwendigkeit, sich nicht nur wie bisher auf Energieeffizienz und die Gewährleistung visueller Qualität im Raum zu konzentrieren, sondern darüber hinaus ebenso die biologischen und emotionalen Wirkungen des Lichts auf den Menschen zu berücksichtigen – mit dem Ziel, für den Menschen nachhaltig Mehrwerte zu schaffen, die seinen jeweiligen Bedürfnissen und Erwartungen Rechnung tragen. Tatsächlich verfolgen sowohl Lichtplaner als auch Leuchtenhersteller diesen Ansatz mit Konzepten wie „Active Light“, „biodynamisches Licht“ oder „circadiane Lichtplanung“ bereits seit einigen Jahren. Zusammengefasst werden diese inzwischen als „Human Centric Lighting (HCL)“, für das der Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) in einem Positionspapier im September 2016 eine weithin akzeptierte Definition vorgelegt hat: 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.“²)

Ganzheitliche Planung
Um dieser neuen Dimension „guten Lichts“ gerecht zu werden, reicht es freilich nicht, alleine technische Parameter wie Beleuchtungsstärke und Lichtfarbe bedarfsgerecht zu regulieren. Vielmehr ist bei der Lichtplanung eine ganzheitliche Herangehensweise gefragt, die neben lichttechnischen Fragen die Umgebungsbedingungen (u. a. Gebäude- bzw. Raumarchitektur, Tageslichtsituation, Einrichtung, technische Ausstattung), die spezifischen Anforderungen an die vorgesehene Nutzung (z. B. Arbeits- und Sehaufgaben, Nutzungszeiten, räumliche Abläufe, Wegeführung, Flexibilität der Arbeitsplätze) und die Bedürfnisse der jeweiligen Nutzer im Detail analysiert und bei der Umsetzung der Beleuchtung einbezieht. Denn z. B. konzentriertes, präzises Arbeiten eines Einzelnen am Bildschirm erfordert eine andere Beleuchtung als kreatives Brainstorming in der Gruppe, wenn Licht stimulierend und leistungsfördernd wirken soll. Bei diesem ganzheitlichen Ansatz ist es von Vorteil, wenn die Planung der Beleuchtungsanlage möglichst frühzeitig in die Gesamtplanung einbezogen wird und zudem künftige Änderungen in der Raum- bzw. Gebäudenutzung durch eine entsprechend flexible Auslegung bereits mitberücksichtigt. Überdies sollten auch chrono-biologische Erkenntnisse in die Lichtplanung einfließen, um dauerhafte Störungen des menschlichen Schlaf-Wach-Regulationssystems durch „falsches“ Licht zu vermeiden, da diese sich erwiesenermaßen ungünstig auf Wohlbefinden und Gesundheit auswirken.
Tatsächlich sind gerade unter diesem Gesichtspunkt die Anforderungen an gutes Licht in Arbeits- und Bürowelten besonders hoch. Denn während die Arbeitszeiten zumeist über das Jahr hinweg demselben Takt folgen, richten sich die innere Uhr und damit auch unsere Leis­tungsbereitschaft – je nach Chrono-Typ („Morgen-Lerche“ oder „Nacht-Eule“) unterschiedlich stark – an den entlang der Jahreszeiten wechselnden natürlichen Lichtverhältnissen aus. „Human Centric Lighting“-Konzepte zielen daher auch im Büro darauf ab, den natürlichen Tageslichtverlauf hinsichtlich Helligkeit, Farbigkeit und Lichtrichtung nachzuahmen und dessen im Jahresverlauf wechselnde Dynamik abzubilden. Während in den Sommermonaten mit frühem Sonnenaufgang und spätem Sonnenuntergang der künstliche Lichtverlauf annähernd der Tageslichtkurve entspricht, übernimmt das Kunstlicht in der Winterzeit die Aufgabe, den Tag gewissermaßen zu verlängern. Hier kommt zum Tragen, dass – so Schlafmediziner Alexander Blau – sich „durch Licht … die Einkoppelung (des Menschen) in die 24-Stunden-Rhythmik möglichst optimal gestalten“ lässt.³) Diese Aufgabe der Bürobeleuchtung ist umso wichtiger, je geringer der Tageslichteintrag in der jeweiligen Büroumgebung ist. An Arbeitsplätzen in Fensternähe wird folglich eine andere Kunstlichtsituation vonnöten sein als in Bereichen, die sich weiter im Rauminneren befinden. Dabei geben Normen wie die DIN EN 12464-1 „Beleuchtung von Arbeitsstätten“ und die Arbeitsstättenverordnung, weiter spezifiziert in der Technischen Regel für Arbeitsstätten „Beleuchtung“, der Lichtplanung die Mindestanforderungen vor, die erfüllt sein müssen, damit die Sehaufgaben bei unterschiedlichen Tätigkeiten problemlos gemeistert werden können. Neben diesen regulativen Vorgaben gilt es darüber hinaus zu bedenken, dass jeder Mensch unterschiedliche Voraussetzungen und Fähigkeiten mitbringt, die sich im Laufe eines Lebens zudem verändern. Grundsätzlich sollte es deshalb an jedem Arbeitsplatz möglich sein, die Beleuchtung dem wechselnden individuellen Lichtbedarf anzupassen, um optimale visuelle Arbeitsbedingungen zu gewährleisten.

Innovatives Lichtmanagement
Für diese Individualisierung der Arbeitsplatzbeleuchtung, genauso wie für den am Tageslichtverlauf orientierten dynamischen Wechsel von Beleuchtungsszenarien im Büro, setzt das Lichtplanungskonzept des „Human Centric Lighting“ auf die Kombination moderner LED- und Lichtsteuerungstechnologie. Solche „Light Management Systeme“ – kurz LMS – sind heute zumeist Teil übergeordneter, KNX- oder funkbasierter Smart-Building-Lösungen, die verschiedene gebäudetechnische Gewerke, Sensoren und die IT-Infrastruktur digital miteinander vernetzen. Anwesenheitserkennung, Tageslicht- und Schwarmsteuerung sowie ein Energieverbrauchs-Monitoring sind daher in modernen Büros innovative Lichtmanagement-Anwendungen, die dazu beitragen, die Ener­gieeffizienz der Beleuchtungsanlage zu optimieren.
Diese Lichtszenarien laufen dabei entweder vollautomatisch nach einem zuvor festgelegten Programm und in unmittelbarer Reaktion auf den jeweiligen Tageslichteintrag ab oder lassen sich vom Nutzer individuell abrufen. Für die Raumbeleuchtung in Großraumbüros mit vielen Nutzern empfiehlt sich ein zentrales LMS mit einem vorprogrammierten Ablauf von Beleuchtungsszenarien. Es sollte durch individuell steuerbare Arbeitsplatzleuchten – idealerweise eine Steh- oder Tischleuchte – ergänzt werden. In Einzel- und Kleinbüros oder Besprechungsbereichen sollten die Nutzer selbst ganz nach ihren Bedürfnissen und eigenen Wünschen passende Lichtstimmungen per zentraler Steuereinheit oder Smartphone bzw. Tablet einstellen können – am einfachsten über voreingestellte Szenen für unterschiedliche Tätigkeiten von der Besprechung über konzentriertes Arbeiten am Notebook oder PC bis hin zur Bildschirmpräsentation.
Dabei kommt es für die visuelle, emotionale und biologische Wirksamkeit der Beleuchtungslösung und deren Qualität darauf an, dass zum einen lichttechnische Kriterien wie die Beleuchtungsstärke und deren Gleichmäßigkeit, die Lichtfarbe und -richtung, die Leuchtdichteverteilung, die Farbwiedergabe, mögliche Reflektionen und andere mehr den normativen Anforderungen entsprechen. Dies ist nicht nur für die Erfüllung der Sehaufgaben wichtig, sondern sorgt überdies dafür, dass Raum und Arbeitsumgebung ins rechte Licht gerückt werden, sodass eine zur Nutzung passende, für die Menschen wohltuende Atmosphäre entsteht.

„Cool up“ zum Aktivieren
Zum zweiten spielt namentlich das abgestimmte Zusammenspiel von vertikaler Beleuchtungsstärke und Lichtfarben für die biologische Wirkung des Lichts eine zentrale Rolle. So sind etwa am Auge kontinuierliche Beleuchtungsstärken von 300 bis 500 lx nötig, um das Konzentrationsvermögen hochzuhalten. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der Positionierung der Blaulichtrezeptoren im unteren Bereich der Netzhaut das Auge nur in einem Teil des Gesichtsfelds – nämlich im Bereich bis 45° oberhalb der Blickrichtung – für biologische Wirkungen des Lichts besonders gut empfänglich ist. Deren Ausmaß ist zudem vom Zusammenwirken von Beleuchtungsstärke und spektraler Verteilung abhängig: Kaltweißes Licht erzielt bei gleicher Beleuchtungsstärke eine stärkere biologisch-melanopische Wirkung als warmweißes Licht. Der kaltweiße Lichtanteil sollte daher am Morgen deutlich auf über 5500 K ansteigen und bis zum Nachmittag auf diesem hohen Niveau verbleiben, um – gemeinsam mit einer hohen Beleuchtungsstärke – die menschliche Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit zu unterstützen. Um diese zu aktivieren, reicht es aus, die Beleuchtungsstärke zeitweise auf 1000 bis 2000 lx hochzufahren. Ansonsten wird für Leuchtstofflampen mit einer Farbtemperatur von 8000 K eine Mindestbeleuchtungsstärke von 240 lx am Auge, für LEDs mit 6500 K bzw. 4000 K eine Mindestbeleuchtungsstärke von 300 lx bzw. 380 lx am Auge empfohlen, um biologisch-aktivierende Lichtwirkungen auszulösen.
Ein Beispiel aus der Praxis: In den Großraumbüros des neuen Hauptverwaltungsgebäudes der Osram Opto Semiconductors GmbH in Regensburg startet das Licht gegen 6:00 Uhr morgens mit 3000 K und 500 lx horizontaler Beleuchtungsstärke, um am Mittag das Maximum von 6500 K und ca. 800 lx horizontaler Beleuchtungsstärke (ca. 300 lx vertikale Beleuchtungsstärke) zu erreichen. „Saisonale Einflüsse wie die Jahreszeit werden bei diesem intelligenten Lichtkonzept automatisch berücksichtigt und in die Programmierung integriert“, so die Osram Lighting Solutions GmbH, die das HCL-Konzept für das Projekt des Schwester-Unternehmens in Regensburg entwickelt hat. Dazu wurden für jeden Tag des Jahres Lichtkurven je nach Tages- und Jahreszeit in das Lichtmanagementsystem einprogrammiert. Zusätzlich erfassen rund 350 Helligkeits- und Präsenzsensoren den aktuellen Tageslichteinfall und die Anwesenheit der Mitarbeiter, sodass das LMS die vorprogrammierte Lichtkurve bei Bedarf automatisch anpassen kann.

„Warm Down“ zum Entspannen
Großflächiges Licht mittels breit strahlender Flächenleuchten zur indirekten Deckenbeleuchtung hilft zusätzlich dabei, Leistungsvermögen und Aufmerksamkeit zu stimulieren. Dafür lassen sich auch helle Decken und Wände durch Reflektion als sekundäre Lichtquellen nutzen. Um Blendungen zu vermeiden, ist hier darauf zu achten, dass die sichtbaren Leuchtdichten nicht mehr als 500 bis 1000 cd/m² betragen.
Zur Entspannung am Ende der Arbeitszeit sollten die Blauanteile des Lichts genauso wie die Beleuchtungsstärke schrittweise verringert werden: Warmweißes Licht zwischen 2700 und 3000 K mit reduziertem Lichtniveau trägt dafür Sorge, dass der Mensch langsam zur Ruhe kommt. Unterstützt wird dies, indem an die Stelle großzügiger Lichtflächen zunehmend direkt gerichtetes und punktförmiges Licht tritt. In jedem Fall sollte ab dem späten Nachmittag tageslichtweiße Beleuchtung sowohl am Arbeitsplatz als auch im privaten Umfeld vermieden werden, um anhaltende Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus mit schädlichen Folgen für die Gesundheit auszuschließen.

Mitwirkung der Nutzer
In der Tat hängt die Wirksamkeit des „Human Centric Lighting“ zu einem guten Teil von der Mitwirkung der Nutzer ab. Ein noch so ausgefeiltes Beleuchtungskonzept nach HCL-Grundsätzen für den Arbeitsplatz verfehlt sein Ziel, wenn sich der Nutzer zu Hause regelmäßig bis zum Einschlafen dem aktivierenden blauweißen Licht seines Smartphones aussetzt. Genauso wichtig ist es, dass der Nutzer weiß, wie er die Beleuchtung an seinem Arbeitsplatz bedient und welche physiologischen Wirkungen das Licht für sein Arbeiten, sein Wohlbefinden, seine Leis­tungsfähigkeit und seine Gesundheit hat. Zu einer perfekten HCL-Lichtplanung gehört daher stets eine entsprechende, verständlich aufbereitete Information für die, die Nutzer der umgesetzten Lichtlösung sein werden.
Weiterführende Informationen lassen sich dem „Leitfaden Human Centric Lighting (HCL). Licht.wissen 21“ entnehmen, der im Internet unter https://bit.ly/2QevpSh zur Verfügung steht.

Autor: Dr. Carsten Tessmer, Regensburg

¹) Cloxit – Der Streit um die richtige Zeit in Europa, in: Wissenschaft im Brennpunkt, Deutschlandfunk vom 21. 10. 2018

²) Der Einsatz von Human Centric Lighting (HCL) ermöglicht das richtige Licht für jede Tageszeit. Positionspapier des ZVEI, 1.9.2016 (https://www.zvei.org/presse-medien/
publikationen/der-einsatz-von-human-centric-lighting-hcl-ermoeglicht-das-richtige-licht-fuer-jede-tageszeit/)

³) Cloxit – Der Streit um die richtige Zeit in Europa, in: Wissenschaft im Brennpunkt, Deutschlandfunk vom 21.10.2018 (https://www.deutschlandfunk.de/schlafforschung-biologische-huerden-der-zeitumstellung.740.de.html?dram:article_id=430959)