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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.

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Träumen vom natürlichen Licht - Ein langer, langer Traum

 

Am 10/11 März fand das Light Symposium von Wismar, aber nicht in Wismar, statt. Das Programm hatte es in sich (hier). Nach und nach werde ich die Ergebnisse kommentieren. Ich denke aber, das Interessanteste an der Veranstaltung war die Teilnehmerschaft. Es waren 753 Teilnehmer aus aller Welt. Aber zum größten Teil Lichtdesigner oder Studenten davon. Damit dürfte sichergestellt sein, dass interessante Aspekte der Vorträge sich nicht in Regalen wiederfinden, sondern draußen in der Wildnis, Pardon in den Städten. Immerhin war einer der Referenten (Mark Major), der nicht nur eine der berühmtesten Kirchen der Welt, Westminster Abbey, beleuchtet hat, sondern auch eine der interessantesten Moscheen des Islam, die Grand Mosque von Abu Dhabi. Auch einer der Entdecker des neuen Empfängers im Auge, Prof. George C. Brainard, sprach zu dem Event.

Meinen Vortrag - allerdings ohne Worte - füge ich bei. Er handelt vom ewigen Streben nach dem natürlichen Licht - heute nicht weniger wichtig als zur Zeit der Pharaonen. Die Message ist klar: Menschen, die einst die Sonne anbeteten, haben sie in der Industrierevolution hinter Rauchschwaden verborgen (bitte nicht an China denken, dort ist es Realität). Die Hohepriester der Kirche verboten die Solarien, Treffpunkt und Heilstätte zugleich, weil die Menschen ihrem Gott dienen sollten. Der Versuch, das Sonnenlicht in die Städte und Häuser zu holen, endete in den 1960ern mit fensterlosen Bauten. Ein Berliner Lied dazu klingt bitter. Die Stadt verballerte eine Milliarde DM für 15 fensterlose Schulbauten, und dieselbe Menge Geld, um die zu sanieren. In den 1920ern versuchten die Ingenieure die heilende Sonne im Innenraum zu simulieren. Ihre Erfindung hieß "dual purpose light". Heute heißt es "integrative light". Mal sehen, wo das Ganze endet. (unten Vortrag als Film oder zum Selbst-Durchblättern)

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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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 CIE definiert Lichtqualität - Was verstehen die Leute unter Qualität?

Die jetzt vorliegende Definition von Lichtqualität entspricht dem Qualitätsbegriff in der Normung. Der sagt im Prinzip aus, dass kein Betrachtungsgegenstand eine absolute Qualität hat, sondern immer in Bezug auf Anforderungen. Manche davon sind gestellt, so z.B. ein Schild auf der Autobahn muss nachts aus XXX m Entfernung ablesbar sein. Andere sind impliziert. So wird niemand ernsthaft annehmen, dass die Beleuchtung dieses Schilds extra gegen Regen geschützt werden muss. Im Klartext: Eine Beleuchtung muss die Anforderungen für eine Anwendung erfüllen, für eine andere nicht. Gutes Licht bemisst sich an der Güte dieser Erfüllung. Wie man durch ergonomische Überlegungen zu gutem Licht kommt, hatte ich in einem Buch dargelegt.

Wer von Gutem Licht ohne Bezug auf eine Anwendung spricht, spricht nicht von Qualität, sondern von der Beschaffenheit. Eine Beleuchtung kann viele Merkmale aufweisen, die den Benutzer überhaupt nichts angehen, aber trotzdem wichtig sein können. So hatten z.B. die Lampen, die in Hotels eingesetzt wurden, die doppelte Lebensdauer der üblichen Allgebrauchslampen. Der Hotelgast merkt nichts davon. Denn die Anforderung, dass die Lampe wenig Wartung benötigt, ist für das Hotelmanagement interessant. Es kann also mehrere Qualitäten geben. Dies hatte ein Kollege schon vor 20 Jahren thematisiert in CyberLux (hier). Wie man zu einer Lichtqualität auf der Basis menschlicher Bedürfnisse kommen kann, hat Heinrich Kramer auch damals dargelegt (hier)

Um festzustellen, ob Menschen beim Begriff "Lichtqualität" eher an Qualität i.S. der CIE-Definition denken, oder eher an Beschaffenheitsmerkmale, habe ich einfach nach dem Wort gegurgelt (heißt zwar gegoogelt, der Duden musste das Wort aber streichen, weil Google dagegen war). Unten steht das Ergebnis. Die Reihenfolge ergibt sich aus den Einstellungen meines Browsers und hat daher keine Bedeutung.

Die nebenstehende Aufzählung macht wenig Hoffnung auf eine schnelle Besserung. Die meisten verstehen wohl eine gute bzw. exzellente Beschaffenheit. Das ist nicht weiter verwunderlich. Denn die normative Nutzung des Begriffs ist zwar schlüssig und richtig. Allerdings nur in der Qualitätswissenschaft. Im Alltagsgebrauch benutzen die meisten Menschen das Wort Qualität alternativ in zwei Bedeutungen. Das Dumme ist, dass keine davon falsch ist. Das wussten bereits die Schöpfer des Begriffs qualitas in der Antike.

Der Qualitätsbegriff ist noch vor Sokrates entstanden. Sokrates hat ihn benutzt, hat aber nie die Absicht gehabt, etwas zu schreiben. Auch nicht zur Qualität. Schriftlich taucht Qualität erst bei Platon (427 - 347 v. Chr.) auf. Platon zog aus der vorsokratischen Spezifizierung eines Gegenstandes die Konsequenz, von Objekt definierenden Merkmalen auf das ihn qualitativ Bestimmende zu schließen. Also zwischen der merkmalsfixierten allgemeinen Beschaffenheit und dem qualitativ Bestimmten zu unterscheiden. Platons Differenzierung zwischen der qualitativen Beschaffenheit und dem qualitativ Bestimmten ist für die antike Bedeutung des Qualitätsbegriffs grundlegend.

Aristoteles (384 - 322 v.Chr.) hat den Qualitätsbegriff weiter entwickelt. Das Gleiche taten auch Epikur von Samos, Zenon von Kition und Plotin. So war der Begriff Qualität bereits zu Beginn unserer Zeitrechnung festgelegt. Und eindeutig zweideutig.

In der Ergonomie wird Qualität i.S. der Gebrauchstauglichkeit, bzw. Usability definiert. Das ist ein eingeschränkter Begriff und berücksichtigt nur die Nutzung. Ein Gegenstand hat keine Usability an sich, sondern nur in Bezug auf einen Nutzungskontext. Man kann dieses Konzept auf die Beleuchtung anwenden, indem die Anforderungen, die die Beleuchtung erfüllen soll, aus der Sicht des Nutzers definiert werden. Zu diesem Zweck muss aber der Nutzungskontext gefunden werden, der aus Nutzern, Umgebung, Architektur, Arbeit u.a. besteht.

Bislang ging die Lichttechnik den umgekehrten Weg, Sie verschrieb bestimmte Beschaffenheiten für die Beleuchtung fast völlig ohne Berücksichtigung eines Nutzungskontexts. So wurden z.B. Längen von Lampen, die in Büros benutzt wurden, ohne die Modulmaße der Büroarchitektur festgelegt. Beleuchtungsnormen und Baunormen werden erst in jüngster Zeit abgestimmt, obwohl es keine Bauten ohne Beleuchtung geben dürfte. Derzeit wird sogar die Beleuchtungsstärke an der Decke einer Arbeitsstätte normativ vorgegeben.

Wenn man den Qualitätsbegriff ernst nimmt, wird man erst die Bedürfnisse des Menschen ermitteln und die entsprechenden Merkmale der Beleuchtung verliehen müssen. Angesichts der links zu sehenden Vorstellungen verschiedener Gruppen, Organisationen oder Menschen, wird das ein lange währendes Projekt. Die Lichttechnik muss sich häuten.

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An ihren Worten soll man sie erkennen - CIE definiert Lichtqualität

Vor ein paar Tagen hatte ich nach einer vergeblichen Recherche im Netz behauptet, CIE kenne nur Quantität, aber keine Qualität (hier). Das war kein Zufall. Vielmehr suchte ich gezielt danach, weil man mir berichtet hatte, dass das Internationale Wörterbuch der Beleuchtung seit 1938 zum ersten Mal Qualität definieren würde. Ich guckte am 4. Februar nach. Fehlanzeige. Gestern habe ich es gefunden.

Damit hat sie 108 Jahre nach ihrer Gründung sich an das international übliche Vokabular der Qualitätswissenschaft angeschlossen. Qualität ist in der Normung schon immer als "fit for purpose" behandelt worden. Bisschen nacharbeiten muss man die Definition allerdings . Denn "lighting" ist nur nach den Interessen der Beleuchter definiert:

Wo liegt das Problem? Licht ist unsichtbar, bis es auf Materie trifft. Es fliegt im Universum ewig geradeaus, es sei denn, es wird von einem schwarzen Loch geschluckt. Nach Einstein kann man es vom rechten Weg abbringen, wenn man eine große Masse in seine Bahn stellt. Ansonsten bleibt Licht unsichtbar. In der umbauten Umwelt muss Licht auf Architektur treffen. So formt Licht Architektur, die ansonsten auch unsichtbar bleibt. Ergo: Nach 108 Jahren sieht man die Welt immer noch einäugig.

Und unsere wunderbare Natur, die sonnenverwöhnten Strände und Wiesen, unsere Städte weisen keine Lichtqualität auf, weil die bestimmt keine Anwendung von Licht trifft.

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