Kategorie: Tageslicht

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Phantome, die unser Wissen beherrschen VIII

Daten-Yoga: Wir biegen uns die Zahlen
so zurecht, bis sie entspannt aussehen
Anonymus

In dieser Reihe beschreibe und kommentiere ich Wissen, das man gerne als “überkommen” bezeichnet. Das negative Urteil stimmt aber nicht immer. Ähnlich häufig darf man das Wissen überliefert oder tradiert bezeichnen. Dieses Urteil fällt eher neutral aus. Manchmal handelt es sich dabei um Grundwissen, das man besser nicht in Frage stellt.

Allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra

Der klassische Farbwiedergabeindex CRI/Ra basiert auf nur 8 blassen Testfarben und einem veralteten Farbraum. Er bildet reale Farbwahrnehmung schlecht ab, besonders gesättigte Farben wie Rot (R9). Moderne Lichtquellen wie LEDs können dadurch trotz hohen CRI schlechte Farbwiedergabe haben.

Neue Methoden wie IES TM‑30‑20 mit 99 Testfarben, Rf (Fidelity) und Rg (Gamut) liefern wesentlich präzisere und realistischere Ergebnisse. TM-30 zeigt realitätsnahe und differenzierte Ergebnisse – wichtig für Museen, Handel, Architektur und LED-Technik. Dennoch bleibt CRI in vielen Normen, einschließlich ISO/CIE 8995-1:2025, weiterhin vorgeschrieben. Das Phantom kann man eher als Zombie beschreiben.

Zur Geschichte des Phantoms

Den genauen Zeitpunkt, an dem das Phantom geboren wurde, kann ich nicht angeben. Aber es ist feststellbar, wann die Bedeutung einer guten Farbwiedergabe erkannt wurde. Es war Matthew Luckiesh, der postulierte, dass die menschliche Wahrnehmung auf das Tageslicht angewiesen wäre, weil nur das Tageslicht die Farben gut wiedergeben könne. Das war im Jahre 1926.

Es dauerte eine gute Weile, bis ein offizielles Verfahren entstand. Dessen Geburtsstunde kam 1965, als die erste offizielle Empfehlung für ein Verfahren zur Messung und Kennzeichnung der Farbwiedergabe veröffentlicht wurde. Damals wurde das Verfahren entwickelt, um die neuen[1] Leuchtstofflampen mit klassischen Glühlampen und dem Tageslicht vergleichbar zu machen. Die Methode (CIE 13) entwickelte sinnvollerweise die CIE, um eine weltweit gültige Basis zu erstellen.

Dass man sich damit so viel Zeit lassen konnte, war der Glühlampe zu verdanken, die große Bereiche dominierte, bis die Leuchtstofflampe sie in der Arbeitswelt ablöste. Zuvor galt die Farbwiedergabe der Glühlampe als "natürlich".  Sie sieht ja dem Sonnenuntergang ähnlich aus. Dass es in der Natur viele andere Lichtfarben gibt, ändert nichts an der Tatsache, dass man der Glühlampe Naturnähe nachsagt.

Die heute verwendete Methode (CIE 13.2) stammt aus dem Jahr 1974. Die Version von 1974 ist im Wesentlichen das, was wir heute noch als Standard verwenden. Dabei wurden die Testfarben präzisiert, auf denen die Berechnung des Ra-Wertes basiert.

Wie die Methode (nicht) funktioniert

Da es keine „absoluten“ Farben geben kann, beruht die Methode immer auf einer Referenzlichtquelle mit einem bestimmten Spektrum, die ausgewählte Farbmuster beleuchtet. Man legte fest, dass eine Lampe immer mit einer "idealen" Lichtquelle derselben Farbtemperatur verglichen wird (die war z. B. eine Glühlampe bei 2700 K).

Man wählte aus naheliegenden Gründen zwei Referenzlichtquellen, die Glühlampe und das Tageslicht. Wenn eine Testfarbe unter der neuen Lampe genau so aussah wie unter der Referenz, gab es 100 Punkte. Jede Abweichung führte zu einem Punktabzug.

Während man die Glühlampe sehr gut mit ihrer Farbtemperatur kennzeichnen kann, ist es mit dem „Tageslicht“ nicht so einfach. Wenn man über die Farbwiedergabe (CRI) spricht, ist das "Tageslicht" nicht einfach nur Sonnenschein, sondern eine mathematisch präzise definierte Referenzlichtquelle.

Dieses Tageslicht war zunächst die Normlichtart C. Das war eine echte Lampe mit einem speziellen Blaufilter. Wenn man die Wiedergabe von Farben mit dieser Normlichtart zur Grundlage macht, kann man die Bezeichnung Tageslicht gleich vergessen. Denn das Spektrum der Normlichtart C endete bei 380 nm, wo für die CIE Licht beginnt. Es entsprach auch nicht der natürlichen Strahlungsverteilung des Himmels.  Wer Farben bei diesem künstlichen Tageslicht betrachtet, wird nicht selten den falschen Eindruck bekommen, weil das Un-Licht (UV-Strahlung) fehlt. Diese gehört aber zur Farbwiedergabe vieler Objekte (Textilien, Papier, Wandfarben, Makeup), weil deren Farbwirkung erheblich von optischen Aufhellern bestimmt wird. Deswegen musste die CIE wider die eigene Definition des Lichts handeln und ein neues Tageslicht festlegen, die Reihe DXX. Hierbei steht D (=daylight) für Tageslicht und XX für die Farbtemperatur (D65 = Tageslicht mit der Farbtemperatur 6504 K). Die in 1964 eingeführten Spektren der neuen Tageslicht(er) sehen so aus. Was man sehr deutlich erkennt, ist, dass die Lichtkurve (V(λ)-Kurve) in allen Fällen das Licht im kurzwelligen Bereich (links bis 450 nm) sehr schlecht bewertet. Was dieses Bild aber (fast) verschweigt, ist in der Abbildung darunter hervorgehoben, die UV-Strahlung unter 380 nm.

Die hier abgebildete Strahlung erzeugt den Effekt der optischen Aufheller, ohne den eine Farbprüfung keinen Sinn macht.

Die Farbwiedergabequalität, die mit dem Index R gekennzeichnet wird, wird nicht etwa durch einen Vergleich eines bekannten Objektes, z.B. eines Orientteppichs, unter dem Referenzlicht und der zu prüfenden Lampe bestimmt. Das wäre viel zu unwissenschaftlich. Obwohl der Orientteppich aus farbechten Fasern besteht, die ihre Farbtreue über Jahrhunderte bewiesen haben, wird mit einem Satz von 8 Prüfmustern (R1 … R8) aus dem Munsell-Farben-Spektrum rechnerisch geprüft.

Um von einem wirren Spektrum (unten, rechts) zu einer sauberen Zahl wie Ra = 83 zu kommen, brauchte man 1965 ein mehrstufiges Rezept. Zuerst berechnete man für jede der acht Testfarben, wie stark sie sich unter der Testlampe im Vergleich zur Referenz verschiebt. Man nutzt dafür den CIE 1960 UCS-Farbraum. Danach wurde diese Verschiebung in eine Punktzahl zwischen 0 und 100 umgewandelt. Die Formel lautet:

Ri = 100 - 4,6 • ΔEi

Wobei ΔEi aus dem Farbraum[1] berechnet wird. Wie kommt man aber auf den Faktor 4,6? Das ist der "Skalierungsfaktor". Die CIE hat diesen Wert so gewählt, dass eine damals handelsübliche Standard-Leuchtstofflampe (Typ "Warmweiß") genau einen Wert von 50 erhält. Man wollte eine Skala konstruieren, die für den Nutzer intuitiv sein soll.[2]

Danach rechnet man die Werte für die 8 Testfarben zusammen und mittelt. So entsteht der CRI-Wert, den man 2026 auf jeder Lampenverpackung liest. Denn CRI ist eine relevante Größe, die auch im Marketing eine große Rolle spielt. Deswegen muss der entsprechende Wert angegeben werden. Die Energiekennzeichnungsverordnung (EU) 2019/2015 macht die Angabe von Ra oder CRI zur Pflicht. Der Hersteller ist gesetzlich verpflichtet, den genauen CRI-Wert in die europäische Produktdatenbank (EPREL) einzutragen. Über den QR-Code auf der Packung muss dieser Wert für dich als Verbraucher jederzeit abrufbar sein.

Die oben angegebene Berechnungsmethode nach 8 Testfarben ist aber längst Geschichte.

Das ist der Moment, in dem die Mathematik auf die physikalische Realität trifft. Um zu verstehen, warum das 1965er-System heute "schwitzt", muss man sich ansehen, wie unterschiedlich diese Lampen ihr Licht zusammenmischen. So sieht z.B. das Spektrum einer Lampe im Vergleich mit echtem Tageslicht aus, deren Farbwiedergabeindex besser ist als in allen Beleuchtungsnormen gefordert. Das Spektrum der Lampe hat mehr Lücken als Fleisch.

Frühere Leuchtstofflampen (Halophosphat-Lampen) funktionierten wie ein schlechtes Orchester, das nur drei Töne spielt, aber behauptet, eine Sinfonie zu spielen. Deren Spektrum bestand aus extrem hohen, schmalen Spitzen. Zwischen diesen Spitzen gab es riesige Lücken. Wenn eine der acht Testfarben genau in eine solche Lücke fiel, sah sie unter der Lampe völlig grau oder verfälscht aus. Die Hersteller optimierten ihre Gase und Leuchtstoffe oft genau so, dass sie die acht Testfarben (R1–R8) der CIE perfekt trafen, während andere Farbtöne dazwischen völlig vernachlässigt wurden.

Ein Experte, der die Leute gut kannte, die die 8 Testfarben aussuchten, sagte seinerzeit: “Da habt ihr aber ganz gut hin- und hergeschoben, bis eure Lampen nicht drittklassig wurden.”

Da die acht CIE-Testfarben von 1965 allesamt eher blasse Pastelltöne sind, bemerken sie das Fehlen von sattem Rot kaum. Eine Lampe kann also einen CRI von 85 haben, aber die Tomaten in der Küche sehen trotzdem blass und unappetitlich aus, weil das gesättigte Rot im Spektrum einfach fehlt. Das waren die 8 Testfarben von 1965.

Ich denke, ein Blick auf #6 Himmelblau genügt, mit was für einer Gesamtqualität man rechnen konnte. Man merkte schnell, dass die Pastelltöne wie Altrosa oder Fliederviolett nicht ausreichten, um die Qualität von Lichtquellen für gesättigte Farben oder spezielle Objekte (wie Haut oder Pflanzen) zu bewerten. Die acht Standardfarben von 1965 wurden mathematisch so gewählt, dass sie den gesamten Farbkreis abdecken sollten, aber sie sind alle wenig gesättigt. So musste 1974 nachgebessert werden. Es kamen vier gesättigte Farben hinzu, zu denen man noch die Hautfarbe (R13  nachgestellt nach europäischem Teint (Munsell 5 YR 8/4)) und Blattgrün R14 addierte. So ganz nach Frühling sieht das gewählte Blattgrün nicht aus. Die letzte Testfarbe, Blattgrün, zeigt deutlich, was diesem System gefehlt hat. Es gibt selten eine Farbe, die unsere Umwelt prägt. Eine Lampe konnte also volle 100 Punkte bekommen, ohne dass sie Blattgrün wiedergeben konnte.

Wo die Methode krankte

Die Methode 1965 krankte zum einen daran, dass zwei unterschiedliche Lichtquellen (Normlichtart A und Normlichtart C/D65 einen Höchstwert von 100 erreichen konnten. Dies lesen bis heute viele so, dass die Zahl 100 eine Prozentzahl wäre. Und eine 100-prozentige Farbwiedergabe? Perfekt! Es kann nicht besser gehen. Ein Ra = 100 heißt nur, dass jemand berechnet hat, dass die 8 Testfarben gut wiedergegeben werden sollen. Beleuchtungen mit der Glühlampe und D65 ergeben sehr unterschiedliche Farbumgebungen. Aber für beide gilt CRI = 100.

Die Berechnung wird meines Wissens nicht nachgeprüft. Obwohl ich im Laufe meiner Karriere viele Jahre im Lichtlabor verbracht habe, vier Semester Farbenlehre studiert und im Farblabor gearbeitet habe und rund einem Drittel der großen Namen der Branche persönlich begegnet bin, habe ich nie einen Menschen erlebt, der den Farbwiedergabeindex für eine Lampe berechnet.

Die Angabe von Zahlenwerten, die mit 100 enden, suggeriert, dass es sich um eine Art Skala handele, die sich von der simplen Nominalskala unterschiedet. Eine Nominalskala kategorisiert die Objekte der Betrachtung (z.B. in Rot, Grün, Blau). Folgt diese Kategorisierung einem Wertesystem, spricht man von einer Ordinal-Skala. Bei dem Beispiel von Rot, Grün und Blau kann man die Einordnung nach der Wellenlänge des Lichts vornehmen und die Aufzählung als Blau (kürzeste Wellenlänge), Grün und Rot (längste Wellenlänge) aufsetzen.Beide Skalenformen rechtfertigen eine Angabe von Zahlen nicht, weil diese in die Irre führen. Skalen mit echten Zahlenwerten sind zum einen Intervall-Skalen, bei denen der Abstand zwischen Punkten (1 und 2 oder 3 und 4) gleich ist. Das gilt z.B. für die Celsius-Skala für Temperaturen. Eine Differenz von 2 °C bleibt stets gleich.

Die höchste Skalenform ist die Verhältnisskala. Sie hat einen echten Nullpunkt und immer gleiche Abstände. Sie kann positive wie negative Werte einnehmen, wie bei Höhen. Da man bei einer Farbwiedergabe einen negativen Index nicht deuten kann, erwartet man einen Nullpunkt. Dies stimmt leider nicht, CRI kann auch – 44 betragen (Natriumdampflampe). Warum man je einen CRI von 0 berechnen sollte, wüsste ich nicht, außer dass die Lampe kein Licht abgibt. Eine Kerze hat einen CRI von fast 100, obwohl man bei Kerzenschein blaue Socken kaum von schwarzen unterscheiden kann. Eine Lampe kann einen stolzen CRI von 90 haben, aber eine Tomate trotzdem braun aussehen lassen, weil das wichtige R9 (gesättigtes Rot) nicht Teil der Berechnung ist. Man hat sich nur darauf geeinigt, bei 0 die Grenze für die Vermarktung zu ziehen, weil „CRI - 40“ im Baumarkt schwer zu verkaufen wäre.

Der CRI bestraft jede Abweichung von der Referenz – egal in welche Richtung. Eine LED, die Obst knackiger aussehen lässt als das echte Sonnenlicht, kriegt einen schlechteren CRI als eine LED, die Farben einfach nur stumpf wiedergibt. Schlicht gesagt: Die Skalenqualität des Farbwiedergabeindexs ist sehr fragwürdig. Wenn es nur dabei bliebe! Obwohl die CIE bereits 1964 ihre Normlichtart C ohne UV-Anteil abschaffen musste, weil Produkte, deren Farbe unter diesem Standardlicht geurteilt wurde, nicht allzu viel Ähnlichkeit mit ihrer Farbe unter realen Bedingungen hatten, wird auch heute noch der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra von 1965 mit 8 Testfarben angegeben. D.h., das Testen von Produkten wie Autos oder Textilien findet unter dem Einfluss von UV-Licht statt. Die Fähigkeit von Lampen, Farben wiederzugeben, gibt man aber wie am ersten Tag ohne UV an.

Zu guter Letzt: die Benutzung des Wortes Tageslicht für eine fiktive Normlichart. Erstens gibt es mehrere Normlichtarten, deren Name mit D wie daylight anfängt. Zweitens – und das ist schlimmer – schließt die Definition des Tageslichts durch die CIE die Tageslicht genannten Normlichtarten aus: Licht bedeutet (e-ilv Begriff 17-21-013) Strahlung in dem Spektralbereich der sichtbaren Strahlung (= optische Strahlung, die in der Lage ist, eine Sehempfindung direkt hervorzurufen). Tageslicht bedeutet (e-ilv Begriff 17-29-105) Teil der globalen Sonnenstrahlung, die in der Lage ist, eine Sehempfindung hervorzurufen.

Somit wird als Tageslicht etwas definiert, das in der Natur nicht existiert. Dieses Tageslicht entspricht nicht der Normlichtart, die als Tageslicht angegeben wird.

Das „wahre“ Tageslicht wird im normalen Leben Tageslicht genannt, wo man natürliche Strahlung wahrnimmt. Bei Gebäuden gilt dies auf beiden Seiten von Fenstern. Überall, wo man Innenräume mit natürlicher Strahlung beleuchtet, wird sie Tageslichtbeleuchtung genannt. In Wirklichkeit handelt es sich im Innenraum um sehr stark gefiltertes Licht. Während der allgemeine Glaube herrscht. Glas sei lichtdurchlässig, also transparent, ist die Situation sehr intransparent, ohne dass relevante Leute wie Architekten dies immer merken. Das untere Bild zeigt die Filterwirkung von einigen Gläsern im Vergleich mit einer einfachen Verglasung. Eine Verglasung, die das Licht nur schwächt, aber farblich unbeeinflusst lässt, würde eine horizontale Gerade ergeben. Dies entspricht etwa der einfachen Verglasung, die rund 90% des Lichts hineinlässt. Alle anderen abgebildeten Gläser sind nicht farbneutral.

Nach dem Standard ISO/TR 9241-610 kann die Verglasung von Gebäuden im Minimum die Lichtmenge um 8% reduzieren. Maximalwerte für verschiedene moderne Gläser liegen zwischen 69% und 29%. Hierbei wird das Licht so gefiltert, dass CRI maximal 97 beträgt, d.h. die Verglasung reduziert die Güte der Farbwiedergabe etwas. Die Reduktion kann bis CRI = 77 erfolgen. Eine Lampe mit dieser Qualität der Farbwiedergabe darf in der EU nicht für Innenräume verkauft werden. Das bedeutet schlicht, dass das natürliche Tageslicht in Innenräumen nicht nur in der Größenordnung von etwa 1% ihrer natürlichen Intensität ankommt, sondern auch spektral erheblich verfälscht werden kann.

Hierbei ist noch nicht berücksichtigt, dass das Glas mittlerweile die gesamte UV-Strahlung wegfiltert. D.h., ein schönes Weiß, das erst mit Hilfe von optischen Aufhellern erzeugt wird, sieht man in Innenräumen nicht mehr. Es sieht aus, als wäre der Gilb drin.

Fazit und Aussichten

Das hier besprochene Phantom verdient eigentlich die Bezeichnung Zombie, zumal seine Fehler bereits in den 1970ern erkannt worden waren. Obwohl Korrekturen erfolgten (CIE 13.2 1974  und CIE 13.3 1995) blieb es bei der Größe Ra, die nunmehr in der neuesten Beleuchtungsnorm der CIE ISO/CIE 8995-1:2025 für die Beschreibung der Farbwiedergabe herangezogen wird. Da die Überarbeitung dieser Norm über 20 Jahre gedauert hat, die letzte Version war 2002, wird es keine baldige Änderung geben.

CIE hat 2017 mit CIE 224 CIE Technical Report Colour Fidelity Index for Scientific Use eine verbesserte Methode vorgelegt. Allerdings soll sie nur für „wissenschaftliche“ Anwendung gelten, was immer das sein mag. Zuvor hatte die US-amerikanische IES mit IES TM-30-15 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, Illuminating Engineering Society eine Alternative vorgelegt. Danach folgten aber noch IES TM-30-18 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, 2018 und IES TM-30-20 Method for Evaluating Light Source Color Rendition, 2019.

Diese plötzliche Eile hat viel mit der LED als Leuchtmittel zu tun. LEDs haben ein völlig anderes Spektrum als Glühlampen. Sie können bei den 8 Standardfarben super abschneiden, aber bei gesättigten Farben (besonders Rot, bekannt als R9) kläglich versagen. Auf der anderen Seite können LED sehr gute Spektren erreichen, ohne dafür an Effizienz einzubüßen.[1] Mit IES TM-30-15 kam der Gamechanger. Das war kein simpler Index, sondern ein komplexes System mit 99 Testfarben statt nur 8, einem neuen Fidelity Index Rf, der den Unterschied zwischen Licht und Referenzlicht angibt. Hinzu kam noch ein Rg wie Gamut, der beschreibt, wie intensiv oder gesättigt die Farben unter einer Lichtquelle erscheinen. Der Gamut ist die Gesamtheit aller Farben, die ein System (eine Lampe, ein Monitor oder ein Drucker) darstellen kann. Rg > 100: Die Farben wirken gesättigter und kräftiger. Ein Apfel sieht unter diesem Licht „roter“ aus, als er eigentlich ist. Das wirkt oft brillant und attraktiv. Rg <100: Die Farben wirken blasser oder „entsättigt“. Das Licht wirkt flach und lässt Oberflächen oft etwas grau oder leblos erscheinen.

Somit haben wir eine Methode, die nicht nur angibt, ob die Farbe “richtig” ist. Bei hoher Fidelity und einem Gamut von 100 werden die Farben “naturgetreu” wiedergegeben, was z.B. für Museen oder Kleidung wichtig ist. Bei Gamut über 100 wirken Farben frisch und lebendig. So etwas lässt die Obstauslagen im Supermarkt oder modische Artikel in Boutiquen anziehender erscheinen. LEDs mit einem Gamut-Wert unter 90 lassen die Farben müde und gräulich wirken. Die findet man häufig in Büros, bei denen sich die Lichttechnik nicht gerade viel Mühe macht.

Die letztere Methode (IES TM-30-20) soll die Zukunft bedeuten. Sie wurde 2020 aktualisiert, die besagte Beleuchtungsnorm ISO/CIE 8995-1 von 2025 hat sie noch nicht wahrgenommen.

Merkmal CRI (CIE 13.3) IES TM-30-20
Anzahl Testfarben 8 (Pastelltöne) 99 (reale Objekte, Natur, Haut)
Farbraum Veraltet (1964) Modern und präzise (CAM02-UCS)
Aussagekraft Nur Genauigkeit Genauigkeit + Sättigung + visuelle Grafik
LED-Optimierung Mangelhaft (R9-Problem) Exzellent für moderne LED-Spektren

[1] Bei Leuchtstofflampen war die Güte des Spektrums mit einem höheren Energieverbrauch für den gleichen Lichtstrom verbunden. So konnte eine Beleuchtung mit einem Vollspektrum bis 60% mehr Energie bei der gleichen Beleuchtungsstärke verbrauchen wie eine vergleichbare Dreibandenlampe.

[1] Ein Farbraum ist im Grunde ein mathematisches Koordinatensystem, das dazu dient, Farben messbar und vergleichbar zu machen. In diesem Raum wird jeder Farbe eine Adresse zugewiesen. Die meisten Farbräume basieren auf drei Achsen (Dimensionen), da das menschliche Auge drei Arten von Farbrezeptoren hat. Je nachdem, wie man diese Achsen definiert, entstehen unterschiedliche Modelle. Manche dieser Modelle sind technikorientiert. In der Wissenschaft ist der Farbraum wahrnehmungsorientiert und unabhängig von der Technik.

[2] So ganz intuitiv wurde die Skala dennoch nicht. Da musste man etwas nachhelfen. So gilt der Bereich CRI 90 – 100 als 1A. CRI zwischen 80 und 89 wurde 1B genannt, damit die Dreibandenlampe nicht zweitklassig erscheint. Danach kommt 2A (CRI 70 – 79).

[1] In 1965 war die Leuchtstofflampe nicht neu. Sie hatte sich aber weitgehend durchgesetzt, so dass die Glühlampe in Arbeitsbereichen weitgehend abgelöst wurde.

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Phantome, die unser Wissen beherrschen VII

Wichtige Dinge brauchen Weile,
damit die Seele hinterherkommt
Anonymus

In dieser Reihe beschreibe und kommentiere ich Wissen, das man gerne als “überkommen” bezeichnet. Das negative Urteil stimmt aber nicht immer. Ähnlich häufig darf man das Wissen überliefert oder tradiert bezeichnen. Dieses Urteil fällt eher neutral aus. Manchmal handelt es sich dabei um Grundwissen, das man besser nicht in Frage stellt.

Tageslichtquotient als Maß für das Tageslicht

Der Tageslichtquotient (D) beschreibt das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsstärke im Innenraum und derjenigen im Freien unter einem komplett bedeckten Himmel. Entwickelt wurde das Konzept Ende des 19. Jahrhunderts von Alexander Pelham Trotter, um Innenraumbeleuchtung trotz ständig wechselnder Tageslichtbedingungen vergleichbar zu machen.

Obwohl der Ansatz seit 1895 nahezu unverändert existiert und in vielen Regelwerken weiterhin genutzt wird (z. B. DIN 5034, ASR A3.4, DGNB, LEED, BREEAM), ist er aus heutiger Sicht stark veraltet.

Zur Geschichte des Phantoms

Dass dieses Phantom schon tot sei, erzählte mein Doktorvater, als ich noch Student war. Das war so etwa 1969. Prof. Krochmann, einer der besten Tageslichttechniker, erzählte in seiner Vorlesung zu Tageslichttechnik, wir sollten den Begriff Tageslichtquotient nicht mehr benutzen, weil dieser unbrauchbar wäre. Seitdem sind fast sechs Jahrzehnte vergangen, ohne dass sich etwas Besseres eingebürgert hätte.

Dieses Phantom gehört zu den ältesten „Altlasten“ der Lichttechnik und wurde einst von einem Elektrotechniker, Alexander Pelham Trotter, „erfunden“. Alexander Pelham Trotter, ein britischer Elektroingenieur, hat Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts Pionierarbeit auf dem Gebiet der Beleuchtungstechnik geleistet. Er gilt als einer der Gründerväter des Konzepts des Tageslichtquotienten (engl. Daylight Factor). Vor Trotters Arbeit war es extrem schwierig, die Innenraumbeleuchtung objektiv zu bewerten, da sich das Tageslicht ständig ändert. Trotter erkannte, dass man nicht die absolute Helligkeit (Beleuchtungsstärke) messen sollte, sondern das Verhältnis zwischen innen und außen. Zu dieser Ansicht war Trotter durch umfangreiche Messungen in verschiedenen Gebäuden gekommen.

Der Tageslichtquotient (D) beschreibt das Verhältnis der Beleuchtungsstärke an einem Punkt im Innenraum (Ep) zur Beleuchtungsstärke im Freien bei unverbauter Himmelskugel (Ea). Seit der besagten Vorlesung 1969 hat sich daran nur die Bezeichnung geändert, früher hieß „D“ anders, man schrieb es als „T“. Trotter bemerkte, dass die absolute Helligkeit in einem Raum (gemessen in Lux oder damals Foot-candles) wertlos war, um die Qualität der Architektur zu beurteilen, da sie sich minütlich mit dem Wetter änderte. In seinem Vortrag "The Physics of Artificial Lighting" (und ergänzenden Arbeiten) im Jahr 1895 legte er dar, dass das Verhältnis zwischen Innen- und Außenlicht eine Konstante der Architektur sei. Über ein Jahrzehnt später wurde seine Methode durch das britische National Physical Laboratory (NPL) offiziell für die Planung von Schulen und Fabriken übernommen. Somit wurde das Tageslicht planbar und messbar.

Ansonsten blieb es bei der Bedeutung: Da sich beide Werte bei wechselnder Bewölkung proportional ändern, bleibt der Quotient weitgehend konstant. Das macht den Tageslichtquotient zu einer verlässlichen Messgröße für die architektonische Qualität eines Raumes. Allerdings so lange der Raum so bleibt, wie er ist und nicht etwa durch einen Baum verschattet wird, der später gepflanzt wurde. Die Sache mit der unverbauten Himmelskugel ist wirklich auch so eine Sache. Was sie bedeutet, merkt man, wenn man D tatsächlich gerichtsfest messen muss.

Seit 1895 bis zur Norm DIN EN 17037:2019 hat sich der Begriff, also das Konzept, gehalten. Nur die Anforderungen haben sich geändert.

Was alles an dem Konzept Bauchweh verursacht

Das Problem des "Grauen Himmels"

Der Tageslichtquotient basiert per Definition auf dem CIE-Standardhimmel (vollständig bedeckt). Es gibt keine direkte Sonne, das Licht ist absolut gleichmäßig verteilt. Zu diesem Problem habe ich meine Kommentare in dem Beitrag „Warum ist unser Himmel so grau?” erläutert.

Die Realität zeigt ein anderes Bild: In Regionen mit viel Sonnenschein (z. B. Südeuropa oder an klaren Wintertagen) liefert der Quotient völlig falsche Werte, da er die enorme Leuchtdichte der direkten Sonne ignoriert.

Die Problematik hat eine Lichtplanerin, Paulina Villalobos, die aus Chile stammt, wunderbar bildhaft dargestellt. Dieses Land erstreckt sich zwischen dem 17. Breitengrad fast bis zur Antarktis über 4200 km. Es reicht also von den Tropen in die Polarregion. Sie hat den Höchstsand der Sonne in verschiedenen Städten der Welt wie unten abgebildet.

Was dies bedeutet, habe ich mit Hilfe dieses Bildes illustriert:

Das Bild zeigt deutlich, dass die architektonische Qualität eines Raums allenfalls sehr mäßig durch den Tageslichtquotienten beschrieben werden kann.

Ignoranz gegenüber der Dynamik

Ein Gebäude steht 365 Tage im Jahr in verschiedenen Lichtsituationen. Der D ist ein fester Prozentwert. Er sagt nichts darüber aus, wie viele Stunden am Tag es im Raum tatsächlich hell genug ist, um ohne Kunstlicht zu arbeiten. Der Tageslichtquotient gilt auch in der Nacht, obwohl man dann mit der Bestimmung noch mehr Probleme hätte. So gesehen, entspricht D eher der Vorstellung von Architekten, wenn sie von einem gut belichteten Raum sprechen. Zwar ändert sich die Beleuchtungsstärke wie die Lichtqualität über den ganzen Tag, aber man weiß, was ein „heller“ Raum ist.

Die Ignoranz kommt an anderer Stelle zur Geltung. So versuchen Lichttechniker, möglichst hohe Beleuchtungsstärken im Raum über einen möglichst langen Teil des Tages zu erreichen, indem sie das Licht aus dem Teil des Himmels in den Raum holen, der am längsten gleich hell bleibt. Das ist das blaue Himmelslicht. Dass es im Innenraum eher grau gesehen wird, wurde hier erklärt: Künstliche Beleuchtung bildet das Tageslicht nach

Wie man das Licht des Himmels in den Raum führt, zeigt ein Bild von Bartenbach

Dieses Bild verschleiert bewusst die reale Physik. Zum einen wird niemand in der angegebenen Position in Fensterrichtung sitzen. Wenn überhaupt, ist der wahrscheinlichste Punkt etwa 4 m im Rauminneren, wo früher der Azubi saß. Wenn jemand wirklich so sitzt, wie der Augpunkt eingezeichnet ist, sieht der Raum wie unten aus, wo ich die ganzen Spiegel eingetragen habe, die das Licht lenken. Im oberen Teil des Fensters sind die Prismen angebracht, die das Himmelslicht holen. Dicht über dem Kopf des Mannes ragt ein sog. Lichtschwert etwa 1 m in den Raum hinein. Dort darf man nicht stehen.

Das Bild ist ein prägnantes Beispiel dafür, wie man Unmögliches für Fortschritt verkauft. Mehrere Jahrzehnte vor Erscheinen dieses Bildes war diese Blickrichtung für Arbeitsräume ausgeschlossen worden. Sie macht erst recht keinen Sinn, wenn einer mit einem Bildschirm arbeitet. Wenn ein Arbeitgeber jemanden zwingt, in dieser Sitzposition zu arbeiten, verstößt er gegen den Arbeitsschutz. Der Kommentar des Protagonisten dieser Szene zu seinem gesamten Wirken in einer Zeitschrift wirkt da besonders lustig:

Abgesehen vom Arbeitsschutz: Was ist das für eine Raumästhetik, wenn die Decke voller Spiegel hängt? Und die gesamte Fensterfront mit einem Spiegel in  etwa Stehhöhe versehen ist, der in den Raum hineinragt?

Zu demselben Trick mit dem Nordlicht griffen früher Maler, die ihre Ateliers in Nordzimmern hatten. Dort ist die Dynamik des Tages am geringsten. Dummerweise hilft dies nur deswegen, weil man damit möglichst konstante Verhältnisse schaffen wollte. Wie sein Bild unter realen Verhältnissen ausschaut, muss sich der Maler selbst ausmalen.

Bei der Tageslichtbeleuchtung zählt die Dynamik zu den Qualitätsmerkmalen. Gleichbleibendes Licht mit stets gleichen Eigenschaften erzeugt man besser elektrisch, wenn es gebraucht wird.

Vernachlässigung der Orientierung

Für den klassischen Tageslichtquotienten ist es egal, ob ein Fenster nach Norden oder nach Süden zeigt. In der Berechnung nach Trotter liefern beide Himmelsrichtungen das gleiche Ergebnis (da man ja vom trüben Standardhimmel ausgeht). Jeder Bewohner weiß jedoch, dass ein Südzimmer eine völlig andere Lichtcharakteristik und Wärmelast hat als ein Nordzimmer.

Das Konzept ergibt für alle Jahreszeiten den gleichen Wert. Ob die Qualität eines Raums vom 21. Dezember die gleiche ist wie die vom 21. Juni? Man vergleiche die Daten, z.B. den Höchststand der Sonne am Mittag (14° gegen 61°) oder die Tageslänge.

Wo steht das Phantom noch hoch im Kurs?

Die Frage lässt sich nicht zuverlässig beantworten, ohne jedes Regelwerk im Detail abzuprüfen. Trotzdem kann man davon ausgehen, dass relevante Regelwerke wie DIN 5034-1: 2021-08 den Tageslichtquotienten nicht nur definieren, sondern auch mit Anforderungen verbinden.

Auf jeden Fall wird D in der ASR A3.4 von 2023 definiert und mit einer Anforderung (5.1 Ausreichendes Tageslicht) verbunden. Das Gebäudezertifizierungssystem DGNB nennt die neueste Norm zur Tageslichtbeleuchtung (DIN EN 17037) in Verbindung mit D ≥ 1,0 bis 2,0 für diverse Typen von Bauten. Nach der Bewertung nach LEED (USA) werden unter Daylight (Indoor Environmental Quality) Werte für D angeführt, um Punkte zu erhalten. Auch BREEAM führt unter Daylighting D als eine Alternative zu moderneren Methoden an.

Das Deutsche Architektenblatt hebt bei der Vorstellung der neuen Norm zu Tageslicht in Innenräumen ebenfalls auf den Tageslichtquotient ab. (hier) Allerdings geben die Architekten selbst nicht allzu viel auf den Tageslichtquotient. Denn bei den Regelwerken, die die Qualität der Architektur in Deutschland am stärksten bestimmen, den Landesbauordnungen, steht nichts davon. Stattdessen liest man z.B. in der Muster-LBO: “Aufenthaltsräume müssen ausreichend belüftet und mit Tageslicht belichtet werden können. Sie müssen Fenster mit einem Rohbaumaß der Fensteröffnungen von mindestens 1/8 der Netto-Raumfläche des Raumes einschließlich der Netto-Raumfläche verglaster Vorbauten und Loggien haben.“ Die LBO sprechen nicht einmal von Beleuchtung, sondern von Belichtung. Allerdings scheint die Betrachtungsweise der LBO nicht unbedingt logischer. Denn jedes Zimmer mit einer identischen Fenstergröße in Burj Khalifa (828 Meter hoch, 163 Etagen) in einer der 163 Etagen ist nach dieser Denke gleich mit Tageslicht belichtet. Dabei gilt das nicht einmal für drei Etagen eines freistehenden Einfamilienhauses in Deutschland.

Totgesagte leben lange. So wird dem Phantom Tageslichtquotient unter allen lichttechnischen Begriffen möglicherweise das längste Leben zuteil. Geboren 1895, immer noch wichtig in einer Arbeitsschutzvorschrift in 2023 – das muss man können.

Wer kann das Phantom beerben?

Es gibt eine Reihe methodischer Ansätze, die das starre System des Tageslichtquotienten ablösen können. So wird in DIN EN 17037 auch die geografische Lage eines Gebäudes einbezogen. Es wird geprüft, ob an einer bestimmten Anzahl von Stunden (z. B. 2.190 Stunden pro Jahr) eine Zielbeleuchtungsstärke erreicht wird. Dabei werden reale Klimadaten des Standorts (EPW-Dateien) verwendet, sodass ein Gebäude in Madrid anders bewertet wird als ein identisches Gebäude in Oslo.

Zunehmend werden klimabasierte Tageslichtmodellierungen (kurz CBDM für Climate-Based Daylight Modelling) benutzt. Im Gegensatz zu statischen Methoden nutzt CBDM sogenannte Meteorologische Datensätze (z. B. EPW-Dateien). Diese enthalten für einen spezifischen Standort (z. B. Berlin oder München) stündliche Informationen über die direkte Sonneneinstrahlung, diffuse Himmelsstrahlung und Sonnenstand.

So neu ist diese Denke nicht. Wir haben auf diese Art und Weise die Belichtung der Münchner Olympia-Sportstätten berechnen müssen. Das war allerdings seinerzeit in 1968-1969 ein wissenschaftlicher Akt. Heute kann man auf fertige Methoden und verlässliche Zahlen zurückgreifen.

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Kann die Bürobeleuchtung eine circadiane Wirkung entfalten

Wer strikt nach dem Buchstaben geht,
übersieht meistens den Sinn der Zeile.
Anonymus

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?

 

 

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Phantome, die unser Wissen beherrschen IV

In der Theorie gibt es keinen Unterschied
zwischen Theorie und Praxis.
In der Praxis hingegen schon.
Anonymus

In dieser Reihe beschreibe und kommentiere ich Wissen, das man gerne als “überkommen” bezeichnet. Das negative Urteil stimmt aber nicht immer. Ähnlich häufig darf man das Wissen überliefert oder tradiert bezeichnen. Dieses Urteil fällt eher neutral aus. Manchmal handelt es sich dabei um Grundwissen, das man besser nicht in Frage stellt.

Kurzfassung

Der Beitrag kritisiert die hartnäckige, aber schlecht begründete Behauptung (u. a. nach Hartmann 1977), dass in einem Raum keine Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe oder Farbwiedergabe kombiniert werden dürften, weil dies angeblich „Zwielicht“ und Augenbeschwerden verursache. Er zeigt, wie der Zwielicht-Begriff auf Tageslicht-Ergänzung und gemischte Lichtfarben ausgeweitet wurde, obwohl die zugrunde liegende Theorie heute als widerlegt gilt. Trotzdem prägt sie weiterhin die Beleuchtungspraxis (z. B. „neutralweiß“, Verdrängung von Tischleuchten, Argumente für fensterlose Räume), bevor der Text mit dem Fazit schließt: „Es gibt kein Zwielicht in Innenräumen.”.

In einer Beleuchtung dürfen nicht unterschiedliche Lichtfarben sein

Zu dem Phantom und dessen Alter

Dieses Phantom könnte aus der Fotografie stammen. Wenn einer eine Szene fotografieren oder filmen will, muss auf eine einheitliche Beleuchtung achten, es sei denn, er will bestimmte Effekte erzielen. Etwa im gleichen Alter könnte die Erkenntnis sein, dass Licht mit unterschiedlichen Farben im Auge unterschiedlich gebrochen wird (chromatische Aberration). Diese Erkenntnis lässt sich physikalisch nachprüfen. Fraglich ist die Schlussfolgerung, die man daraus gezogen hat: Lichtquellen mit unterschiedlicher Lichtfarbe (Glühlampe, Leuchtstofflampe, Tageslicht) führen zu Augenbeschwerden, wenn nicht eine davon dominiert. Es herrscht Zwielicht.

Wie sich das Phantom in die Beleuchtung von Arbeitsstätten geschmuggelt hat, ist schwer nachzuvollziehen. Derjenige Wissenschaftler, der sich dafür am heftigsten stark gemacht hatte, Prof. Erwin Hartmann, verrät nicht, woher die Weisheit kommt und wieso er dies fordert, aber umso apodiktischer:

„Im übrigen ist es wohl selbstverständlich, daß in ein und demselben Raum keine Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe oder Farbwiedergabe verwendet werden dürfen.“ (Erwin Hartmann, im Buch Optimale Beleuchtung am Arbeitsplatz, 1977)

Hartmanns Ausführungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Der Begriff Zwielicht, der früher nur für das Sehen in der Dämmerung angewendet wurde, hat heute zwei zusätzliche Bedeutungen:

  • Tageslicht-Ergänzung: Wir sprechen dann vom Zwielicht, wenn das Tageslicht im Innenraum zwar noch wirksam ist, aber künstliche Beleuchtung zugeschaltet wird, weil die Beleuchtungsstärke des Tageslichts allein nicht mehr ausreicht.
  • Gemischte Lichtfarben: Zwielicht beschreibt auch Situationen, in denen ein Arbeitsplatz Licht verschiedener Lichtfarben von zwei oder mehr örtlich getrennten Lichtquellen erhält.

Probleme und Lösungen:

  • In solchen Fällen können Störungen durch ungewohnte Licht-Schattenverteilung oder Unsicherheiten bei der Farbunterscheidung auftreten.
  • An jedem Arbeitsplatz sollte zu jeder Zeit eine möglichst homogene Beleuchtung herrschen.
  • Im Idealfall sollte durch das Zuschalten von Kunstlicht geeigneter Lichtfarbe ein nahtloser Übergang geschaffen werden.
  • Innerhalb eines Raumes dürfen keine Lichtquellen mit unterschiedlicher Lichtfarbe oder Farbwiedergabe verwendet werden.

Außer bei Hartmann habe ich die Theorie, dass Lichtquellen mit unterschiedlichen Lichtfarben das Auge irritieren würden, nur bei dem schwedischen Psychologen Olov Östberg gefunden. Vermutlich hat der Altmeister der Ergonomie, Prof. Etienne Grandjean, den „Goldstandard“ der Bürobeleuchtung mit „neutralweiß“ (= 4000 K) propagiert. Das Marketing musste nur mit dem Namen etwas nachhelfen, weil Farbtemperaturen von 3300 K bis 5300 K kaltweiß genannt wurden.

Was ist aus dem Phantom geworden?

Das Phantom ist ziemlich tot. Aber seine Folgen bestimmen immer noch unsere Beleuchtung. So z.B.

„Tageslichtlampen“ als bevorzugte Lichtfarbe: Da die meisten Büros in Deutschland Fenster haben, wurden von der Industrie diejenigen Lampen bevorzugt, die dem Tageslicht ähnlich aussehen sollten. Allerdings mochte kein Büromensch die Lichtfarbe „Tageslichtweiß“ (Farbtemperatur über 5000 K). So blieb man bei „neutralweiß“, einer Lichtfarbe, die die meisten Menschen mit kalt verbinden.

Wenn man tatsächlich vorgehabt hätte, die Angleichung der Lichtfarben des Innenraums dem Tageslicht anzupassen, hätte man vermutlich in jeder Himmelrichtung andere Lampen installieren müssen. Denn das Tageslicht hat keine Lichtfarbe und auch keine Farbtemperatur, sondern deren viele.

Verbannung von Tischleuchten aus dem Büro: Die sog. Tischlampen müssen relativ klein sein. Da es keine kleinen Leuchtstofflampen gab, mussten die Tischlampen weg, weil die Industrie die Leuchtstofflampen bevorzugte. Eine der größten deutschen Leuchtenhersteller, die sich jahrzehntelang den sog. Langfeldleuchten verschrieben hatte, behauptete sogar, solche Leuchten wären verboten. Andere, die sich für „richtige“ Vertreter der Lichttechnik hielten, entwickelten keine.

Fensterlose Räume: Viele Anhänger der fensterlosen Räume führten die Zwielicht-Theorie an, um Arbeitsräume ohne Tageslicht und natürliche Belüftung zu propagieren. Man musste solchen Leuten mit dem Gesetz zu Leibe rücken, daher die Vorschrift mit der Sichtverbindung in der Arbeitsstättenverordnung unter dem Paragraphen zur Beleuchtung.

Fensterlose Räume sind erstklassige Garanten für die Entstehung des Sick Building Syndrome, alias krankmachende Gebäude. Zu diesem Suchbegriff zeigt Google Scholar 270.000 wissenschaftliche Artikel an. Davon sind 1.420 in den ersten 90 Tagen des Jahres 2026 erschienen.

Den Totenschein für das Phantom hat der Vorstand der LiTG, Hajo Richter, ausgestellt: „Glauben Sie mir, es gibt kein Zwielicht in Innenräumen.“

Folgende früheren Blogbeiträge kommentieren das Thema

Was aus Zwielicht wurde

Zwielicht zu Twilight