Haustech 10/2017

Neue Leuchten 
für das 
Wohlbefinden

In Kindertagesstätten wie dieser soll gut geplante, biologisch wirksame Beleuchtung einen positiven Einfluss auf den Stoffwechsel und die Konzentration der Kinder ausüben. (Foto: zVg)
Als Ergänzung für natürliches Tageslicht tragen HCL-Beleuchtungskonzepte in Schulen und Unis zum Lernerfolg bei. Im Bild ein Seminarraum an der ETH Zürich Hönggerberg. (Foto: zVg)
Das 2015 fertiggestellte Monforthaus in Feldkirch wurde kürzlich mit dem Deutschen Lichtdesign-Preis ausgezeichnet. Auch hier sind Elemente von Human Centric Lighting ins Beleuchtungskonzept eingeflossen. (Foto: zVg)
Leonid Leiva /

Mit dem Erfolg der LED-Beleuchtungstechnik taugt heutzutage die Energieeffizienz als entscheidender Massstab für die Bewertung von Lichtkonzepten nicht mehr. Fragen der biologischen Wirkung von Licht rücken nun in den Mittelpunkt. Aber noch ist nicht klar, was Gold ist und was nur glänzt.

Beim Erzeugen von künstlichem Licht für Wohn- und öffentliche Räume hat die Menschheit in den letzten Jahrhunderten grosse Fortschritte gemacht. Als das Gaslicht in europäischen Städten eingeführt wurde, preisten die Stadtwerke vor allem dessen starke Helligkeit an. Heute wird in einigen Pioniergemeinden die Strassenbeleuchtung auf dimmbare LED mit Bewegungsmeldern zur Einstellung der Helligkeit umgestellt.

Die Vorteile in Sachen Effizienz und Lichtverschmutzung sprechen klar für die LED-Strassenlaternen, obwohl sie im Bereich der öffentlichen Beleuchtung finanziell noch nicht wettbewerbsfähig sind. Anders in Wohnräumen: Hier sind die sparsamen und langlebigen LED-Lampen dabei, den Konkurrenzprodukten immer mehr Anwendungsnischen streitig zu machen. Doch mit dem Siegeszug der LED-Beleuchtung beginnen auch Fragen der Qualität jenseits der Energieeffizienz in den Fokus zu rücken.

Effizienz kein alleiniges Kriterium mehr

Ein neues Schlagwort hat sich in der Lichttechnik über die letzten Jahre zunehmend Gehör verschafft: Human Centric Lighting (HCL). Es bezeichnet Leuchten und Lichtkonzepte, die den biologischen Wirkungen des Lichts Rechnung tragen. Biologische Wirkung ist aber etwas salopp ausgedrückt. Die Fachwelt bevorzugt den präziseren Begriff «melanopische Wirkung». Dieser weist darauf hin, dass es nicht um alle vom Licht beeinflussten biologischen Prozesse geht. So sind auch Sehvorgänge biologischer Natur, aber nicht Teil von HCL-Konzepten.

Vielmehr befasst sich die dem HCL zugrunde liegende Chronobiologie mit jenen Lichtwirkungen, die auf die Aktivierung des lichtempfindlichen Moleküls Melanopsin zurückgehen. Melanopsin liegt in Fotorezeptoren vor, die über die gesamte Netzhaut verteilt sind – wobei sie in höherer Dichte in der unteren Augenhälfte vorkommen. Das Molekül ist besonders empfindlich auf die Blauanteile von Licht und regelt beim Menschen den Schlaf-Wach-Rhythmus. Dessen Wirkmechanismus wurde erst um die Jahrtausendwende entdeckt und verstanden. Seitdem ist auf Seite der Hersteller ein Rennen darum im Gange, den Markt mit Leuchtmitteln zu besetzen, die eine optimale melanopische Wirkung erzielen. Nach einem Vorbild mussten sie nicht lange suchen: Tageslicht ist bekanntlich der beste Taktgeber für den Menschen.

Und so sind die neuen, mit dem Prädikat HCL versehenen Lampen auch Versuche, Tageslicht ab Werk herzustellen. Mathias Wambsganss, Professor für Lichtgestaltung, Lichttechnik und Gebäudetechnologie an der Hochschule Rosenheim in Deutschland, weist darauf hin, dass mit HCL eine Ära endet, in der sich Lichttechniker primär und fast ausschliesslich um Energieeffizienz kümmerten. «Bisher stellten wir uns grundsätzlich immer zwei Fragen: Wie viel Licht in Lumen bekomme ich pro Watt Elektrizität aus einer bestimmten Leuchte? Und wie viel Watt pro Quadratmeter sind nötig, um einen Raum mit der geforderten Helligkeit zu beleuchten?»

Heute, vor dem Hintergrund der neuesten Erkenntnisse, sei Lichtplanung weitaus komplexer. Denn nicht nur Lichtstärke und Farbe der Leuchte oder sogar deren neuerdings mögliche Anpassung  im Tagesverlauf spielten eine Rolle. Auch auf die Wahl zwischen Punktquellen und flächigen Leuchten gelte es zu achten. Oder auf die Frage, welche Farbtönungen die Wände und Decken haben sollten, die ebenfalls die Wahrnehmung des Lichts mitbestimmen.

Positives Nutzen-Aufwand-Verhältnis

Manche Spezialisten sind der Meinung, dass es im grundlegenden Verständnis der menalopischen Wirkung von Licht noch viele Lücken gibt. Es sei denn auch vermessen, Beleuchtungskonzepte nach HCL zu erstellen und anzubieten,  als handelte es sich um gesichertes Wissen. Wambsganss hat es jedoch trotz aller Vorbehalte mit seinem eigenen Lichtplanerbüro gewagt. In Deutschland hat er bereits die Innenraumbeleuchtung von zwei Altenheimen in der Form von Pilotprojekten realisiert. «Ich bin mir der Ungewissheiten bewusst, aber wenn ich es nicht mache, dann tut es ein liebloser Lichtplaner, der von der Sache noch weniger versteht», sagt der Ingenieur.

Auch Uwe Belzner vom Beratungs- und Planungsbüro Lenum AG in Lichtenstein wendet das Grundkonzept des Human Centric Lighting nach eigenen Angaben bereits seit vielen Jahren an. «Wir haben damit begonnen, bevor wir von den wissenschaftlichen Erkenntnissen dahinter Bescheid wussten», berichtet Belzner. Vor allem in Altenheimen und Schulen hat Belzner die Erfahrung gemacht, dass die Überlegungen über die aktivierende Wirkung von Licht auf den Menschen auf offene Ohren vonseiten der Bauherren stösst.

Dies, obwohl Human Centric Lighting in der Regel zu einem Mehraufwand führt. Zum einen seien die Planungskosten höher. Allerdings fallen diese Mehrkosten angesichts des geringen Anteils der Lichtplanung an den Gesamtbaukosten kaum ins Gewicht. Andererseits verursachen aber HCL-Konzepte auch erhöhte Energiekosten im Betrieb. Dies geht auf die simple Tatsache zurück, dass HCL eine höhere Lichtintensität pro Quadratmeter voraussetze. In Kindergärten und Schulen braucht es diese stärkere Beleuchtung, um die Konzentration der Kinder in den frühen Morgenstunden zu steigern. In Altenheimen bezwecke man mit der höheren Lichtintensität hingegen das Ankurbeln des Stoffwechsels oder der körperlichen Aktivität der Heimbewohner. Manchmal sei mehr Licht hier einfach eine Sicherheitsmassnahme – etwa, wenn ein oft benutztes Treppenhaus stärker beleuchtet wird.

Belzner beziffert die energetischen Mehrkosten  in einer grossen Schule, die auf HCL setzt, mit rund 1000 Franken pro Jahr. «Wenn dadurch aber der Lernerfolg der Schüler wesentlich verbessert wird, sind das Beträge, die jede Schulleitung bereit ist auf sich zu nehmen», sagt Belzner. Ebenso wehre sich kein Heimbetreiber gegen die Implementierung von HCL, solange er damit auch nur einen Sturz pro Jahr verhindern könne.

Nutzerverhalten als zentrale 
Planungsgrösse

Belzner ist überzeugt, dass der Erfolg primär vom Nutzerverhalten abhängt. Dies ist der typische Fall eines Patienten, dem ein Medikament verschrieben wird. Wenn er seine Tabletten nicht wie vorgeschrieben zu sich nimmt, nützt der beste Rat des Arztes wenig.

Die Abklärung der Bedürfnisse und des Nutzungsmusters gehört seiner Meinung nach zu den wichtigsten ersten Schritten in der Planung eines Lichtkonzepts nach HCL. Die Technik, die dann zum Einsatz kommt, sei sekundär. Er beharrt zum Beispiel auch nicht partout auf automatisierten Lösungen, die das Kunstlicht in Farbe und Intensität über den gesamten Tagesverlauf steuern. Vielmehr lasse er lieber der Individualität der Nutzerbedürfnisse Raum. «Wenn Sie als Lehrperson in der ersten Unterrichtsstunde lieber Märchen vorlesen, wollen Sie eher keine so starke Beleuchtung wie dann, wenn Rechenaufgaben auf dem Stundenplan stehen», sagt Belzner. Das heisst, dass in bestimmten Fällen eine manuelle Steuerung die bessere Variante darstellen kann.

Wider überrissene Versprechungen

Wenn die Technik also keinen Erfolgsgarant für gute HCL-Konzepte bildet – heisst das, dass der jüngste Hype um sogenannte HCL-Lampen ignoriert werden kann? Wambsganss widerspricht. Ihm bereite es dennoch Sorge, dass manche Hersteller eine sehr aggressive Marketingstrategie verfolgen, indem sie ihre Leuchten mit überrissenen und teils pseudowissenschaftlichen Behauptungen bewerben. «Wir dürfen über die Euphorie, welche die technischen Fortschritte der letzten Jahre ausgelöst haben, nicht vergessen, dass selbst die besten Leuchten kein perfektes Imitat von Tageslicht sind.»

Wambsganss bricht in diesem Zusammenhang eine Lanze für ganzheitliche Betrachtungen, die der Rolle des natürlichen Lichts Beachtung schenken: «Die neuen Leuchten sind eine Ergänzung, aber kein Ersatz für architektonische Entwürfe, die in Wohn- und Arbeitsräumen auf eine Optimierung des Tageslichteintrags abzielen.»