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Vertikalbeleuchtungsstärke - Ein modernes Märchen zu gesundem Licht reloaded

 

Vor rund zwei Jahren (hier) hatte ich mich darüber amüsiert, dass Gebäude nach Vertikalbeleuchtungsstärke zertifiziert werden. Mein Beitrag über die neuen Bemühungen, Licht als gesund zu zertifizieren (hier und da), beschreibt aber, dass die circadiane Beleuchtung auf einer Vertikalbeleuchtungsstärke beruht. Die gibt es aber nur, wenn einer die Leuchten an die Wand hängt oder die Beleuchtung durch Fenster erfolgt.

Als hätte man das gelesen und nicht gemerkt, dass man die Sache dadurch trefflich persiflieren kann, indem man sie zur obersten Maxime für die Beleuchtung erhebt, rufen führende Chronobiologen dazu auf, in allen Innenräumen eine Mindestvertikalbeleuchtungstärke von M-EDI > 250 lx für den Tag (06:00 bis 19:00) einzuführen. Da der Mensch sich abends auf die Ruhe vorbereiten muss, wird der Pegel auf 10 lx M-EDI gesenkt.

Lassen wir den Abend und die Nacht auf sich beruhen. Die haben die Menschen schon vor unserer Zeit zum Tage gemacht und werden sich milde über den Aufruf hinweg setzen. (Was übrigens sie vor Schaden nicht bewahren wird.) Was bedeutet eigentlich Vertikalbeleuchtungsstärke und wie viel ist „250 lx M-EDI“?

In lichttechnischen Büchern und auch bei Laiendarstellungen findet man Bilder wie hier. Dieses stammt aus einem Buch von mir. Man plant seit Ewigkeiten Beleuchtungen so, dass eine darunter liegende Ebene beleuchtet wird. Das sagen die senkrechten Pfeile aus. Die waagrechten Pfeile hingegen entsprechen keiner physikalischen Realität. Waagrecht fliegende parallele Strahlen gibt es nur von der Sonne. Jedes Licht von oben fällt mehr oder weniger schräg ein und trifft unter einem Winkel von weniger als 90º auf die Wände. Alle Objekte, die nicht so flach sind wie die Wände oder die Tische werden nicht von einer Horizontal- oder Vertikalbeleuchtungsstärke beleuchtet, sondern von jedem Strahl einzeln. Nur wenn das Beleuchtete völlig matt und platt ist, macht die Rechnung mit der Beleuchtungsstärke Sinn. Völlig matte und platte Sehobjekte kommen in der Realität sehr selten vor. Selbst die Bücher, die die Beleuchtungsstärke erklären, glänzen mindestens etwas. Die teuren Hochglanzbroschüren erst recht.

Da unsere Arbeitsräume in der Höhe relativ tief sind im Verhältnis zu den darin arbeitenden Menschen – Arbeitsräume weisen Höhen ab 2,50 m auf und sind selten höher als 3 m, Menschen erreichen Größen bis 2 m und mehr – sehen menschliche Augen nicht etwa „Vertikal“-Beleuchtungsstärken, sondern mehr oder weniger schräg einfallendes Licht. Die drei Menschen in dem dargestellten Raum sehen in der abgebildeten Situation unterschiedliche „Beleuchtungsstärken“, aber keiner die „Vertikal-B.“, weil sich in Arbeitsräumen die relevanten Sehobjekte immer unter Augenhöhe befinden. Ein waagrechter Blick ist unphysiologisch wie auch ein waagrecht angehobener Arm. Alle ergonomischen Arbeitshaltungen sind mit einem gesenkten Blick verbunden. Beim Stehen beträgt der optimale Winkel 30º, beim Sitzen 35º. Und alle relevanten Sehobjekte (Bildschirme, Arbeitsgut, Aktenordner) werden so angeordnet, dass man nie erzwungenermaßen seinen Blick über die Horizontale heben muss.

Die drei Menschen in dem Foto werden von dem Licht unterschiedlich getroffen, je nachdem, wo sie sich gerade befinden. Den einen trifft es auf die Stirn, den zweiten auf den Hinterkopf. So sind beide Größen, die Horizontal- wie die Vertikal-Beleuchtungsstärke, fiktive Größen, die kaum geeignet sind, das Erleben einer Szenerie auch nur näherungsweise zu beschreiben.

Bei der Vertikal-Beleuchtungsstärke gibt es noch dazu einen Fakt mit fataler Wirkung für die Praxis: Es gibt unendlich viele vertikale Ebenen, aber nicht so viele Stellen, von denen aus man Licht losschicken kann, um sich waagrecht zu bewegen. Ergo: Wer eine Wirkung mit einer Vertikalbeleuchtungsstärke erzielen will, muss eine Vorzugsrichtung vorgeben, in der die Menschen blicken sollen. So etwas könnte klappen, wenn die Leute nichts zu tun haben. So wie vor einer Therapie-Lampe, man guckt eine Zeitlang hinein. Sieht allerdings während der Sitzung und eine Weile danach nichts. Man stelle sich ein Großraumbüro vor, im dem alle in eine Richtung gucken. Dazu noch gehobenen Hauptes, damit sie gesundes Licht empfangen. Am besten eignen sich wohl Amphitheater - da hat jeder die gleiche Chance gesundes Licht abzubekommen. Diese wurden in der Antike erfunden, um allen die gleiche Sicht auf die Bühne zu realisieren. Die antiken Baumeister haben sich da wohl geirrt. Oder nicht die epochale Chance begriffen, die ihre Bauweise eröffnet.

Die Vertikal-Beleuchtungsstärke der Beleuchtung eines Raumes ist daher ungeeignet, um die Arbeitnehmer gesundzustrahlen. Wer gar auf der Basis dieser Größe Gebäude zertifiziert, sollte sich nicht wundern, wenn andere ihn der Quacksalberei bezichtigen. Der Gedanke liegt ja nahe.

Etwas kniffliger dürfte sich die Frage nach der Intensität gestalten. Wenn man die Arbeitsräume von der Decke aus beleuchten will, kommt auf 1 lx Beleuchtungsstärke (horizontal) 0,3 lx vertikal. Allerdings, wie gesagt, sehr ungleichmäßig. Wenn die Beleuchtung mit Lampen von 3000K ("warmweiß") erfolgen soll, bedeutet 250 lx M-EDI überschlagsmäßig 500 lx visuell. Man muss also eine Beleuchtungsstärke von 1.500 lx einplanen. Da die Lampen altern, muss dazu ein Zuschlag von mindestens 25% kommen. Also plant man etwas über 2000 lx.

Wenn man so etwas wirklich realisiert, werden Gutachter für Ergonomie die besten Chancen für regelmäßige Aufträge von Betrieben bekommen. Bildschirmarbeit ade! Die Sorge ist allerdings ziemlich theoretischer Natur. Ein ähnliches Konzept mit einer hohen Beleuchtungsstärke mit waagrecht fliegenden Strahlen, dass einen Silhoutteneffekt vermeiden wollte, ging vor 50 Jahren derart arg in die Hose, dass selbst dessen Autor sich nie wieder dazu äußern wollte (hier).

So hoffnungslos ist die Lage allerdings nicht. Bei heutigen Beleuchtungen kommt man auf 150 lx vertikal ≈ 75 lx M-EDI. Und dafür reicht der Bildschirm. Damit es mir jeder glaubt, hier ein Screenshot aus der echten Publikation. Bei zwei Bildschirmen, die es an immer mehr Arbeitsplätzen gibt, kommt man schon in die Größenordnung, die man einhalten soll. Und man guckt während der Arbeit garantiert in den Bildschirm. Unglaublich aber wahr: Wer hätte gedacht, dass der Bildschirm eines schönen Tages als gesundheitsförderlich eingestuft würde? Und den armen Seelen, die ohne Bildschirm arbeiten müssen, verschreibt der Arzt einen. Die Spielesoftware gibt es dazu, damit man sich vor der Kiste nicht langweilen muss.

Wie lange dauert der Tag mit der amerikanischen Sonne?

Zu meiner großen Überraschung ist seit Jahren der meist geklickte Artikel in diesem Blog "Wie lange dauert die Nacht?". (hier) Eine an sich dämliche Frage. Jeder weiß es doch! Oder? Wenn einer aber etwa ein Jahr seines Lebens am Äquator verbracht hat, viele am 30º Breitengrad, noch mehr am 50º, um dann im arktischen Winter zu landen, klingt die Frage so dämlich nicht. Der Artikel entstand am 16.12.2010 in Tromsø, 69° 39′ 6.58″ N um Mitternacht. Damals nannte ich die Frage nur dumm. Um diese Zeit ist in aller Welt gleich nur die Mondphase. Sehen tut man aber selbst den Mond von jedem Ort aus anders.

So richtig dämlich klingt es, wenn einer fragt, wie lange der Tag der Chronobiologen dauern soll, den sie uns verschreiben wollen (z.B. hier). Ich habe vorgestern geschrieben, dass sie >250 lx M-EDI am Tag für alle vorschreiben wollen. Wie man von Lux auf melanopische M-EDI kommt, habe ich gestern dargestellt (hier). Wie man weiß, wird in Lux die Beleuchtungsstärke beschrieben. Und die ist vergänglich. Knipst man das Licht aus, ist es 0 lx egal wie es vorher war. Nicht so das circadian wirksame Licht. Sie wirkt verdammt lange nach. Bis etwa einen Tag. Nimmt man nicht nur die circadiane, sondern die circannuale Wirkung, kann die Wirkung etwa ein Jahr dauern. Circa. Damit sich das Ganze nicht so bierernst anhört, habe ich versucht, den Vorgang mit der Intelligenz der Möhre zu erklären (hier). Woher weißt die, wann sie wachsen und blühen soll?

Die schöne neue Lösung der Chronobiologen, die sie mit Erkenntnissen aus der Schlafforschung und Depressionstherapie begründen, erinnerte mich an die Amerikanische Nacht. Das ist ein Film von François Truffaut mit der bezaubernden Jacqueline Bisset, der eben diese, die Amerikanische Nacht erläutert. Sie ist eine Technik der Filmaufnahme, die auch Day-for-Night heißt. Dazu sagt Wikipedia "Die Filmszenen wirken meistens künstlich, besonders durch noch vorhandene harte Schatten …"

Der Anlass der Erinnerung war das Buch American Sunshine von Daniel Freund, in dem dargestellt wird, wie die Menschen versuchten, den Tag im Innern der Häuser einzufangen. Als es dann nicht gelang, erfanden Lichttechniker die Amerikanische Sonne. Im Haus sollte die gesamte Strahlung der Sonne simuliert werden, um gesundes Licht zu erzeugen. Ende 1950 war damit Schluss. So kam man auf die Idee, dass man die Natur überhaupt nicht mehr brauche. Man könne unterirdisch bauen und das Licht mit Schläuchen dahin befördern, wo es leuchten soll (hier oder da oder dort). Noch 1989 hat der Vorsitzende des Normenausschusses Innenraumbeleuchtung gesagt, man könne Tageslicht im Innenraum in Qualität und Quantität besser simulieren. (Zweiflern an dieser Aussage sei gesagt, ich besitze ein Video davon aus dem ZDF Archiv mit seinem Gesicht.)

Im Jahr 2021 soll die circadiane Rhythmik des Menschen etwa so geregelt werden:

Der gute Mensch bekommt seine 250 lx ab 6:00 Uhr bis 19:00 Uhr. Danach folgt die Vorbereitung auf den Schlaf mit maximal 10 lx, aber EDI. Um 22:00 ist Schluss. Kommt mir bekannt vor. Den Rhythmus hatte ich in der Jugendherberge und beim Militär. Später ist er mir in einem Gewerkschaftsheim begegnet, wo der Klassenkampf geübt wurde.

Allerdings habe ich nach diesem Schema präzise gesagt 2 Tage im Jahr gelebt. Am 21.03. und am 23.09. haben wir Äquinoktien weltweit. Auf Deutsch Tag-und-Nacht-Gleiche. Und die Sonne geht an diesen Tagen überall auf der Erde fast genau im Osten auf und im Westen unter. Das ist aber alles. Nicht einmal der Begriff Tag-und-Nacht-Gleiche stimmt. Am Äquator ist es etwa 13 Stunden hell, 11 Stunden dunkel. Je weiter man in den Norden kommt, desto länger dauert die Dämmerung. Von wegen 6 Monate Tag und 6 Monate Nacht am Nordpol. Das gilt nur dann, wenn man als Nacht die Zeit versteht, in der die Sonne nicht über den Horizont guckt. Also direkt vom Tag in die Nacht fallen? Das dauert am Äquator ca. 25 Minuten täglich. Am Nordkapp dauert die Dämmerung schlappe 2,5 Monate.

An jedem anderen Tag des Jahres außer den Äquinoktien dauert der Tag länger oder kürzer. Nur nicht der circadiane Tag. Dort herrscht immer mel-EDI > 250 lx. Und bleibt so. Ob sich das mit den Vorstellungen vom dynamischen Licht verträgt? Nicht? Dann lassen wir die mel-EDI mal 500 sein und mal 150. Dann haben wir auch die Dynamik simuliert.

Wer bewusst lebt, weiß, dass sie/er im Sommer viel früher aufsteht als im Winter, wenn er/sie denn darf. Kleine Kinder quaken auch sonntags früh im Bett, während man die Jugendlichen zum Frühstück aus dem Bett prügeln muss. Deswegen hat manche deutsche Schule sogar die Schulzeiten geändert. Der circadiane Rhythmus hält sich an den circannualen, allerdings nach Altersstufen getrennt.

Kann es sein, dass der circadiane Tag den Weg geht, den der künstliche Tag mit American Sunshine gegangen ist?

Wie circadian wirksam ist mein Licht?

 

Seit letztes Jahr kann man die circadiane Wirkung von einem Licht mit dem simulierten Tageslicht vergleichen. Damit man sich nichts Neues merken muss, wird Lux in Lux umgerechnet, allerdings in melanopische. Zum Schreiben muss man den Word-Formeleditor verwenden. Wer das nicht kann, hat fortan keine Ahnung von Licht. Vom melanopischen.

Die Umrechnung von Lux (visuell) in M-EDI (Melanopic Equivalent Daylight Illuminance) erfolgt auf der Basis der Farbtemperatur. Eine Lampe mit 2700K (Glühlampe, LED) ergibt etwas unter 50 melanopische Lux. Die Kurven zeigen für 4 LEDs das Ergebnis der Umrechnung. Das bedeutet, dass 100 lx von der jeweiligen Lampe erzeugt dem Skalenwert entsprechend viel circadiane Wirkung zeigt. So wirkt L. 1 bei 4000K wie 75 lx Tageslichtäquivalent.

Wenn man 100 lx (visuell) auf einem Blatt Papier sieht, weiß man wie hell es etwa ist (25,477 cd/m2). Was sieht man aber, wenn man die 75 melanopische Lux auf das Blatt schickt? Dasselbe. Die melanopischen Lux wirken nur, wenn sie ins Auge gehen. Etwas problematisch?

Seit Prometheus gucken sich die Menschen beleuchtete Objekte an bzw. sie beleuchten Objekte, die sie sehen wollen. Auf die Idee, das Auge zu beleuchten, um die circadianen Rhythmen des Menschen zu ändern, ist man viel später gekommen. Bis dato galt Licht direkt von der Lampe zum Auge als Blendung. Mal sehen, wie viele Menschen es schaffen, noch in diesem Jahrzehnt den Sinn der Sache zu verstehen.

Wenn Sie also der Wissenschaft folgend über 250 lx M-EDI an Ihrem Arbeitsplatz haben, fühlen Sie sich frischer und wohler. Aber nur am Vormittag. Wenn dasselbe nachts kommt, können Sie anschließend nicht mehr schlafen. Theoretisch! Also die Lampe runterregeln auf 2500K (schön rötlich). Irgendwie kommt mir das bekannt vor.

Minimale melanopische Beleuchtungsstärke für Jedermann

Demnächst erscheint ein Artikel, der es in sich hat. Die Autoren gehören zur Weltspitze der Chronobiologie. Sie verlangen dreierlei:

  • mindestens 250 lx "melanopic EDI" am Auge vertikal in 1,2 m Höhe
  • maximal 10 lx "melanopic EDI" am Auge am Abend
  • maximal 10 lx "melanopic EDI" in der Nacht, wenn man unbedingt sehen muss, sonst 1 lx

Zuerst zu EDI. Die heißt so, weil man das Licht am Tageslicht messen will, auch wenn es künstlich daher kommt. EDI ist die Abkürzung von "equivalent daylight illuminance". Melanopisch wird EDI bezeichnet, weil man sie nicht nach der Augenempfindlichkeit für Licht messen will, sondern nach der Empfindlichkeit von Melanopsin. Das ist die Substanz in den melanopsinhaltigen Zellen der Retina. Und diese finden bläuliches Licht reizend.

Man will also mehr - und blaues - Licht am Morgen und weniger in der Nacht. Da will man ja in Ruhe schlafen. Was ist eigentlich, wenn man nicht schlafen darf, sondern arbeiten muss? Die Frage bitte vergessen … Denn man weiß seit Jahrzehnten, dass Schichtarbeit gesundheitsschädlich ist. Leider hat niemand eine schlaue Lösung des Problems gefunden. Man braucht auch nicht lange warten, dass eine gefunden wird. Es wird nicht. Dennoch macht es Sinn, sich Gedanken über Leute zu machen, die nachts nicht arbeiten müssen. Und mit denen, die arbeiten müssen, beschäftigt sich nicht mehr nur die Krebsforschung, sondern auch die Chronobiologie.

Als Begründung für ihr Vorgehen führen die Wissenschaftler an, dass die Einführung künstlicher Beleuchtung zu einem verringerten Lichteinfluss bei Tage geführt hat. Dafür erhält man nachts mehr Licht (…als nötig). Und man schläft viel kürzer. Und vor Allem, schlechter.

Mehr natürliches Licht tagsüber am Arbeitsplatz habe sowohl das Schlafverhalten als auch die mentale Leistungsfähigkeit der Menschen im Büro verbessert. Allerdings scheinen die Experten auf einem anderen Planeten geforscht zu haben. Denn an Büroarbeitsplätzen gibt es kein natürliches Tageslicht.

Wenn das jemand liest, der an einem schönen Fensterplatz sitzend arbeitet, wird sich über die Aussage wundern. Ich sehe es doch, das Tageslicht! Das stimmt. Bloß, dieses Licht, das er sieht, stammt von der Sonne, wird aber durch das Fenster auf ca. 1% vermindert und dazu noch durch das Fensterglas gefiltert. Allein wenn er aufsteht, sieht er ein anderes Licht, weil dann der von ihm gesehene Himmel kleiner wird und der untere Teil größer. Das natürliche Licht gibt es nur im Freien.

Dieses natürliche Licht ist aber nicht "Tageslicht". Denn die Definition der CIE vom Tageslicht besagt seit 1938, dass es "Anteil der Solarstrahlung, der eine Sehempfindung hervorruft" ist. Also: Egal, wo man sich befindet, im oder vor dem Gebäude, das Tageslicht ist ein anderes, als man denkt. Draußen enthält es UV und IR, in das Gebäude lässt das Glas nicht einmal alle Strahlung hinein, die zum Sehen dient. So kann man wissenschaftlich genau dafür sorgen, dass selbst alltägliche Dinge (Tageslicht) nicht verstanden werden.

Was sagen die Beleuchtungsnormen dazu? Nach Meinung der Autoren gilt: "This leaves us with an indoor light environment that is potentially suboptimal for supporting human health, performance and well-being." Auf Deutsch gesagt, das Licht reicht nicht, um die Bedürfnisse der Menschen bezüglich Gesundheit, Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden zu erfüllen. Das erinnert mich daran, dass ich böse angegriffen wurde, als ich behauptete, der Mensch im Büro lebe in der biologischen Dunkelheit. Wegen einer Veröffentlichung "Direktblendung widerspricht dem Arbeitsschutz" (hier) wollte uns die lichttechnische Industrie sogar verklagen. Jetzt haben wir es "amtlich" bestätigt bekommen.

Noch etwas, was jetzt "amtlich" bestätigt wurde, ist ein Verbot der Bildschirmarbeit in den Abendstunden und in der Nacht. Natürlich schreiben die Autoren das nicht so. Sie verlangen EDI < 10 lx abends, und in der Nacht soll es < 1 lx sein, wenn man schlafen will. Und sie schreiben auch : "For example, a significant source of evening light exposure is from visual displays, which in the absence of any other illumination, can provide melanopic EDI levels of >70 lx (above the typical level of exposure required to produce half-maximal subjective alerting, melatonin suppressing and circadian phase-shifting responses in laboratory studies …" Im Klartext: Bildschirme beeinflussen abends und nachts Ihre Körperrhythmen stark. Wie stark? Es sollen weniger als 10 lx (EDI) sein, es können aber mehr als 70 lx (EDI) betragen.

Jetzt verstehe ich, warum bei meinen ersten Studien zur Bildschirmarbeit die Probanden berichteten, sie könnten abends nach der Arbeit nicht sofort einschlafen und müssten deswegen erst einmal in die Kneipe. Und ich dachte, das käme davon, dass es Journalisten der DPA waren, die in der zweiten Schicht des Tages viel Aufregendes aus den USA berichten mussten. Das war vor 45 Jahren, und damals saßen nur DPA Journalisten in großer Zahl abends vor Bildschirmen, weil dort die Nachrichten aus den USA kamen, wo es Tag war. In Zeitungsredaktionen saß hingegen ab und an mal ein Redakteur bei gedimmter Beleuchtung vor einem Glas Rotwein und redigierte gemächlich etwas. 24/7 Fernsehen war noch nicht erfunden. Schon gar nicht MoMa (Morgenmagazin) ab 05:30 Uhr und Nachtmagazin um 00:00 Uhr. Bei einigem Optimieren kann man denselben Moderator für beides einsetzen. NaMa endet um 01:00 Uhr, Moma-Vorbereitungen gibt es ab 04:00 Uhr. Die drei Stunden wird man schon irgendwie sinnvoll um die Ohren schlagen können. Teleshopping moderieren, z.B. Da die Zuschauer genauso bedröppelt sind wie der Moderator, fällt die Sache nicht weiter auf.

Auch noch nicht erfunden waren Smartphones und Tabletts, die einen bis ins Bett verfolgen. Vermutlich kein Arbeitgeber der Welt würde es schaffen, jemanden dazu zu bringen, paar Stunden hintereinander konzentriert kleine Pünktchen auf dem Bildschirm zu jagen.

Büroschlaf ist gesund

Wer sich bei den Autoren für die tiefen Einsichten in die circadianen Rhythmen von ihm oder ihr bedanken will, kann hier den Artikel aufrufen und unkommentiert in voller Länge lesen.

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Welt der Wunder - Die Wissenschaft entdeckt das Tageslicht

 

Kennt einer noch Columbus? Der fuhr 1492 in bis dato unbekannte Gewässer und entdeckte …? Indien! Am entdeckten Ort lebten damals nach neuesten archäologischen Erkenntnissen ca. 100 Mio Menschen, etwa so viele wie in Europa. Macht nix. Columbus gilt als der Entdecker Amerikas alias Indien. Gutes Marketing, wenn man sich verfährt und trotzdem feiern lässt. So ähnlich kommt es mir vor, wenn Wissenschaftler im 21. Jahrhundert das Tageslicht entdecken.

Im dritten Kapitel einer Publikation haben eine Reihe von bedeutenden Wissenschaftlern eine bemerkenswerte Aussage getroffen. Die sieht man unten und muss sich über die Zunge zergehen lassen:

Für den Fall, dass jemand seinen Englischkenntnissen nicht vertrauen will ob der Verblüffung, hier die Übersetzung: "Es scheint gefühlsmäßig zu stimmen, dass Tageslicht wo immer möglich der künstlichen Licht vorgezogen werden sollte, wir haben nur wenige Daten, die diese Forderung unterstützen". Zu der Einsicht müsste man den Wissenschaftlern gratulieren, wenn man die Kinnladen wieder hoch kriegt.

Spaß beiseite, die 2017 erschiene Publikation (hier) ist lesenswert auch wenn gesponsort.

Changing perspectives on daylight (PDF, 10MB)