Kann die Bürobeleuchtung eine circadiane Wirkung entfalten

Seit der Entdeckung der intrinsisch photosensitiven Ganglienzellen (ipRGC) wird die Umsetzung diesbezüglicher Erkenntnisse in die beleuchtungstechnische Praxis diskutiert. Wenig Beachtung findet hierbei die örtliche Verteilung dieser Zellen in der Netzhaut. Damit ist verbunden die günstige Richtung des Lichteinfalls.

Wenn man Chronobiologen glauben will, wird die nicht-visuelle Wirkung von Beleuchtung im Wesentlichen von der Vertikalbeleuchtungsstärke verursacht. Genauer gesagt, es ist das Licht, das direkt auf das Auge auftrifft. Diese Wirkungsweise wurde mehrfach so skizziert, wie das Bild zeigt. Wichtig ist hier, dass das Fenster für hohe melanopische Wirkungen relativ klein ist. Nur das Licht, das frontal von oben auf das Auge trifft, kann  eine solche Wirkung entfalten. (Anm.:Bei diesen Betrachtungen bleiben die Verbindungen zwischen den verschiedenen Sensortypen außen vor.)

Dagegen ist nichts einzuwenden. Man misst das okulare Licht eben so. Die Frage ist, ob sich die Beleuchtung auch an diese Richtung hält. Denn fast alle Büros werden von der Decke aus beleuchtet. Eigentlich können an der Decke angebrachte Leuchten kein Licht abstrahlen, das sich parallel zu der Decke bewegt. Die sog. Vertikalbeleuchtungsstärke ist nämlich nur ein Rechenkonstrukt. Wenn man nur das direkte Licht berücksichtigt, rechnet man diese über den Einfallswinkel der Lichtstrahlen.

Die Erklärungen benutzen meistens ein Bild wie unten. Aber Licht von der Decke kann zwar in die horizontale Ebene einfallen wie gezeichnet, aber sehr selten in die vertikale Ebene.

Man müsste die Lichtstrahlen eher so zeichnen wie in diesem Bild gezeigt. So ist die Vertikalbeleuchtungsstärke in jeder Höhe rechnerisch anders. Wenn man sie in realen Räumen misst, kann man nicht nur diese Abhängigkeit feststellen, sondern auch, dass die Vertikalbeleuchtungsstärke sehr viel ungleichmäßiger verteilt ist. Das liegt u.a. daran, dass die Beleuchtung fast immer auf eine Optimierung der Horizontalbeleuchtungsstärke hinausläuft.

Wenn man eingezeichneten Lichteinfallsrichtungen in das Bild des Auges setzt, erkennt man, dass die theoretische Vorstellung, dass die errechnete Vertikalbeleuchtungsstärke ein Maß für die melanopische Wirkung sei, nicht stimmen kann.

Der hierbei entstandene Fehler ist aber gering gegenüber einem größeren Fehler: Bei der Arbeit guckt niemand geradeaus mit horizontalem Blick. Wäre dem so, würden die Formeln zur Blendung nicht stimmen. Bei der Betrachtung der Blendung geht man seit Ewigkeiten von einem geneigten Blick aus, der in DIN 5035-1 einst wie hier abgebildet war:

 

Die seit 1998 genormte Blickrichtung ähnelt diesem Bild, geht aber von physiologischen Gegebenheiten aus. Sie beträgt beim Sitzen 35° gegenüber der Horizontalen.

Dieses Bild ist viel älter und wurde 1978 gezeichnet, um das Gesichtsfeld einer sitzend arbeitenden Person zu beschreiben. Die Quelle muss viel älter sein und wurde von Anthropometrikern erstellt.

Demnach ist es theoretisch unmöglich, viel Licht von der Decke eines Raumes ins Auge zu bekommen. Entspricht dies den Tatsachen? Die Antwort auf die Frage fand ich in einer Arbeit von Kai Broszio, Mathias Niedling, Martine Knoop und Stephan Völker, die bei Lux junior 2017 präsentiert wurde.

Hierbei wurde die ungleichmäßige Verteilung der lichtempfindlichen Zellen im Auge berücksichtigt und die Menge des Lichts gemessen, die bei üblichen Bürobeleuchtungen ins Auge treten würde. Diese sehen wie folgt aus:

Das Ergebnis der Arbeit fällt erwartungsgemäß aus: „Die Lichtszenen a - d mit Licht überwiegend von der Decke kommend zeigen im Allgemeinen geringe Werte. Der Winkelbereich ϑ=0° bis 45° hat lediglich einen Anteil von 10 % bis 26 % am integralen Beleuchtungsstärkewert.“

Erst recht ungewöhnliche Lichtszenarien mit beleuchteten Wänden etc. zeigten bessere Werte. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die leuchtenden Flächen nicht mehr in der Decke konzentriert sind:

So empfehlen die Autoren: „Unter vergleichbaren Bedingungen, wie z. B. spektrale Zusammensetzung und vertikale Beleuchtungsstärke, haben typische Kunstlichtbeleuchtungslösungen für Büros geringere Beleuchtungsstärkeanteile im für nicht-visuelle Wirkungen wichtigen Bereich, als Lichtszenen mit untypischen Bürobeleuchtungssituationen, mit höheren vertikalen Beleuchtungsstärken aus dem zentralen Teil des Gesichtsfelds, wie z.B. Tageslicht-beleuchtete Räume oder Beleuchtungslösungen mit Wandflutern.“

Lassen wir die Wandfluter weg, weil man nie sicher sein kann, wie lange die Wand frei bleibt, wenn sie mal da gewesen ist. Zudem kann man bei einer Planung nicht einmal davon ausgehen, dass eine vorgesehene Wand überhaupt erstellt wird. Hinzu kommt, dass vor nicht langer Zeit eine Norm (DIN 5025-7) verlangte, dass die Flächen, die sich in den Bildschirmen spiegeln können, dunkel zu sein hatten. Zwar gibt es solche Bildschirme nicht mehr, aber so ganz immun gegen Fremdlicht sind die Geräte auch nicht geworden. Wände sehr hell beleuchten, um eine melanopische Wirkung zu erzielen, mag zwar theoretisch Sinn machen. Einen Auftraggeber dafür zu erwärmen, dürfte einem Planer schwerfallen.

Bleibt „Tageslicht-beleuchtete“ Räume. Diese haben i.d.R. vertikale Fenster und liefern hauptsächlich Vertikalbeleuchtungsstärke. Leider gibt es auch da ein Hindernis, die Blendung. Deswegen werden Büros fast immer mit Arbeitsplätzen besetzt, die einen Blick parallel zum Fenster gestatten.

Wie man es auch dreht und wendet, endet die Diskussion immer an einem physikalischen Hindernis: Man kann nicht erfolgreich Licht direkt ins Auge bringen, wenn die Lichtquellen gleichzeitig eine Blendung bedeuten. Theoretisch ist die Aufgabe also nicht lösbar. Man kann nicht melanopische und visuelle Wirkungen gleichzeitig optimieren.

Praktisch kann man hingegen dennoch erfolgreich werden, wenn man etwas anders denkt. So steht durch unsere Studien, die in Licht und Gesundheit dokumentiert wurden, fest, dass Menschen mit fensternahen Arbeitsplätzen viel weniger gesundheitliche Beschwerden haben. Das gilt auch für Wirkungen, die nichts mit dem Sehen zu tun haben, so auch für die Beschwerden über Lärm oder über zu warme oder zu kalte Arbeitsplätze. Zu erwarten war aufgrund der physikalischen Gegebenheiten, dass z.B. die Beschwerden über Lärm häufiger sein müssten (Straßenlärm, schallharte Fensterfront). Auch die Temperaturen und die Sonnenstrahlung in Fensternähe lassen erwarten, dass Menschen mit Arbeitsplätzen in Fensternähe häufiger mit Wärme, Strahlung oder Kälte konfrontiert werden.

Am meisten überraschte aber das Votum derer, die mit Bildschirmen arbeiteten. Man konnte die Reflexionen oder den schwachen Kontrast auf ihren Monitoren messen oder fotografieren. Dennoch konnten wir auch an diesen Arbeitsplätzen den gleichen Verlauf an Beschwerden in Abhängigkeit von der Entfernung des Arbeitsplatzes vom Fenster feststellen.

Das Ergebnis haben wir 1990 so interpretiert, dass als Erklärung der Erscheinungen nur die Stärkung der Immunkräfte durch die bessere Angleichung der Körperrhythmen an den Tagesverlauf in Frage kommt. Geholfen hatte die Untersuchung der Körperrhythmen durch Rikard Küller. „Küller (1987) hat gezeigt, daß die Hormonausschüttung des menschlichen Körpers von der Gesamtheit der Lichteinwirkungen abhängt und daß die Qualität der künstlichen Beleuchtung hierbei eine erhebliche Bedeutung besitzt. Aus seinen Untersuchungen leitet er die Schlußfolgerung ab, daß “das Tageslicht hochkomplexe endocrine und vegetative Prozesse steuert und beeinflußt, die im menschlichen Körper ablaufen.” Die von Küller festgestellten Einflüsse beziehen sich sowohl auf die Tagesrhythmik als auch auf die Jahresrhythmik der Körperfunktionen.“

Da diese Schlussfolgerung in dem neuen Jahrhundert immer wieder bestätigt wurde, ohne dass man etwas an der Anordnung der Arbeitsplätze geändert hätte, muss etwas an der oben dargestellten Denke falsch sein. Was tatsächlich falsch ist, kann ich nicht erschöpfend begründen. Aber einen wichtigen Effekt anführen. Dieser bezieht sich auf die Blickrichtung. Diese ist zwar seit mehreren Jahrzehnten unbestritten normiert, gibt aber die Arbeitshaltung an, die man bei der Arbeitserledigung einnimmt.

Niemand hat aber genau studiert, welchen Anteil des Tages diese Haltung eingenommen wird und wie häufig sie unterbrochen wird. M.E. reichen kurze Blicke ins Freie für eine Synchronisation des Körpers mit der Außenwelt. Man braucht keine Dauerbestrahlung. Wie kurz oder lang diese sein müssten, um auszureichen, ist die Frage. Tatsächlich sagt die letzte Verlautbarung der CIE zum Thema „Das richtige Licht zur rechten Zeit“:

„Die Empfehlung [der Chronobiologen] lautet, sich tagsüber kontinuierlich dem Licht auszusetzen, was jedoch schwierig umzusetzen sein kann. Es ist unklar, ob es eine Tageslichtdosis (ausgedrückt vielleicht in lx•h) gibt, mit der derselbe positive Effekt erzielt werden kann. Wenn ja, könnten neue Anwendungsempfehlungen eine intermittierende Exposition gegenüber einer höheren melanopischen EDI anstelle einer kontinuierlichen Exposition vorsehen. Dies würde den Gesamtenergieverbrauch zur Erreichung der minimalen melanopischen EDI von 250 lx reduzieren, insbesondere wenn Tageslicht die Hauptquelle für die Zeiträume mit sehr hoher Exposition wäre.“

Eine Tageslichtdosis anstelle einer Dauerbestrahlung ließe sich erstens leichter realisieren und zweitens die Arbeit erleichtern. Denn eine hohe Vertikalbeleuchtungsstärke bedeutet automatisch eine höhere Störung auf den Bildschirmen, auf denen sich heute die Arbeit abspielt. Warum sie bei der Arbeit ständig vorhanden sein muss, kann auf der Basis der Forschung nicht begründet werden.

Wenn die Tageslichtdosis zudem in kleinen Portionen verabreicht werden kann, kann man dies bei der Pausengestaltung berücksichtigen oder mit dem Arbeitsweg verbinden.

Die Frage in dem Titel dieses Beitrags sollte man vielleicht besser anders stellen: Mit welchen Mitteln kann man dafür sorgen, dass der Körperrhythmus von Arbeitenden mit dem des Tages verbunden bleibt?