Ahmet E. Cakir

Kurzfassung

Das “Vollspektrumlicht” ist eine Vorstellung, die von dem Fotografen und Biologen John Ott geprägt wurde. Er hat hierzu diverse Experimente geführt und viele Studien, Bücher, Artikel etc. veröffentlicht. Im Jahre 2001 erschien eine kritische Würdigung der bis dahin bekannten bzw. von den Autorinnen Vietch und McCall analysierten kommentierten Veröffentlichungen über behauptete bzw. festgestellte Wirkungen. Das ERGONOMIC Institut hatte sich mit diesem Thema nicht im Rahmen von experimentellen Studien befasst, weil die installierte Basis verhältnismäßig gering war. Zwar wurden im Rahmen der Studie “Licht und Gesundheit” die Wirkungen der Beleuchtung in deutschen Büros auf den Menschen untersucht. Die untersuchten Einrichtungen durften aber nicht mit speziellen Vorgaben entstanden sein. Daher war es nicht möglich, Beleuchtungen mit Vollspektrumlampen zu untersuchen, weil alle gefundenen Anlagen im Glauben an eine positive Wirkung entstanden waren. Daher die Literaturstudie.

Im Jahr 2010 sieht die Welt der Lichttechnik völlig anders aus als im Jahr 2001 und davor. Die Farge ist, inwiefern die Literaturstudie von 2001 beibehalten werden kann. Der folgende Beitrag ist auf der Basis der Studie von 2001 neu erstellt worden, um die Unterschiede deutlich zu machen. Die frühere Version wird weiterhin verfügbar sein, um nicht einer fragwürdigen Praxis zu folgen, die darin besteht, dass Forscher ihre Veröffentlichungen mit einem Verfallsdatum versehen.

Aus heutiger Sicht viele Veränderungen gegenüber 2001 festzustellen, obwohl die neu erfassten Studien z.T. noch älter sind. Die wichtigste Veränderung, die man feststellen kann, ist die neue Bedeutung, die man Farbe, Lichtfarbe, Farbwiedergabe und Spektrum beimisst. Da die “Vollspektrumlampen” in allen aufgezählten Punkten Unterschiede zu üblichen Leuchtstofflampen aufweisen, fällt deren bewertung aus heutiger Sicht in vielen Punkten anders, meist positiver, aus

Beitrag

Anlass

Die Studien, die vom ERGONOMIC Institut zum Thema „Licht und Gesundheit“ durchgeführt und seit dem Jahr 1990 in dem gleichnamigen Forschungsbericht veröffentlicht wurden, haben das sog. „Vollspektrumlicht“ stets unberücksichtigt gelassen. Der Grund für uns war die mangelnde Installationsbasis in der Praxis, die eine groß angelegte Feldstudie nicht zuließ. Mit kleineren Feldstudien, an denen nur wenige Testpersonen teilgenommen haben, hat man zwar den größten Teil des Wissens in der Lichttechnik ermittelt, jedoch würden nur wenige empirische Arbeiten auf diesem Gebiet auch nur halbwegs strengen Anforderungen an wissenschaftliche Methodik erfüllen. Die Literatur um eine neue Publikation zu erweitern, die mit Mängeln behaftet wäre, die der Autor an anderer Stelle kritisiert, verbietet sich von selbst.

Im Jahre 2001 war es durch eine Veröffentlichung der Autorinnen Veitch, J. A.; McColl, S. L. zu diesem Thema möglich geworden, die bis dahin bekannte Literatur zu sichten und zu bewerten. Naturgemäß konnte dies nur mit einer Auswahl vorgenommen werden, weil zum Thema Vollspektrumlicht viele Veröffentlichungen existierten. Daher fehlten in den damaligen Betrachtungen einige Studien. Dies allein wäre nicht Grund genug, eine Arbeit – die Veröffentlichung von 2001 – selbst zu überprüfen. Aber ein anderes Ereignis aus dem gleichen Jahr, das die Lichttechnik in den Grundfesten erschüttert hat, macht dies zwingend notwendig. Im Jahr 2001 wurde im Auge ein Rezeptor entdeckt, den der eigentliche Entdecker, der Brite Prof. Foster, für eine Chimäre hielt, weil er der Meinung war, dass die Forschung so etwas hätte unmöglich mehrere Jahrhunderte lang übersehen können. So ähnlich erging es dem deutschen Augenmediziner Prof. Hollwich, der seit den 1940er Jahren behauptet hatte, vom Auge ginge ein zweiter Kanal zum Gehirn, der mit Sehen nichts zu tun hätte. Bei ihm war es die Fachwelt, die nicht glauben wollte, dass Hollwich etwas entdeckt hätte, was andere überhaupt nicht bemerkt hatten.

Dieser Empfänger dient, wie von Hollwich behauptet, nicht einem bildhaften Sehen, sondern der Wahrnehmung der Umwelt zum Zwecke der Steuerung von Hormonen. Da sich dessen Empfindlichkeitskurve erheblich von der für das Sehen maßgeblich gehaltenen V(λ)-Kurve unterscheidet, das Maximum liegt im blauen Bereich, muss man die Bewertung von „Vollspektrumlicht“ kritisch überprüfen. Das Licht der Lampen, die so bezeichnet werden, unterscheidet sich nämlich von anderen wesentlich durch sein Spektrum.

Was ist „Vollspektrumlicht“

Die nachfolgenden Erläuterungen stammen aus der Veröffentlichung von 2001 (Cakir, A; Cakir, G., 2001) und stimmen mit der heutigen Sichtweise überein.
Auf diese Frage lässt sich eine einfache und eine erklärende Antwort finden. Die einfache Antwort ist: „Vollspektrumlicht“ ist Tageslicht bzw. dessen Simulation mit elektrisch erzeugtem Licht. Diese Antwort kann aber nicht befriedigend sein, da man bei der Suche nach dem Spektrum des Tageslichts nicht nur ein Spektrum finden wird.
Erklären kann man das Wort „Vollspektrumlicht“ ausgehend vom Spektrum einer Entladungslampe (s. Bild 1).

Bild 1 Spektrum einer Entladungslampe (Quelle http://www.cwaller.de)

Dieses Spektrum ist geprägt durch Licht mit ausgesprochen ungleichmäßiger Verteilung mit einem übermäßig großen Anteil im grünen bzw. gelben Bereich. Als „Voll“ bezeichnet man das Spektrum, wenn es etwa der (gleichmäßigen) Verteilung des Sonnenlichts entspricht, das aus Bild 2 hervorgeht.

Bild 2 Verteilung des Spektrums des Sonnenlichts und einer Schwefellampe
(Quelle: http://international.mmm.com, verändert zur Veranschaulichung des sichtbaren Bereichs)

Diese Kurven zeigen, dass das Sonnenlicht (nicht zu verwechseln mit Tageslicht) ein kontinuierliches Spektrum aufweist, das zwar im Bereich der höchsten Augenempfindlichkeit etwa den Höchstwert hat, aber nicht nur dort. Ein erheblicher Teil der Sonnenstrahlung wird bei kleineren Wellenlängen (< 380 nm) emittiert als Licht, das ist die lebenswichtige UV-Strahlung. (Anm.: Die vielfach benutzte Bezeichnung „UV-Licht“ entspricht nicht der lichttechnischen Nomenklatur.)

Was in der Praxis als „Vollspektrumlampe“ bezeichnet wird, emittiert zum einen ein wesentlich „volleres“ Spektrum als in Bild 1 und zum anderen einen Anteil an UV-Strahlung. Allerdings ist die Näherung an die Spektralverteilung des Sonnenlichts alles andere als ideal (Bild 3). Häufig werden die Emissionsspitzen zur Verschönerung des Bildes gekappt, wodurch man eine nicht vorhandene Gleichmäßigkeit vortäuscht.
Die „Vollspektrumlampen“ zeichnen sich dadurch aus, dass ihre ähnlichste Farbtemperatur oberhalb 5.000 K liegt und ihre Farbwiedergabe den meisten Leuchtstofflampen überlegen ist (allgemeiner Farbwiedergabeindex >90). Damit wirkt ihr Licht „kälter“ als bei Lampen der Lichtfarben „warmweiß“ und „neutral weiß“. (Anmerkung: Die Vorstellung „höhere Farbtemperatur = kälteres Licht“ ist nicht ohne weiteres verständlich, weil man mit höheren Temperaturen die Vorstellung von mehr Wärme verbindet. Etwas verständlicher wird es, wenn man sich den blauen Himmel anschaut und dessen Licht mit dem einer Kerze vergleicht. Die Kerze, deren Flamme eine Temperatur von über 1500 Kelvin aufweist, wirkt sehr viel wärmer als das Licht des Himmels, um es zu erzeugen nicht einmal die Temperatur des Lötbrenners (über 5.000 K im Kern) ausreicht. Um das klare nördliche Himmelslicht zu erzeugen, müsste ein Körper auf etwa 15.000 K erhitzt werden.)

Bild 3 Spektrum einer Vollspektrumlampe
(Quelle: Boyce, 1994, verändert zur Veranschaulichung des sichtbaren Bereichs)

Eine frühere Auseinandersetzung mit der „Vollspektrumlampe“ und ihren Eigenschaften findet sich in Boyce, 1994.

Die Anhebung der spektralen Anteile des Lichts einer Lampe hat in der Regel einen gravierenden Einfluss auf deren Lichtausbeute. Bei zwei Lichtquellen mit ähnlicher Technik der Lichterzeugung (z.B. Leuchtstofflampen) weist diejenige, die ein gleichmäßiges Spektrum emittiert, immer eine kleinere Lichtausbeute auf als diejenige, die vorwiegend im gelb-grünen Bereich emittiert. Dieser Unterschied ist nicht etwa marginal, vielmehr verbrauchen „DeLuxe“-Lampen (Bild 4) mit besserem Spektrum für die Erzeugung des gleichen Lichtstroms bis zu 60% mehr Energie als vergleichbare Lampen mit schlechterem Spektrum. Für einen Bauherrn heißt dies, dass man bei einem gewissen Beleuchtungsniveau etwa 2/3 mehr an Lampen bzw. Leuchten installieren müsste. Allerdings muss man dazu bedenken, dass die gängige Beleuchtungspraxis, bei der man den größten Teil des Lichts sinnlos im Raum verteilt, nicht gerade als intelligent bezeichnet werden kann. Denkbar ist, dass man Lampen mit einem besseren Spektrum (und daher schlechterem Wirkungsgrad) einsetzt, aber trotzdem gegenüber einer üblichen Beleuchtung Energie spart, indem das Licht zielgerichtet eingesetzt wird.

Bild 4 Vergleich der Spektren einer relativ billigen Entladungslampe und einer DeLuxe-Lampe
(Quelle: (linkes Bild) http://www.cwaller.de)

Behauptete Effekte der Vollspektrumbeleuchtung

Der Vater der Idee der Vollspektrumlampe, John N. Ott, hat eine Reihe von gesundheitlichen Schäden mit der künstlichen Beleuchtung mittels Leuchtstofflampen in Verbindung gebracht. Er selbst war überzeugt, dass das bessere Licht seine Gesundheit förderte, und zog deswegen nach Sarasota, Florida. Seinen Glauben an die Wirkung des Lichts hat er zum einen durch Experimente mit Pflanzenwachstum gefunden und zum anderen durch Erfahrungen von U-Bootbesatzungen, die nach der Einführung von nuklear angetriebenen Unterwasserschiffen Monate ohne Sonnenlicht verbringen mussten. Ott hat gezeigt, dass der Körper bei „falscher“ Beleuchtung nicht alle Nährstoffe optimal aufnehmen kann, wodurch nicht nur Ermüdung oder Depressionen entstehen können. Weitere Wirkungen, die Ott angeführt hat, reichen von Haarausfall bis Krebs.
In anderen Veröffentlichungen wurden folgende Wirkungen angeführt (Gifford, 1994):

• Vollspektrumlicht soll das Sehvermögen dramatisch steigern, das Lernverhalten von Schülern und den Lernerfolg verbessern.
• Der UV-Anteil der emittierten Strahlung soll in Arbeitsstätten die Wirkung ersetzen, die das Tageslicht im Freien ausüben würde. Hierzu ist zu bedenken, dass der Mensch in Industriegesellschaften bis zu 90% seines Lebens in geschlossenen Räumen verbringt, in die Tageslicht nicht, wenig oder spektral verändert eintritt.
• Vollspektrumlampen sollen bei der Therapie von Winterdepression erfolgreich sein (Maas, Jayson & Kleiber, 1974). Sie sollen sich positiv bei Hyperaktivitätsstörungen von Kindern auswirken.

Insgesamt werden ausschließlich positive Wirkungen behauptet, die von einer Verbesserung der Befindlichkeit bis hin zur Verhütung von Krebserkrankungen reichen.

Diesbezügliche Behauptungen wurden früher als nicht seriös abgetan, weil man sich keinen Wirkmechanismus vorstellen konnte. Bei üblichen Einwirkungen, z.B. von Giften oder gasförmigen Stoffen, stellt man sich die Einwirkung häufig nach dem S-O-R Modell vor. Dabei steht „S“ für Stimulus (Reiz), „O“ für Organismus und „R“ für Reaktion. Diesem Konzept liegt die Vorstellung zugrunde, dass ein Stimulus (zum Beispiel ein Wirkstoff) im Organismus verarbeitet wird und sodann zu Reaktionen führt (zum Beispiel zu gesteigerter Arbeitsleistung). Das S-O-R-Konzept wurde 1929 von Robert S. Woodworth eingeführt. Wie könnte Licht (Reiz), von Außen auf die Haut einwirkend, zur Veränderung eines inneren Organs (z.B. Dickdarmkrebs) führen? Zwar hatte man bereits in den 1980er Jahren wissenschaftlich fundierte Hinweise über einen Zusammenhang von bestimmten Krebserkrankungen und Licht. Eine Vorstellung von der Wirkungsweise hatte man aber nicht. (Auch heute weiß man zuwenig darüber, man hat aber eine Vorstellung davon, wie die Einwirkung erfolgen könnte.)
Die heute in der Beleuchtungstechnik übliche Vorstellung, dass die genaue Zusammenstellung der Strahlung in einem Spektrum unwichtig sei gegenüber der vom Auge erzeugten „Lichtfarbe“, geht auf eine Wirkungsweise zurück, die man der Physik entlehnt hat: „ Es gehört zu den Grundgesetzen der Physik und der Biophysik, daß nur dort eine Wirkung erzielt werden kann, wo Strahlung absorbiert wird. Für die Absorption von Licht im Auge sind im Bereich des Tagessehens drei Zapfenpigmente verantwortlich, deren Absorptionskurven sich jeweils über mehr als 100 nm erstrecken. Das Farbensehen des Menschen basiert also darauf, daß der Lichtreiz, wie immer er auch spektral zusammengesetzt sein mag, von den drei Zapfenpigmenten entsprechend ihren Absorptionskurven absorbiert wird und daraus drei entsprechende Rezeptorsignale resultieren. Aus den Rezeptorsignalen kann nicht mehr eindeutig auf die spektrale Zusammensetzung der erregenden Strahlen zurückgeschlossen werden. Es ist seit langem bekannt, daß das Auge nicht in der Lage ist, die spektrale Zusammensetzung des Lichtes zu erkennen. Wir registrieren gewissermaßen nur einen Summeneindruck, den wir als Farbe bezeichnen. Da nun der primäre Absorptionsprozeß bereits in der Netzhaut ablauft, also die Information über die spektrale Zusammensetzung des Primärlichtes zwangsläufig dort bereits verloren geht, können alle nachgeschalteten Nervenzellen nur noch die durch drei Komponenten festgelegte Farbe, aber nicht mehr die spektrale Zusammensetzung des Primärlichtes, registrieren.“ (Hartmann und Müller-Limmroth, 1981)
Demnach ist es gleichgültig, wie sich das Spektrum zusammensetzt, sofern die Signale aus den drei Pigmenten gleich sind. Diese Vorstellung wurde auch im Jahre 2009 in mindestens zwei Fällen publiziert. Allerdings kann man sich dann überhaupt nicht erklären, wie sich das Spektrum sogar auf die Physiologie des Menschen auswirkt. So wurde z.B. experimentell festgestellt, dass die Lichtfarbe vom Licht die Wärmeempfindung eines Raums zu einem späteren Zeitpunkt beeinflusst (). Oder, dass die Lichtfarbe den Verlauf der Körperkerntemperatur beeinflusst, wie Morita und Tokura (Morita und Tokura, 1996) gezeigt haben: Die Arbeit zeigt, dass die Lichtfarbe von üblichen Lampen (3000K und 6500K) einen messbaren Einfluss auf physiologische Größen ausübt. D.h.; es ist nicht gleichgültig, welche Lichtfarbe gewählt wird.
Die Fülle von Forschungsergebnissen, die die Wirksamkeit der spektralen Zusammensetzung des Lichts auf viele physiologische Vorgänge zeigen, legt nahe, die früheren Positionen gründlich zu überdenken. Da bei vielen Studien bereits relativ moderate Unterschiede in der Lichtfarbe (z.B. warmweiß gegen neutralweiß) als wirksam nachgewiesen werden konnten, scheint es wahrscheinlich, dass das wesentlich unterschiedliche Spektrum der Vollspektrumlampen eine größere Wirkung entfaltet.

Forschungsergebnisse

Güte der Simulation

Boyce hat an Hand der Spektralverteilungen von Tageslicht zu verschiedenen Phasen des Tages und der der „Vollspektrumlampen“ demonstriert, dass die Lampen allenfalls eine mäßige Simulation des natürlichen Lichts darstellen. Dazu muss aber hinzugefügt werden, dass auch das „Tageslicht“ in Innenräumen weit davon entfernt ist, natürliches Licht zu sein.
Man muss überhaupt in Frage stellen, ob es Sinn macht, die im Freien vorhandene Sonnenstrahlung überhaupt als „Licht“ zu behandeln. Denn Licht ist definiert als die sichtbare Strahlung bewertet nach der Empfindlichkeitsfunktion des menschlichen Auges für das Tagessehen. Diese Funktion selbst ist in den 1920er Jahren auf fragwürdige Weise ermittelt worden und gilt, wenn überhaupt, für das Zentrum der Retina. Sie gilt nicht einmal für die Steuerung der Pupille, ohne die der Sehvorgang nicht erfolgen kann. Das Sonnenspektrum reicht sowohl im kurzwelligen Bereich (UV) als auch im langwelligen (IR) weit über den sichtbaren Bereich hinaus, wobei gerade die Bereiche, die nicht als Licht erfasst werden, lebenswichtig sind. Bereits das übliche Fensterglas reduziert diese Anteile erheblich. Bei der heute aus Gründen der Energieeffizienz empfohlenen Dreifachverglasungen wird Infrarot abgeschnitten, und nicht nur der UV-Bereich völlig außen vor gelassen, sondern auch ein kleiner Teil vom Blau. D.h., auch das Tageslicht in Gebäuden unterscheidet sich in lebenswichtigen Punkten vom Tageslicht draußen, ohne dass dies thematisiert worden ist.
Da das Tageslicht am Arbeitsplatz trotz der o.g. Mängel nachweislich eine positive Wirkung entfaltet, dürfte man den Vollspektrumlampen die mäßige Güte der Simulation nicht vorwerfen.
Auch in anderer Hinsicht ist die Simulation der natürlichen Situation mit Hilfe von Vollspektrumlampen mäßig. Das betrifft die „Lichtmenge“, d.h. die Helligkeit im Raum. Diese wird gewöhnlich, mangels besserer Maße, an der Beleuchtungsstärke gemessen, und zwar gemessen auf einer horizontalen Ebene. Man nimmt diese Ebene, weil man annimmt, dass das Licht von oben einfällt und der Betrachter des beleuchteten Objekts von oben guckt. Die für die biologischen Wirkungen maßgebliche Lichtmenge ist die, die durch die Pupille ins Auge eindringt. Hierfür ist die Horizontalbeleuchtungsstärke ein denkbar schlechtes Maß. Hingegen fällt das Tageslicht in Arbeitsräumen unter einem günstigen Winkel ein, derart, dass bei gleicher Beleuchtungsstärke die ins Auge eindringende Lichtmenge zwei bis drei Mal höher ausfällt. Dies gilt übrigens für alle künstliche Beleuchtungen mit Ausnahme der sehr seltenen Anlagen, die mit wandmontierten Leuchten arbeiten.
Ein weiterer Faktor, bei dem Vollspektrumlampen das Tageslicht nicht gut simulieren können, ist die Veränderlichkeit. Insbesondere durch seine fortlaufende Veränderung in Menge und Qualität steuert das Tageslicht viele Körperfunktionen und trägt so der Gesundheit bei. Eine solche Wirkung kann bei künstlicher Beleuchtung nur künstlich herbei geführt werden. Ob man damit einen ähnlichen Effekt erzielen kann wie bei natürlichem Licht, ist nicht erwiesen. Es kann aber auch sein, dass man sogar eine bessere Wirkung erzielen kann, weil man künstliches Licht besser steuern kann. Derzeit gibt es viele Bemühungen, die Dynamik des Tageslichts mit künstlicher Beleuchtung nachzubilden, die von technischen Versuchen bis zu Forschungsprojekten reichen.

Biologische Wirkungen

Wie man mittlerweile weiß, spielt das Spektrum des Lichts eine große Rolle bei den sog. nicht-visuellen Wirkungen. Diese wurden z.B. auf internationalen Kongressen zum Thema Licht und Gesundheit (s. CIE, 2004 und CIE 2006) thematisiert. Bei einem anderen internationalen Kongress im Jahre 2009 (Lux Europa 2009) waren Tageslicht, Farbe, Farbwiedergabe und Spektrum die am häufigsten benutzten Begriffe.
Da Vollspektrumlicht eine andere spektrale Zusammensetzung aufweist als sonstige Leuchtstofflampen und eine bessere Farbwiedergabe ermöglicht, ist zumindest aus theoretischer Sicht eine andere biologische Wirksamkeit anzunehmen.
Da die Studien zu biologischen Wirkungen des Lichts einen enormen Umfang weingenommen haben, sei an dieser Stelle nur ein Auszug bezüglich der Wirkung einer Eigenschaft, der Farbtemperatur, angeführt, die in der Normung der Beleuchtung von Arbeitsstätten allenfalls als eine Nebensächlichkeit behandelt wird. In der Literaturstudie von Yasukouchi and Ishibashi (2005) werden unter anderem folgende Ergebnisse von früheren Studien angeführt:
Die Literatur zeigt, dass dass die Spektralverteilung des Lichts offensichtlich physiologische Körperfunktionen über den nicht-visuellen Kanal beeinflusst. Die früheren Untersuchungen aus dem Labor der Autoren haben solche Effekte durch physiologische Messungen festgestellt.
Iwakiri et al (1997) haben mit drei Farbtemperaturen (3000K, 5000K und 7500K) experimentiert. Die Probanden waren 7 junge Männer. Das Tageslicht (7500K) hat im Vergleich zu warmweißen Licht die Wachheit gesteigert, die Leistung reduziert.
Yasukouchi and Ejima (1998) haben den Einfluss von Farbtemperaturen auf die Wachheit beim Lösen von Denkaufgaben studiert und u.a. festgestellt, dass der Haltungswechsel auch beeinflusst wurde.
Ishibashi et al. (1997) haben den kombinierten Einfluss von Raumtemperatur, Farbtemperatur und Lärm auf die Variabilität von Herzschlag untersucht. Die Studie hat den Einfluss der Farbtemperatur und dessen Interaktion mit den anderen Umweltparametern nachgewiesen.
Tsutsumi et al. (2002) haben den Einfluss von Farbtemperatur auf Pulsvariabilität und Blutdruck untersucht. Auch hier wurde festgestellt, dass die Farbtemperatur Blutdruck und Schlafqualität beeinflusst. Den größten Anstieg des Blutdrucks verursachte die Farbtemperatur von 6700K (Vergleich 3000K und 5000K).
Tottori et al. (2000) haben herausgefunden, dass die Abnahme der Körpertemperatur nach einem Bad in einem Ruheraum signifikant von der Farbtemperatur des Lichts beeinflusst wird.

Higashihara et al. (2002) haben die Daten aus diesem Experiment (Körpertemperatur und EEG) in der Schlafphase analysiert und herausgefunden, dass die Farbtemperatur auch diese beeinflusst.
(Literaturstellen können der Studie entnommen werden, eine Zusammenfassung der Ergebnisse in Deutsch unter http://lichtundgesundheit.de/Lichtundgesundheit/Yasukouchi.html).
Auch die früher belächelte Theorie der Krebserzeugung in Zusammenhang mit Licht wird heute insofern ernst genommen, dass man so erhebliche Bezüge hat herstellen können, dass heute viele Studien durchgeführt werden. Im Jahr 2007 hat die Weltgesundheitsorganisation Nacht- und Schichtarbeit als potenzielle Ursache von Krebs anerkannt (für mehr s. http://www.reuters.com/article/pressRelease/idUS83251+30-Nov-2007+PRN20071130). In diesem Zusammenhang wird Licht in der Nacht (und nicht künstliches Licht als solches) wird als krebsauslösender Umweltfaktor behandelt (s. http://jnci.oxfordjournals.org/cgi/content/full/93/20/1513 ). Das bedeutet u.a., dass man die nächtliche Beleuchtung von Arbeitsstätten besonders unter die Lupe nehmen muss, bei der man nicht mehr dem ewigen Motto der Lichttechnik folgen darf, dass mehr Licht besser sei.
Die bis zum Jahr 1991 bekannt gewordenen Wirkungen dieser Art werden in einem Forschungsbericht des US-Kongresses behandelt und diskutiert (Herdmann et al 1991). Weitere Quellen sind CIE 2001, CIE 2004 und CIE 2006. Eine gemeinsame Betrachtung aller relevanten Dokumente aus diesen Quellen und aus weiteren ergibt eine Fülle von Einflüssen der Farbe, des Spektrums und der spektralen Zusammensetzung des Lichts, sodass man sich eigentlich wundern müsste, warum gerade Vollspektrumlicht nicht Gegenstand von noch viel mehr Studien geworden ist.

Wirkungen des UV-Anteils

Die Befürworter der Vollspektrumlampe weisen darauf hin, dass in Innenräumen die lebenswichtige UV-Strahlung fehle. Dieses Argument ist zweifellos stichhaltig. Nach wissenschaftlichen Erkenntnissen in der Photochemie nimmt man an, dass das Leben auf der Erde durch chemische Prozesse begonnen haben muss, die durch die UV-Strahlung in Gang gesetzt worden sind. Lebenswichtige Wirkungen der UV-Strahlung für den Menschen wie die Anregung der Vitamin D-Produktion sind seit langem bekannt.
Die Schwachstelle der Argumentation liegt allerdings bei der Frage der Intensität. Die lebenswichtige UV-Strahlung kann bei Überschreitung gewisser Grenzen der Bestrahlung auch eine tödliche Gefahr bedeuten. Auch dies weiß man nicht zuletzt aus der Photobiologie, nach deren Erkenntnissen das Leben zwar unter UV-Einwirkung begonnen haben muss, jedoch sofort vernichtet worden wäre, wenn sich die ersten Lebenskeime nicht hätten in größere Wassertiefen bewegen können, die Schutz vor UV-Strahlung boten. „Die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift sei“, sagte vor etwa fünfhundert Jahren Paracelsus. Das gleiche gilt auch für die UV-Strahlung, die sowohl Hautleiden verursachen als auch kurieren helfen kann.
Die Frage der Intensität dürfte den Schlüssel für weitere Betrachtungen liefern. In Innenräumen fehlt tatsächlich die UV-Strahlung aus natürlichen Quellen fast völlig. Hinter einer dreifachen Wärmeschutzverglasung ist der UV-Anteil im Tageslicht kaum noch nachweisbar. Will man diesen im Rauminnern künstlich herstellen, stellt sich die Frage, auf welchem Wege die Strahlung den Körper erreichen soll. Da künstliches Licht vorwiegend von oben einfällt, schattet der Kopf den größten Teil des Körpers ab, und dieser ist bei der Arbeit fast gänzlich verhüllt. Man müsste also, um die natürliche Dosis zu realisieren, zu recht hohen Bestrahlungsstärken greifen.
Nicht nur diese Umstände lassen es zweifelhaft erscheinen, dass die im Innenraum erzeugte UV-Strahlung einen Nutzen bringt. Ein weiterer, vielleicht gewichtigerer Grund kann darin liegen, dass die Wirkung von einer Strahlung mit einem bestimmten Spektrum nicht von ihr bzw. ihrer Dosis abhängt, sondern wesentlich davon, welcher zusätzlichen Strahlung die betreffende Körperstelle ausgesetzt wird. D.h., eine UV-Exposition, die unter Tageslicht als ungefährlich eingestuft wird, kann unter einem anderen Licht eine andere Wirkung entfalten.
Neben dieser theoretischen Bedenken muss man noch berücksichtigen, dass es ethische Bedenken dagegen gibt, dass man Menschen kollektiv einer Strahlung aussetzt, die u.U. eine Gefahr bedeuten kann. Zwar liegen die von Vollspektrumlampen erreichbaren Bestrahlungsstärken weit unter den zulässigen Dosen, man ist aber aufgrund früherer Umgangsweisen mit Strahlung heute eher übervorsichtig.

Verbesserung der Sehleistung

Vollspektrumlampen sollen eine bessere Sehleistung ermöglichen, indem sie einen höheren Anteil an kurzwelligem Licht emittieren. Die behauptete Wirkung wird zum einen darauf zurück geführt, dass auch bei hell adaptiertem Auge (Beleuchtungsniveau in Innenräumen) die Stäbchen (maximale Empfindlichkeit bei 508 nm) zur Hellempfindung beitrügen und nicht nur die Zapfen, deren maximale Empfindlichkeit im gelb-grünen Bereich liegt. Zum anderen aber wird behauptet, dass der Pupillendurchmesser durch einen höheren Anteil an kurzwelligem Licht kleiner würde und daher die Tiefenschärfe des Auges größer.
Beide Behauptungen werden durch mehrere Veröffentlichungen zumindest unterstützt (z.B. Berman, Fein, Jewett and Ashford 1994). Eine Diskussion der festgestellten Effekte findet sich in Veitch und McColl, 2001. Es existieren aber auch Veröffentlichungen, aus denen hervorgeht, dass die behaupteten Effekte nicht einträten. Ihnen ist häufig gemein, dass die Ergebnisse mit Leseversuchen ermittelt worden sind. Leseversuche, die mit alphabetischen Zeichen durchgeführt worden sind, sind aber nicht trennscharf, d.h., tatsächlich vorhandene Unterschiede von Testobjekten (in diesem Fall Lampentypen) werden nicht immer festgestellt. Daher gehen die methodischen Fehler der Untersuchung zu Lasten des Probanden, in diesem Fall der Lampe. Wie schlimm sich dieser Fehler auswirken kann, lässt sich anhand der Typographie darstellen. Die uns bekannten Schriften sind z.T. sehr gut lesbar, während andere eher der Schönheit wegen eingesetzt werden. Obwohl sehr viele Menschen eine Unterscheidung zwischen gut und schlecht lesbaren Schriften mit dem bloßen Auge zuverlässig treffen können, muss der Unterschied bei Lesetests sehr groß sein, damit ein Unterschied ermittelt werden kann.
Es ist möglich, dass bei Untersuchungen ein möglicher positiver Effekt von Vollspektrumlampen kleiner erscheint als tatsächlich vorhanden, weil diese Lampen eher farblich flimmern als andere, wenn sie mit üblichen Vorschaltgeräten betrieben werden. Da das Flimmern die Sehleistung herabsetzt, wird die Wirkung bei einem Versuch unterschätzt. Heute gibt es aber keinen vernünftigen Grund mehr, Leuchtstofflampen mit konventionellen Vorschaltgeräten zu betreiben.

Sehkomfort

Ob die Beleuchtung mit Vollspektrumlampen den Sehkomfort erhöht bzw. den sog. „discomfort“ mindert, ist umstritten. Das ist nicht verwunderlich, weil jeder Autor mangels eindeutiger Definition irgend etwas anderes als Sehkomfort untersucht hat, und zumal die lichttechnische Industrie dem Sehkomfort nicht mehr Bedeutung beigemessen hat als einer Couch im Büro: „Das (gemeint sind Maßnahmen, die den Sehkomfort erhöhen und die Akzeptanz verbessern würden) kann ohne Frage Komfort und Akzeptanz der Beleuchtung erhöhen – ebenso wie dies eine Couch im Büro oder eine besonders komfortable Sitzgruppe tun würden.“ (aus der Broschüre Lichtforum 28 der Fördergemeinschaft Gutes Licht). Auch im CIE Technical Report „The Influence of Daylight and Artificial Light on Diurnal and Seasonal Variations in Humans. A Bibliography“ sucht man vergebens nach dem Begriff Sehkomfort, obwohl dieser Bericht ein verwandtes Thema behandelt. Das CIE Wörterbuch kennt ihn auch nicht.
Die Tatsache, dass die Wirkung von Vollspektrumlicht auf den Sehkomfort umstritten ist, darf aus den genannten Gründen nicht gegen sie bewertet werden. Deswegen werden die Befunde in der Literatur hier nicht diskutiert.

Wahrnehmung und Leistungsfähigkeit

Die Vollspektrumlampen mit ihrem relativ hohen Farbwiedergabeindex führen zu nachweisbaren Verbesserungen des Farberkennens. Es gibt aber auch andere Leuchtstofflampen, die eine gute Farbwiedergabe gewährleisten können.
Die Empfindung, dass Räume heller bzw. größer sind, kann durch diese Lampen unterstützt werden. Dies wurde durch eine Untersuchung in jüngster Zeit wieder bestätigt (Vandahl et al, 2009). Die Autoren haben herausgefunden, dass man bei einer ähnlichsten Farbtemperatur von 2700 K höhere Beleuchtungsstärken braucht um den gleichen Helligkeitseindruck zu bekommen wie unter 6500 K.
Die Lernleistung von Schulkindern, häufig herangezogen, um Wirkungen der Beleuchtung zu ermitteln, scheint keine besondere Steigerung durch Vollspektrumlicht zu erfahren. Dies gilt vermutlich nur für Versuche, die man lediglich aus versuchstechnischen Gründen in Räumen ohne Tageslicht durchführt, bei denen man festgestellt hat, dass die Beleuchtung von Schulräumen keinen Einfluss auf die Lernleistung habe. Bei methodisch einwandfrei durchgeführten Untersuchungen, die allerdings in Schulen mit Fenstern und Oberlichtern stattfanden, konnte man einwandfrei einen signifikanten Einfluss der Beleuchtung auf den Lernerfolg von Schülern nachweisen (s. Daylighting in Schools, 2001). Zwei der möglichen Ursachen für die festgestellten positiven Wirkungen, bessere Farbwiedergabe und bessere Stimmung der Benutzer aufgrund der Lichtqualität, treffen auch für eine künstliche Beleuchtung mit Vollspektrumlampen zu.
Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit von Erwachsenen sind laut Veitch und McColl keine Unterschiede zwischen Räumen mit unterschiedlicher Beleuchtung gefunden worden. Diesem Befund würden aus heutiger Sicht viele Personen und Stellen heftig widersprechen. Gerade die Studien zu den nicht-visuellen Wirkungen der Beleuchtung gehen davon aus, dass ein solcher Einfluss sogar groß ausfallen müsste.
Für die Aussage von Veitch und McColl gibt es einige plausible Erklärungen. Zum einen waren viele Studien, wie die Autorinnen selber als Kritik anführen, methodisch schwach bis unhaltbar. Wer menschliche Leistung, Leistungsfähigkeit oder Leistungsbereitschaft misst, und dabei zuverlässige Ergebnisse erhalten will, muss einen gewaltigen Aufwand treiben. Wer dies gar in der Praxis betreiben möchte, wird nicht selten Opfer eines Phänomens, den Forscher mit ähnlichen Ansätzen bereits in den 1920er Jahren erlebt haben, des Hawthorne-Effekts. Dieser Effekt wurde bei einem Versuch festgestellt, bei dem man durch besseres Licht die Arbeitsleistung erhöhen wollte. Die Leistung erhöhte sich aber auch dort,  wo man nur vorgegeben hatte, die Beleuchtung verbessert zu haben. Man weiß seitdem, dass es nicht einfach ist, menschliche Leistung zu erfassen.
Ein weiterer Grund für die (scheinbare?) Wirkungslosigkeit unterschiedlicher Beleuchtungen, wie sie von Veitch und McColl dargestellt werden, liegt in der Durchführung der Versuche selbst. Während man heute die nicht-visuelle Wirkungen der Beleuchtung als die wichtigere Einflussgröße hält, und sich daher mit circadianen Rhythmen befasst, hat man bei früheren Versuchen entweder diesen Effekt überhaupt nicht berücksichtigt, oder gar schwere versuchstechnische Fehler begangen, indem man die Nachtsituation bei Tage mit abgedunkelten Räumen hergestellt zu haben glaubte.
Aus heutiger Sicht würde man in der Frage der Leistungsfähigkeit und ihrer Beeinflussung durch Licht und Beleuchtung anders reagieren als im Jahre 2001.

Schlussfolgerungen

Die behaupteten Wirkungen von Vollspektrumlicht konnten häufig nicht nachgewiesen werden. Die von Veitch und McColl geprüften Studien wiesen allerdings viele methodische Mängel auf, so dass man nicht den Schluss ziehen darf, dass die Wirkungen nicht vorhanden seien. Vielfach waren die Studien nicht geeignet, um bestimmte Effekte nachzuweisen.
Wer mit wissenschaftlichen Methoden nicht vertraut ist, wird ungern glauben, dass man solch triviale Dinge wie Ermüdung oder Lesbarkeit von Text nicht experimentell ermitteln kann, wo doch jeder Mensch weiß, was sie bedeuten. Es ist aber leider so. Um Sachverhalte wie die mentale Leistungsfähigkeit eines Erwachsenen oder den Lernerfolg von Schülern messbar zu machen, benötigt man sehr viel Aufwand. Für die oben zitierte Untersuchung „Daylighting in Schools“ mussten beispielsweise 50.000 Datensätze aus 102 Schulen erfasst, geprüft und ausgewertet werden. Wenn man z.B. aus wirtschaftlichen Gründen mit kleineren Stichproben arbeiten muss, wird man sehr häufig keine Unterschiede zwischen den erprobten Situationen (z.B. Beleuchtung mit verschiedenen Arten von Leuchtstofflampen) finden können, auch wenn sie vorhanden sind.
Das Vollspektrumlicht als Zankapfel zwischen Menschen, die an seine Wirkungen glauben, und anderen, die wissenschaftlich nachweisen wollen, ob und ggf. welche Wirkungen durch Lampen mit entsprechenden Eigenschaften bzw. durch Beleuchtung mit solchen Lampen erzeugt werden, wird uns noch geraume Zeit erhalten bleiben. Eine durchschlagende Wirkung hat die Vollspektrumlampe aber dennoch erzielt: Seit den ersten Erkenntnissen, die John Ott berichtet hatte, wird zunehmend stärker über die gesundheitlichen Wirkungen von Licht und Beleuchtung geforscht und gesprochen. Die medizinische Forschung hat hierbei u.a. das Licht bzw. eher den Mangel an Licht als die Ursache der seit mehr als 2.000 Jahren bekannten Winterdepression entlarvt.
Die möglichen Wirkungen von Vollspektrumlicht werden heute positiver gesehen als im Jahre 2001, als Vietch and McCall ihre Bewertung der Literatur veröffentlicht haben.

Weiterführende Literatur und Links zum Thema

Dieser Beitrag enthält Bezüge zu folgenden Dokumenten, die über CyberLux abgerufen werden können. In diesen sind wiederum zahlreiche Literaturstellen angeführt, die sich für weiteres Studium eignen. Die markierten Quellen können direkt aufgerufen werden.

G. Cakir: Daylighting in Schools – Zusammenfassender Bericht über eine amerikanische Feldstudie, ERGONOMIC Institut, 2001

A.Cakir, G. Cakir: Tageslicht und Ergonomie, ERGONOMIC Institut, 2001

Boyce, P.A.: Is Full-Spectrum Lighting Special?, IRC Internal Report No. 659, S. 30 ff., 1994

CIE PROCEEDINGS of the CIE Symposium ‘04 Light and Health: non-visual effects, INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION, Vienna, 2004

CIE PROCEEDINGS of the 2nd CIE Expert Symposium on Lighting and Health, INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION, Ottawa, 2006

Fisch, J.: Licht und Gesundheit – Das Leben mit optischer Strahlung, Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Lichttechnik, März 2000

Gifford, R.: Scientific Evidence for Claims about Full-Spectrum Lamps: Past and Future, IRC Internal Report No. 659, S. 37 ff, 1994

Karpen, D.: Full-Spectrum Polarized Lighting: An Option for Light Therapy Boxes, IRC Internal Report No. 659, S. 6 ff, 1994

Lux Europa 2009 Lighting and the Environment, 11th European Lighting Conference, Proceedings, Turkish National Committee on Illumination, 2009

Veitch, J. A.; McColl, S. L.: A Critical examination of perceptual and cognitive effects attributed to full-spectrum fluorescent lighting, Ergonomics, v. 44, no. 3, Feb. 2001, pp. 255-279

Veitch, J.A.: Introduction: Full-Spectrum Lighting Effects on Performance, Mood, and Health, IRC Internal Report No. 659, S. 4 ff., 1994

Anonymus: Panel Discussion from the Symposium “Full-Spectrum Fluorescent Lighting Effects on Performance, Mood, and Health”, IRC Internal Report No. 659, S. 47 ff., 1994

Veitch, J.A: Conclusion: Is Full-Spectrum Light the Quality Choice?, IRC Internal Report No. 659, S. 112 ff., 1994

Folgender Bericht kann über die LiTG bzw. CIE beschafft werden. Er ist nicht über das Internet verfügbar:

CIE 2001 THE INFLUENCE OF DAYLIGHT AND ARTIFICIAL
LIGHT ON DIURNAL AND SEASONAL VARIATIONS IN HUMANS. A BIBLIOGRAPHY
ISBN 3 901 906 04 5, CIE 139 – 2001

Literatur
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Ahmet Cakir

Kurzfassung

Lichtqualität ist ein recht vager Begriff. Genau genommen ist sie nicht definiert. In den kommenden Jahren wird nicht nur der Zwang auf die Lichtplaner zu kommen, Energie effizient einsetzen zu müssen, sondern sie, und mit ihnen die Bauherren und Architekten, werden sich mit einer neuen Beleuchtungsnorm (EN 12464) auseinandersetzen müssen, die die Lichtqualität noch weniger definiert als die Norm DIN 5035-1, die sie ersetzen soll.

Während Lampenentwickler stolz darauf sind, dass sie die Lichtausbeute ihrer Lampen ständig gesteigert haben, ist die Lichterzeugung in den Augen der Energiesparer die reinste Verschwendung. Die in elektrische Energie umgewandelte Primärenergie wird nur zu 2,5 % in sichtbares Licht umgewandelt. Wenn sich diese nicht nur mit dem physikalischen Prozess der Lichterzeugung beschäftigen würden, sondern mit der Beleuchtungspraxis für Arbeitsstätten, das Konzept der Allgemeinbeleuchtung, sähe die Bilanz der Lichtanwendung sehr viel dunkler aus. Die kommende Norm EN 12464 kann diese Bilanz noch weiter verschlechtern, weil die Beleuchtungsstärken pauschal um 25 % heraufgesetzt werden sollen. In einigen, nicht unwesentlichen Fällen wie Büros, wird die Steigerung noch höher ausfallen.

Es tut not, dass man die Lichtqualität sauber definiert, um den dafür erforderlichen Energieaufwand rechtfertigen zu können.

Beitrag

In Deutschland fanden in den letzten zwei Jahren einschneidende Veränderungen in der Normung der Beleuchtung und in der rechtlichen Bedeutung der Normen für Beleuchtung statt. So wurde der wichtigste Teil der Normen (DIN 5035-1) zurückgezogen. Künftige Normen dürfen keine Anforderungen enthalten, die dem Arbeitsschutz dienen sollen. Diesbezügliche Bestimmungen sind dem Staat vorbehalten. Und beim Arbeitsministerium wurde beschlossen, dass die Arbeitsstättenverordnung und die Richtlinien hierzu überarbeitet werden, wobei die Bezüge zu Normen gestrichen werden. In den nächsten Jahren kann es mit einiger Sicherheit zu Vorschriften zum Energiesparen bei der Beleuchtung kommen. Zeit, um sich Gedanken zu machen, wie man sparen kann, ohne gleich Qualität zu opfern. Die generelle Marschrichtung hat die Agenda 21 vorgegeben, wonach das Photon das Elektron als Technologieträger im 21. Jahrhundert überflügeln soll, so auch das Photon des Sonnenlichts das Elektron, das die Lampen zum Leuchten bringt.
Wenn komplexe Probleme, die eine sachgerechte Abwägung von Einzelfaktoren und deren gegenseitigen Abhängigkeiten erfordern, durch eine Vielzahl von trivialen Einzellösungen behandelt werden, ist der Weg zu Fehllösungen nicht weit. So hat sich z.B. während der ersten Energiekrise der 1970er Jahre gezeigt, dass das Bemühen um Energieeinsparung auch in einer tödlichen Falle enden kann, wenn man hierzu Aufenthaltsräume von der natürlichen Luftzufuhr weitgehend abschneidet. Während dies im Einzelfall bei Privatpersonen vorgekommen ist, die ihren Sparwillen mit dem Leben bezahlt haben, haben ähnliche Bemühungen US-amerikanischer Betriebe zur Entstehung des Mythos „sick building syndrome“ als weit verbreitete Erscheinung geführt. Wenn man die Vorgeschichte dieser Gesundheitsstörungen genau unter die Lupe nimmt, findet man schnell heraus, dass die schlagkräftigsten Argumente aus Untersuchungen an Gebäuden stammen, bei denen die Außenluftrate der Klimaanlagen praktisch auf Null reduziert worden sind. Der Irrtum kam zustande, weil man gedacht hat, dass die Filter der Anlagen die Luft hinreichend reinigen und ihr die erforderliche Qualität geben würden, was nicht zutraf. Was Klimatechniker unter Luftqualität verstanden haben, war eben nicht das, was sich Menschen darunter vorstellen.
Einem ähnlichen Irrtum kann man unterliegen, wenn man bei der Beleuchtung unbedacht Energie zu sparen versucht. Das Aufdecken der dadurch erzeugten Probleme kann allerdings viel länger dauern als bei der Luftqualität, da „schlechtes“ Licht bekanntlich nicht stinkt wie abgestandene Luft. Dass arbeitende Menschen darunter weniger leiden würden, kann man allerdings nicht behaupten. Auch wenn man gar nicht versucht, an der Beleuchtung zu sparen, sondern nur der Wärmeschutzverordnung genügen will, wird die visuelle Umwelt erheblich in Mitleidenschaft gezogen, weil die sog. Wärmeschutzgläser das natürliche Licht erheblich verändern und vor allem reduzieren. Daher lohnt sich die Beschäftigung mit diesem Sachverhalt für jeden, der intelligent Energie sparen, aber hierbei die Qualität der Arbeitsräume nicht aus dem Auge verlieren möchte.

Lichtqualität und Energieaufwand

Dass zwei Kerzen mehr Licht spenden als eine und dafür doppelt so viel Material verbrauchen, kann sich jeder Mensch leicht vorstellen. Hingegen können nicht einmal alle Fachleute eine Vorstellung von der Brisanz der Frage „Lichtqualität“ gegen „Energieaufwand“ entwickeln, obwohl just diese Problematik die gesamte Entwicklung der Lichttechnik nicht nur begleitet, sondern erheblich vorbestimmt hat. Die „Wirtschaftlichkeit“ der Beleuchtung bzw. was man darunter verstehen wollte, bildete bereits bei der ersten Deutschen Norm zur Beleuchtung im Jahre 1935 eine wichtige Zielsetzung: „Die künstliche Beleuchtung von Innenräumen muß den Forderungen der Gesundheit und Schönheit entsprechen, dabei zweckmäßig und wirtschaftlich sein.” Punktum! Sie blieb bedeutsam, bis sich ein europäischer Normenausschuss entschloss, eine Beleuchtungsnorm zu entwickeln, die die Wirtschaftlichkeit nicht mehr behandelt. Diese (EN 12464) wird zwar die inzwischen zurückgezogene Norm DIN 5035 ersetzen, aber eben nicht vollwertig.

Die hier behandelte Frage ist auch den „lichttechnischen Laien“ keinesfalls fremd. So hat sich die angeblich so „wirtschaftliche“ Leuchtstofflampe mehrere Jahrzehnte lang kein Terrain in Wohnräumen erobern können. Sie musste der Glühlampe den Vortritt lassen, die ein warmes Licht abgibt, das man in kälteren Ländern in Wohnräumen oder Kirchen u.ä. subjektiv bevorzugt. Erst in der Gestalt der „Energiesparlampe“ ist ihr ein teilweise fragwürdiger Einsteig in die privaten Gemächer gelungen. Die „Linestra“-Lampe, die bereits vor 30 Jahren wegen zu großen Energieaufwands für die Lichterzeugung aus dem Verkehr gezogen werden sollte, schmückt immer noch unsere Badestuben, weil man unter deren Licht viel angenehmer ausschaut als unter dem grellen Licht der „Neonlampe“. Dass man das letztere nicht grundsätzlich meidet, sieht man daran, dass z.B. Aquarien fast immer mit solchen Lampen beleuchtet werden – Energie sparend, langlebig und mit dem Pflanzen gerechten Spektrum.

Es gibt noch ein untrügliches Zeugnis dafür, dass sich die Allgemeinheit mit der Frage der Wirtschaftlichkeit der Beleuchtung befasst: Die Sage von der Erfindung der ewig brennenden Lampe, die ein Lampenfabrikant aufgekauft haben soll, auf dass sie niemals gebaut werde. Während die ähnliche Geschichte von Nylonstrümpfen, die nie Laufmaschen bekommen und deswegen nie mehr hergestellt werden, wahr ist, hat man die ewig brennende Lampe seit Jahrzehnten kaufen können. Leider hat sie einen solch niedrigen Wirkungsgrad, dass sie eher als Ofen wirkt denn als Lichtquelle.

Der wahre Kern der Sage bildet allerdings den Anlass zu diesem Artikel: Die (vorgebliche) Optimierung der Glühlampe durch Experten, die nie genannt werden, und nach einer Formel, nach der man in der Literatur sehr lange, aber erfolglos, suchen darf. Alle Studenten der Lichttechnik lernen, dass die „Allgebrauchsglühlampe“ auf eine Lebensdauer von 1.000 Stunden optimiert worden sei, weil dies die beste Wirtschaftlichkeit zwischen Lampenkosten und Energiekosten ergäbe. In anderen Ländern mit einer anderen Relation zwischen Energiekosten und Produktionskosten für Lampen würde anders optimiert werden. Da diese Geschichte seit mehr als einem halben Jahrhundert unverändert erzählt wird, ohne dass ihr Wahrheitsgehalt zunimmt, tut man gut daran, sie unter die Lupe zu nehmen. Die Wahrheit ist, dass Lampen weltweit von einer winzigen Zahl von Tochterfirmen von Konzernen wie GE oder Siemens hergestellt werden, deren Kerngeschäft sehr eng mit der Erzeugung von elektrischer Energie zusammen hängt. Sie wachen sorgfältig darüber, dass die Zahl von Lampenherstellern abnimmt und nicht etwa steigt. So wurden Lampenfirmen, die von dem „Eisernen Vorhang“ geschützt wurden, nach dessen Fall schnellstens von den vorhandenen Strukturen aufgesogen. Dass Akteure aus derart weltweit verflochtenen Konglomeraten Einzelprodukte im Sinne des Gemeinwohls optimieren, wird etwa so wahr sein wie die Mär von der ewig brennenden Lampe – etwas stimmt daran schon, aber nur etwas!

In Wirklichkeit bestimmen einige wenige physikalische Gesetze die Menge und Beschaffenheit des Lichts, dass man aus einer vorgegebenen Menge elektrischer Energie erzeugen kann. Ob das so erzeugte Licht die vom Menschen geforderte „Qualität“ aufweist, hängt mit der Empfindlichkeitsfunktion des Auges für elektromagnetische Strahlung zusammen. Wie die Strahlung einer Lampe beschaffen ist, bestimmen Physiker aus den Entwicklungslabors der Lampenhersteller. Ansonsten bestimmt einige Handvoll Experten weltweit, wie Beleuchtung, Licht und deren Wirtschaftlichkeit bewertet werden. Und sie haben dafür gesorgt, dass Menschen beim Wort „Beleuchtung“ fast immer an die künstliche Beleuchtung denken. Sogar der deutsche Gesetzgeber hat seine Vorschriften zur Beleuchtung von Arbeitsstätten auf diese beschränkt. Hingegen wird das draußen kostenlos verfügbare Sonnenlicht nicht als Beleuchtung behandelt und tauchte folgerichtig bis in die jüngste Zeit in Wirtschaftlichkeitsberechnungen für „Beleuchtung“ nicht auf.

Für Fachleute, die ihre Betrachtungen auf den Energieverbrauch konzentrieren, stellen auch die wirtschaftlichsten Lampen „Energiefresser“ dar. Wer sich mit der Beschaffenheit des erzeugten Lichts befasst und eine bestimmte „Qualität“ realisieren möchte, muss sich mit Lampen befassen, die für eine bestimmte Menge Licht sehr unterschiedliche Quantitäten an Energie verbrauchen, die sich etwa um den Faktor 10 unterscheiden. Da ca. 40 % der in einem Bürohaus verbrauchten elektrischen Energie (bzw. 10-20% der Gesamtenergie) für die Beleuchtung aufgewendet wird und mehr als 50% der Arbeitnehmer in Deutschland in Büros arbeiten, handelt es sich bei dem hier behandelten Problem mit Sicherheit nicht um eine Marginalie. Wenn man die Gesamtenergiebilanz der Umwandlung von Primärenergie zu Licht  vor Augen hält, wobei nur 2,5 % der aufgewendeten Energie  in Licht umgewandelt wird, kann man sich die Bedeutung des sinnvollen Umgangs mit dieser kostbarsten Form der Energie in etwa vorstellen.

Bild 1 Energiebilanz der Beleuchtung nach F.O. Müller (1997). Die in elektrische Energie umgewandelte Primärenergie wird nur zu 2,5 % in sichtbares Licht umgewandelt.

Licht ist nicht gleich Licht

Licht als sichtbare Strahlung lässt sich zum einen durch sein Spektrum charakterisieren und zum anderen durch die „Abfallprodukte“ der Lichterzeugung wie Infrarot- und Ultraviolett-Strahlung. Diese gehören in der Natur selbstverständlich zusammen und wirken sich auf den Menschen auf eine bestimmte Art und Weise aus, auf die sein Organismus aufgrund der Entwicklungsgeschichte eingestellt ist. Künstliche Lichtquellen, die für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden, weichen vom natürlichen Licht mehr oder weniger stark ab. Sie reichen von Lichtquellen mit praktisch einer einzigen Wellenlänge (Laser) bis hin zu solchen, die von UV-Strahlung bis Infrarot-Strahlung alle sichtbaren Wellenlängen und die benachbarten Spektren erzeugen. Wie sie dabei mit Energie umgehen und welchen Nutzen dabei entfalten, ist eine Kunst für sich, deren Kenner sich ungern in die Karten sehen lassen. Denn keine Lichtquelle vereint nur positive Eigenschaften auf sich, ganz im Gegenteil, jedes Licht hat seine dunkle Seite. So erzeugt z.B. die wohl angenehmste elektrische Lichtquelle, die Glühlampe, soviel Wärmestrahlung, dass man mit ihr nur relativ geringe Beleuchtungsstärken erzeugen kann. Dort, wo man höhere braucht, z.B. beim Theater oder bei Filmaufnahmen, mussten sich ganze Generationen von Berühmtheiten einer Tortur unterziehen. Und die aus energetischer Sicht wohl günstigste technische Lichtquelle, die Natriumdampfniederdrucklampe, strahlt ein Licht aus, unter dem jeder Mensch einem Gespenst ähnlich sieht. Von den schönen Farben seiner Umgebung kann er selbst nur eine einzige sehen – eine trostlose Umwelt!

Während man die hier angeführten Extreme leicht erkennen würde, nimmt kaum jemand wahr, dass unsere visuelle Umwelt durch Fremde nach (deren) Belieben manipuliert wird. Nicht etwa heimlich und versteckt, sondern nicht selten nach Veröffentlichung relevanter Fakten. So werden Lampenspektren seit Jahrzehnten ebenso wie Farbwiedergabeeigenschaften des Lichts der jeweiligen Lampe veröffentlicht. Dennoch glauben selbst solche Büroorganisatoren, die Farben ihrer Büroeinrichtung sorgfältig aussuchen, dass z.B. Energiesparlampen Energie sparen, d.h., die gleiche Lichtqualität mit einem geringeren Energieverbrauch realisieren. In Wirklichkeit verhunzen sie nicht selten die Umwelt infolge miserabler Farbwiedergabeeigenschaften, die Folge von Energiesparbemühungen sind. Leider geht ein verbessertes Spektrum immer mit einer Verschlechterung der Lichtausbeute der Lampen einher.

Bild 2 Energieverteilung des Lichts einer üblichen „Energie-Sparlampe“ (links) und einer „Deluxe-Lampe“ mit aufgefülltem Spektrum. Das links dargestellte Spektrum gibt Farben schlecht wieder, da das Licht stark grün und gelb abgestrahlt wird. Rot fehlt weitgehend.

Energie sparen – ein vergebliches Mühen? Dies uneingeschränkt zu bejahen wäre ebenso unsinnig wie die Behauptung, man könne mit Dreibandenlampen und Energiesparlampen als Ersatz für Glühlampen 75% und mehr Energie sparen. Man kann, vorausgesetzt, dass Farbwiedergabe keine Rolle spielt. Ansonsten muss man zuweilen doppelt so viel Energie für die gleiche Quantität Licht einsetzen. Es kommt darauf an …

Dr. Ahmet Cakir

Kurzfassung (deutsch)

Das Tageslicht, eher eine Wirklichkeit denn ein Diskussionsgegenstand für viele tausend Jahre, hat in der Gebäudearchitektur seine dominierende Rolle in den Jahren 1950 bis 1965 verloren. Damals hatte die künstliche Beleuchtung von Innenräumen ihr langersehntes Ziel erreicht und wurde in der Qualität als überlegen angesehen. In vielen Ländern wurde Bürohäuser und Schulgebäude ohne bzw. praktisch ohne Fenster gebaut, weil man glaubte, dass die neuen Techniken für die Lichterzeugung und Klimatisierung besser funktionierten als übliche Beleuchtung durch Fenster und Oberlichter bzw. Luftzufuhr durch Wandöffnungen.

Studien des ERGONOMIC Instituts, Berlin, über Bürogebäude, die zum ersten Mal in 1990 als Forschungsbericht veröffentlicht wurden, wiesen aber nach, dass fast 60 % der deutschen Arbeitnehmer die Beleuchtung als eine Gefährdung ihrer Gesundheit ansahen und dass Menschen, die in den von Kunstlicht dominierten Bereichen der Arbeitsstätten tätig waren, mehr gesundheitliche Beschwerden hatten. Da diese Beschwerden nicht nur solche Aspekte betrafen, die mit Licht und Sehen zusammen hängen, so z.B. Augenbelastung, sondern auch mit Raumtemperaturen und Lärmbelästigung, haben wir seinerzeit angenommen, dass die festgestellten gesundheitlichen Symptome mit Einflüssen des Lichts auf das hormonelle System zusammen hängen müssten.

In den 1990er Jahren wurden in den USA eine Reihe von Studien über den Einfluss des Lichts auf den Menschen  durchgeführt. Die untersuchten Gebäude waren Bürohäuser, Schulgebäude und Verkaufsräume. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass das Tageslicht in der Arbeitsumgebung die menschliche Leistungsfähigkeit erhöht, die Lernfähigkeit steigert, die Gesundheit positiv beeinflusst und auch den Verkaufserfolg verbessert.

Andere Studien belegten den Einfluss des Tageslichts auf die Energieeffizienz von Gebäuden.

Der Beitrag analysiert die Änderungen des Stellenwerts von Tageslicht anhand von 40 Literaturstellen, darunter auch eine Arbeit von Rikard Küller mit einer Analyse von 1100 Referenzen, und belegt den neuen Stellenwert des Tageslichts. Derzeit ist der Beitrag nur in Englisch verfügbar.

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Beitrag

Daylight for Health and Efficiency –

A new career for an old friend

Ahmet E. Çakır

Abstract

Daylight, rather a fact than a matter of discussion for many millennia, has lost its dominant role in architecture during the years 1950 till 1965. The artificial lighting of interiors had reached its long promised goal and was considered superior to daylighting in quality. In many countries, office buildings and even schools were built without windows because the new techniques of lighting and air conditioning were believed to perform much better than conventional lighting from windows and skylights and air supply through wall openings. Studies of the ERGONOMIC Institute, Berlin, in German office buildings, published first in 1990, revealed that almost 60 % of the workers considered lighting a health hazard, and, in addition, that in work spaces where artificial lighting dominates the self-reported state of health of workers was far below of those working in areas with daylight dominance. Since this was not only true for „vision-related“ symptoms like eye fatigue, but also with other health complaints related to temperatures or noise we assumed that the effects are likely to be caused by influences of lighting on the hormonal system. During the 1990s, a series of studies on the impact of lighting on humans were performed in the USA. They included offices, schools and retail buildings. The outcome in short is, that daylight was demonstrated to improve human performance, to change the state of health for the better, to help boosting sales in retail shops. In addition, other studies have demonstrated its impact on the energy efficiency of buildings.

Keywords: Daylighting, biological effects, non-visual effects, health impairments, asthenopia

1. Introduction

For many millennia, people did not discuss about the quality of lighting because the only economic means for lighting built space was daylight. During the dark part of the day, people either stopped working or tried to generate light as good as possible. Even the invention of the incandescent lamp did not change the situation considerably although the artificial light was no more associated with smell and smoke, but still with heat. And energy was expensive. Thus, utilization of daylight has been a major challenge for anyone creating built space, for homes as well as for schools, offices or factories.

The situation changed almost suddenly and dramatically with the introduction of the fluorescent lamp during the 1950s. This type of lamp has been much more energy efficient and enabled the users to create much higher levels of illuminance without causing impairments due to infrared radiation. The way in which office buildings were planned has undergone a major revision; the height of rooms was no more dictated by the (natural) lighting. This lamp paved the way to open plan offices and rooms with low ceilings in comparison to their area. At least two new major players entered the scene, engineers for lighting and air conditioning accompanied by the acousticians with all three groups claiming to achieve a higher degree of comfort in built environments than it had been possible with natural lighting and air flow. And in 1965, a congress of occupational medicine stated that humans do not need natural lighting in work environments “Humans in windowless work rooms do not have to fear health impairing impacts of the environment as long as that environment is optimal from the point of view of work hygiene.” [1]. This means that any relationship between natural light and work hygiene was denied. Heavily armed with this blessing from the doctors of occupational medicine, the lighting engineers dared a step forward: The major statement of one paper presented on the congress of LiTG (German Society of Lighting Technology) in 1971 on “Vision-Lighting-Work” reads: “Lateral windows cannot satisfy high lighting requirements as artificial lighting does…” [1]. The author of this statement was the chairman of the standardisation committee on interior lighting.

In difference to experts, users of workrooms built following this notion have never accepted their physical environment. While engineers for air conditioning have lost their credibility (and big parts of their business) lighting engineers still play an important role, partly because artificial lighting is indispensible, and partly because they have managed introducing long lists for illuminances in lighting and other standards. The culmination of this practice has been a statement issued on a conference held for the preparation of a health and safety guideline for lighting at the workplace in the name of the German Statutory Accident Insurance: „Today, the state-of-the-art of science and technology is that illuminances for office and VDT-workplaces of 500 lx and of 1.000 lx for those in open plan offices are to be planned. If these illuminance values are maintained – even with partly or fully missing daylight – and the rest of the quality criteria for artificial lighting considered, accidents as well as undue stress and strain and fatigue for the workers will be avoided.“ [2]. This statement does not represent a slip or misunderstanding. According to German law until 2004, daylight was no lighting, and what one should understand as healthy lighting has been defined in lighting standards for artificial lighting.

2. Lighting and health and safety

2.1 Scientific background – Or fairy tales?

Light and lighting have been considered crucial for worker’s performance, health and safety in many countries from the 1920s. Most people including those involved in setting up rules, guidelines or even legal provisions do believe that their products are firmly based on scientific evidence. The CIE has attempted to find out lighting related health and safety provisions in different countries and their justification [3]. The outcome is very simple and disappointing. In 14 countries, national legal provisions have existed before 1993. The question about the scientific background of these provisions did not yield any results. From no country, a justification for the rules has been sent.

In the Federal Republic of Germany, the lighting of workplaces has been regulated by various instances, e.g. by the Federal State (Workplace Ordinance of 1975 [4], and ASR (guidelines to this ordinance, from 1975)), by health and safety authorities (e.g. Statutory Accident Insurance) as legal provisions, in addition by a number of groups and agencies (e.g. by a commission of the civil service for the buildings of them or by DIN) below the level of legal provisions. The common feature of all of these regulations that existed before 2004 has been a total lack of provisions regarding daylight as lighting. The Workplace Ordinance ruled features of artificial lighting, safety lighting etc. and named “view to outside” in the same rule. Thus, daylight was denied a role as lighting. In the documentation of the legal comments to the Ordinance, the responsible director in the Ministry of Work and Social Affairs has declared that daylight was deliberately not ruled because it is not always available throughout the day and not with an even distribution over the space and constantly over time [5]. This means, for a healthy and safe lighting one needs timely constant and evenly distributed light, and remaining always the same during day and night. Exactly this has been the opinion of lighting engineers for about 80 years.

While the Ordinance of the Federal State has partly touched the issue of daylight, the authority responsible for health and safety of German workers, Statutory Accident Insurance, has not even mentioned anything related to daylight and daylighting in their legal provisions [6]. Nothing has changed after this authority was informed about the results of the study “Light and Health” in 1990 with the main outcome that daylight was crucial for the health of working people. Thus, the only legal provisions effectively ruling daylight have been the ordinances of the federal states on building construction. These rule the size of the wall openings (windows) in relation to the entire space of the room. Since all workplaces operated in interiors are located in buildings, these provisions guaranteed a certain level of illumination. But one can easily detect that the regulations have not been made for providing illumination. In 2002, the template for the state ordinances, Musterbauordnung, was changed with the result that buildings need a smaller distance from the next built space. Thus, the amount of daylight entering German buildings will be reduced inevitably.

In other countries, e.g. in the USA, the situation has been even worse [7]. To efficiently utilize office space, deep plan buildings form the usual construction principle, with the outcome that most workplaces have to be placed far from the next window. Since most employees felt that few of them were privileged and would therefore get a workplace in rooms with windows, companies have been trying to be just to their workers. The outcome is the now-typical “American-cubicle office”, in a rather sarcastic meaning the “cube farm” [8], with partitions of the size five to six feet placed in the interior space, while the perimeter of the building with windows is being used for circulation. Both books cited here, one about software management and the other a comic strip collection, name the facility managers running such offices “Cubicle Police”. The feelings of the people working in such environments can be best expressed by the title of the next book by Scott Adams: “Fugitive from the Cubicle Police”. What about the rules for lighting such workplaces? Are there some? In fact, they are included in most the elaborate publication on lighting engineering, “The IESNA Lighting Handbook” [9] from the Illuminating Engineering Society of North America (IES), hailed by its publishers with the words “… is known as the “Bible of Lighting.” And the publisher itself is named on the cover of the book “The LIGHTING AUTHORITY”.

Simply said, either the “Bible of Lighting” does not tell the right things, or it is being ignored by the practice. What about the authority? The true nature of the authority of lighting engineering in general has been unveiled by an author who is considered an “authority” himself during a conference of IES [10]. Although the title of the paper, “Illuminance Selection Based on Visual Performance – and Other Fairy Stories“ and the introduction “Once upon a time, there were three illuminating engineers who lived in a small house on Wall Street. They were poor but they were honest. They made their living by providing clear advice on good lighting practice. …“ sounds provocative enough, the main body of the article shed even less pleasant light on the scientific background of normative provisions in lighting. The story told continues with these words “Their nights were haunted by the knowledge that much of what they recommended was based on accumulated experience and judgment – it was a matter of consensus. In the darkest hours of the night they often thought that one day the wolf of litigation would come to their door and would huff and puff and blow their house down.“

Consensus instead of scientific evidence? The author describes how the “magic formula”, a relationship between the lighting conditions and the performance of any task has been found. The engineers would give the formula, and the users should select which level of performance they would need. “Year after year they persisted with their search for the magic formula. After many years and several false dawns the magic formula was found and they all lived happily ever after.“ The conclusion of the author of the tale is: “This paper explains why a magic formula describing the relationship between lighting conditions and task performance cannot exist in any general form; discusses the difference between visual wants and visual needs and concludes that consensus is an inevitable component in all illuminance recommendations.“

The paper referenced above has analysed the recommendations issued by IES in the years from 1947 to 1993 and demonstrated that the illuminance levels have been a result of economical and political state during the years when they were formulated rather then a consequence of scientific evidence on vision or safety and health. Honestly written, the IESNA Lighting Handbook does not include a chapter on occupational health and safety, and one cannot find in it anything suggesting that the recommended illuminance levels have a relationship to this subject.

The opposite is true e.g. for German DIN Standards for artificial lighting of work areas. The former DIN 5035 [11] defined work safety as one of the goals of lighting: ”Goals of lighting – By its quality, lighting has an effect on human visual performance, activation, work safety, and well-being. Lighting should therefore be designed in a manner as to fulfil its respective goals and to integrate harmoniously into the given room.“ In Part 2 of DIN 5035 [12] the basis for the requirements for work environments was defined as here: “2. Fundamentals for guide values – (…) /-Visual performance/ – Well being/ – Occupational safety/ – Economy …”. Interestingly, none of these fundamentals is properly defined in this standard or elsewhere. Not even “visual performance” is defined although most people tend to believe that the ultimate goal of the lighting of work environments is assuring a certain level of visual performance. The only existing definition is far from being applicable for determining physical properties such as illuminances “performance of the visual system as measured for instance by the speed and accuracy with which a visual task is performed” [13]. Not a single term in this definition is defined, and the true nature of it is a vague description.

In addition to this aspect, DIN recommendations had another important difference to those by IES. While the recommendations of the IES from 1981 on always made a difference between “regular” and “difficult” visual tasks, and gave a range for the recommended illuminance (e.g. 200-300-500 lx for regular, 500-750-1000 lx for difficult) DIN requirements gave only one value (e.g. 500 lx) for a specific type of workplace. This is the nominal value or the “rated illuminance”.

The standard superseding most parts of DIN 5035, EN 12464-1, has overtaken the typical values of DIN 5035-2 and modified some. The biggest difference is that the value given for a certain task (e.g. 500 lx) remained, but as the minimum value. This means that allegedly established values for the most important feature of lighting, the illuminance, have been increased by about 20% to more than 100% [14] just by redefining what it was to mean.

First, this development reaches far beyond telling a fairy tale. Secondly, the question of the importance of the illuminance of artificial lighting of workplaces in Europe, whatever it means in reality, was never raised. Nobody has ever asked why daylight would not contribute to lighting of workplaces. And even people with good knowledge in raising chicken or cucumbers more efficiently by optimizing lighting have never asked why the needs of humans in their working environments can be satisfied just by shedding a minimum level of light in their environment. Thus, the consensus, as described in [10] has been an agreement among lighting engineers. It would be very intriguing to evaluate the opinion of architects, employers, employees or health and safety experts in this matter. The opinion among scientist reads like this: “Present-day recommendations, formed principally from visual performance criteria, vary somewhat from one jurisdiction to another. These recommendations are based on consensus among committee members, and are notorious for their weak link to published research.” [15]

Finally, the European Commission has ruled that health and safety regulations in Europe are not subject to interpretation by standards. The outcome is that the European standard on lighting (EN 12464-1) had to be amended with the statement “This European Standard does not specify lighting requirements with respect to the safety and health of workers at work and has not been prepared in the field of application of Article 137 of the EC treaty, although the lighting requirements, as specified in this standard, usually fulfil safety needs.“ [16]

Not quite easy to understand, though, that the almost identical ISO 8995:2002 states “The recommended values are considered to represent a reasonable balance, having regard to the requirements for safe, healthy and efficient work performance.“ [17]

The role daylight plays in the most recent standards, i.e. EN 12464-1 and ISO 8995, is minimal and consists of some statements and descriptions. The only requirement in relation to it is “Glare from daylight shall be avoided” (for air traffic control towers). A search in the IESNA Lighting Handbook on the implications of daylighting for humans has shown that “Daylighting and Human Factors” is worth half a page of 1002 pages, and two thirds of this section deals with glare from daylight and blinds and shades.

2.2 Study: Light and Health

During the second half of the 1970s, numerous implications on the utilization of computers in office environments were studied in a project funded by the German Ministry of Labour and Social Affairs [18]. In the course of this project, the visual problems of users and their relationship to lighting, visual objects and the visual environments were studied among many other aspects. One of the most unexpected outcomes of this study was the extremely low acceptance of lighting. Using a questionnaire developed for the evaluation of pleasantness of lighting and disturbances caused by it [19], the overall acceptance was between 0% in some environments and 20 % in others, whereas visitors of football stadiums in Germany accepted the floodlighting there with a rate between 70% and 90%. Since the subjective evaluation of lighting is always correlated with the difficulty of visual tasks, the result can be interpreted in different ways. One possibility is to claim that working with computers includes very demanding visual tasks and therefore the usual lighting is not adequate.

As a consequence of this idea, new types of luminaires were developed with a cut-off angle by 50º, and all user organizations were recommended to use these in order to avoid reflexions on visual displays. In addition, they should not use desk lamps because they would create a luminance imbalance in the field of vision. Most ergonomists also recommended locating visual displays far away from windows. And the first field study on vision and lighting of VDT workplaces suggested to darken the workrooms and to lower the level of illumination [20]. Realizing all recommendations would end with windowless rooms with dark walls and an illumination level of about 100 lx.

Since we knew the potential outcome of such measures, all Telecoms of the world have been operating such rooms for their directory assistance services with almost all inmates hating their environment, such measures have not been recommended as a result of the study [18]. Many field studies performed during this research had demonstrated that the users would love to work as near as the window even having a high level of visual load. Since the preferred behaviour of workers is not necessarily the best for their health and safety, a larger study on the impact of lighting on users of office rooms was performed [21]. Published under the title “Light and Health” in 1990, this study has demonstrated the importance of daylight for all people working in offices. Luminaires developed for avoiding visual problems of computer users proved to cause more health complaints than all other types of luminaires [22]. Since this study is well documented [23] both in English and German, only the most important outcome is to be mentioned here. First, regardless of the type of work the subjects performed those working in the vicinity of windows experienced the lowest level of health impairments. Secondly, the kinds of health impairments associated with lighting were not limited to vision, e.g. asthenopia, but included also symptoms like dizziness or fatigue. Environmental factors like noise, dry air or too high or to low temperatures were correlated with health impairments and the type of lighting (natural lighting or artificial lighting).

Later, several intervention studies were performed demonstrating that improved lighting conditions reduce adverse health symptoms substantially. Since the impact was considered too strong to be caused through avoiding adverse effects on vision it was suggested that the real cause was likely to be direct impact on physiological processes. One of the studies on which this assumption based was [24]: “Küller (Küller, 1987) has shown that the balance of hormones is influenced by the total amount of light and that the quality of the artificial light is also of some importance. He concludes “daylight entering the eye controls or affects many of the highly complex endocrine and autonomic processes that take place in the human body.” Light and the visual environment also affect the daily and yearly rhythm of vital functions.” The second important basis for the assumption was the research by Aschoff on external events triggering body functions, the so-called zeitgebers: “… the most important result of this research was the isolation of the light-dark-rhythm of the sunlight as the most important “zeitgeber” (“zeitgeber”; Aschoff et al., 1982). The “zeitgeber” is a “clock” which provides the organism with the most important impulses. It triggers a mechanism synchronizing vital functions of the organism with the external event(s).” [25] (cited from [21]).

Thus, one of the major outcomes of the study “Light and Health” was that most detrimental effects of artificial lighting is caused by disturbances of the natural rhythms caused by its constancy in lighting level and colour (spectrum). This means that an evenly distributed lighting remaining the same throughout the day as required e.g. by the German Workplace Ordinance was not a solution for health and safety problems of workers, but one of the main reasons.

2.3 Studies on the impact of light and lighting on humans

While preparing the report on “Light and Health”, we found a rich literature related to the impact of lighting on humans. Unfortunately, the number of field studies with appropriate methods was small. A research on possible reasons for the lack of valid studies yielded the result that a very early experience is the likely cause. In a series of experiments, Elton Mayo [26] and others tried to improve the productivity of workers by better lighting in the time period between 1924 and 1932 in a factory with the name Hawthorne Works. Researchers found that productivity almost always increased after a change in illumination but later returned to normal levels. The productivity was increased both for workers with better lighting and the control group without. It seemed as if the workers tried harder when the lights went dim, just because they knew that they were in an experiment. This lead to the idea of the Hawthorne Effect, that people will behave differently when they are being watched. Although these studies are still being subject to controversies among scientists and practitioners, at least the myth of the Hawthorne Effect has remained a trauma for all researchers.

There are still a variety of publications related to this subject, impact of lighting on humans. An important proportion of them, those on the influence of daylight and artificial light on diurnal and seasonal variations in humans, have been compiled by Rikard Küller [27] in a report with 1100 entries and a basic list of 120 key words. The bibliography deals with the impact of light, both natural and artificial, upon the biological clock. [28]

The year of the publication of the above-mentioned report, 2001, has witnessed one of the most important events in the history of lighting, the discovery of a new light receptor in the retina. This event has lead to an explosion of ideas on non-visual effects of light, e.g. photobiological effects, circadian rhythms, health implications, light therapy, night-shift work. After reviewing the emerging literature until 2005, the editor-in-chief of the Lighting Handbook, Rea, has stated that we need not only new ways for lighting, but also for measuring and assessing light [29]. In his words “the amount of light, its spectral composition, spatial distribution, timing and duration needed for vision is so different from that needed for circadian functioning, that generalizations about “good lighting” will have to be assessed by two very different sets of criteria in the future.” The conclusion he has drawn from his evaluation of the literature is: “It is my belief that a new system of photometry for the circadian system should be developed, and that until we do, we will be unable to lay any claim to “good lighting” with regard to human health.” More literature around this development can be found in [30] and [31].

While lighting technology and photometry are likely to set off for new shores, and will encounter many false dawns, the natural source of light, the sun and the day, has returned to the focus of interest, first by those who try to path the way to new methods for energy saving, and later by those interested in healthy lighting. An evaluation of the prospects for healthy daylighting can be found at [32]. As a result of this development, at least in European health and safety legislation, daylight is the primary source for the lighting of work areas by law. [33] Although this Directive of the EU was to apply in 1992, Germany has needed another 12 years to adopt it. In return the perhaps most important aspect associated with daylighting, the view out, has been deleted from legislation.

Of course, daylight in interiors is not “natural” light, and energy saving is not necessarily beneficial for humans at work. To judge the future prospects, it is therefore important to review literature for studies that deal with effects of daylight beyond aspects like pleasantness or self-reported health.

3. Impact of daylight in interiors

3.1 Overall findings

In a literature study on the impact of daylight, the agency National Renewable Energy Laboratory of the United States government has stated: “With properly installed and maintained daylighting systems, natural light has proved to be beneficial for the health, productivity, and safety of building occupants. Natural light helps maintain good health and can cure some medical ailments. The pleasant environment created by natural light decreases stress levels for office workers. Productivity increases with the improved health of workers, and with better productivity comes financial benefits for employers. Students also perform better with natural light. Across the nation, studies have shown students in daylit rooms achieve higher test scores than students in windowless or poorly lit classrooms.“ [34]

Further findings of the study, for which 92 publications have been studied and 106 further papers considered, read like a compilation of success stories. Daylighting also benefits retail stores because of more even light that provides better colour rendering. Customers stay in stores longer and employees can identify items faster with better lighting. In health care facilities, natural light improves patient recovery rates and allows for proper vision for the elderly in assisted living facilities. Hospital staff also benefit from the natural light because of the amiable environment. Patients will be more at ease when staff is in a better mood, and the staff will be calmer when patients have improved recovery. Productivity increases in industrial environments because of improved colour rendering and the better quality of light provided by natural light. Also, safety is increased with better lighting conditions.

3.2 Daylighting in Schools

Further back in the 1980s, a variety of studies performed in schools demonstrated that the spectrum of the light utilized in school rooms could influence not only the mood of the students but also their medical history like the dental health or even body growth. These studies were either performed using daylit rooms as controls or artificial light with different spectra. Later, a series of studies were performed to demonstrate the impact of daylight also on learning and absenteeism.

In one of the earliest studies [35], elementary school students who spent two years working under high-pressure sodium vapour lamps had poorer records of achievement and attendance, plus far slower rates of growth and development, than those whose classrooms had full-spectrum fluorescent lamps with ultraviolet supplements. In a study of over 325 fourth graders, Hathaway et al. found that students who studied under the bright, daylight-like light of fluorescent lamps were absent less often and achieved higher scores on aptitude tests than those working under the sodium vapour lamps. The “bright-light” kids also grew more quickly, had far fewer cavities, and began menstruating much earlier.

A two-year Swedish study published in the same year [36] on health and behaviour of children in classrooms with and without windows with 88 children with an age of 8 to 9 years, significant influences of daylight on behaviour and physiology were demonstrated. The children were situated in four classrooms differing in respect to the access to natural daylight and artificial fluorescent light. The results indicated the existence of a systematic seasonal variation with more stress hormones in summer than in winter. The children situated in the one classroom lacking both natural daylight and fluorescent daylight tubes demonstrated a marked deviation from this pattern. High levels of morning cortisol were associated with sociability, while moderate or low levels seemed to promote individual concentration. Annual body growth was smallest for the children with the highest levels of morning cortisol. Possibly, the production of cortisol had some influence on sick leave.

In the USA, a series of daylight studies were performed by the Heschong Mehone Group, including [37] two on schools. For these studies, data from 21.000 students in three districts were evaluated. Controlling for all other influences, the researchers found that students with the most daylighting in their classrooms progressed 20% faster on math tests and 26% on reading tests in one year than those with the least. Similarly, students in classrooms with the largest window areas were found to progress 15% faster in math and 23% faster in reading than those with the least. And students that had a well-designed skylight in their room, one that diffused the daylight throughout the room and which allowed teachers to control the amount of daylight entering the room, also improved 19-20% faster than those students without a skylight. Such figures may not mean much for those not acquainted with learning. Perhaps the comparison of the impact of daylight and of parameters like ethnicity, gender and social status is more convincing: The impact of lighting was more powerful than these highly relevant demographic variables.

By the way, there are no German studies on daylighting of schools. The reasons are that the studies in the USA and Canada were triggered by attempts to build windowless and even underground schools while in Germany windowless schools built in the 1970s caused such an uproar among children and parents that they have been either rebuilt soon or even dismantled.

In general, it has been demonstrated that light influences mood, sociability, body growth, dental health and learning performance of school children. And daylight positively!

3.2 Daylighting in Offices

While the study “Light and Health” has been performed in a country where worshipping the sun once had even a political dimension and at least the visual contact with the outside has been part of the health and safety legislation, in other countries like the USA similar studies might result differently. In such countries, in many areas, people need to protect themselves against the sun, and in many areas it is almost impossible to work without air conditioning and appropriate measures against solar radiation. Surprisingly, there is a large variety of studies related to office work and productivity performed in the USA reporting even more positive effects than “Light and Health”. For example, the preference for daylight in different studies reviewed in the course of an extensive literature review has been much higher (e.g. “Daylight better than electric lighting” for psychological comfort 88% vs. 3%; for office appearance 79% vs. 0% (!), for general health 73% vs. 3%, for visual health 73% vs.. 9%, for colour appearance 70% vs. 9% etc.).

Also studies on work performance suggest that daylighting improves productivity. Field surveys in a large number of offices, using the same evaluation methodology, have identified two important factors for high levels of satisfaction with the environment and for a high level of self-rated productivity. [38] For all three routes by which lighting conditions can influence the performance of individuals (through the visual system, the circadian system and the perceptual system), many studies exist that demonstrate positive effects of daylight. The missing proof for the productivity itself can be explained by a fact that reaches far beyond the “Hawthorne Effect”. This is the lack of a definition for office productivity. In addition, there is also not even a description of “quality” for the outcome of office work. Without measuring quality, it is not possible to measure productivity. Or one ends with absolutely useless measures like LOC (lines of code) for the productivity of programmers.

3.3 Daylighting in Retail Space

Probably the most convincing evidence that daylight can have a positive influence on sales is a study of sales in a retail chain operating 108 stores, two-thirds with diffusing skylights [39], [40]. The authors name many possible reasons for the effect they have measured. However, they do not state whether the effect is due to changes in visibility of merchandise, changes in store appearance, or changes in architecture.

4. Conclusions and outlook

Daylight is back. It is healthy, pleasant and helps energy saving. Physiologically, daylight is an (the most?) effective stimulant to the human visual system and the human circadian system. Daylight reduces the incidence of health problems caused by the rapid fluctuations in light output typical of electric lighting with discharge lamps. Daylighting of retail space can have a positive effect on sales. Psychologically, daylight and a view out are much desired regardless of the country where people live and the legislation in that country.

The dark side of the story is that humans have unlearned utilizing daylight in professional environments. The architect, once also the “lighting engineer”, has lost much power to technical people concerning the design of the physical environment. Perhaps the most significant differences to the “pre-fluorescent-era” when natural lighting governed building design can be found in the world population (1950 = 2,52 billions; 2008 = 6,71 billions according to the UN report) and in how and where people live. While densely populated areas, cities, keep growing to “mega”-cities – in 2008 more then the half of humans were living in urban areas -, small towns, villages or islands throughout the world lose their population dramatically. Since most workplaces are located in areas where the population density is high, it is not easy to supply them with sufficient daylight. And, in difference to optimistic statements, daylight is not available at no cost in interiors.

We need to develop an entire technology for efficiently utilizing daylight. Although much can be learned from the past, building the future is not a simple and easy task. As can be seen from a page count of the Lighting Handbook, the people with the highest knowledge in light and lighting, the lighting engineers, are not well prepared for the task. And their cooperation with those who create built space, the architects, does not function as a synergy. Sometimes, the opposite may be true.

Even acknowledging all these concerns, the outlook for daylight is bright for many reasons.

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Uwe Slabke

Kurzfassung

Die Erfahrung vieler Planer hat gezeigt, daß nur das Einhalten der Gütekriterien der Beleuchtungsnorm zum Beispiel für die Planung eines Empfangsbereichs, keine Garantie dafür ist, eine gute Beleuchtungsanlage zu schaffen. Dies hat zu der Erkenntnis geführt, daß noch weitere Merkmale für eine positive Bewertung von Licht in Räumen existieren müssen. Woher kommen nun diese Kriterien?

Zufriedenheit des Nutzers mit einer Beleuchtungsanlage ist die Kernaussage in diesem Beitrag. Für eine kundenorientierte Beleuchtungsanlage ist eine systematische Erfassung der Kundenanforderungen und Bedürfnisse erforderlich, damit im Planungsprozeß diese Ziele berücksichtigt werden können. Zu diesem Zweck ist ein geeignetes Zielsystem im Hinblick auf die Bedürfnisse des Nutzers aufzustellen.

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Frage auf welcher Grundlage dieses Zielsystem basiert und wirft innovative und moderne Fragestellungen für die Lichtplanung auf. Es werden die Bedürfnissen des Menschen in den Kontext Licht und Beleuchtung gestellt.

Beitrag

Lichtplanung – Kundenzufriedenheit – Bedürfnisse

Der Nutzen und die positive Bewertung von Licht in Räumen hängt maßgeblich von der Güte der Beleuchtung ab. Die nationalen und internationalen Beleuchtungsempfehlungen und Richtlinien geben Gütemerkmale der Beleuchtung an. Die Erfahrung vieler Planer hat jedoch gezeigt, daß nur das Einhalten dieser Gütekriterien der Beleuchtungsnorm zum Beispiel für die Planung eines Empfangsbereichs, keine Garantie dafür ist, eine gute Beleuchtungsanlage zu schaffen. Dies hat zu der Erkenntnis geführt, daß noch weitere Merkmale für eine positive Bewertung von Licht in Räumen existieren müssen.

Die Gruppe der Architekten, Innenarchitekten, Designer und Künstler und die Gruppe der Lichttechniker und Beleuchtungsingenieure befassen sich planerisch mit dem Thema Licht am Bau. Ihre Auffassung von diesem Thema sind jedoch völlig unterschiedlich.

Beide Planungsansätze vereinen sich in der Praxis immer. So muß der Techniker auch für die Installation geeignete Leuchten und Leuchtenpositionen festlegen. Der Lichtgestalter muß ein geeignetes Beleuchtungsniveau realisieren, Blendung im richtigen Kontext vermeiden und eine der Sehaufgabe entsprechende Beleuchtung realisieren.

Grundlage der oben genannten unterschiedlichen Meinungen und Kriterien der Lichtqualität hängen wohl ursächlich mit den unterschiedlichen Wahrnehmungs- und Bedürfnismodellen und der Gewichtung der Kriterien zusammen.

Die wichtigste Berufsgruppe, die über die Zusammenhänge von Lichtqualität Bescheid wissen sollte und die im täglichen Planungsprozeß alle Einflußfaktoren mit berücksichtigen muß, ist die Gruppe der hauptberuflichen Lichtplaner und Architekten. Einer der wichtigsten Vertreter dieser Zunft ist Herr Prof. Kramer (Lichtdesign GmBH in Köln). Seine Theorien bilden heute die wichtigsten Grundlagen zur Lichtqualität. Diese Personen haben einen großen Erfahrungsschatz in Sachen Lichtqualität. Sie verfügen über sehr differenzierte Erkenntnisse bedingt durch ihre Felderfahrung. Diese Personen sollten dazu befragt werden, welche Faktoren maßgeblich Einfluß nehmen und wie stark die Faktoren zu gewichten sind. In Befragungen im Feld sollten diese Kriterien dann validiert werden.

Kundenzufriedenheit

Kundenzufriedenheit ist ein Thema, welches in den letzten Jahren sowohl in der wissenschaftlichen als auch in der unternehmerischen Praxis zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnt. Ein Unternehmer der einen eigenen zufriedenen Kundenstamm hat, besitzt große Vorteile gegenüber Wettbewerbern, da ein aufgebautes Vertrauen des Nutzers zum Produkt und Unternehmen die Zufriedenheit des Kundenstamms festigen. Neukundenakquisition mittels Mund-zu-Mund-Propaganda können daraus weiter resultieren.

Das Verständnis über die Ursache-Wirkung der Zufriedenheit des Kunden, zum Aufbau, zur Entwicklung und zum Erhalt der Geschäftsbeziehung zwischen Bauherrn und Planer muß Ziel jedes Planers sein. Gute Lichtplaner haben ein fundiertes Verständnis von dem Anspruch und der Erwartung des Nutzers.

Im Mittelpunkt des Verhaltens des Nutzers und seinen Äußerungen zur Beleuchtungsanlage steht das Produkt selbst und weniger die Markenidentität (Porsche versus Ferrari) des Produkts. Die Aspekte die einem Produkt zugerechnet werden und die von den Nutzer zu einer Beurteilung herangezogen werden, üben mit großer Wahrscheinlichkeit einen starken Einfluß auf die Einstellung zum Produkt Raumbeleuchtung und Architektur aus.

Der Nutzer führt immer Bewertungen durch. Neben der allgemeinen Bewertung Produktklasse Leuchte, Innenraum etc. für seine momentanen Bedürfnisse werden auch Produktkategorien wie Allgemeinbeleuchtung und Einzelplatzbeleuchtung sehr differenziert bewertet. Auf der Ebene der geringsten Detailliertheit zum Beispiel „Design der Leuchte“ sind insbesondere kulturelle und soziale Einflüsse für die Bewertung und das Verhalten maßgebend.

Im Bereich Kundenzufriedenheit als Ausdruck der Bedürfnisbefriedigung in Bezug auf Licht wird die Beziehung zwischen Licht, Beleuchtung und dem Nutzer untersucht.

Bedürfnisbefriedigung

Jeder Nutzer verfolgt hinsichtlich der Verwendung einer Beleuchtungsanlage im Innenraum bestimmte Ziele. Diese Ziele beeinflussen ihn maßgeblich bei der Beurteilung und damit bei der Akzeptanz. Für eine kundenorientierte Beleuchtungsanlage ist deshalb eine systematische Erfassung der Kundenanforderungen und Bedürfnisse erforderlich, damit im Planungsprozeß diese Ziele berücksichtigt werden können. Zu diesem Zweck ist ein geeignetes Zielsystem im Hinblick auf die Bedürfnisse des Nutzers aufzustellen.

Hintergründe Maslows zur Bedürfnisbefriedigung

Das Hauptprinzip in der Organisation des menschlichen Motivationslebens ist die Anordnung der Bedürfnisse in einer Hierarchie von größeren zu kleineren Prioritäten.

Das wichtigste dynamische Prinzip in dieser Organisation bei einem gesunden Menschen, ist das Auftauchen der weniger vormächtigen Bedürfnisse nach Befriedigung der mächtigeren. Motive die durch einen Mangel entstehen, erlöschen nach ihrer Befriedigung vorübergehend, während Wachstumsmotive durch Befriedigung gesteigert werden.

Relative Befriedigung unterdrückt eine Bedürfnisebene und erlaubt es dem nächst höheren Ensemble von Bedürfnissen, in der Hierarchie aufzutauchen, zu dominieren und die Persönlichkeit zu organisieren, so daß der Mensch, anstatt zum Beispiel von Hunger, von Sicherheit geprägt ist.

Die grundlegendste Folge der Sättigung jedes Bedürfnisses, ist das Untertauchen dieses Bedürfnisses und das Auftauchen eines neuen Höheren. Dies zeigt sich dadurch, das Licht meistens kaum wahrgenommen wird und als ein selbstverständliches Gut betrachtet wird.

Die Aufgabe der Bedürfnisbefriedigung ist fast vollständig auf die tieferliegenden angemessenen Befriedigungsfaktoren beschränkt. Auf lange Sicht kann es keine zufälligen und unwillkürlichen Wahlmöglichkeiten geben, außer für nicht grundlegende Bedürfnisse.

Auch die Signale, Warnungen oder assoziierenden Befriedigungsfaktoren genügen nicht; nur die Befriedigungsfaktoren selbst stellen die Bedürfnisse zufrieden.

Man muß Kanalisation betreiben, statt bloße Assoziation. Es stellt sich zum Beispiel dar, das auch in der Anwendung von Vollspektrumlampen als Tageslichtersatz, niemals eine ähnliche Akzeptanz wie beim Tageslicht induziert wird.

Was haben diese Faktoren nun für Einflüsse in Bezug auf die Bedürfnisse des Menschen im Innenraum mit Licht?

Theoretische Betrachtung zu den einzelnen Grundbedingungen mit Licht im Innenraum – Bedürfnispyramide

Aus der Bedürfnispyramide nach Abraham Maslow und dem von dem Psychologen Nicol weiterentwickelten Bedürfnismodel wurden am Fachgebiet Lichttechnik der TU Ilmenau in einer differenzierten Untersuchung sogenannte Deskriptoren (beschreibende Variablen) aufgestellt, die aus dem Bedürfnismodell entwickelt wurden.

Unter der Voraussetzung des Wahrnehmungsmodells von Gregory kann man auch spezielle Bedürfnisse in Bezug zum Licht definieren. Diese Tabelle stellt einen Versuch dar, die wichtigsten Bedürfnisse des Menschen in Bezug zum Licht axiomatisch aufzustellen.

© 2001 Dipl.-Ing. Uwe Slabke

“Unfortunately, bluish light produces high levels of light pollution with significant environmental impact. These lights are known to increase glare and compromise human vision, especially in the aging eye. Short wavelength light also increases sky glow disproportionately. In addition, blue light has a greater tendency to affect living organisms through disruption of their biological processes that rely upon natural cycles of daylight and darkness, such as the circadian rhythm. For only a modest improvement in outdoor lighting efficiency, these new sources dramatically escalate the environmental damage caused by artificial lighting.”

Dass man durch den Einsatz von LED´s die Lichtverschmutzung insgesamt verringern kann, erklärt ein Artikel von Joe DeNicholas (http://electronicdesign.com/Articles/Index.cfm?AD=1&ArticleID=20823) . Seine Erklärung basiert auf der guten Dimmbarkeit der LEDs in Vergleich zu Hochdrucklampen, die in der Straßenbeleuchtung verwendet werden. Allerdings scheint dies sich noch nicht herumgesprochen zu haben, weil sich LED-bestückte Verkehrsampeln und Flughafenanzeigen u.ä. einen Wettlauf absolvieren, wer besser vom Weltraum aus sichtbar ist. Über die gesamte Kampagne von IDA kann man sich unter http://www.darksky.org/ informieren.

Die gesamte Presserklärung kann hier herunter geladen werden. LED & blue Light

Dass man durch den Einsatz von LED´s die Lichtverschmutzung insgesamt verringern kann, erklärt ein Artikel von Joe DeNicholas (http://electronicdesign.com/Articles/Index.cfm?AD=1&ArticleID=20823) . Seine Erklärung basiert auf der guten Dimmbarkeit der LEDs in Vergleich zu Hochdrucklampen, die in der Straßenbeleuchtung verwendet werden. Allerdings scheint dies sich noch nicht herumgesprochen zu haben, weil sich LED-bestückte Verkehrsampeln und Flughafenanzeigen u.ä. einen Wettlauf absolvieren, wer besser vom Weltraum aus sichtbar ist. Über die gesamte Kampagne von IDA kann man sich unter http://www.darksky.org/ informieren.

Die Autoren Posch, Thomas / Freyhoff, Anja / Uhlmann, Thomas (Hrsg.) haben ein Buch editiert, das sich mit den Folgen der globalen Lichtverschmutzung befasst. Diese Arbeit wurde durch die Unterstützung des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung (BMWF) in Wien ermöglicht. Das Buch erscheint im Wiley-VCH Berlin voraussichtlich November 2009. Probekapitel stehen unter

http://www.wiley-vch-macht-neugierig.de/03_posch/download/thomas_posch/Probekapitel_Das_Ende_der_Nacht.pdf  bzw.
http://www.wiley-vch.de/books/sample/3527409467_c01.pdf

zum Download bereit. Weitere Daten:

Kurzbeschreibung
Welchen Einfluss hat der Verlust der Nachtdunkelheit auf den Menschen und was bedeutet dies für die Tiere und Pflanzen? In diesem Werk werden bisher weitgehend vernachlässigte Folgen der menschlich verursachten Aufhellung des Nachthimmels vorgestellt.

Aus dem Inhalt
1) Licht im Wandel der Zeiten
2) Lichtverschmutzung in Mitteleuropa
3) Insekten und künstliches Licht
4) Vögel: Weltreisende und Vielflieger unter dem Sternenhimmel
5) Meeresschildkröten und Strandbeleuchtung
6) Mondlicht als natürlicher Zeitgeber für die Meeresfauna
7) Licht auf die Innere Uhr

Ahmet Cakir

Mark S. Rea

Abstract

A brief overview of the impact of light on the circadian system is given, which underscores the importance of developing a framework for circadian photometry. The amount of light, its spectral composition, spatial distribution, timing and duration needed for vision is so different from that needed for circadian functioning, that generalizations about “good lighting” will have to be assessed by two very different sets of criteria in the future. Although the framework provided in this paper will undoubtedly be refined as more research is undertaken, little progress will be made in delivering “healthy lighting” to society until researchers and practitioners begin to consider, measure, calculate, and control the fundamental characteristics of light for the circadian system, as well as for the visual system. It is my belief that a new system of photometry for the circadian system should be developed, and that until we do, we will be unable to lay any claim to “good lighting” with regard to human health.
This is a keynote paper by Mark Rea emphasizing the need for an additional framework for circadian photometry. The full paper is available from www.lrc.rpi.edu, the website of the Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York, USA.  The information on the author of the paper was copied from www.lrc.rpi.edu.

Presentation

Introduction

This is a keynote paper by Mark Rea emphasizing the need for an additional framework for circadian photometry. A German translation of the paper is available in CyberLux.
The full paper can be downloaded from http://www.lrc.rpi.edu/programs/lightHealth/pdf/moreThanVision.pdf , the website of the Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York, USA.
The information on the author of the paper was copied from www.lrc.rpi.edu.

Although the topics covered in this symposium span optical radiation, I shall limit my presentation to the narrower band called light. More specifically, I shall limit my remarks to the influence of light on circadian functions because I believe we are at the threshold of a new paradigm for lighting technologies and applications as they impact human health. But, I shall argue, we can only cross that threshold when we develop a new definition of light as it impacts the circadian system.

Light is presently and formally defined as optical radiation entering the eye that provides visual sensation [1]. An international system of photometry has been developed and institutionalized to quantify, measure and communicate the properties of light as it affects human vision [2]. Robust industries of manufacturing and application engineering have evolved in concert with photometry to provide nearly every human on the planet with practical sources of light for reading printed materials, watching luminous displays, driving automobiles and other modes of transportation, and playing innumerable sports, both indoors and out [1].

Observing the past twenty-five years of research, however, I believe we have reached the inescapable conclusion that we must expand the definition of light to include optical radiation entering the eye that affects the circadian system.

Indeed, I believe now is the most exciting time in lighting in the last 100 years because our automatic, unconscious assumptions about “good lighting” are being challenged by this research. This is a strong statement, but consider the following recent findings:

• Light can alleviate seasonal depression [3]

• Light can increase the length and quality of sleep [4]

• Light can consolidate sleep/activity patterns in Alzheimer’s Disease patients [5]

• Light can improve performance of night-shift workers [6,7]

• Light can improve weight gain in premature infants [8,9]

• Light activation of the circadian system is affected by a newly discovered photoreceptive mechanism in the eye [10,11]

• Light regulates melatonin [12], which has been shown to reduce breast cancer growth [13,14]

• Light has a direct impact on cortical brain activity [15]

These studies represent only a few of the important scientific findings that beg an answer to the question, “Are we providing healthy lighting in our offices, schools and homes?”

Some of us attending this symposium have been associated with traditional lighting for many years. We understand how light is generated, delivered, manufactured and sold. I am certain that the papers presented at this symposium will inspire us to think in new ways about light. Ideally, we will begin to translate the findings of these learned papers into practical ideas for new light sources, luminaires, and applications. To be successful in this translation, however, we must be able to think about light itself in a totally new way. Specifically, I believe we must begin to think about an entirely new form of light measurement, or photometry, because the quantity, spectrum, spatial distribution, timing and duration of light exposure for circadian impression are radically different than those that are important to vision [16]. One purpose of this talk is to provide a framework for a new system of photometry for the circadian system whereby it becomes possible to more precisely define and control light for supporting human health. Without the formality of such a system, it will be much harder to develop the best lighting technologies and applications for human health.

Background

It was known for many years that variations in light exposure was important for regulating daily and seasonal behaviors to nonhuman mammals [17,18], but it was widely assumed that humans were not particularly sensitive to cycled light. As noted above, it has become clear in the last 30 years that light/dark cycles regulate many human behaviors as well, including seasonal depression [3], sleep/wake patterns [19], body temperature [15], brain activity [15], subjective alertness [20], and performance [6,7].

It is now well accepted that the retina is responsible for transducing photic stimulation into neural signals for the circadian system [18,21-26]. In brief, the retino-hypothalmic pathway caries that neural information from the retina to the “master biological clock” in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus. The SCN generates self-sustained, (approximately) 24-hour oscillations in neural activity. The hormone melatonin is produced by the pineal
gland, a primary site for neural input from the SCN [27]. Although a full appreciation of the impact of melatonin on various systems within the body is not complete, melatonin level in blood (or saliva or urine) is the primary measure
of the status of the “master biological clock” (phase information) and for circadian impression (acute suppression) by light (e.g., Lewy et al. [12]). Light is the primary stimulus for controlling, through the SCN, the timing and the amount of melatonin produced by the pineal gland [28] and, presumably, its effects on integrated behaviors such as subjective alertness and performance.

Although it is clear that light is the primary stimulus for the circadian system, the characteristics of light (i.e., its quantity, spectrum, distribution, timing and duration) important to the circadian system remain ambiguous because, in part, there has been no serious attempt to develop a system of photometry for the circadian system. For example, early evidence suggested that bright light was necessary to affect the circadian system, both in terms of acute melatonin suppression at night and phase information from the SCN. Typical office illuminance levels (500 lx) from fluorescent lights were shown to be ineffective on melatonin suppression [12]. More recently it has been hypothesized that very low light levels (3.5 lx) can affect the circadian system [29]. It seems very odd that such radically different generalizations can be reached about the amount of light necessary to affect the circadian system, but when one considers two simple observations about how light is being characterized, it may become
clearer why ambiguities remain about a question as simple as “How much light does it take to affect the circadian system?”

First, the quantity of light expressed in these and many other studies is in terms of illuminance (lx). The use of illuminance for characterizing light for the circadian system undoubtedly reflects the wide availability of inexpensive
commercial instruments for measuring illuminance. All of these meters are corrected to the photopic luminous efficiency function based upon the spectral sensitivity of the L and M cones in the human fovea. Since these two
photoreceptors are essentially irrelevant to circadian phototransduction [30,31], significant confusions will occur when the amount of “light” produced by different light sources in different studies has been characterized by a spectral sensitivity function irrelevant to the circadian system. As discussed in more detail later, for light sources commonly used in offices, schools and homes, errors in spectral characterization of light for the circadian system can be as much as 3:1. In other words, for the same measured illuminance, one light source may be 3 times
more effective for the circadian system than another light source. For more exotic light sources, such as light emitting diodes (LEDs), characterization errors can exceed 1000:1!

Second, illuminance is the quantity of light falling on a surface, not how much light is made available to the retina. Depending upon the orientation of the illuminance meter, horizontal on a work plane or vertical near the plane of the
retina, the same amount of light emitted by a light source can produce variations in measured illuminance of as much as 30:1. Generally, recommended and measured illuminance levels are given in terms of the amount of light,
illuminance, falling on a horizontal work plane [1]. Naturally, if the illuminance meter is oriented upward, toward the light sources in the ceiling, the meter will read a higher value than if the illuminance meter is located vertically, near the line of sight. Proper orientation of the meter with respect to retinal orientation does not necessarily ensure accurate measurement of how much light enters the eye. For the same illuminance, retinal illuminance can vary substantially depending upon both environmental and individual differences. For example, the various reflectances of objects within the visual field, the optical density of pre-retinal media (e.g., the crystalline lens), and the physical structure of the brow, nose and other features of the face will produce discrepancies between actual retinal illuminance and measured illuminance [32].

These are only two of the many sources of confusion that can arise from inadequate specification of the stimulus for the circadian system and, hopefully, underscores the difficulty for lighting manufacturers and application engineers to apply the results of research for the benefit of human health. In short, all of the physical characteristics of light must be reconsidered if we are to cross that threshold in delivering healthy lighting conditions. Following is a preliminary framework, a first step, for a system of circadian photometry.

Quantity

The solid curve on the left of Figure 1 [16] comes from the model of relative visual performance (RVP) by Rea and Ouellette [33] and represents the speed and accuracy of processing high contrast, alpha-numeric text by the foveae of young adults. Even under moonlight, visual performance is well above threshold and, as shown, higher light levels results in only slight improvements. As confirmed by many studies [34-36], at typical office illuminance levels, visual
performance is near maximum (for targets of high contrast and large size). Figure 1 also shows how light level affects melatonin suppression by the circadian system. The dashed curve on the right is a dose response curve to “full spectrum” white light presented for one hour at night when melatonin levels would be normally high [37]. Several studies are consistent with this dose response curve [30,38-43] once the other photometric variables (spectrum,
distribution, timing, duration) are taken into consideration.

Figure 1. Relative visual performance for high contrast reading material, and relative melatonin suppression by light as a function of illuminance at the eye [16].

What this figure reveals is the marked disparity between the quantities necessary to achieve satisfactory visual performance and satisfactory melatonin regulation. At typical office light levels, visual performance is operating near maximum, but the circadian system is stimulated only slightly, if at all. Longer exposures to dimmer light perhaps can also suppress melatonin and shift the circadian rhythm [29], but this is probably not the best way to signal time-of-day information to the body. A prolonged weak signal may, in fact, be inadequate for synchronizing the disparate biological functions influenced, by melatonin. Significantly, modern deep-core offices with limited access to daylight [44] and typical energy-saving electric lighting levels [1] may provide inadequate stimulation to the circadian system, particularly during winter months when access to daylight is minimal. Approximately 10% of the population experiences some degree of seasonal depression in northern latitudes during the winter [45] and this may be a direct result of limited exposure to light brighter than found in modern buildings.

Spectrum

Recent research has shown that the spectral sensitivity of the circadian system is very different than the spectral sensitivity of the fovea, used to perform nearly all of our “visual work” (e.g., reading) [33,46]. Although fewer than 1% of the photoreceptors in the retina are found in the fovea [47], nearly 80% of our visual cortex is devoted to processing information received in our central vision [47]. The fovea is dominated by L and M cones, which underlie the spectral sensitivity of the photopic luminous efficiency function used in every commercially available photometer made today [2]. Figure 2 [16] shows the marked disparity between the spectral response of photometers and the (provisional) spectral sensitivity of the human circadian system obtained by independent laboratories using monochromatic [41,42] as well as broadband sources [30,43]. This figure shows that light sources rich in short wavelengths (e.g., daylight) will be seriously under-represented by conventional photometric easurements. Table 1 [16] shows both photopic and “circadian” lumens calculated for several commercially available light sources together with the ratio of circadian lumens to photopic lumens produced by these sources. These ratios provide estimates of the relative errors that would be made in determining the effectiveness of the different light sources on the circadian system when a onventional photometer is used to measure light. For example, if the easuredphotopic illuminance under both incandescent light and daylight were the same, the daylight would be 2.22 (2.78/1.25) times more effective than the incandescent source for the circadian system. For conventional white light sources the errors in estimating the effectiveness of light for the circadian system from photopic measurements will rarely exceed 3:1.

Figure 2. Photopic and scotopic luminous efficiency functions, as well as an empirically derived action spectrum for melatonin suppression [16].

32 (0.21)

Table 1. Photopic and ‘circadian’ luminous efficacies (when applicable) and relative efficacies (in parentheses) normalized to 3000 K fluorescent [16]. Shown in the far right column are the ratios of the relative circadian to photopic efficacies (also normalized to 3000 K fluorescent), indicative of photometric errors in estimating the impact of spectrum on the circadian system (see text).

Figure 3. Relative visual performance and relative melatonin suppression by light for several different fluorescent light sources (assuming the response shown in Figure 2), as a function of illuminance at the eye. Figure 3 [16] shows the impact of three different white light sources from Table 1 (fluorescent lamps with correlated color temperatures of 3000, 4100 and 7500 K) on RVP and on melatonin suppression. It will be recalled that the photopic luminous efficiency function represents the combined spectral sensitivity of Land M cones in the fovea. Since the fovea is used in visual performance, a single curve can represent RVP [33,46] for all light source spectra when plotted as a function of the photopic illuminance. Since the L and M cones do not contribute significantly to the spectral sensitivity of the circadian system [30,31], melatonin suppression [37] must be represented by three separate curves, one for each light source, when plotted as a function of photopic illuminance. Figure 3 shows that the spectral power distributions of conventional fluorescent light sources used in architectural lighting differ only slightly in terms of their effect on melatonin suppression. This should not be surprising because the spectral power distributions of these light sources have been designed to maximize visual stimulation (brightness and color) rather than circadian impression. It is conceivable that new, colored light sources can be designed with maximum emission at short wavelengths to maximize circadian impression or with maximum emission at long wavelengths to minimize circadian impression. Consider, for example, a blue (460 nm peak) LED and a red (630 nm peak) LED that produce the same photopic illuminance. The relative effectiveness of the two sources for the circadian system will be about 1200:1! Clearly, a new system of photometry is needed to help design new light sources so that their impact on the circadian system can be properly characterized.

Spatial distribution

Through optical refraction by the cornea and lens in the eye and by neural-optical enhancements by in the retina [48], the spatial distribution of objects and textures in the environment can be processed by the visual system. Arguably accurate rendering of the spatial distribution of light in our environment by our retina is essential to our survival because subtle patterns of light and dark provide the information needed by the visual system to discriminate between friend and foe. Accurate registration of spatial information on the retina does not seem to be, however, important to the circadian system. Phototransduction of light by the circadian system seems to be performed without spatial registration, and the retina serves as a simple integrator of photon absorption. Different studies have employed diverse methods of presenting light to the retina. Some have used overhead fluorescent lamp luminaires in rooms with light-colored walls [40], some have used monochromatic light presented in a Ganzfeld [41,42], some have used light tables [30,43] and some have used light boxes positioned at different locations [37,38,49]. Despite these very different methods of presenting light, all studies show consistent results (once the timing, duration, spectrum, and quantity of light presentation are considered), which suggest that circadian activation is determined by simple integration of flux reaching the retina. It should be noted, however, that there is some evidence that the superior and inferior retinae may be populated with different densities of photoreceptors used by the circadian system. Two independent studies [50,51] reported that the inferior retina, integrating flux from above the line of sight, may be more effective for melatonin suppression than the superior retina, although the difference was statistically significant in only one of the two studies [50]. It should also be noted that facial features affect light reaching the retina [32] and large individual differences in the amount of light transmitted through the optical media of the eye are to be expected, particularly for older subjects who have greater opacity of the crystalline lens at short wavelengths [52]. In general, however, one can assume that spectrally corrected (Figure 2) irradiance at the eye is a practical, if imperfect, measure of light available to the circadian system.

Timing

Although there are small circadian variations in visual sensitivity [53] the time of day is essentially unimportant to vision and, thus, to conventional photometry. The temporal characteristics of light are, however, particularly important to the circadian system and must be considered in any system of circadian photometry. Depending upon the time of exposure, light can phase advance, phase delay or have no impact on the timing of the circadian clock. Figure 4 [54] shows how light exposure affects the timing of the biological clock. If light is applied in the first half of the night, the biological clock is reset to a later time (phase delayed) whereas this same light applied in the second half of the night will reset the clock to an earlier time (phase advanced). The largest phase changes will occur at night when melatonin levels are high, but small effects can also occur during the day when melatonin levels are at their lowest. Indeed, it seems that melatonin suppression and phase shifting by light follow similar but not identical rules.

Figure 4. The effect of the time of light application on phase shifting of the core body temperature rhythm for two different light levels [54].

Like melatonin suppression, phase-shifting also follows a dose response function, with maximum effects occurring when the light is applied in the second half of the night. Figure 4 shows the effect of both high and low light levels on the phase responses of the circadian system. It remains unclear, however, how light is integrated over the 24-hour period when the biological clock can be both phase advanced and phase delayed by light exposure. Some have expressed concern that bright light at night or dim light during the day may disrupt the circadian system, desynchronizing biological systems and leading to immune deficiencies or even breast cancer [55]. Continual, but aperiodic, access to light by humans throughout out the 24-hour period, is a legitimate cause for concern and systematic research.

Duration

The visual system operates very quickly. If it didn’t, hazards could not be voided and opportunities could not be seized. Almost all visual responses are mediated by neural circuitry that integrates, categorizes and transmits information about the luminous environment to the brain, which in turn initiates a behavioral response in less than a few hundred milliseconds [56]. The circadian system, however, operates at a much slower pace, mainly because it relies on infusion of the hormone melatonin into the blood stream, not upon neural circuitry, to communicate to various systems in the body.

Figure 5. The amount of time required to measure human nocturnal melatonin suppression by light, as a function of the illuminance provided at the eye [16]. Diamonds represent 25% suppression, triangles represent 40% suppression and circles 50% suppression. Filled symbols from McIntyre et al. [37]; open symbols from McIntyre et al. [38].

Short, 5 s, pulses of bright light have been shown to have measurable effects on melatonin suppression in rodents [57], and the times to measure melatonin in the blood stream have been as short as 2 min. In humans, melatonin suppression by light has been measured within 10 min. [12] and a return to nocturnal levels of melatonin after extinguishing light will occur within at least 15 min. [37,38]. Melatonin samples have not been collected at shorter intervals, but it is likely that changes in melatonin levels in the blood stream are not immediate even if the neural signal from the SCN to the pineal gland is very rapid because melatonin diffusion into the blood stream will take several minutes.

The results of McIntyre et al. [37,38] show that brighter pulses of light result in faster suppression of melatonin than dimmer pulses. Figure 5 [16] shows, for three different levels of melatonin suppression (25%, 40% and 50%) the relationship between illuminance at the eye and the time that melatonin was measured. The data come from two independent studies [37,38] but show remarkable consistency, as do other studies [12,58]. Twenty-five percent melatonin suppression could be measured in less than 20 min. as long as the sustained illuminance at the eye was greater than 1000 lx. If the illuminance at the eye decreased below 500 lx, it could take up to an hour to suppress melatonin by 25%. It also seems clear that a relatively low illuminance of 200 l at the eye will never result in melatonin suppression greater than 25%, no matter how long it is presented. What is important to understand, but remains a mystery, is how much melatonin is needed and for how long to activate the various biological systems sensitive to by melatonin in the blood stream.

In terms of phase shifting effects, a recent study showed that a 6.5 h long pulse of bright light (9500 lx at the eye) had about the same phase-shifting effect as six 15 min. pulses of light separated by 1 h and having the same illuminance as the 6.5 h pulse [59]. These data indicate the phase shifting could occur even at diluted levels of melatonin suppression. The average melatonin level during the 6.5 h period was reduced by almost 90% for the continuous pulse of light at 9500 lx and by less than 20% for the intermittent pulses. These findings imply that it may be possible to obtain robust phase-shifting effects without having a significant impact on melatonin levels. If maintenance of melatonin rhythms is beneficial to health, then intermittent pulses of light could be of significant value in shift-work applications.

Table 2. A framework for considering the characteristics of light to support vision and circadian functions [16].

Conclusions

So, “Are we providing healthy light in our offices, schools and homes?” Probably the answer is, “No, we are not.” Certainly we are not providing or specifying the ideal lighting technologies and applications for circadian regulation. But how will we know what technologies and applications are ideal until we begin to measure and control the fundamental characteristics of light in completely new ways?

Hopefully this brief overview of the impact of light on the circadian system underscores the importance of developing a framework for circadian photometry. Table 2 [16] summarizes some of the important findings presented in this paper and contrasts light for the visual system and light for the circadian system. The amount of light, its spectral composition, spatial distribution, timing and duration for the two systems are so different that generalizations about “good lighting” will have to be assessed by two very different set of criteria in the future. Although this framework will undoubtedly be refined as more research is undertaken, little progress will be made in delivering “healthy lighting” to society until researchers and practitioners begin to consider, measure, calculate, and control the fundamental characteristics of light for the circadian system.

It is my belief that a new system of photometry for the circadian system should be developed, and until we do, we will be unable to lay any claim to “good lighting” with regard to human health. This symposium is a very important next step toward that goal.

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published in CyberLux July 2003

Rikard Kuller

Abstract

(This information was compiled from original sources of CIE for the use in Cyberlux. The complete report is published by CIE. Please give all references to the original source.)

In recent years, the study of the psychobiological effects of light has come forth as an important subfield of lighting research. This final report of TC 6-16 consists of an alphabetically ordered bibliography with 1100 entries and a basic list of 120 key words. The bibliography deals with the impact of light, both natural and artificial, upon the biological clock. The effects cited include physiological variations between day and night, during the menstrual cycle, and during the different seasons of the year. Also included are psychological variations in emotional tone and alertness, as well as pre-menstrual tension and seasonal affective disorder.

Presentation

Publication CIE 139-2001
ISBN 3 901 906 04 5

(This information was compiled from original sources of CIE for the use in Cyberlux. The complete report is published by CIE. Please give all references to the original source.)

In recent years, the study of the psychobiological effects of light has come forth as an important subfield of lighting research. This final report of TC 6-16 consists of an alphabetically ordered bibliography with 1100 entries and a basic list of 120 key words. The bibliography deals with the impact of light, both natural and artificial, upon the biological clock. The effects cited include physiological variations between day and night, during the menstrual cycle, and during the different seasons of the year. Also included are psychological variations in emotional tone and alertness, as well as pre-menstrual tension and seasonal affective disorder.

The selection of references has been restricted almost exclusively to research on humans. The bibliography covers the following topics: The biological clock; Melatonin and cortisol; Shift work and jet lag; Seasonality in hormones; Seasonal affective disorder; Light therapy; Other kinds of seasonality; Premenstrual syndrome; Windowless environments; Lighting characteristics; Individual and group differences; Confounding factors.

The printed Bibliography consists of 68 pages. Alternatively to the printed list, the data are also available as a database on disk, in Microsoft Access 97 format.

The main topics of the Technical Report are:

THE BIOLOGICAL CLOCK
MELATONIN AND CORTISOL
SHIFT WORK AND JET LAG
SEASONALITY IN HORMONES
SEASONAL AFFECTIVE DISORDER
LIGHT THERAPY
OTHER KINDS OF SEASONALITY
PREMENSTRUAL SYNDROME
WINDOWLESS ENVIRONMENTS
LIGHTING CHARACTERISTICS
INDIVIDUAL AND GROUP DIFFERENCES
CONFOUNDING FACTORS
CONCLUDING REMARKS

The information compiled, edited and commented in the report is the result from 1100 entries. To judge the emphasis following list of basic keywords may be helpful (The figures indicate the number of entries for each keyword):

accident(s) 13 ACTH (adrenocorticotrophic hormone) 25 activity 59 age 56, infant(s) 16, child(ren) 38, adolescent(s) 67, adult(s) 357, elderly 46, aged 146 alertness (vigilance) 112 Alzheimer’s disease 8 anorexia 12 appetite 75 arctic 25 artificial light 35 behavior, behaviour 62 bipolar disorder 74 birth rate(s) 19 blindness 41 blue light 8 body growth 27 body temperature 169 bright light 322 bulimia 16 circadian rhythm(s) 661 circadian type(s) 33 circannual rhythm(s) 145 climate 30 color blindness, colour blindness 2 color temperature, colour temperature 5 constant routine(s) 46 cortisol 140 darkness 65	dawn simulation 12 daylight 104 depression 287 dim light 132 diurnal 46 dose-response 20 dusk simulation 1 ECG (electrocardiogram, EKG) 15 EEG (electroencephalogram) 116 entrainment 150 fluorescent lamp(s) 29 free-running 50 gender 61, female(s) 117, male(s) 71 GH (growth hormone) 18 green light 9 health 41 heart rate 27 illuminance 223 immuno defence 14 incandescent lamp(s) 4 infrared radiation 5 insomnia 43 isolation 42 jet lag 47 latitude(s) 20 light box(es) 13 light-dark cycle(s) (photoperiod) 136 light exposure (photic stimulation) 58 lighting 76	light sensitivity 20 light therapy (phototherapy) 368 light visor(s) 12 luminance 8 lunar rhythm(s) 6 melatonin 309 menstrual cycle(s) 50 mental health 9 mood 208 moonlight 3 mortality 9 napping 17 night work 63 nocturnal 53 non-visual 18 ocular hazard(s) 10 performance 97 phase shift(s) 239 pineal gland 63 placebo 62 premenstrual syndrome, (also) PMS 45 red light 26 region(s) 148, (also country, state or city, e.g.) Sweden, California, Paris reproduction 27 review 75 SCN (suprachiasmatic nucleus) 26 seasonal affective disorder, (also) SAD 380 season(s) 192

Link to:

The influence of light on circarhythms in humans
The impact of flicker from fluorescent lighting on well-being, performance and physiological arousal
Shortness of daylight as a reason for fatigue and sadness. A cross-cultural comparison
The subterranean work environment: impact on well-being and health

Der Zweck dieses Forums ist, Planungsmethoden aus möglichst vielen Ländern zu präsentieren, um das Zusammenwirken von Lichtplanern, Architekten, Benutzern und solchen, die Beleuchtung spezifizieren bzw. in Auftrag geben, zu verbessern.

Unser Ziel ist es, ein neues Zeitalter in der Lichtplanung einzuläuten, bei dem Beleuchtung in Architektur eingebettet, menschlichen Bedürfnissen entsprechend und in Harmonie mit der natürlichen Umwelt geplant wird. Das folgende Zitat aus einem Buch für Lichttechnik macht unseren Ansatz deutlich: “Frühere Ausgaben des Handbuchs für Beleuchtung der Lichttechnischen Gesellschaft von Nordamerika (IESNA) haben wichtige Kriterien zur Bewertung und Gestaltung der visuellen Umwelt angeschnitten, jedoch wurde ein formales System zur Einbeziehung dieser Kriterien niemals von unserer Gesellschaft entwickelt. Allerdings hatte IESNA immer empfohlene Beleuchtungsstärken für bestimmte Anwendungen bzw. Sehaufgaben angegeben. Als Folge davon haben die für die Spezifizierung und Planung von Beleuchtung Verantwortlichen das IESNA System der empfohlenen Beleuchtungsstärken als das wichtigste, ja als das alleinige Gestaltungsmerkmal für Beleuchtungsplanung missverstanden. Diese Ausgabe des IESNA Handbuchs führt ein neues formales System zur Berücksichtigung einer weit reichenden Gruppe von Gestaltungsmerkmalen für Beleuchtung ein. Wenn sie befolgt werden, werden die empfohlenen Lichtgestaltungsparameter die Qualität der visuellen Umgebung in ganz Nordamerika verbessern. In technischer Betrachtung bedeutet dies, dass der Stand der Technik angehoben wird, der den Lichtplanern abverlangt wird.”

Diese Selbstkritik zu unserer Vergangenheit gilt nicht nur für Nordamerika.