Licht für „Healty Buildings“

Beleuchtungskonzepte für gesündere Gebäude

Gebäudebetreiber stehen heute stärker in der Pflicht, Gesundheit und Sicherheit aller Nutzer zu gewährleisten. Gesamtkonzepte für gesündere Gebäude, oft auch als „Healthy Buildings“-Konzepte bezeichnet, müssen weit mehr können, als aktuell geltende Hygiene- und Infektionsschutzrichtlinien zu erfüllen. Auch zunächst weniger offensichtliche Aspekte wie eine natürliche Beleuchtung spielen darin eine wichtige Rolle.

Gebäudeplanung für die Innenraumgesellschaft

So genannte „Healthy Buildings“-Konzepte vertreten einen ganzheitlichen Ansatz, der längst nicht nur auf Infektionsschutz oder die Verbannung gesundheitsschädlicher Baumaterialien abstellt. „Healthy Buildings“ sollen die physische und psychosoziale Gesundheit sowie das Wohlbefinden von Menschen im Gebäude fördern und zugleich ökologisch wie ökonomisch nachhaltig sein. Die Notwendigkeit eines solchen Ansatzes ist nicht erst seit der Covid-19-Pandemie gegeben: Laut Angaben der WHO sowie der US-Umweltschutzbehörde verbringen Europäer 90 % ihrer Zeit in geschlossenen Räumen, wozu auch Fahrzeuge gezählt werden.

Die Konstruktions-, Bau- und Architekturzeitschrift „Detail“ spricht in einem 2018 erschienenen Fachartikel von der „Innenraumgesellschaft“ in der wir leben und bezieht sich dabei auf die genannten Behörden, eine von der Velux-Gruppe präsentierten Studie mit dem Titel „Indoor-Generation“ sowie eine YouGov-Umfrage, die im Frühjahr 2018 unter 16.000 Hausbesitzern in Großbritannien, den USA, Kanada, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Belgien, den Niederlanden, der Tschechischen Republik, der Slowakei, Italien, Österreich, der Schweiz und Spanien durchgeführt wurde. Fazit: Wir sind eine Stubenhocker-Gesellschaft.

2017 benannte die Harvard T.H. Chan School of Public Health neun Bereiche, die beim Bau oder der Nachrüstung eines Gebäudes zum „Healthy Building“ zu beachten sind [1]. Dabei handelt es sich um Luftqualität, „thermische Behaglichkeit“ und Raumklima, Luftfeuchtigkeit, Stäube und Schädlinge, Sicherheit, Wasserqualität, Lärm, Ausblick und Beleuchtung. Aktuelle Anforderungsdefinitionen beziehen meist auch den Faktor Nutzungsdichte bzw. Gebäudeauslastung mit ein – auch dies ein Aspekt, der im Kontext der Pandemie verstärkt in den Fokus rückte: Sofern überhaupt Präsenztreffen stattfinden dürfen, ist inzwischen für praktisch jeden Besprechungsraum eine maximal erlaubte Personenzahl festgelegt. Das deutsch-niederländische „Healthy Building Network“ definiert ein „Healthy Building“ als „Gebäude, welches das körperliche, geistige und soziale Wohlbefinden seiner Nutzer und deren Umgebung maximal fördert.“ Darüber hinaus ist ein „Healthy Building“ immer zirkulär und nachhaltig, schont Energieressourcen und kann selbst Energie bereitstellen. „Healthy Buildings“ sind somit eine Weiterentwicklung so genannter „Green Building“-Standards für Nachhaltigkeit im Bauwesen, die sie ebenfalls erfüllen, jedoch mit Blick auf den menschlichen Gebäudenutzer noch deutlich erweitern. Das Netzwerk fasst einige der Bereiche der Harvard-Definition zusammen und leitet daraus sechs Faktoren ab, die ein gesundes Gebäude ausmachen. Mit dem Faktor „Tageslicht“ wollen wir uns im Folgenden näher befassen.

Tageslicht – Ein unterschätzter Gesundheitsaspekt

Die Menge des Tageslichts wirkt sich stark auf Wohlbefinden und Produktivität aus. Licht beeinflusst physiologische und psychologische Vorgänge und wirkt sich direkt auf Konzentration, Leistungsfähigkeit und Stimmung aus.

Nicht umsonst treten an kurzen, dunklen Wintertagen verstärkt Symptome wie Müdigkeit oder sogar saisonale depressive Verstimmungen auf, die folgerichtig auch mit Tageslichttherapien behandelt werden. Die Erklärung dafür ist einfach: Tageslicht kurbelt die körpereigene Produktion von Vitamin D an. Sinkt der Vitamin D-Spiegel im Körper zu stark ab, drohen nicht nur Erschöpfungssymptome, sondern auch eine erhöhte Anfälligkeit für Infekte und sogar neurologische Symptome wie Migräne oder Krämpfe. Zudem ist Sehen überraschend anstrengend: Bis zu 25 % des gesamten Energiehaushaltes im Körper entfallen je nach verfügbarem Licht allein auf den Sehvorgang. Schon deshalb ist eine ausgewogene Beleuchtung enorm wichtig.

Kunstlicht kann Tageslicht allerdings nicht ersetzen. Eine von der Natur inspirierte Beleuchtung unter maximaler Tageslichtnutzung sorgt dagegen für gesündere Innenräume und mehr Wohlbefinden. Das Bewusstsein dafür ist in den vergangenen zehn Jahren stark gestiegen, und professionelle Lichtplaner entwickeln längst nicht mehr nur Beleuchtungskonzepte für Ausstellungsräume oder Kunstgalerien, sondern werden zunehmend auch bei der Gestaltung der Beleuchtung von Arbeitsstätten hinzugezogen. Dabei wird die Planung von verschiedenen Normen, Vorschriften und Arbeitsschutzverordnungen beeinflusst.

DIN SPEC 67600:2013-04 Planungsempfehlungen für „Biologisch wirksame Beleuchtung“

Hinsichtlich der Auswirkung auf Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen wird unterschieden zwischen visuellen und biologischen Lichtwirkungen. In visueller Hinsicht benötigen wir Licht, um beispielsweise Kontraste, Farben oder Bewegungen zu erkennen. Zu den biologischen Wirkungen zählen der Einfluss von Licht auf Tagesrhythmus, Schlaf und Körperfunktionen des Menschen. Einige Fachleute unterscheiden zusätzlich die emotionale Lichtwirkung als dritte Kategorie, das heißt den Einfluss der Beleuchtung auf die Stimmung.

Der Fachbericht DIN SPEC 67600 (2013-04) stellt vor allem auf die biologischen Lichtwirkungen ab und gibt Planungsempfehlungen für eine „biologisch wirksame Beleuchtung“, die an den Bedürfnissen des Menschen ausgerichtet ist. Er bezieht sich sowohl auf Arbeitsplätze als auch auf andere Umfelder, wobei Räume, in denen sich Menschen längere Zeit aufhalten müssen, besonders hohen Anforderungen an die Beleuchtung gerecht werden sollen. Dazu zählen beispielsweise Produktionsstätten, Büros, Bildungs-, Gesundheits- und Pflegeeinrichtungen.

Die Wirkung des Lichts auf das biologische System des Menschen hängt von Parametern wie Lichtspektrum, Lichtverteilung, Beleuchtungsstärke und deren zeitlichen Abfolgen ab [2]. Der Fachbericht DIN SPEC 67600 kommt deshalb zu dem Schluss, dass nur eine ganzheitliche Lichtplanung diese Parameter angemessen aufeinander abstimmen und den komplexen Anforderungen an eine gesundheitsfördernde Beleuchtung gerecht werden kann. Ein solches Gesamtkonzept soll alle Aspekte guter Beleuchtung unter Berücksichtigung ihrer visuellen und biologischen Wirkungen sowie ihrer Energieeffizienz verwirklichen und dazu die einzelnen Gewerke und Materialien optimal aufeinander abstimmen. DIN SPEC 67600 ergänzt andere DIN-Normen und Verordnungen für visuelle Planungsanforderungen, wie etwa die Normenreihe DIN 5035 und DIN EN 12464-1. Die Anforderungen der entsprechenden technischen Regel für  Arbeitsstätten ASR 3.4 ist für Arbeitsstätten in Deutschland rechtlich bindend.

Professor Andreas Schulz von der licht kunst licht ag und Mitglied der International Association of Lighting Designers fasst es so zusammen: „Für Planer bedeutet das, dass neben der Beherrschung physikalischer Größen und bekannter Kriterien, wie Kontrastwiedergabe und Blendung, auch neue „Qualitätsmerkmale“ hinzukommen. Mit dem Ansatz des „Human Centric Lighting“ (HCL) spielen die Farbtemperatur des Lichts sowie die Intensität im Wechselspiel mit beleuchteten Materialien und der menschlichen Wahrnehmung eine neue Rolle. Neben der visuellen Wirkung und der Energieeffizienz gilt es nun, auch die biologischen und emotionalen Wirkungen des Lichts auf den Menschen zu optimieren.“ [3]

„Human Centric Lighting“

Ein ZVEI-Positionspapier definiert HCL so: „Human Centric Lighting (HCL) unterstützt zielgerichtet und langfristig die Gesundheit, das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit des Menschen durch ganzheitliche Planung und Umsetzung der visuellen, emotionalen und insbesondere der biologischen Wirkungen von Licht.“ Die Brancheninitiative licht.de führt weiter aus: „HCL-Konzepte sind frühzeitig im Projekt zu verankern und bilden die Grundlage einer ganzheitlichen interdisziplinären Planung. Das natürliche Tageslicht wird, sofern es die Architektur erlaubt, einbezogen und die Beleuchtungsanlage entsprechend der HCL-Lichtplanung installiert und betrieben.“ [4]

HCL steht somit für die in DIN SPEC 67600 vorgeschlagenen ganzheitlichen Beleuchtungskonzepte, die jedem Gebäudenutzer zu jeder Zeit das richtige Licht für die jeweilige Situation zur Verfügung stellt, sich also unterschiedlichen Bedürfnissen anpasst: Soll die Umgebung konzentrations- und kreativitätsfördernd sein, oder eher Beruhigung und Entspannung ermöglichen? HCL-Konzepte stellen den Menschen in den Mittelpunkt: Die Beleuchtung soll Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit fördern, dabei leicht und intuitiv zu implementieren und zu bedienen sein und dabei selbstverständlich auch Energieeffizienzkriterien auf der Höhe der Zeit erfüllen.

Moderne, leistungsfähige und intelligente Lichtsteuerungen ermöglichen all das. Mit ihrer Hilfe lässt sich das Zusammenspiel von Kunst- und Tageslicht optimal managen, mit den Bedürfnissen des Menschen in Einklang bringen und zudem energieeffizient gestalten, so dass auch die höchsten diesbezüglichen Anforderungen gemäß DIN EN 15232 erfüllt werden. Hier kommt beispielswiese das so genannte „Daylight Harvesting“, auch bekannt als aktive Tageslichtnutzung bzw. automatische Kontrastlichtregelung, zum Tragen. „Daylight Harvesting“-Systeme erfassen über Sensoren die Intensität des Tageslichts und werten sie in Echtzeit aus, um die elektrische Beleuchtung je nach Helligkeit anzugleichen und die Lichtintensität konstant zu halten. So helfen sie, das Beleuchtungsniveau anzugleichen und den Energieverbrauch zu reduzieren.

Steuerungslösungen für die Umsetzung von HCL-Planungskonzepten

Die „Daylight Harvesting“-Funktionalität ist somit eine Voraussetzung, die zeitgemäße Lichtsteuerungen in jedem Fall erfüllen müssen, um den Anforderungen an gesündere Umgebungsbedingungen für verschiedene Gebäudenutzer sowie ein nachhaltiges und kostenschonendes Energiemanagement gerecht zu werden. Solche Steuerungen sind am Markt seit längerer Zeit verfügbar. Die Herausforderung für Fachplaner liegt aber oftmals in der Integrierbarkeit in das gesamte Gebäudemanagement. Wenn Komponenten für HLK, Brandschutz, Sicherheit und Beleuchtung von unterschiedlichen Herstellern kommen, kann die Anbindung an das übergeordnete „Building Management System“ (BMS), das gerade bei größeren Bauprojekten und der Planung für unterschiedliche Nutzergruppen inzwischen üblich ist, schnell aufwändig, zeit- und kostenintensiv werden. Das BMS „sitzt“ über den verschiedenen Gewerken und verbindet diese miteinander.

Beispiel: Ein Lichtsteuerungssystem kann „Low Level“ integriert werden, also als Einweg-Kommunikation vom BMS, um eine bestimmte Aufgabe zu aktivieren. Üblicher und flexibler ist aber die „High Level“-Integration. Dabei stellt eine Zwei-Wege-Kommunikation, bei der Daten zwischen BMS und Lichtsteuerung ausgetauscht werden sicher, dass unterschiedliche Aufgaben ausgeführt werden können, etwa auch die Erfassung und Auswertung von Sensordaten zum Zweck der vorbeugenden Wartung.

Eine „High Level“-Integration erfolgt normalerweise über BACnet. Die Verwendung von BACnet als Kommunikationsstandard zwischen Lichtsteuerung und BMS ist jedoch aufwändig, weil viele Lichtsteuerungen dafür spezielle Gateways benötigen.

Inzwischen gibt es Alternativen. „DALI64“ z. B. ist ein voll ausgestattetes, eigenständiges DALI2-Lichtsteuersystem mit 64 Adressen, das in einen hochmodernen Multisensor für Bewegung und Lichtstärkemessung (PIR-Sensor) eingebettet ist. Eine interessante Neuerung kommt von CentraLine, Honeywells Partnermarke für Gebäudemanagementlösungen. Das Unternehmen stellte mit „DALI64MODPSU“ unlängst erstmals eine DALI64-Lichtsteuerung vor, die über Modbus- Kommunikation nahtlos in den „Merlin NX“-Raumregler und in das BMS bzw. „Building Energy Management Systems“ (BEMS) integriert werden kann und zusätzlich über eine drahtlose BLE-Kommunikationsschnittstelle verfügt. Über den „Arena NX“-Supervisor lassen sich dann einfach Daten wie Präsenzstatus, Fehlermeldungen oder Brenndauer der DALI-Leuchten für zusätzliche Dienste – etwa für smarte Gebäudeanalysen oder vorausschauende Wartung – auslesen und weiterverarbeiten. Auch Aufgaben, die der Energiekosteneinsparung oder der Verbesserung von Produktivität und Wohlbefinden der Nutzer wie z.B. die Steuerung der Farbtemperatur zur Anpassung an den natürlichen Tagesrhythmus, lassen sich darüber visualisieren und ausführen.

Auch dem Nachhaltigkeitsaspekt sowie dem Energiekostenmanagement trägt das CentraLine-Steuersystem Rechnung: Raumregler wie „Merlin NX“ ermöglichen über die vernetzte, gewerkeübergreifende und bedarfsgesteuerte Raumregelung für HLK, Licht und Beschattung die Senkung von Energiekosten und damit die Erfüllung der Klasse A-Anforderungen der EN 15232. Die Raumautomationslösung ermöglicht somit ein hohen Nachhaltigkeitsanforderungen genügendes Energiemanagement und erleichtert gleichzeitig die Implementierung von HCL-Planungskonzepten, die wiederum ein integraler Bestandteil des „Healthy Building“-Ansatzes sind. Auch die „Light Touch”-App für die Inbetriebnahme, die drahtlos über die integrierte BLE-Schnittstelle des „DALI64“ verbunden werden kann, trägt zur Kosteneffizienz bei. Über sie kann die Identifizierung bzw. Adressierung, Gruppierung und Szenenkonfiguration von nur einer Person ausgeführt werden. Zusätzlich liefert das integrierte Netzteil 150 mA Strom für den DALI-Bus und macht eine zusätzliche DALI-Stromversorgung überflüssig, was den Installationsaufwand reduziert.

Fazit

Gesundheits- und Nachhaltigkeitserwägungen spielen bei Neubau- und Modernisierungsprojekten eine zunehmend größere Rolle. Dass sich unter Nachhaltigkeitsaspekten in der Bau- und Gebäudewirtschaft etwas ändern muss, wenn das ambitionierten Klimaschutzziel „net-zero“ tatsächlich bis 2050 umgesetzt werden soll, steht längst fest: Laut einem UNO-Bericht war der Gebäudesektor 2019 weltweit für 38 % der globalen CO2-Emissionen verantwortlich und verfehlte damit die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens deutlich. Für Deutschland beziffert die Bundesregierung den Anteil der Gebäudewirtschaft an den gesamten CO2-Emissionen der Bundesrepublik für das Jahr 2018 auf 14 %, wobei in einem kommerziellen Gebäude HLK und Beleuchtung für mehr als 70 % des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich sind. Damit besteht in diesen zwei Gewerken großes Energieeinsparungspotential. An Klimaschutzzielen wird in den kommenden Jahren keine Branche vorbeikommen, so dass Energieeffizienz und Emissionsarmut auch zu entscheidenden Kriterien für die Vergabe von Bauaufträgen werden dürften.

Gesundheitliche Erwägungen rücken ebenfalls immer mehr in den Fokus politischer Vorgaben und wirtschaftlicher Aktivität. Die Covid-19-Pandemie wirkte in dieser Hinsicht wie ein Katalysator. Das Bewusstsein dafür, wie stark sich gerade in der kalten Jahreszeit in schlecht belüfteten Innenräumen wie Großraumbüros oder öffentlichen Verkehrsmitteln Krankheitserreger verbreiten, wurde geschärft und sorgte im Hinblick auf Viren dafür, dass technischen Lösungen wie HEPA-Filtern oder UV-Beleuchtung weit mehr Aufmerksamkeit gewidmet wurde als je zuvor. Menschen, die sich am Arbeitsplatz oder in der Schule sicher und wohl fühlen, sind zufriedener und produktiver. Das ist zwar keine neue Erkenntnis, hat aber durch die langen Monate des Arbeitens unter erschwerten Bedingungen eine neue Dimension gewonnen und wird künftig bei planerischen Erwägungen verstärkt zum Tragen kommen.

Gesundheitliche Gesichtspunkte werden sich dabei nicht auf den Infektionsschutz beschränken. Der Faktor Beleuchtung wurde in der Gebäudewirtschaft lange geradezu stiefkindlich behandelt, obwohl aus Regionen mit sehr kurzen Wintertagen längst bekannt ist, wie stark sich Tageslichtmangel auf das körperliche und psychische Wohlbefinden des Menschen, auf Immunsystem und Produktivität auswirkt. Das ändert sich in dem Maß, wie ganzheitliche Baukonzepte, die den Aufenthalt in Gebäuden nachhaltiger und gesünder machen sollen, sich durchsetzen und die Einhaltung von Gesundheits- und Energieeffizienzstandards auch zu einer wirtschaftlichen Notwendigkeit werden. Denn Emissionsabgaben werden steigen, Nachrüstungen zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes werden immer mehr zur Auflage gemacht und Verstöße mit Bußgeldern geahndet werden.

So werden neben modernen HLK-Systemen auch HCL-Standards entsprechende und unkompliziert in BMS bzw. BEMS integrierbare Beleuchtungssysteme zu einem entscheidenden Faktor für die Genehmigungsfähigkeit von Bauvorhaben und den wirtschaftlichen Weiterbetrieb von Bestandsgebäuden werden. Bauherren und Gebäudebetreiber, die diese Aspekte frühzeitig berücksichtigen, können durch die Wahl von Gesamtlösungen aus einer Hand, die zudem geltende Umwelt- und Gesundheitsauflagen, Energienormen und Vorschriften für Arbeitsstätten erfüllen, viel Zeit, Geld, Ressourcen, Nachrüstungs- und Wartungsaufwand sparen.

Quellen

[1] Allen, J.: For Health: The 9 Foundations of a Healthy Building. Boston: Harvard T.H. Chan School of Public Health, 2017. //9foundations.forhealth.org/:https://9foundations.forhealth.org/, abgerufen am 7. April 2021

[2] In: licht. wissen 21, „Leitfaden Human Centric Lighting (HCL)“. www.licht.de/fileadmin/Publikationen_Downloads/1806_lw21_HCL_web.pdf

[3] siehe [2], Vorwort von Prof. Andreas Schulz

[4] www.licht.de/de/lichtthemen/human-centric-lighting/hcl-definition-und-potenzial/, abgerufen am 30. April 2021

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