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Human Centric Lighting, Teil 1: Kein Mehrwert ohne durchdachte Lichtsteuerung

Biologisch wirksame Beleuchtung soll den Menschen unterstützen und seinen Bedürfnissen entsprechen. Sie muss daher auf den jeweiligen Nutzer ausgerichtet sein. Bei der Planung solcher Beleuchtungskonzepte wird aber oft die Lichtsteuerung übersehen. Ohne sie lassen sich jedoch keine positiven Ergebnisse erzielen.

Menschen, die die meiste Zeit des Tages künstlichem Licht ausgesetzt sind, reagieren häufig mit Schlafstörungen und Kopfschmerzen auf das fehlende Tageslicht. Eine durchdachte Beleuchtung kann Abhilfe schaffen. Bildquelle: © Pixabay

Menschen, die die meiste Zeit des Tages künstlichem Licht ausgesetzt sind, reagieren häufig mit Schlafstörungen und Kopfschmerzen auf das fehlende Tageslicht. Eine durchdachte Beleuchtung kann Abhilfe schaffen.

Human Centric Lighting (HCL) ist der herstellerneutrale Begriff für die biologische Wirksamkeit des Lichts auf den Menschen. Dahinter verbirgt sich die Erkenntnis, dass das Licht einen starken nicht-visuellen Einfluss auf Menschen hat. Es beeinflusst beispielsweise den Tag-Nacht-Rhythmus über das Hormon Melatonin: So wird die Ausschüttung des Botenstoffs bei Licht mit einem hohen Blauanteil unterdrückt. Enthält das Licht dagegen viele rote Anteile, steigt der Melatoninspiegel im Blut an. Diese Veränderung über den Tag wird als circadianer Rhythmus oder die vom Tageslicht gesteuerte »innere biologische Uhr« bezeichnet.

Besonders bei Menschen, die die meiste Zeit des Tages künstlichem Licht ausgesetzt sind, ist es wichtig, die Beleuchtungssituation zu verbessern. Ziel ist es, den Menschen positiv zu beeinflussen und die mangelnde Tageslichtdosis in den Innenräumen auszugleichen. Denn fehlt das Tageslicht, können Schlafstörungen, Kopfschmerzen und ein erhöhtes Stresslevel die Folge sein.

Individuelle Anforderungen an die Beleuchtungssteuerung
Wie unterschiedlich die Anforderungen an die Beleuchtung und ihre Steuerung sein können, zeigt das folgende Beispiel aus einem Krankenhaus: Während ein Stationsarzt für die Durchführung lichttherapeutischer Maßnahmen Helligkeit und Farbtemperatur einstellen möchte, genügen dem Patienten Taster, um das »circadian gesteuerte« Licht ein- und auszuschalten oder zu dimmen.

Aber an die Steuerung der Beleuchtung wird bei der Planung von Human Centric Lighting selten oder erst sehr spät gedacht. Und das ist ein Fehler, denn: Mit gut gemeinten Lichteinstellungen können bei Unwissenheit auch negative Effekte erzielt werden. Beispielsweise wirkt blaues Licht aktivierend und konzentrationsfördernd. Im richtigen Maße angewendet, kann es am Arbeitsplatz unterstützend wirken. Als Gegenpol ist warmweißes Licht aber ebenso wichtig, da der Mensch nicht den ganzen Tag unter Dauerstrom arbeiten kann und auf Ruhephasen angewiesen ist. Wird das in der Lichtsteuerung nicht berücksichtigt, kann es zu Kopfschmerzen und Übermüdung kommen. Besonders schlecht ist blaues Licht am Abend, weil es die Ausschüttung des »Schlafhormons« Melatonin unterdrückt und die Betroffenen nicht zur Ruhe kommen lässt.

Bild 1: Die DALI-Dimmkurven weisen im dunklen Bereich eine hohe Auflösung und im hellen Bereich eine geringe Auflösung auf, da sie an die menschliche Hellempfindung angepasst sind, welche logarithmisch funktioniert (Orange = warmweißes Leuchtmittel ( Bildquelle: © Seebacher GmbH

Bild 1: Die DALI-Dimmkurven weisen im dunklen Bereich eine hohe Auflösung und im hellen Bereich eine geringe Auflösung auf, da sie an die menschliche Hellempfindung angepasst sind, welche logarithmisch funktioniert (Orange = warmweißes Leuchtmittel (3000 K), Blau = kaltweißes Leuchtmittel (6500 K)).

Funktionsweise und Ansteuerung
In der Ansteuerung von Architekturbeleuchtung ist die DALI-Schnittstelle ein verbreiteter Standard und meist sind die im HCL verwendeten Leuchten mit entsprechenden Vorschaltgeräten ausgestattet. Die verwendeten Leuchtmittel verfügen in der Regel über ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) zur Steuerung der warmweißen Lampe und eines zur Steuerung der kaltweißen Lampe. Es gibt auch EVGs wie das »BAG ICD290« und das »BAG ISD290«, die beide Lampen ansteuern. Sie sind allerdings nicht für die Verwendung im Broadcastmodus geeignet, da sie nur über eine DALI-Leitung angeschlossen werden und jeweils zwei DALI-Adressen belegen.

Über die Lichtsteuerung kann die Helligkeit beider Lampen geregelt werden. Meist werden dabei ein warmweißes Leuchtmittel mit 2700 K bis 3000 K und ein Kaltweißes mit bis zu 6500 K verwendet. Das Mischen der beiden Lichtfarben erzeugt die Farbtemperaturen im Zwischenbereich (Bild 1). Dabei muss die standardmäßige DALI-Dimmkurve angepasst werden, um einen gleichmäßigen Farb- und Helligkeitsverlauf zu erhalten, da die Gesamthelligkeit eine Mischung beider Lichtfarben ist und sonst deutlich schneller als gewohnt ansteigen würde.

Eine weitere Möglichkeit ist es, die LEDs in den Leuchten direkt mit LED-Dimmern anzusteuern. Diese Vorgehensweise bietet sich an, wenn zusätzlich zur Steuerung des warmweißen und kaltweißen Leuchtmittels farbige LEDs eingesetzt werden, um den Blau- oder Rotanteil in der biologisch wirksamen Beleuchtung zu verstärken, denn dann ist eine homogene Lichtsteuerung über das DALI-Protokoll nicht möglich. Da es keine einfach justierbaren, farbabhängigen DALI-Dimmkurven gibt und eine Umrechnung an ein gleichmäßiges Dimmverhalten die Dimmauflösung reduziert und sehr aufwendig ist, ist hier eine direkte Steuerung der LEDs mit einstellbaren Dimmkurven sinnvoll. Auch die ISYGLT-LED-Dimmer der Seebacher GmbH [1] bieten solch eine Einstellung.