Human Centric Lighting: Lampen und ihr Spektrum

Seitdem Wissenschaftler 2002 den dritten Rezeptor im Auge entdeckt haben, gewinnt die biologische Wirkung von Licht an Bedeutung – und damit auch das Lichtspektrum von Lampen. Lichtplaner setzen Human Centric Lighting (HCL) gezielt ein, um den natürlichen Biorhythmus des Menschen zu unterstützen.

Wellenlänge und Wirkung: Aktionsspektrum der Melatoninsupression (blaue Kurve) im Vergleich zur Hellempfindlichkeit des Auges beim Tagessehen V(?) und beim Nachtsehen.

Lichtspektrum und Aktionsspektrum

Elektromagnetische Wellen im Bereich von 100 Nanometer bis 1 Millimeter werden als optische Strahlung bezeichnet. Licht ist das für Menschen sichtbare Spektrum von 380 bis 780 Nanometer.

Den Lichtreiz nimmt das menschliche Auge mit drei unterschiedlichen Zapfen wahr, die jeweils empfindlich auf rote, grüne oder blaue Strahlung reagieren. Biologisch wirksam ist der blaue Bereich um 460 Nanometer. Lichttechniker sprechen hier auch vom Aktionsspektrum: Es kennzeichnet die spektrale Bandbreite, die eine bestimmte Wirkung im menschlichen Körper auslöst.

Biologisch wirksame Leuchtstofflampen

Geeignete Lampen für eine biologisch wirksame Beleuchtung sind zum Beispiel Leuchtstofflampen. Produkte mit einer Farbtemperatur von 8.000 Kelvin haben einen erhöhten Blauanteil und sind biologisch so wirksam wie Tageslicht. In sogenannten Lichtdecken werden sie zum Beispiel mit herkömmlichen Farbtemperaturen von 3.000 (= warmweißes Licht) und 6.500 Kelvin (= tageslichtweißes Licht) kombiniert. So lässt sich die Farbtemperatur von aktivierend-kühlweißer Lichtfarbe bis zu entspannend-warmer Lichtfarbe dynamisch über den Tag variieren.

Bei vergleichbarer Beleuchtungstärke sind tageslichtweiße Leuchtstofflampen ebenso energieeffizient wie herkömmliche Leuchtstofflampen, biologisch aber mindestens doppelt so wirksam. Sie steigern die Konzentration, wirken morgens und zum Leistungstief am frühen Nachmittag anregend und können die innere Uhr des Menschen stabilisieren.

Besonders flexibel: LEDs

Für Beleuchtungsanwendungen mit biologisch wirksamem Licht stehen inzwischen viele Lichtquellen bereit. Besonders flexibel sind LEDs. So bieten zum Beispiel weiße LEDs schon von Haus aus ein weites Lichtspektrum: meist bestehend aus blauem, in der Diode erzeugten Lichts und einem breitbandigen, als besonders hell empfundenden Grün-Gelb-Anteil, der durch den aufgedampften Leuchtstoff entsteht. Ihr Vorteil: Blau- und Gelbanteile können fast beliebig verändert werden. So entsteht ein Lichtspektrum nach Maß, das auch biologisch wirkt.

Gelbe LEDs wirken dagegen nur minimal, rote fast gar nicht. Hersteller kombinieren in Hybrid-Leuchten daher beispielsweise warmweiße Leuchtstofflampen mit blauen LEDs oder tageslichtweiße mit gelben und roten LEDs. So werden biologische und visuelle Wirkung individuell aufeinander abgestimmt.

Metrik für Lichtplaner

Lichtplaner nutzen eine Metrik, die in der DIN V 5031-100 eingeführt wurde, zur vergleichenden Bewertung von Lampenspektren.

Die Meßgröße heißt circadianer Wirkungsfaktor und beschreibt, wie viel Energie einer Lampe für das visuelle und wie viel Energie für das biologische System bereitstehen. Die Metrik unterstützt Lichtplaner darin, unterschiedliche Lampentypen intelligent zu kombinieren und so zu steuern, dass sie ein biologisch wirksames Beleuchtungskonzept ergeben, dass sich an der Wirkung des natürlichen Tageslichts orientiert.

Forschungsprojekt PLACAR

Das Forschungsprojekt PLACAR wurde 2006 ins Leben gerufen. Es hat den Auftrag, zu untersuchen, wie unterschiedliche Lampen auf das circadiane System wirken. PLACAR steht für „Plasmalampen für circadiane Rhythmen“.

Die Forschungsergebnisse sollen dazu führen, Lampen und Leuchten zu entwickeln, die den Biorhythmus des Menschen unterstützen und somit zur Gesundheit beitragen können. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt. An PLACAR sind die deutsche Lampen- und Leuchtenindustrie beteiligt, die Berliner Charité sowie das Leibnitz-Institut für Plasmaforschung und Technologie in Greifswald.

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