Human Centric Lighting

Biologische Grundlage

Das menschliche Auge enthält neben Stäbchen und Zapfen einen dritten Fotorezeptortyp: die intrinsisch photosensitiven retinalen Ganglienzellen (ipRGC) mit dem Sehfarbstoff Melanopsin. Ihr Empfindlichkeitsmaximum liegt im blaugrünen Bereich um 490 Nanometer (CIE S 026); sie melden der inneren Uhr im Hypothalamus, wie hell und wie blaureich das Licht am Auge ist. Maßgeblich für die biologische Wirkung ist deshalb die Menge melanopisch wirksamen Lichts, das das Auge erreicht, und der Zeitpunkt, nicht die wahrgenommene Lichtfarbe. Die Farbtemperatur in Kelvin beschreibt nur das sichtbare Erscheinungsbild und ist kein verlässliches Maß für die biologische Wirksamkeit: Bei gleicher Kelvin-Zahl kann die melanopische Wirkung erheblich abweichen (Esposito & Houser, Scientific Reports 2022).

Technische Umsetzung

Ein HCL-System führt zwei Größen über den Tag, die man auseinanderhalten muss:

• Sichtbare Lichtfarbe (Tageslichtbezug, visuelle Behaglichkeit): morgens und abends warmweiß (2.700 bis 3.000 Kelvin), tagsüber tageslichtweiß (bis 5.000 bis 6.500 Kelvin).
• Biologisch wirksame Lichtmenge am Auge (die eigentliche Stellgröße): die melanopische Beleuchtungsstärke (melanopic EDI), vertikal in Augenhöhe gemessen. Der wissenschaftliche Konsens empfiehlt tagsüber mindestens 250 lx melanopic EDI und abends deutlich weniger (Brown et al., PLoS Biology 2022; DIN/TS 67600). Tageslicht sollte dafür zuerst genutzt werden.

Reines Verändern der Farbtemperatur über den Tag steuert nur das Erscheinungsbild, nicht zuverlässig die biologische Wirkung. DALI, KNX oder Bluetooth steuern die Lichtszenen; eine hohe Farbwiedergabe (CRI über 90) sorgt für natürliche Farben.

Darstellung im Tagesverlauf

Die Simulation zeigt beide Größen getrennt: oben die sichtbare Lichtfarbe (CCT), unten das biologisch wirksame Licht am Auge (melanopic EDI) aus Tageslicht und Leuchte, mit dem Tagesziel von 250 lx. So wird sichtbar, dass nicht die Kelvin-Zahl, sondern die Lichtmenge am Auge und das Timing zählen.

Gemessene Spektren und Lichtqualität

Wie stark eine Lichtfarbe biologisch wirkt, zeigt die melanopische Effizienz (melanopic EDI je Lux, mel-DER). Am Beispiel der interpanel Klimaleuchte: kaltweiß 0,97, praktisch auf Tageslicht-Niveau (D65 = 1,0), warmweiß 0,52. Der Wechsel der Lichtfarbe verdoppelt also den biologisch wirksamen Anteil pro Lux, nicht nur die Anmutung. Ein breites Spektrum (Ra rund 90) füllt dabei auch den melanopisch relevanten Bereich um 490 nm, statt nur einen schmalen Blau-Peak zu setzen.

Abgrenzung zu konventioneller Beleuchtung

Konventionelle Bürobeleuchtung arbeitet mit fester Farbtemperatur (meist 4.000 Kelvin) und konstanter Intensität. Sie erfüllt die Beleuchtungsstärke-Anforderungen der DIN EN 12464-1, berücksichtigt aber nicht die biologische Wirkung des Lichts auf den menschlichen Organismus.

Bei interpanel wird HCL als großflächiges, circadian planbares Flächenlicht umgesetzt: LED-Module mit 3.000 bis 6.500 Kelvin und CRI über 90, integriert in die Klimaleuchte und Akustikleuchte. Der eigentliche Hebel ist die große, diffuse Fläche: Sie liefert blendarm eine hohe vertikale Beleuchtungsstärke am Auge, also genau die Größe, die für die melanopische Wirkung zählt. Da die Lichtfläche Teil des Decken-Klimaelements ist, lässt sich die Lichtplanung gemeinsam mit Kühlung, Heizung und Akustik in einem Gewerk planen.

Relevanz für die Praxis

Für Architekten und Bauherren ist HCL relevant, weil es den circadianen Rhythmus der Gebäude-Nutzer unterstützt. Indem Farbtemperatur und Intensität dem natürlichen Tagesverlauf folgen, wirkt das Licht über die ipRGC auf die innere Uhr und damit auf Wachheit und Schlaf-Wach-Steuerung.

Für die Bemessung sind neben der Beleuchtungsstärke zwei weitere Kenngrößen entscheidend. Die Blendungsbegrenzung beschreibt der UGR-Wert (Unified Glare Rating); für Büro- und Bildschirmarbeitsplätze fordert die DIN EN 12464-1 einen Wert von höchstens 19 (UGR ≤ 19), den großflächige Flächenleuchten mit niedriger Leuchtdichte gut einhalten. Die biologische Wirksamkeit wird über die melanopische Beleuchtungsstärke am Auge beschrieben (melanopic EDI, Equivalent Daylight Illuminance, nach CIE S 026:2018 und DIN 5031-100), gemessen vertikal in Augenhöhe. Sie hängt von der Lichtmenge und vom Spektrum ab; die Farbtemperatur allein bildet sie nicht zuverlässig ab (Esposito & Houser 2022). Als Planungsziel gelten tagsüber mindestens 250 lx melanopic EDI am Auge (DIN/TS 67600; Brown et al. 2022); sie ist die eigentliche Stellgröße eines HCL-Konzepts.

Für Planer bedeutet die Integration von HCL in Kühldeckenelemente, dass keine separaten Leuchten geplant und koordiniert werden müssen. Licht, Akustik, Heizung und Kühlung können in einem Deckenelement zusammengefasst werden, das reduziert die Anzahl der Gewerke-Schnittstellen und vereinfacht die Deckenplanung.

Grundlagen: melanopic EDI nach CIE S 026:2018 und DIN 5031-100; Tagesziel ≥ 250 lx mEDI am Auge nach Brown et al., PLoS Biology 2022 und DIN/TS 67600:2022; Farbtemperatur als ungeeigneter Proxy nach Esposito & Houser, Scientific Reports 2022; Blendung und Flimmern nach DIN EN 12464-1; Einordnung auch nach licht.de (licht.wissen 19 und 21).