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Wissenswertes


Biologisch wirksames Licht
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Seit wir wissen, wie genau Licht Einfluss auf unsere innere Uhr nimmt, forschen Wissenschaftler in der ganzen Welt nach Anwendungsmöglichkeiten für biologisch wirksames Licht.

HCL (Human Centric Lighting) ist das Thema der Stunde. Unter Human Centric Lighting versteht man Lichtkonzepte, bei denen es nicht allein um gutes Licht am Arbeitsplatz oder Beleuchtung von Räumen geht, sondern um ein ganzheitliches Lichtkonzept, bei dem das Wohlbefinden und die Gesundheit des Menschen im Mittelpunkt stehen. In diesem Bereich wird seit Jahren geforscht und es gibt spannende Erkenntnisse, die nun bei der Planung von Licht miteinbezogen werden. Und das nicht nur im Büro, auch in Krankenhäusern, Schulen, bei Langstreckenflügen oder auch beim Leistungssport.

Wie der Mensch auf Licht reagiert, wie das Tageslicht unsere Stimmung und letztendlich die körperliche und seelische Gesundheit beeinflusst, wird heute im modernen Lichtmanagement berücksichtigt. Biologisch wirksam wird Licht dann, wenn man das richtige Lichtspektrum zur richtigen Tageszeit einsetzen kann und somit unseren menschlichen Körper unterstützt und nicht gegen ihn arbeitet.

Auch in der Arbeitswelt soll das neue Wissen über Centric Lighting genutzt werden. Vorbild ist das natürliche Tageslicht. Durch einen hohen Blauanteil im Licht (tageslichtweißes Licht ab 5600 K) wird der Melatoninspiegel beeinflusst: Wir sind wacher, können uns besser konzentrieren und sind damit leistungsfähiger. Im Gegenzug wirkt ein Licht ohne Blauanteil (warmweißes Licht 2700 – 3300 Kelvin) beruhigend und entspannend, unser Wohlbefinden wird gesteigert.

Anforderungen an biologische Lichtwirkung im Büro

Voraussetzung für die biologische Wirksamkeit von Licht sind vor allem diese Kriterien:

Das Licht muss

  • flächig sowie von oben und von vorne auf das Auge treffen.
  • im Tagesablauf veränderbar sein (Die empfohlene die Beleuchtungsstärke am Büro-Arbeitsplatz liegt z. B. zwischen 500 Lux und 1.500 Lux).
  • je nach Tageszeit in der Farbtemperatur angepasst werden können.

Das ist nur mit einem durchdachten Lichtkonzept für den kompletten Raum zu erreichen. Individuelle Bedürfnisse, je nach Tageslicht-Einfall, Oberflächen von Wänden bzw. Möbel und die Anforderungen der Personen (Arbeitsaufgabe, Sehvermögen und Chronotypen) müssen zwingend berücksichtigt werden. Schreibtischleuchten und Stehleuchten unterstützen das Gesamtkonzept und dienen zur Erfüllung der individuellen Sehaufgabe.

Biologisch wirksames Licht: das Lichtspektrum und seine Wirkung

Licht beeinflusst die innere Uhr, circadianer Rhythmus

Licht ist ein Teil der elektromagnetischen Strahlung – nämlich der Teil, den das menschliche Auge wahrnehmen kann. Dieser kleine Teil der elektromagnetischen Strahlung umfasst den Bereich von 380 bis 780 Nanometer. In Nanometern misst man die Wellenlängen von elektromagnetischer Strahlung. Ein Nanometer (nm) entspricht einem milliardstel Meter.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst neben dem Licht viele weitere Frequenzen, die für den Menschen nicht sichtbar sind wie etwa Radiowellen, Infrarotstrahlung, ultraviolette Strahlen oder auch Röntgenstrahlen.

Das Spektrum des sichtbaren Lichts besteht aus unterschiedlichen Wellenlängen. Jeder Wellenlänge entspricht einer bestimmten Farbe. Unser sichtbares Licht umfasst die Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett – was den Farben des Regenbogens entspricht.

Weißes Sonnenlicht ist die Summe aller Spektralfarben. Es enthält also die für uns sichtbaren Spektralfarben, die wir zusammen als Weiß wahrnehmen. Darüber hinaus beinhaltet das Sonnenlicht aber auch nicht sichtbare Frequenzen: die infrarote Strahlung und die ultraviolette Strahlung.

Zuwenig Tageslicht schadet der Gesundheit

Licht bestimmt unseren Alltag, unser Leben dreht sich um die Sonne. Nur weil es sie gibt, konnte sich Leben auf der Erde entwickeln. Tag- und Nachtphasen bestimmen unsere innere Uhr. Wird es hell, wachen wir auf und sind leistungsfähig und haben Energie. Wird es dunkel, kommen wir zur Ruhe und schlafen. Viele Körperfunktionen sind auf diesen Tag-Nacht-Rhythmus ausgerichtet, messbar ist das z.B. an Herzschlag, Hormonen oder Atmung.

Schon lange ist bekannt, dass Licht Einfluss nimmt auf unser Wohlbefinden, auf unsere Gesundheit und unsere Leistungsfähigkeit. Seit wir aber zunehmend Zeit in künstlich belichteten Räumen verbringen, verlieren Tag und Nacht mit ihren unterschiedlichen Helligkeiten an Bedeutung und die innere Uhr verschiebt sich. Auch die Psyche kann durch den Dauerentzug von natürlichem Tageslicht aus dem Gleichgewicht kommen, Erkrankungen wie die Winterdepression sind ein Beispiel dafür.

Die Entdeckung der retinalen Ganglienzellen

Lange war nicht klar, welche Vorgänge im Körper stattfinden, wie genau Licht unser Wohlbefinden steuert. Anfang dieses Jahrtausends entdeckten Wissenschaftler besondere Rezeptoren im menschlichen Auge, spezielle Ganglienzellen. Sie sind lichtempfindlich und steuern die innere Uhr, den Biorhythmus des Menschen, indem sie die Bildung des Schlafhormons Melatonin bremsen.

Der Blauanteil im Licht bremst die Melatonin-Bildung

Ganglienzellen reagieren auf den Blauanteil im sichtbaren Spektrum

Diese Ganglienzellen reagieren besonders auf Licht mit hohen Blauanteilen mit einer Wellenlänge von ca. 490 nm – ein Bereich im sichtbaren Lichtspektrum, der für die visuelle Funktion keine Bedeutung hat.

Im natürlichen Tageslicht ist der Blauanteil im Licht relativ hoch. Unser menschlicher Biorhythmus ist also seit jeher so ausgerichtet, dass wir tagsüber aktiv und abends bzw. nachts müde sind, denn dieser hohe Blauanteil im Tageslicht-Licht verringert sich zum Abend hin stark.

Dementsprechend erhöht ein hoher Blauanteil auch im künstlichen Licht die Vitalität von uns Menschen, steigert die Konzentration und verstärkt die Leistungsfähigkeit. Beleuchtung mit wärmeren Lichtfarben, mit geringen oder keinen Blauanteilen stimmt den Körper auf die Nacht ein. Die Melatonin-Bildung wird nicht unterdrückt und man kann besser schlafen.

Mehr Lebensqualität durch Lichtsteuerung

Dieser Erkenntnis machen sich Wissenschaftler zu Nutzen. Schon seit längerem werden Studien im Gesundheitswesen, in Altenheimen oder in Schulen durchgeführt. Die Ergebnisse sind überzeugend. Eine Feldstudie über 14 Monate in einem Altenheim in Wien z. B. wies auf eine spürbare Verbesserung der Lebensqualität hin. Auch in anderen Bereichen sind viele weitere Studien gestartet worden. So berichtet zum Beispiel der Chrono-Biologe Dr. Thomas Kantermann von einem Forschungsprojekt mit Leistungssportlern, die unter Licht mit hohen Blauanteilen rund 5% mehr Leistung brachten, eine Größenordnung, die mit Anabolika erreicht werden kann, aber mit deutlich geringeren Nebenwirkungen. Weitere Forschungen laufen zum Beispiel im Bereich der Langstreckenflüge oder zum Thema Burnout.

Ein hoher Blauanteil im Licht erhöht die Vitalität, steigert die Konzentration und verstärkt die Leistungsfähigkeit.  Wärmere Lichtfarben mit geringen oder keinen Blauanteilen stimmen den Körper auf die Nacht ein. So wird die Melatoninbildung nicht unterdrückt und man kann besser schlafen.

Biologisch wirksames Licht: am Arbeitsplatz

Bilogisch wirksames Licht am Arbeitsplatz

Auch an Arbeitsstätten verspricht man sich Erfolge hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden der Mitarbeiter. Morgens könnte man schneller in den Tag starten und dem Mittagstief könnte gegengesteuert werden. Ein Nebeneffekt könnte eine verbesserte Schlafqualität in der Nacht sein.

Konzentrierteres Arbeiten soll die Folge sein und langfristig bessere Gesundheit. Biodynamisches Licht kann den positiven Einfluss unterstützen, den Erfolg und Zufriedenheit auf unsere Gesundheit haben – im Gegensatz zu Stress oder auch Unterforderung.

Kriterien für biologisches Licht

Die bisherigen Anforderungen an künstliches Licht bleiben erhalten:

  • Eine gute Beleuchtungsstärke muss den jeweiligen Sehaufgaben entsprechen und innerhalb der Arbeitsfläche möglichst gleichmäßig sein.
  • Direkt- und Reflexblendungen sind zu vermeiden.
  • Das Licht muss flimmer- und flackerfrei sein.
  • Die Lichtfarben müssen angenehm und die Farbwiedergabe gut sein. (Regelwerke siehe Ende des Artikels)

Biologisch wirksames Licht ergänzt diese Vorgaben sinnvoll.

Die Anforderungen an biologisch wirksame Lichtlösungen sind anspruchsvoll, deshalb sollte die Lichtplanung am besten von Beginn an in die Raumplanung integriert werden. Für eine sinnvolle Planung von HCL müssen z. B. Tageslichteinfall im Tages- und Jahresverlauf und die Farbe der Oberflächen im Raum beachtet werden. Auch Raster vor den Leuchten können die Lichtqualität verändern.

Flächiges Licht von oben und von vorne

Grundsätzlich muss biologisch wirksames Licht flächig von oben und von vorne auf die Netzhaut treffen, denn die retinalen Ganglienzellen sind so angesiedelt, dass sie natürliches Tageslicht von oben (so wie draußen vom Himmel) erreicht. Das erzielt man durch großflächige Deckenleuchten oder durch indirekte Lichtquellen wie Standleuchten, die die Decke und obere Wandbereiche aufhellen. Tisch- bzw. Arbeitsplatzleuchten können die Lichtverhältnisse am Arbeitsplatz sinnvoll ergänzen, um die klassischen Sehaufgaben zu erfüllen.

Dynamisch in Farbtemperatur und Beleuchtungsstärke

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Eine wichtige Anforderung an HCL: Das Licht muss sich im Tagesverlauf verändern lassen. Aktivierende Wirkung ergibt sich aus höheren Beleuchtungsstärken und mehr Blauanteilen im Licht. Das ist morgens und zum Mittagstief sinnvoll. Geeignet ist hier Licht mit einer Farbtemperatur über 5300 K. Nachmittags und abends sollte der Blauanteil sinken, wärmere Lichtfarben unter 3.300 K sind hier zu empfehlen. Am wirksamsten wird biologisch wirksames Licht am Morgen nach vorangegangener Dunkelheit.

Die Beleuchtungsstärken müssen nach der Planungsempfehlung DIN SPEC 67600 beispielsweise mindestens 250 Lux bei 8.000 Kelvin erreichen, denn unterhalb dieser Grenze lässt sich keine signifikante biologische Wirkung nachweisen. Entscheidend sind die vertikalen Beleuchtungsstärken an unseren Augen, die v.a. durch die wahrgenommenen Leuchtdichten der betrachteten Oberflächen bestimmt werden. Trotzdem muss das Licht weiterhin gemäß der Sehaufgaben angepasst werden. Licht.de empfiehlt an einem Büro-Arbeitsplatz deshalb z. B. eine Beleuchtungsstärke zwischen 500 Lux und aktivierenden 1.500 Lux für gutes Arbeiten.

Besonders geeignet für die Umsetzung von Centric Lighting sind Räume, in denen man sich länger aufhält, denn das biologische System des Menschen ist in seiner Anpassung deutlich träger als z. B. das visuelle System. Deshalb sind längere Beleuchtungszeiten notwendig, um Reaktionen zu erreichen. Sinnvoll sind also Räume wie Büro- und Konferenzräume oder Kantinen.

Biologisch wirksames Licht: Energieverbrauch, offene Fragen, Regelwerke und Informationen

Energieeffizenzetiketten

Bisher wurde die Energieeffizienz von Leuchten bzw. Leuchtmitteln nur daraufhin bewertet, wie die klassischen Sehaufgaben erfüllt werden können, wie sie uns also beim Sehen unterstützen. Für biologisch aktivierende Wirkungen werden höhere Beleuchtungsstärken benötigt, die zwangsläufig auch mehr Energie verbrauchen, also die Umwelt belasten.

Rund 25% - 30% mehr Energieaufwand erfordert eine moderne Lichtlösung mit biologisch wirksamem Licht, so die bisherigen Erfahrungen laut DIN SPEC 67600.

Dem stellen Wissenschaftler Folgendes entgegen: Neue Anlagen mit biologisch wirksamem Licht sind aufgrund neuester Technik (z. B. Einsatz von LEDs) energiesparender; dynamisches Licht (reagiert z.B. automatisch auf An- und Abwesenheit im Raum oder Tageslichteinfall) verringert den Energieverbrauch. Eine verbesserte Produktivität und Gesunderhaltung der Mitarbeiter ohne Ausfallzeiten sollte ebenfalls gegengerechnet werden.

Allerdings bezieht sich das in erster Linie auf komplett neu und ganzheitlich installierte Lichtanlagen.

Es gibt noch viel zu tun – offene Fragen

Fragen und Kritik biologisches Licht

Die Grundlagenforschung zu diesem Thema ist sehr weit fortgeschritten. Jedoch besteht für konkrete Anwendungsforschungen und Langzeitstudien noch erheblicher Bedarf. Wissenschaftler sind unterschiedlicher Meinung darüber, ob die aktuellen Erkenntnisse schon eine belastbare Grundlage für Anwendungsempfehlungen sein können.

Sehr oft geht es in den Beiträgen der Fachleute um die gesundheitlichen Risiken des biologisch wirksamen Lichts. Falsch angewendet, könnte es dem Organismus langfristig schaden. Es gibt große Bedenken, z.B. bei Nachtarbeit. Wenn der Körper z. B. in seinem natürlichen Rhythmus in eine Ruhephase tritt, man aber mit blauem Licht entgegenwirkt, welche schädlichen Langzeitwirkungen kann das haben? Und wieweit kann man die Leistungsfähigkeit eines Menschen steigern, ohne ihm zu schaden? Begriffe wie Neuro- oder Lichtdoping kursieren.

Der Mensch und seine Arbeits-Umgebung sind verschieden

Biologisches Licht - Arbeitsplatzergonomie

Alter, Sehvermögen, Sehaufgabe, Tageslicht-Einfall und -Menge, Jahreszeit, Tageszeit, unterschiedlicher Biorhythmus (Eule/Lerche), unterschiedliche Oberflächenstrukturen und -farben – all das gilt es zu beachten. Bei mehreren Personen in einem Raum ist es noch schwieriger, das optimale Licht für den Einzelnen zu schaffen. Können pauschalisierte Einstellungen dem gerecht werden oder eventuell sogar kontraproduktiv sein? Individuell einstellbare Beleuchtungen haben das Problem, dass der Mensch gar nicht weiß, welches Licht er gerade benötigt und auch nicht permanent darauf achten kann, wie es ihm gerade geht.

Könnte es aktuell nicht mehr Erfolg bringen, das zusätzliche Geld für biodynamisches Licht direkt in den Menschen zu investieren, also z. B in Prozessoptimierung, in übrige Arbeitsplatzergonomie oder in betriebliche Gesundheitsmaßnahmen?

Fazit: Richtig angewendet kann biologisch wirksames Licht den Menschen das Sonnenlicht in die Innenräume bringen, um z. B. Wohlbefinden, Leistungsfähigkeit und Schlafqualität zu verbessern. Dazu braucht es aber ganzheitlich konzipierte, durchdachte Raumkonzepte, die auf den Einzelnen optimierbar sind. Die Forschung ist hier noch voll im Gange. Plant man also einen Neubau oder eine Komplettsanierung, kann es sinnvoll sein, über Human Centric Lichtlösungen nachzudenken – für zuhause oder bei der Arbeitsplatzgestaltung.

Regelwerke und Informationen

Biologisches Licht - Nachschlagewerke

Auch mit biologisch wirksamer Beleuchtung behalten die bisherigen Anforderungen für Licht am Arbeitsplatz ihre Gültigkeit. Die DIN EN 12464-1 und die ASR A3.4 zum Beispiel geben Informationen für eine gute Beleuchtungsqualität.

Soll das Licht zusätzlich noch biologisch wirksam sein, findet man Planungsempfehlungen zu Beleuchtungslösungen dazu in der DIN SPEC 67600 sowie in der Vornorm DIN SPEC 5031-100 (Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik). In licht.wissen 19 der Seite licht.de finden Sie den aktuellen Wissensstand sowie Informationen zu den Normen ausführlich und verständlich beschrieben.

Quellen, wenn nicht bereits genannt: DIN SPEC 67600, Stand April 2013, licht.wissen 19 von licht.de.

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