Licht & Displays – Adaptive Beleuchtung

Die richtige Lichtstimmung und -helligkeit nützt der Gesundheit. Tages- und Kunstlicht sollen über ein intelligentes Lichtmanagement und neue Lichtquellen optimal kombiniert werden.

Bisher wurde die Qualität einer Lichtquelle vor allem nach der Lichtausbeute und der Lebensdauer bewertet. Doch heute ist der große Trend der Zusammenhang von Licht und Gesundheit", meint Reinhard Weitzel, Osram-Forschungsleiter für Lichtquellen. Gutes Licht beziehungsweise die richtige Lichtfarbe sei wichtig für das Wohlbefinden. So brauche der Fabrikarbeiter in der Nachtschicht ein anderes Licht, als jemand, der zu Hause ein Buch lese. Ein schlecht ausgeleuchteter Arbeitsplatz führe zu Stress und schade der Produktivität, das bestätigen Studien des österreichischen Lichtforschers Prof. Christian Bartenbach: "Wir haben über fünf Jahre etwa 1 600 Versuchspersonen getestet. Schlechtes Licht verringert die Leistungsfähigkeit um 30 %."

Heute liegt der Kunstlichtanteil in Bürogebäuden bei 60 bis 80 %. Laut Bartenbach könnte man ihn durch Umlenkung des Tageslichts auf 20 % senken. Das Kunstlicht sollte je nach Wetterbedingung die Beleuchtung ergänzen und den Tagesverlauf nachbilden. Denn Tageslicht, darin sind sich Arbeitsphysiologen einig, ist das beste Licht für den Menschen. Gewöhnt ist er an 100 000 Lux in der Sommersonne und 20 000 Lux an bewölkten Tagen (1 Lux =1 lm/m²). So viel Helligkeit ist in geschlossenen Räumen allerdings nicht notwendig. Die Mindestwerte, die der Gesetzgeber vorgibt: Für Büroarbeit gelten 500 Lux als Norm, für grobe Maschinenarbeiten 300 Lux. "Das ist aber eher zu wenig", sagt Weitzel und verweist auf entsprechende Studien von Arbeitsphysiologen, die derzeit in Gang sind.

Intelligente Vernetzung. Eine ganze Reihe von Lichtquellen sind heute im Einsatz, meist Glüh-, Leuchtstoff- oder Hochdrucklampen. "Alle Lichtarten haben ihre Stärken. Was aber bislang fehlt, ist die Einsicht, dass sie vernetzt und gesteuert werden sollten, um eine optimale Beleuchtung zu erreichen. Wir benötigen eine Architektur des Lichts", erläutert der Osram-Forscher. Künftig sollten sich die Lichtsysteme den individuellen Bedürfnissen des Menschen anpassen, also adaptiv sein.

Mit einem smarten Lichtmanagement lässt sich dieser Anspruch erfüllen. Dafür muss es regelbare Lampen und intelligente, elektronische Betriebsgeräte geben, ebenso wie die nötigen Komponenten zum Steuern und Regeln sowie Licht- und Bewegungssensoren – und natürlich müssen alle Bausteine vernetzt sein. Die europäische Lichtindustrie hat sich bereits auf eine digitale Schnittstelle namens DALI (Digital Addressable Lighting Interface) geeinigt. Daran lassen sich etwa elektronische Vorschaltgeräte (EVG) anschließen, um Entladungslampen zu betreiben. EVG sind eine zwingende Voraussetzung für das Lichtmanagement: Nur sie garantieren einen variablen Lampenbetrieb und eine hohe Schaltfestigkeit. Denn wenn Leuchtstofflampen mit Bewegungsmeldern kombiniert werden, dürfen sie wegen des häufigen Ein- und Ausschaltens nicht ausfallen. Man kann die EVG mit dem Glühfaden eines Dieselautos vergleichen: Sie sorgen für den notwendigen Warmstart.

Ein System mit DALI kann einzelne Komponenten oder -gruppen schalten oder dimmen – und es kann mit übergeordneten Gebäudemanagementsystemen kommunizieren. Damit sind nicht nur zentrale Schaltfunktionen oder auch Abfragen möglich, etwa über Lampenausfälle. Es lässt sich auch der Anspruch einer adaptiven Beleuchtung erfüllen: Ist es draußen sehr hell, wird die künstliche Beleuchtung zurückgefahren. Bei bewölktem Himmel, am Abend und im Winter wird das Kunstlichtniveau erhöht. Außerdem lassen sich programmierte Lichtszenen wie "Besprechung", oder "Präsentation" auf Knopfdruck abrufen.

Doch ein intelligentes Lichtmanagement ist nicht genug. "Die Lampen von morgen müssen sich durch Effizienz, hohe Lebensdauer, sehr gute Farbwiedergabe und flexible Farbtemperatur auszeichnen", schreibt das deutsche Forschungsministerium (BMBF) zu den "Optischen Technologien des 21. Jahrhunderts". Zwar existieren Lichtquellen mit den beschriebenen Anforderungen, doch keine kann alle Tugenden auf sich vereinen. Dabei wäre es ideal, wenn eine einzelne Lampe den menschlichen Bedürfnissen gerecht würde.

Leuchtstofflampe mit LED. Genau das planen die Osram-Experten: Sie wollen eine völlig neue Lichtquelle kreieren. "Leuchtstofflampen sind sehr effizient, aber leider kann man ihre Farbtemperatur nur schwer verändern. Wir möchten sie mit LED kombinieren, um dem Weißlicht je nach Bedarf mehr Blau- oder Rotanteile beizumischen", berichtet Weitzel. So könne mit einer einzigen Kompakt-Hybrid-Lampe die Lichtfarbe kontinuierlich verändert und eine Lichtstimmung erzeugt werden, die dem natürlichen Tageslichtverlauf entspricht.

Ein ehrgeiziges Ziel, denn noch sind die nötigen Hochleistungs-LED (siehe Beitrag Leuchtdioden) teuer, und bei Temperaturen über 65 °C sinken Wirkungsgrad und Lebensdauer. Letzteres ist nicht gerade ideal, um im Inneren von Leuchtstofflampen zu wirken, wo Temperaturen bis zu 100 °C nahe den Elektroden herrschen können. Die Osram-Fachleute sind trotzdem optimistisch, dass sich diese Schwierigkeiten "über geeignete Wärmeableitungsmaßnahmen und eine intelligente Anordnung lösen lassen".

Auch die Leuchtstofflampen selbst sollen noch effizienter werden und durch quecksilberfreie Systeme ergänzt werden. Vor ein paar Wochen wurde ein entsprechendes Forschungsprogramm vom BMBF bewilligt. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt. Bis dahin hoffen die Forscher, erste Ergebnisse präsentieren zu können. Das wäre dann die erste Lampe mit eingebautem "Wohlfühl"-Effekt.

Evdoxia Tsakiridou

"Wellness für das Augentier Mensch"

Wie wirkt das Licht auf die Psyche?

Bartenbach: Der Mensch ist ein "Augentier". 90 % seiner Wahrnehmung vollzieht sich über die Visualität. Auch viele vegetative Vorgänge werden via Licht gesteuert. Wichtig ist vor allem das reflektierte Licht. Wenn ich am PC arbeite, sehe ich nicht nur den Bildschirm, sondern zugleich die Schreibtischplatte, die Wände, die Fenster, die Außenwelt. Deren Leuchtdichten muss ich auch mit berücksichtigen.

Welche Auswirkungen hat eine schlechte Beleuchtung?

Bartenbach: Ein einfaches Beispiel: Wenn Sie am Bildschirm am Fenster arbeiten, werden Sie geblendet. Die Adaptionsstörung führt zu einer mentalen Belastung. Das merken Sie an Stressreaktionen wie Schweißausbrüchen und Verspannungen. Sie machen mehr Fehler, arbeiten langsamer, werden schneller müde. Das haben wir in all unseren Studien festgestellt. Für einen hohen Komfort muss die Beleuchtungsfläche richtig dimensioniert sein, und man braucht einen optimalen Sonnen- und Blendschutz. Aber auch das Umfeld muss stimmen: So sollte der Schreibtisch mittelgrau oder holzfarbig sein, und Decke, Wände und Fußboden dürfen nicht zu hell sein, damit es keine Reflexionen auf glänzenden Oberflächen gibt.

Welches Licht ist für welche Tageszeit optimal?

Bartenbach: Morgens hat das Licht die höchste Farbtemperatur, es ist sogar leicht bläulich. Abends kommen die Rotanteile mehr zum Tragen. Dem sollte das Kunstlichtspektrum Rechnung tragen. Morgens sollte es aufmunternd sein, für Schreibtischarbeiten eher bläulichweiß. Abends zum Entspannen würde ich warmes, rötliches Licht mit geringen Intensitäten empfehlen.

Welche Lichttechniken sehen Sie für die nächsten zwei Jahrzehnte?

Bartenbach: Es wird mehr Umlenksysteme geben, mit deren Hilfe die Sonne in unterirdische Räume – etwa bei U-Bahnen – gelenkt werden kann. Oder auch in Innenhöfe, enge Straßenbereiche und große Raumtiefen im Hochbau. In der Kunstlichttechnik wird sicher die LED mehr und mehr dominieren. Sie hat eine hohe Lebensdauer, ist sehr wirtschaftlich und bietet eine elektrische Regelung der Helligkeit und sogar der spektralen Zusammensetzung. Auf diese Weise lassen sich neue Raummilieus generieren und weitere Einsatzgebiete erschließen. Lichtquellen und Lichtsysteme werden für das wachsende Wellness-Bedürfnis der Menschen einen signifikanten Beitrag leisten.

Interview: Evdoxia Tsakiridou