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09. März 2016
Lighting Design ›

Tageslicht - mehr als einfach nur Licht

Bis vor ca. 300.000 Jahren war das Tageslicht die einzige Lichtquelle des prähistorischen Menschen. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Feuer als Licht- und Wärmequelle entdeckt. Das Feuer wurde über viele tausend Jahre in Form von Fackeln, Öl- und Gaslaternen bis hin zur Kerze als »mobile« Lichtquelle eingesetzt. Nach wie vor hatte das Tageslicht aber eine große Relevanz im Alltag des Menschen, da die Brennstoffe teilweise sehr kostbar waren und sich die Räume mit den Brennstellen auch nur bedingt ausleuchten ließen. Häufig kam es auch zu Bränden und durch den Rauch zur Beeinträchtigung der Luftqualität. Der Arbeitsalltag war nach wie vor vom Tageslicht geprägt. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts mit der fortschreitenden Entwicklung der Elektrizität gelang es, industriell Kohlefadenlampen, bzw. später dann auch Glühlampen mit Wolframwendeln herzustellen.

Trotz der permanenten Weiterentwicklung der Lichterzeugungsprinzipien bis hin zur heutigen LED, ist das Tageslicht nach wie vor elementarer Bestandteil im Leben des Menschen. Schließlich wird erst durch die Sonne und das damit verbundene Tageslicht, Leben auf der Erde ermöglicht. Wir genießen die Wärme der ersten Sonnenstrahlen im Frühling nach der langen, dunklen Winterzeit, wir beobachten im Urlaub immer wieder fasziniert den roten Sonnenuntergang über dem Meer oder unternehmen einen Spaziergang umgeben von Eindrücken unter einem blauen Himmel – geprägt vom Tageslicht.

Doch neben diesen visuellen und emotionalen Eindrücken bedeutet das Tageslicht noch mehr für den Menschen. Es dient als Taktgeber für die circadiane Rhythmik des Menschen. Dies haben schon in der 60er Jahren Versuchsreihen unter Ausschluss des Tageslichtes im Andechser Bunker gezeigt. Durch das Fehlen des Tageslichtes als Taktgeber entsprach die Wach- und Schlafzeit der Probanden letztlich nicht mehr dem 24-Stunden-Rhythmus, sondern im Schnitt einem 25-Stunden-Rhythmus. Die circadiane Rhythmik hatte sich verändert. Nach dem Aufstehen, wird jeden Morgen mit Hilfe des Tageslichtes ein »Reset« der inneren Uhr durchgeführt, welcher bei den Probanden der Bunkerversuche gefehlt hat.

Auch für die Stoffwechselvorgänge im menschlichen Körper ist das Tageslicht wichtig. Die im Sonnenlicht enthaltene UVB-Strahlung sorgt dafür, dass über die Haut Vitamin D gebildet wird, welches eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Calciumspiegels im Blut und für den Knochenaufbau spielt.

 

Das Tageslicht beeinflusst unsere Stimmung. Nicht umsonst sprechen wir in der dunklen Jahreszeit vom sogenannten »Winterblues«. So wird die »Winterdepression« auch häufig als »Lichtmangel-Depression« bezeichnet. Insbesondere die Bewohner der nördlichen skandinavischen Länder sind davon betroffen. Teilweise führt dies zu äußerst fragwürdigen Versuchen, der Winterdepression entgegen zu wirken: In Stockholm gibt es ein Licht-Café und in der schwedischen Stadt Umeå soll eine Bushaltestellenbeleuchtung mit einer regelrechten »Lichtdusche« die Wartenden vor der Winterdepression bewahren. Diese Maßnahmen sind sehr zweifelhaft, da weder das Beleuchtungsstärkeniveau, noch die spektrale Zusammensetzung des Tageslichtes simuliert werden. Dennoch zeigt es, wie wichtig das Tageslicht für den Menschen ist. Neben den Anteilen im Bereich des für den Menschen sichtbaren Spektrums von 380–780 nm sorgt sicher auch das Zusammenspiel von ganz bestimmten kurzwelligen und langwelligen Anteilen für nicht-visuelle Effekte im menschlichen Körper, die bis heute noch nicht erforscht sind.

 

Qualitäten des Tageslichtes

Tageslicht besteht aus zwei Komponenten

Das Tageslicht besteht – lichttechnisch gesehen – aus zwei Komponenten: dem diffusen Himmelslicht und dem direkten Sonnenlicht. Natürlich können diese beiden Komponenten je nach Witterung, Tages- und Jahreszeit in sehr unterschiedlicher Ausprägung vorkommen. Dies geht sogar so weit, dass bei geschlossener Wolkendecke nur noch eine Komponente – nämlich das diffuse Himmelslicht – vorhanden ist. Abgesehen von der Lichtrichtung kontrastieren diese beiden Komponenten auch hinsichtlich der ähnlichsten Farbtemperatur. Der klare Himmel hat eine ähnlichste Farbtemperatur von ca. 9.000–25.000 K, das direkte Sonnenlicht besitzt am Tag eine ähnlichste Farbtemperatur von ca. 6.000 K.

Hohe Beleuchtungsstärken

Im Außenraum werden am Tag Beleuchtungsstärken zwischen 3.000 lx (trüber Wintertag) und mehr als 100.000 lx (direktes Sonnenlicht) erreicht. Die obligatorisch geforderten 500 lx zur normativen Beleuchtung eines Büroarbeitsplatzes erscheinen im Vergleich dazu als extrem gering. Dies ist auch durchaus der Fall. Schließlich ist in der Normung immer wieder von Mindestwerten und Mindestanforderungen die Rede. Doch für viele Planer bedeutet der »Mindestwert« eben auch so etwas wie ein »Referenzwert«, den es einzuhalten gilt. In Bezug auf den menschlichen Biorhythmus, lebt der Mensch im Arbeitsalltag bei einer Beleuchtungsstärke von konstanten 500 lx jedoch in »chronobiologischer Dunkelheit«. 

Alles ist dynamisch

Zu den wesentlichen Qualitäten des Tageslichtes gehört auch die permanente Veränderung. Tageslicht ist im Gegensatz zu den meisten künstlichen Beleuchtungsanlagen niemals konstant. Die Beleuchtungsstärke verändert sich über den Tag kontinuierlich. Selbstverständlich denkt man dabei zunächst an den Verlauf der Sonne (Morgendämmerung, höchste Beleuchtungsstärke gegen Mittag, bis hin zur Abenddämmerung). Aber auch innerhalb eines Zeitfensters von wenigen Sekunden ändert sich die Beleuchtungsstärke bei uns auf der Erde kontinuierlich. Der Grund liegt an der permanenten Schwankung der Zusammensetzung der Erdatmosphäre, sowie an den unterschiedlichen Intensitäten der Sonneneruptionen. Dies ist auch bei geschlossener Wolkendecke der Fall. Sicherlich ist diese Veränderung für das menschliche Auge nicht unmittelbar wahrnehmbar. Allerdings kann man die Schwankungen ganz einfach mit einem Beleuchtungsstärkemessgerät ermitteln.

Neben einer kontinuierlichen Veränderung der Beleuchtungsstärke kommt bei klarem Himmel noch die Veränderung der Lichtrichtung während des Tages durch den variierenden Sonnenstand hinzu. Der Richtung des Schattenwurfs und die Länge der Schatten von Objekten im Freien ändert sich kontinuierlich. Tageszeit, Jahreszeit und Witterung sorgen dafür, dass auch die ähnlichste Farbtemperatur der beiden Komponenten »direktes Sonnenlicht« und »diffuses Himmelslicht« niemals statisch ist. Im Folgenden sind einige Tageslichtsituationen, sowie die dazugehörige spektrale Verteilung mit der ähnlichsten Farbtemperatur dargestellt:

Tageslicht
Diffuse Atmosphäre, geschlossene Wolkendecke

Ähnlichste Farbtemperatur ca. 7.000 K

Tageslicht
Blauer Himmel

Ähnlichste Farbtemperatur ca. 25.000 K

Tageslicht
Sonnenlicht

Ähnlichste Farbtemperatur ca. 5.300 K

Tageslicht
Sonnenuntergang

Ähnlichste Farbtemperatur ca. 3300 K

Der Großteil der künstlichen Beleuchtung, die heute geplant wird, ist alles andere als dynamisch. Um Energie zu sparen, dimmt man das (statische) Beleuchtungsstärkeniveau der künstlichen Beleuchtung bei ausreichend Tageslichteinfall noch herunter. Im normativen »Idealfall« arbeitet der typische Büronutzer von morgens bis abends unter einem konstanten 500 lx Niveau bei einer konstanten ähnlichsten Farbtemperatur und konstanter Lichtrichtung. Mit den Qualitäten des Tageslichtes hat dies nichts zu tun. So erscheint es absolut »unnatürlich«, unter einer solchen Beleuchtung den Arbeitsalltag zu verbringen. 


Normative Anforderungen

In verschiedenen Normen und Vorschriften, die sich mit der künstlichen Beleuchtung von Arbeitsstätten beschäftigen, hat die Relevanz des Tageslichtes mittlerweile Einzug gehalten. An dieser Stelle beschränken wir uns exemplarisch auf die DIN EN 12464-1, sowie die ASR A 3.4.

 

DIN EN12464-1

In der DIN EN 12464-1: 2011-08 »Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen« werden unter anderem folgende Punkte zum Tageslicht erwähnt: 

 

4.3.6 Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke 

»…dieser Mangel an Gleichmäßigkeit kann durch die zusätzlichen Vorzüge von Tageslicht (siehe 4.12) kompensiert werden...«

 

4.6.3 Modelling 

»…Von Fenstern breitet sich Tageslicht hauptsächlich horizontal aus. Die zusätzlichen Vorteile von Tageslicht (siehe 4.12) können den Einfluss auf den Modellingwert kompensieren…«

 

4.12 Zusätzliche Vorzüge des Tageslichts 

»…Tageslicht kann die Beleuchtung von Sehaufgaben ganz oder teilweise übernehmen und somit Möglichkeiten für Energieeinsparungen eröffnen. Außerdem ändert es sich über die Zeit in seiner Beleuchtungsstärke, Richtung und spektralen Zusammensetzung und sorgt so für unterschiedliches Modelling und variable Leuchtdichtemuster. Es wird angenommen, dass dies eine positive Wirkung auf Menschen in Innenraum-Arbeitsumgebungen hat. Fenster werden am Arbeitsplatz wegen des Tageslichteinfalls und wegen der Sichtverbindung nach Außen stark bevorzugt…«

 

4.13 Veränderlichkeit von Licht 

»…Durch Veränderung der Lichtbedingungen zur rechten Zeit können Menschen mit Tageslicht… stimuliert und ihr Wohlbefinden gesteigert werden…«

 

Insbesondere aus dem Punkt 4.12 geht hervor, dass die Beleuchtung einer Sehaufgabe auch ausschließlich mit Tageslicht erfolgen kann. Außerdem wird der Tageslichteinfall unter Punkt 4.13 mit »Wohlbefinden« gleichgesetzt und etwaige Mängel einer nicht-normativen Gleichmäßigkeit werden durch das vorhandene Tageslicht relativiert.

ASR A 3.4

Die Technische Regel für Arbeitsstätten »Beleuchtung«, ASR A 3.4, welche in Deutschland verpflichtend ist, geht sogar noch weiter. Hier werden in Form des Tageslichtquotienten sogar Mindestwerte für die Beleuchtung von Arbeitsstätten mit Tageslicht vorgeschrieben.

 

4.1 Ausreichendes Tageslicht

»…Die Arbeitsstätten müssen möglichst ausreichend Tageslicht erhalten. Eine Beleuchtung mit Tageslicht ist der Beleuchtung mit ausschließlich künstlichem Licht vorzuziehen…«

 

»…die Anforderung nach ausreichendem Tageslicht wird erfüllt, wenn in Arbeitsräumen am Arbeitsplatz ein Tageslichtquotient größer als 2 %, bei Dachoberlichtern größer als 4 % erreicht wird…«

 

Im Zusammenhang mit der Tageslichtversorgung wird in der ASR auch von der Gewährleistung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten gesprochen:

 

»…Wenn die Forderung nach ausreichendem Tageslicht in bestehenden Arbeitsstätten oder auf Grund spezifischer betriebstechnischer Anforderungen nicht einzuhalten ist, sind im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung andere Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes erforderlich…«

 

5. Allgemeine Anforderungen

»..da Tageslicht örtlich und zeitlich nicht immer in ausreichendem Maße vorhanden ist, ist zusätzlich eine künstliche Beleuchtung erforderlich…«

 

Selbst die Wartung – in diesem Falle die Reinigung – von Fenstern und Dachoberlichtern wird in der ASR A 3.4 vorgeschrieben:

 

»…Um die Versorgung mit Tageslicht nicht zu beeinträchtigen, sind Fenster und Dachoberlichter regelmäßig zu reinigen…«

Fazit

Mittlerweile ist die Denkweise, dass das Tageslicht eine relevante Bedeutung bei der Beleuchtung von Arbeitsplätzen in Innenräumen hat, auch in den einschlägigen Normen und Vorschriften zur Beleuchtung angekommen. Diese Bedeutung bezieht sich nicht ausschließlich auf die Möglichkeit der Energieeinsparung.

Im Laufe von Jahrtausenden hat sich der menschliche Organismus unter Tageslicht entwickelt. So ist anzunehmen, dass die genaue Zusammensetzung der spektralen Verteilung des Tageslichtes – inklusive der nicht sichtbaren Bestandteile – eine erhebliche Relevanz für den Menschen hat. Diese Relevanz und die genauen Einflüsse sind derzeit nicht einmal ansatzweise erforscht.

Tageslicht ist ein wertvolles Gut mit unglaublich hoher Qualität, das völlig kostenlos zur Verfügung steht. Das sollten wir mehr denn je nutzen. Auch wenn es sich beim Lichtplaner in aller Regel um einen »Kunstlichtplaner« handelt, sollte dennoch das Bewusstsein für die hohe Relevanz des Tageslichtes vorhanden sein. An dieser Stelle sind auch Architekten und Innenarchitekten gefragt. Letztlich sind sie für die Planung und Dimensionierung von Gebäudeöffnungen verantwortlich. Gleichzeitig müssen natürlich auch thermische Belastungen minimiert und das Bedürfnis des Menschen nach Privatsphäre ernst genommen werden.

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