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Beleuchtungstipp aus der Wissenschaft Mit dem richtigen Licht die Arbeit erleichtern

| Autor / Redakteur: Christiane Taddigs-Hirsch* / Christian Lüttmann

Weg mit neutral-weißer LED-Beleuchtung im Büro – dies ist das Fazit von Forschern der Hochschule München. In einer Versuchsreihe zeigten sie, dass es sich mit unterschiedlichen Lichttemperaturen leichter Arbeiten lässt als mit einer Standard-Beleuchtung. Sie empfehlen daher, mit künstlichem Licht die natürlichen Lichtfarben von Morgenstunden und Abenddämmerung nachzubilden.

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Im Lichtlabor der Hochschule München: Probanden durchliefen unterschiedliche Lichtszenarien
Im Lichtlabor der Hochschule München: Probanden durchliefen unterschiedliche Lichtszenarien
(Bild: Johanna Weber)

München – Tageslicht wirkt auf vielfältige Weise auf den menschlichen Organismus, langfristig synchronisiert es als Zeitgeber die innere Uhr und beeinflusst unter anderem über das Hormon Melatonin die Schlafqualität. Verantwortlich für diese nicht-visuellen Effekte sind lichtsensible Ganglionzellen in der Retina des Auges, die für blaues Licht empfindliches Melanopsin enthalten. Je nach Richtung, Intensität und Spektrum des Lichts senden diese Zellen direkt Signale an das vegetative Nervensystem, die Steuerzentrale des Körpers.

Auch künstliche Beleuchtung wirkt auf diese Zellen – heute in der Regel ungeplant und teilweise mit unerwünschten Wirkungen. Moderne LED-Beleuchtung jedoch lässt sich vielfältig anpassen, um das richtige Licht zur richtigen Zeit zu erzeugen.

Doch wie wirken sich unterschiedliche Lichtspektren am Arbeitsplatz auf die kognitive Leistung aus? Kann man sich bei nachgebildetem gleißendem Sonnenschein einfacher konzentrieren? Oder sollte man mit dem Beleuchtungskonzept eher einen Sonnenuntergang mit warmem Licht imitieren? Dies haben Johannes Zauner und Prof. Dr. Herbert Plischke im Lichtlabor der Hochschule München untersucht – in Kooperation mit der LMU München und der TU Chemnitz.

Drei Lichtszenarien im Test

Bei drei unterschiedlichen Lichtszenarien haben die Wissenschaftler die kognitive Leistung von 27 Probanden jeweils vormittags und nachmittags untersucht. Die Beleuchtung entsprach in allen Fällen der gängigen EU-Norm zur künstlichen Beleuchtung von Innenräumen mit einer Helligkeit von 500 Lux auf der Arbeitsoberfläche. Ähnliche Studien erforschten den Zusammenhang von Licht und Leistung bisher noch nicht in Situationen üblicher Arbeitsplatzbeleuchtung.

Drei Lichtszenarien aus Sicht des Probanden. Unterschiedliche Lichtspektren und die räumliche Anordnung der Lichtquellen bedingen unterschiedliche Leistungsanstrengung.
Drei Lichtszenarien aus Sicht des Probanden. Unterschiedliche Lichtspektren und die räumliche Anordnung der Lichtquellen bedingen unterschiedliche Leistungsanstrengung.
(Bild: Johannes Zauner)

Während die Helligkeit gleich gehalten wurde, variierten die Studienleiter die typische, neutral weiße LED-Beleuchtung (4000 Kelvin) in zwei extreme Farbtemperaturen: möglichst viel flächiges, kühl-blaues Licht von Oben wie an einem hellen Morgen (7000 Kelvin) sowie möglichst wenig Licht von Oben von rötlicher Lichtfarbe für eine Abendeinstellung (2700 Kelvin). Die Unterschiede lagen in den Lichtspektren, der Intensität am Auge, sowie in der Richtung des Lichteinfalls. Für diese Faktoren sind die Ganglionzellen sensibel.

Gedächtnis und Körpersignale untersucht

Die Probanden durchliefen die drei Szenarien in zufälliger Reihenfolge jeweils vormittags und nachmittags. Während der insgesamt zehn bis fünfzehn Minuten Belichtung lasen sie zunächst und absolvierten dann einen Gedächtnistest, bei dem ihre Fehlerquote und Reaktionszeit gemessen wurde.

Als körperlichen Parameter erhob das Forscherteam die Veränderung der Herzkontraktionszeit (Pre-ejection period, PEP). Diese gibt an, wie stark das vegetative Nervensystem die Aktivität des Sympathikus steigert und stellt ein Maß für die Anstrengung dar, die ein Proband aufwendet, um seine Leistung zu erbringen. Schon nach kurzer Belichtung stellt sich sein Körper auf Basis der Informationen der lichtempfindlichen Zellen im Auge individuell auf den entsprechenden Energiebedarf ein.

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Wann ist Licht „heiß“ und wann „kalt“?

Obwohl Sonnenuntergänge und Kerzenschein mit ihrer rötlichen Farbe einen wohlig warmen Eindruck erzeugen, wird ihr Licht einer kalten Lichttemperatur zugeordnet.

Die Lichttemperatur gibt an, welchen Farbeindruck eine „weiße“ Lichtquelle erzeugt. Warmweißes Licht hat, entgegen seines Namens, die geringere Lichttemperatur im Bereich von 3000 K und weniger. Eine Kerze hat mit etwa 1500 K beispielsweise ein sehr rötliches Licht. Umgekehrt wirkt „heißes“ Licht über 6500 Kelvin eher bläulich und kalt. Dies wird oft in der Industrie eingesetzt und fand in Form von Leuchtstoffröhren auch lange Zeit in Büroräumen verstärkt Einsatz, weil es die Konzentration und Leistungsfähigkeit fördern sollte.

Farbtemperatur in Kelvin
Farbtemperatur in Kelvin
( Bild: Farbtemperatur in Kelvin / Farbtemperatur in Kelvin / Bhutajata / CC BY-SA 4.0 / CC BY-SA 4.0 )

Die Einteilung in warmes und kaltes Licht nach der Farbtemperatur stammt von dem Modell des Schwarzen Strahlers: Einer thermischen Strahlungsquelle, die Wärmestrahlung in Form von sichtbarem Licht emittiert. Man kann sich die Farbtemperatur leicht verdeutlichen, wenn man an eine Stahlschmelze denkt. Je weiter diese abkühlt, desto mehr wechselt ihr Leuchten von weiß über gelb und orange zu rötlichem Licht. Die Farbtemperatur sinkt also mit der tatsächlichen Temperatur der Schmelze.

Das optimale Licht für die geringste Anstrengung

Das Ergebnis der Studie: Bei morgendlichem Licht sank bei gleicher Leistung, die Anstrengung, die dafür aufgewendet werden musste. Ebenso bei der Einstellung von abendlichem Lichtverhältnissen. Bei typischer Lichteinstellung hingegen war die Anstrengung für die gleiche Leistung erhöht. Das heißt, dass ein bis zwei Prozent mehr Energie notwendig war, um die Aufgaben gleich gut zu lösen.

„Wir konnten feststellen, dass eine typische Lichtumgebung im Arbeitsumfeld zu höherer Anstrengung für die Probanden führt. Empfehlenswert wäre eine circadiane Regulierung der Lichtbedingungen für den Morgen und den Abend“, empfiehlt Studienleiter Zauner. „Als Momentaufnahme ist das Ergebnis nicht kritisch zu sehen, da die Effekte nur etwa zwei Prozent ausmachen. Da wir statischen Lichtbedingungen aber über Jahrzehnte unseres Arbeitslebens ausgesetzt sind, kumulieren sich diese kleinen Effekte zu relevanten Faktoren. Sie sind dann eine Frage der Ergonomie.“ Man könnte langfristig also effizienter arbeiten: Wenn sich die zwei Prozent bessere Leistung eins zu eins in Arbeitszeitersparnis umrechnen ließen, so bräuchte man beispielsweise bis zur Rente theoretisch rund 150 Arbeitstage weniger – allein durch einen Lichtwechsel.

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Originalpublikation: Johannes Zauner, Herbert Plischke, Hanna Stijnen, Ulrich T. Schwarz, Hans Strasburger: Influence of common lighting conditions and time-of-day on the effort-related cardiac response, PLOS ONE (2020). DOI: 10.1371/journal.pone.0239553

* C. Taddigs-Hirsch

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