Human Centric Lighting

Hintergründe des Human Centric Lighting

HintergInformieren Sie sich hier über Human Centric Lighting (HCL) sowie die wichtigsten Aspekte und Hintergründe der modernen Lichtforschung, wie wir sie bei der Entwicklung und dem Einsatz der SARO-lux LED-Leuchten und der jeweiligen Beleuchtungsplanung für kleinere und größere Projekte zum Einsatz bringen.ründe des Human Centric Lighting

Leuchten mit Human Centric Lighting

Pare 1465 tw

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Unio 104

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Human Centric Lighting in der täglichen Anwendung

Das Human Centric Lighting (HCL) bildet einen der wesentlichen wissenschaftlichen Aspekte, die zur Entwicklung der modernen Beleuchtungsformen und LED Leuchtmittel beitragen. Die Lichtsteuerung der Wand- und Deckenleuchten unterstützt mit ihrem Licht Mitarbeiter, Schüler oder Patienten darin, Körper und Sinne bestmöglich zu nutzen. Die in der modernen LED-Technologie umgesetzten Erkenntnisse aus der Human Centric Lighting Forschung tragen über das jeweils perfekte Licht zu besseren Leistungen bei weniger Ermüdung, größerer Aufnahmefähigkeit oder schnellerer Heilung bei. Es ist neben der jeweiligen Lichtstärke die tageszeitabhängige Steuerung der Farbtemperatur der LED-Leuchten, die einen besonders hohen Anteil der positiven Auswirkungen fortschrittlicher Lichtplanung für sich in Anspruch nehmen kann.

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Funktionsweise des HCL im biologischen System des Menschen

Neben den bekannten farbübertragenden Zapfen und auch für schwaches Licht empfindlichen Stäbchen wurde vor erst rund 20 Jahren ein weiterer Rezeptor in den Augen entdeckt. Diese nur etwa anderthalb Millionen Ganglienzellen und ihre Axone rund um den gelben Fleck im Auge sind anders als die Zapfen und Stäbchen in der Lage Aktionspotentiale und das Protein Melanopsin freizusetzen. Angeregt durch kurzwelliges bläulich-weißes Licht übermitteln sie diese Impulse an die Schaltzentrale im Gehirn, die ihrerseits die Wach- und Schlafaktivität des Menschen steuert.

Nachts wird ausgehend von der Schaltzentrale über das Hormon Melatonin für Ruhe und Entspannung gesorgt, tagsüber werden über das Melanopsin andere Botenstoffe angeregt, die den nötigen Erregungszustand für die Tagesaktivität erzeugen. Dieser Millionen Jahre alte Kreislauf wird als circadianer Rhythmus bezeichnet und hauptsächlich durch das Licht gesteuert. Diesem Rhythmus gilt es zu entsprechen und seine Eigenheiten und Gesetzmäßigkeiten auszunutzen.

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Sorgfältige Lichtplanung mit den Erkenntnissen aus der HCL Forschung

Mit dem künstlichen Licht haben wir Menschen zwar seit rund 150 Jahren die innere Uhr des Nachts und in den dunklen Wintertagen “austricksen” können, um uns länger wachaktiv und leistungsfähig zu halten. Doch zahlen wir mit Stress, Konzentrationsmangel und Krankheitsanfälligkeit einen hohen Preis dafür, wenn wir die Lichtsteuerung mit dem Human Centric Lighting nicht so sorgfältig planen, wie es heute möglich ist.

Es geht laut Definition des HCL um ein intelligentes Zusammenspiel zwischen natürlichen und künstlichen Lichteinflüssen, so dass die biologischen, visuellen und emotionalen Wirkungen des Lichts langfristig Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit des Menschen unterstützen.

Dieses Zusammenspiel geht weit über die reine Farbgebung des künstlichen Lichts hinaus und betrifft außerdem

  • die architektonische Einbeziehung des Tageslichts und seiner Verbindung mit dem Licht aus den LED-Leuchten.
  • die Planung und aktive Veränderbarkeit des Lichts nach Tageszeit und durch den Nutzer. Das Licht lässt sich automatisch ausrichten oder per App über das Smartphone manuell steuern.
  • die Gestaltung des Lichts nach dem jeweiligen Zweck des Raums und der Tätigkeit im Verlauf des Tages und nach Kriterien wie z.B. Kreativität, Leistungsspitzen oder Beruhigung.
  • die Einbeziehung der biologischen Auswirkung der Raumwahrnehmung und ihrer Beeinflussung durch Licht.
  • darüber hinausgehend sogar ggf. die medizinische Nutzung zu Therapiezwecken.

Voraussetzungen für die HCL-Lichtplanung

Nach Möglichkeit sollte die Planung und Abstimmung aller Lichteinflüsse zu einem möglichst frühen Zeitpunkt stattfinden, damit Gewerke, Materialien und Produkte entsprechend abgestimmt und eingesetzt werden können. Eine spätere Anpassung ist möglich, macht aber oftmals Kompromisse nötig. Die drei Hauptkriterien nach denen sich die Lichtplanung richtet, können nach visuell, emotional und biologisch unterschieden werden und lassen sich sowohl zielgerichtet als auch langfristig wirksam einbeziehen. Das Kriterium der guten Visualität über das Licht wird schon in gesetzlichen Normen wie der EN 12464-1 “Beleuchtung von Arbeitsstätten” festgelegt bzw. beschrieben. Die Einhaltung der Mindestwerte für optimale visuelle Bedingungen und die Berücksichtigung alters- oder tätigkeitsbezogener Besonderheiten stellt die Grundlage jeder Beleuchtungsplanung dar. Im nicht so leicht messbaren emotionalen Bereich spielt die Erfahrung und die “gute Praxis” für die HCL-Planung eine große Rolle. Wenn formalästhetische, wahrnehmungspsychologische und kulturell angestammte Erwartungen an das Licht bedacht und erfüllt werden, kann größeres Wohlbefinden und mehr Zufriedenheit erzielt und im Nachhinein sogar gemessen werden. Auf der biologischen Dimension existieren sogar DIN SPEC Vorgaben und DGUV-Informationen zur nicht-visuellen Wirkung von Licht z.B. im Zusammenhang mit dem Arbeitsschutz. Jedes sorgfältig geplante HCL-Konzept wird grobe Verletzungen des circadianens Zyklus vermeiden, um nachteilige biologische Wirkungen auszuschließen. Als zielgerichtet und langfristig wirksam darf die HCL-Planung verstanden werden, wenn sie bei allen kurzfristigen Aufmerksamkeits- und Leistungssteigerungen langfristig die biologischen und emotionalen Wirkungen guten Lichts auf das Wohlbefinden und die Gesundheit des Menschen ausrichtet. Die umfassende Information darüber und die bewusste Einbeziehung in die Lichtsteuerung der LED-Leuchten und beispielsweise Jalousien spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Visuelle, emotionale und biologische Einflüsse

Um die visuellen, biologischen und emotionalen Ansprüche und Wirkungen “guten Lichts” per HCL zu berücksichtigen, sind eine Vielzahl von Faktoren einzuplanen und miteinander in der möglichen Wechselwirkung abzustimmen. Beispielhaft werden hier einige Aspekte aus allen drei Bereichen genannt. Neben der reinen Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur der LED-Leuchten aus den genormten Vorgaben der Technischen Regeln für Arbeitsstätten sind bei der Raumplanung ebenso die zylindrischen Beleuchtungsverhältnisse, die der Lichtrichtung und vor allem auch die der Reflexionseigenschaften der Wände in Betracht zu ziehen. Dazu gehört die Lichtdichte und die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke sowie mögliche Flimmer- und Blendungsaspekte durch falsch abgestimmtes Licht. Wie wirken diese und viele andere Faktoren im emotionalen Bereich? Um die “Materialität” des Raums nicht nur rein sachlich, sondern stimmungsaufhellend zur Geltung zu bringen, sind bei der HCL-Planung optische Eindrücke der Außenwelt ebenso wie abwechselnde, spielerische oder kreative Lichtszenarien der LED-Leuchten sinnvoll. Neben den visuellen und emotionalen Einwirkungen sind insbesondere die biologischen Licht-Faktoren wie z.B. die Anpassung der Lichtstärke auf das tatsächliche Alter der Betrachter (plus 30% – 50%) und die vertikale Beleuchtungsstärke am Auge zu bewerten. Teils aufgrund der üblichen Sehgewohnheiten, teils aufgrund der Platzierung der Arbeitsaufgaben (Bildschirme), aber auch zum guten Teil aufgrund der unterschiedlichen Dichte der optischen Rezeptoren im Auge ist der Bereich zwischen der Horizontale und dem halb gesenkten Blick gesondert zu bedenken. Neben der unbedingten Vermeidung direkter Anstrahlung durch das Licht aus den LED-Leuchten müssen bei Berechnungen der Lichtwirkung auch die jeweiligen Reflektionsgrade speziell größerer Wandflächen “im Auge” behalten werden. Durch die Vielzahl der Faktoren, die das Licht und seine Wirkung beeinflussen, ist für jeden Raum praktisch eine eigene HCL-Planung nötig. Hier wirkt sich die Routine und Erfahrung eines professionellen Lichtplaners entscheidend aus.

Die notwendige Synchronisierung des circadianen Rhythmus

Bei jeder HCL-Planung sollte die o.a. melanopische Auswirkung von z.B. blauen Licht auf die Energetisierung bei der Synchronisierung des Tag-Nacht-Rhythmus berücksichtigt werden. Findet am Vormittag keine oder nur eine geringe Stimulation des Systems per Licht statt, sinkt das Aktivierungslevel durch die innere Uhr im Gehirn stark ab. Ebenso kann eine Erhöhung der künstlichen Lichtstärke über LED-Leuchten am Abend zu einer weiteren Störung des circadianen Rhythmus mit negativen Auswirkungen führen. Zwar sind um die 500 lx am Auge über einige Stunden am Vormittag ausreichend, um bereits eine gewisse Aktivierung des Systems zu erreichen. Eine höhere Stärke der Beleuchtung mit z.B. 1.500 lx erzielt jedoch eine wesentlich stärkere Wirkung, die sich biologisch bereits nach 20 Minuten messen lässt.

Dabei kann die langsame Steigerung der Helligkeit der Beleuchtung via HCL-Planung aus den LED-Leuchten am Morgen sogar das zunehmende Licht eines Sonnenaufgangs simulieren. Ähnlich lang dauert das Abklingen des Aktivierungsniveaus nach dem Rückgang der Intensität. Um einerseits den Körper des Menschen nicht dauerhaft zu stressen und andererseits den Energieverbrauch im Rahmen zu halten, wird ein gut geplantes Lichtmanagement diese Spitzen beim Licht der LED-Leuchten phasenweise einsetzen.

Folgenreich können allerdings falsch eingesetzte Farbwerte beim Licht aus LED-Leuchten sein. Ein warmweißes Licht der LED-Leuchtmittel am Morgen wird das System irritieren.

Vernachlässigt man dagegen zum Abend hin den Einfluss die Abschwächung der Lichtstärke und den Einsatz von warmweißen Licht um die 50 lx mit geringeren Blauanteilen, wird das melanopisch künstlich hochgehaltene Erregungspotential nachteilige Auswirkungen auf die Ruhephasen haben. Die Ausschüttung des inzwischen bekannten “Schlaf-Hormons” Melatonin durch die innere Uhr wird unterdrückt. Daher sollte in der HCL-Planung die Zahl der sinnvollen Lichtfarbwerte der LED-Leuchten zwischen 5.500 K über Tag bis zu 2.700 K gegen Abend reguliert werden.

Gegen den Ausgleich jahreszeitlich bedingter Lichtwirkungen ist dagegen nichts einzuwenden. Hier kann über die Lichtstärke und Färbung der LED-Leuchtmittel der Wintermüdigkeit am Morgen und der frühen Dunkelheit am Abend effizient entgegengewirkt werden. Besondere Beachtung verdient allerdings die Beleuchtung aus den HCL-Leuchten für die Situation der Schichtarbeit, die jedenfalls eine genaue Berechnung im Einzelfall erforderlich macht.

Auswirkungen erfolgreicher Lichtplanung durch Human Centric Lighting

Die positiven Wirkungen im visuellen, emotionalen und biologischen Bereich sind inzwischen durch vielerlei Studien belegt. Die Unterstützung des circadianen Rhythmus durch eine durchdachte Beleuchtungsplanung trägt nicht nur zu einem ausgeglichenen Schlaf- und Wachverhalten bei, sondern wirkt sich auf die Konzentrations- und Leistungsfähigkeit ebenso wie auf die Vitalität und generelle Gesundheit aus. Besonders deutlich zeigt sich das im Bildungsbereich.

Hier können abhängig von der jeweiligen Beleuchtung im Sinne der HCL-Planung Zahlen wie eine um 35% gestiegene Leseleistung bei 45% gesunkener Fehlerrate der Schüler beobachtet werden. Als wesentlich kann man die Abnahme motorischer Störungen um mehr als 75% bezeichnen. Ähnliches gilt für die Neigung zu Konflikten im direkten Kontakt der Schüler untereinander. Das wirkt sich dauerhaft positiv auf die Motivation der Schüler aus.

Gleiches gilt für die Mitarbeiterzufriedenheit und die Produktivitätssteigerung, die an Arbeitsplätzen erzielt werden kann. In Gesundheitseinrichtungen unterstützt die genau berechnete Lichtwirkung mit einer HCL-Planung und entsprechend ausgerüsteten LED-Leuchten nicht nur die ärztliche Leistung. Darüber hinaus reduziert sich auch das Stresslevel der Patienten vor Operationen. Der Heilungsprozess verbessert sich. Im Nachtdienst verringern sich die Unfallraten. Durch die HCL-Abstimmung per LED-Leuchten kann auch ein signifikantes Nachlassen der Ruhelosigkeit speziell bei älteren Patienten beobachtet werden.

Neben solchen durch harte Daten “messbare” Auswirkungen durch das Licht und seine HCL-Steuerung zählen für viele Auftraggeber weitere Faktoren, die sich mit einem akzentuierten und vor allem flexiblen Einsatz der LED-Beleuchtung von Räumen erzielen lassen. Im direkten Kontakt lassen sich bei der HCL-Planung neuer Gebäude, bei Umbauten oder einer Renovierung viele solcher Faktoren ermitteln. Eine bewusst durchgeführte HCL-Planung für die LED-Beleuchtung kann neben der Energieeinsparung auch weitere wirtschaftlich deutlich messbare Ergebnisse liefern.

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Stimmungslicht, das zu wirtschaftlich messbaren Ergebnissen führt

Die Wirkungen gut geplanter Effekte mit Licht sind aus der Kunst nicht nur den großen Malern selbst bekannt. Wenn ein modernes Museum heute die Lichtsteuerung per LED-Leuchtmittel einsetzt, will es längst nicht nur die schädlichen UV-Anteile reduzieren oder den optischen Einfluss der räumlichen Umgebung des Kunstwerks abmildern. Es lassen sich mit gut eingesetzter LED-Beleuchtung vielmehr Lichteffekte erzielen, wie sie z.B. bei Kerzenlicht während der Entstehung des Kunstwerks selbst bestanden und so seine Wirkung auf den Betrachter ungemein erhöhen. Der Einsatz wissenschaftlich begründeter HCL-Planung bringt in großen Unternehmen und besonders bei Seminarveranstaltern und Hotels schon seit einigen Jahren erstaunliche Effekte im Sinne der beabsichtigten Ergebnisse.

  • HCL-Planung für Seminare, Konferenzen, Vorträge

Je nach Zweck der Veranstaltung kann sich der Einsatz warmweißen Lichts, akzentuierter Lichteinwirkung oder aktivierender Lichtfarbe über die LED-Leuchten maßgeblich auf den Erfolg auswirken. Schwierige Verhandlungen im Kontakt mit durchaus entspannten Teilnehmern oder höchst aufmerksame Zuhörer bei Präsentationen sind ebenso wünschenswert wie konzentriert arbeitende Seminarteilnehmer mit einer höheren Aufnahmefähigkeit. Dazu lässt sich die LED-Beleuchtung einfach per App steuern.

  • Die Möglichkeiten von LED-Leuchten bei Ausstellungen und Showrooms

Das Hervorheben einzelner Exponate ist das Minimum einer Beleuchtung, mit dem schon seit Jahrzehnten gearbeitet wird. Die Führung der Besucher durch Lichtverläufe per LED-Leuchtmittel, die Erzeugung unterschiedlicher Konzentrationsgrade und das jeweils nach Situation angepasste Aufmerksamkeits- und Erregungsniveau stellen schon ganz andere Herausforderungen dar. Je nach Verlauf des Tages oder der einzelnen Veranstaltung lässt sich durch eine verändernde Dynamik über Lichtszenarien aus LED-Leuchten der Eindruck auf die Besucher noch erheblich steigern.

  • Geplantes Licht für die Hotellerie und Gastronomie

Ob in großen Kantinen Lichtinseln den Kontakt untereinander und das Gemeinschaftserlebnis zur Mittagszeit steigern oder im Hotel die LED-Beleuchtung des Eingangsbereichs auf die Vorgänge der Tages- oder Nachtzeit angepasst wird, die Einsatzmöglichkeiten für gut geplantes Licht sind schier unbegrenzt. Eine praktisch schilderfreie Besucherführung vom Betreten des Hotels zum ersten Kontakt mit dem Service an der Rezeption ist fast schon selbstverständlich. Aber der zielsicher per Licht gesteuerte Weg über die Flure bis hin zum Betreten des eigenen Zimmers eröffnet ganz andere Möglichkeiten der architektonischen Gestaltung. Dazu gehören natürlich auch intim wirkende Besprechungszonen inmitten großer Säle oder die energetisierende Ausleuchtung des Tagungszentrums. Je nach Phase der Veranstaltung eingesetzte Lichtszenarien können den Kontakt der Teilnehmer untereinander anregen oder abflauen lassen.

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Wand und Deckenleuchte - Pare 1485

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