Was ist Human Centric Lighting (HCL)? Biologisch wirksame Beleuchtung
Human Centric Lighting nach DIN SPEC 67600: Wie biologisch wirksames Licht den circadianen Rhythmus unterstützt.
Was ist Human Centric Lighting?
Human Centric Lighting (HCL) – auch biologisch wirksame Beleuchtung genannt – ist ein ganzheitliches Beleuchtungskonzept, das neben der visuellen Wahrnehmung auch die nicht-visuellenWirkungen des Lichts berücksichtigt: biologische und emotionale Effekte auf den Menschen.
HCL passt künstliche Beleuchtung an den natürlichen Tageslichtverlauf an und unterstützt damit den circadianen Rhythmus (24-Stunden-Rhythmus des Körpers). Ziel ist die Verbesserung von Gesundheit, Schlafqualität, Konzentration und Wohlbefinden.
🔬 Wissenschaftliche Grundlagen
👁️ Lichtrezeptoren im Auge
Stäbchen & Zapfen
Zuständig für das Sehen (visuell)
ipRGC (intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen)
- • Entdeckt 2002, zuständig für nicht-visuelle Lichtwirkungen
- • Reagieren besonders auf blaues Licht bei λmax ≈ 480 nm
- • Senden Signale direkt an den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) im Gehirn
- • SCN = „innere Uhr", steuert circadianen Rhythmus
🧬 Hormone & Neurotransmitter
Melatonin („Schlafhormon")
- • Produktion steigt bei Dunkelheit
- • Wird durch kurzwelliges Licht (460-480 nm) unterdrückt
- • Peak: 2-4 Uhr nachts
Cortisol („Stresshormon")
- • Fördert Wachheit und Aktivität
- • Steigt morgens durch Lichtexposition
- • Peak: 30-45 min nach Erwachen
Serotonin („Glückshormon")
- • Hebt Stimmung, wirkt antidepressiv
- • Benötigt helles Licht (> 1000 lx)
- • Mangel führt zu Winterdepression (SAD)
📊 Melanopisches Licht – Der Schlüssel zu HCL
Wichtig: Für die biologische Wirkung ist nicht die normale Beleuchtungsstärke in Lux entscheidend, sondern das melanopische Licht, gemessen in melanopischem Lux (mel. lx) oderMelanopic Equivalent Daylight Illuminance (EDI) nach CIE S 026:2018.
| Tageszeit | Farbtemperatur (CCT) | Photopisches Licht (Lux) | Melanopisches Licht (EDI) | Wirkung |
|---|---|---|---|---|
| Morgens 6:00-9:00 Uhr | 5000-6500 K (Kaltweißes Licht) | ≥ 500 lx | ≥ 250 mel. lx | • Melatonin ↓ • Cortisol ↑ • Aktivierung |
| Vormittag-Nachmittag 9:00-17:00 Uhr | 4000-5000 K (Neutralweißes Licht) | ≥ 500 lx | 250-500 mel. lx | • Konzentration • Leistungsfähigkeit • Wachheit |
| Abends 17:00-22:00 Uhr | 2700-3000 K (Warmweißes Licht) | 150-300 lx | < 50 mel. lx | • Melatonin ↑ • Entspannung • Schlafvorbereitung |
| Nachts 22:00-6:00 Uhr | ≤ 2200 K (Extra-warmweiß) | < 50 lx | < 10 mel. lx | • Melatonin nicht stören • Schlafqualität • Nachtruhe |
Quelle: CIE S 026:2018 „CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light" und DIN SPEC 67600:2013 „Biologisch wirksame Beleuchtung – Planungsempfehlungen"
☀️ Der circadiane Rhythmus im Tagesverlauf
Der circadiane Rhythmus (lat. circa = ungefähr, dies = Tag) ist der endogene 24-Stunden-Rhythmus des Menschen, der zahlreiche physiologische Prozesse steuert. Der wichtigste Zeitgeber (Zeitnehmer)ist das Tageslicht – HCL ahmt diesen natürlichen Lichtverlauf nach:
- • Morgens: Hoher Blauanteil (5000-6500K) → Melatonin-Suppression → Cortisol-Anstieg → Wachheit
- • Vormittag-Mittag: Helles neutrales Licht (4000-5000K) → Maximale kognitive Leistungsfähigkeit
- • Nachmittag: Leicht reduzierterer Blauanteil → Aufrechterhaltung der Aktivität
- • Abend: Warmweißes Licht (2700-3000K) → Melatonin-Anstieg → Entspannung
- • Nacht: Minimales Licht (< 2200K) → Ungestörte Melatonin-Produktion → Schlaf
🌅
Morgens
(6:00-9:00 Uhr)
(6:00-9:00 Uhr)
5000-6500K
Kaltweißes Licht, aktivierend
≥ 250 mel. lx
Cortisol ↑
Melatonin ↓
Melatonin ↓
☀️
Vormittag-Nachmittag
(9:00-17:00 Uhr)
(9:00-17:00 Uhr)
4000-5000K
Neutralweißes Licht, konzentrierend
250-500 mel. lx
Maximale
Leistungsfähigkeit
Leistungsfähigkeit
🌆
Abends
(17:00-22:00 Uhr)
(17:00-22:00 Uhr)
2700-3000K
Warmweißes Licht, beruhigend
< 50 mel. lx
Melatonin ↑
Schlafvorbereitung
Schlafvorbereitung
🌙
Nachts
(22:00-6:00 Uhr)
(22:00-6:00 Uhr)
≤ 2200K
Extra-warmweiß, gedimmt
< 10 mel. lx
Melatonin
nicht stören
nicht stören
📋 Normen und Standards für HCL
DIN SPEC 67600:2013
„Biologisch wirksame Beleuchtung – Planungsempfehlungen"
- • Definiert Planungsgrundlagen für biologisch wirksame Beleuchtung in Deutschland
- • Berücksichtigt visuelle, biologische und emotionale Lichtwirkungen
- • Ergänzt DIN EN 12464-1 (Beleuchtung von Arbeitsstätten)
- • Empfiehlt dynamische Beleuchtung entsprechend Tageszeit und Nutzung
CIE S 026:2018
„CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light"
- • Internationaler Standard für Messung melanopischer Lichtwirkung
- • Definiert Melanopic Equivalent Daylight Illuminance (EDI)
- • Basis für wissenschaftlich fundierte HCL-Planung
- • Berücksichtigt Spektralverteilung und ipRGC-Empfindlichkeit bei 480 nm
DIN EN 12464-1:2021
„Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen"
- • Definiert Mindestbeleuchtungsstärken für Arbeitsstätten
- • Büros: 500 lx auf Arbeitsfläche, UGR < 19, Ra ≥ 80
- • Grundlage für HCL-Planung (visuelle Anforderungen)
WELL Building Standard
Internationale Zertifizierung für gesunde Gebäude (Feature L03: Circadian Lighting Design)
- • Mindestens 250 melanopisches Lux (EDI) für 4 Stunden pro Tag
- • Abends: Maximierung von warmweißem Licht (< 3000K)
- • Automatische Steuerung bevorzugt
💡 Anwendungsbereiche für HCL
🏢 Büros und Arbeitsstätten
- • Herausforderung: Geringe Tageslichtversorgung in Innenräumen
- • HCL-Lösung: Tunable White LED-Systeme mit automatischer Tageslichtnachführung
- • Wirkung: Verbesserung von Konzentration, Reduktion von Müdigkeit
- • Technologie: DALI- oder KNX-gesteuerte LED-Panels mit CCT 3000-6500K
- • Norm-Anforderung: DIN EN 12464-1 (500 lx) + DIN SPEC 67600 (mel. Licht)
🏥 Krankenhäuser und Pflegeeinrichtungen
- • Herausforderung: Gestörter Schlaf-Wach-Rhythmus bei Patienten
- • HCL-Lösung: Dynamische Beleuchtung in Patientenzimmern
- • Wirkung: Stabilisierung des circadianen Rhythmus, Verbesserung der Schlafqualität
- • Besonders wichtig: Intensivstationen, Demenzstationen, Seniorenheime
- • Studien: Positive Effekte auf Genesungszeit und Medikamentenbedarf belegt
🏫 Schulen und Bildungseinrichtungen
- • Herausforderung: Schwankende Aufmerksamkeit im Tagesverlauf
- • HCL-Lösung: Anpassung von Beleuchtungsstärke und Farbtemperatur
- • Wirkung: Morgens aktivierend (≥ 5000K), nachmittags beruhigend (4000K)
- • Vorteile: Verbesserung der Lernleistung und Reduktion von Unruhe
- • Anforderung: DIN EN 12464-1 (300 lx Klassenzimmer, 500 lx Tafel)
🏭 Industrie und Produktion
- • Herausforderung: Schichtarbeit stört natürlichen Rhythmus
- • HCL-Lösung: Schichtabhängige Lichtsteuerung
- • Wirkung: Aktivierung bei Nachtschicht, Unterstützung der Wachheit
- • Vorteile: Reduktion von Unfällen und Fehlern, verbesserte Arbeitsqualität
- • Norm: ASR A3.4 + DIN EN 12464-1 (je nach Sehaufgabe 200-1500 lx)
🛠️ Technische Umsetzung von HCL
| Komponente | Technologie | Merkmale | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| Tunable White LED | Zwei LED-Chips (warmweiß + kaltweiß) | • CCT regelbar 2700-6500K • Konstante Helligkeit • Ra ≥ 80, besser ≥ 90 | Standard HCL-Anwendungen |
| RGB+W / RGBWW LED | Mehrfarbige LED-Chips | • Volle Farbsteuerung • CCT + Farbwechsel • Höhere Komplexität | Smart Home, Wellness-Bereiche |
| DALI-Steuerung | Digital Addressable Lighting Interface | • Industrie-Standard • Präzise Dimm-Steuerung • Szenen-Programmierung | Büros, öffentliche Gebäude |
| KNX-System | Gebäudeautomation-Bus | • Integration Haustechnik • Zentrale Steuerung • Präsenz- & Lichtsensoren | Große Gebäude, Neubauten |
| Smart Home | Zigbee, WLAN, Bluetooth | • App-Steuerung • Zeitpläne & Automatisierung • Retrofit-fähig | Wohnungen, kleine Büros |
Sensoren
- • Tageslichtsensor: Anpassung an Außenlicht
- • Präsenzmelder: Bedarfsgerechte Aktivierung
- • Spektralsensor: Melanopisches Licht messen
Steuerungslogik
- • Zeitplan: Automatische Anpassung nach Uhrzeit
- • Szenen: Vordefinierte Lichteinstellungen
- • Adaptiv: Lernendes System basierend auf Nutzung
Qualitätsmerkmale
- • Farbwiedergabe: Ra/CRI ≥ 90 empfohlen
- • Flicker-frei: > 1000 Hz PWM
- • Melanopische Wirkung: Verifiziert nach CIE S 026
💰 Kosten und Investition
| Ausbaustufe | Investition | Komponenten | Geeignet für |
|---|---|---|---|
| Einstieg: Smart Bulbs | 300-800 € | • 5-10 Tunable White Smart Bulbs (30-80€/Stück) • Gateway/Bridge (50-100€) • App-Steuerung (kostenlos) | Privatwohnungen, kleine Büros |
| Mittel: DALI-System | 3.000-8.000 € | • 10-20 Tunable White LED-Panels (150-300€/Stück) • DALI-Controller + Software (1.000-2.000€) • Installation durch Elektriker (1.500-3.000€) | Büros bis 200 m², Praxen |
| Profi: KNX-Integration | 10.000-50.000 € | • Hochwertige HCL-Leuchten • KNX-Gebäudeautomation • Tageslichtsensoren + Präsenzmelder • Planung + Programmierung + Installation | Große Büros, Krankenhäuser, Schulen |
✓ Vorteile von HCL
- ✓ Circadianer Rhythmus: Stabilisierung des Schlaf-Wach-Zyklus
- ✓ Schlafqualität: Verbesserung der Einschlafzeit und Schlaftiefe
- ✓ Kognitive Leistung: Erhöhte Konzentration und Aufmerksamkeit
- ✓ Stimmung: Positive Wirkung bei saisonaler Depression (SAD)
- ✓ Produktivität: Studien zeigen Leistungssteigerungen in Büros
- ✓ Gesundheit: Unterstützung des Hormonhaushalts und Stoffwechsels
⚠️ Grenzen und Hinweise
- ⚠️ Individuelle Reaktion: Wirkung variiert zwischen Personen
- ⚠️ Melanopisches Licht: Mindestens 250 mel. lx erforderlich für biologische Wirkung
- ⚠️ Nicht übertreiben: Zu hohe Beleuchtungsstärken können Augenermüdung verursachen
- ⚠️ Investitionskosten: HCL-Systeme deutlich teurer als Standardbeleuchtung
- ⚠️ Tageslicht prioritär: Künstliches Licht kann natürliches Tageslicht nicht vollständig ersetzen
- ⚠️ Wartung: Regelmäßige Kalibrierung von Sensoren erforderlich
💡 Praktische Empfehlungen
Für den Arbeitsplatz:
- • Morgens (6-9 Uhr): ≥ 250 mel. lx, CCT 5000-6500K
- • Arbeitszeit: 300-500 mel. lx, CCT 4000-5000K
- • Schreibtischposition: Möglichst nah am Fenster
- • Ergänzung: Tageslichtergänzende Beleuchtung bei Bedarf
Für zu Hause:
- • Morgens: Tageslichtexposition (Fenster öffnen, Spaziergang)
- • Abends (ab 20 Uhr): Warmweißes Licht (< 3000K), gedimmt
- • Nachtlicht: Max. 10 mel. lx, ≤ 2200K
- • Bildschirme: Blaulichtfilter ab Sonnenuntergang aktivieren
❌ Häufige Planungsfehler
- ❌ Unzureichende melanopische Beleuchtungsstärke: < 200 mel. lx haben keine biologische Wirkung
- ❌ Statische Beleuchtung: Konstante Farbtemperatur widerspricht HCL-Prinzip
- ❌ Falsche Farbtemperatur am Abend: > 4000K stört Melatonin-Produktion
- ❌ Zu geringe Farbwiedergabe: Ra < 80 beeinträchtigt visuelle Qualität
- ❌ Fehlende Tageslichtsensoren: Keine Anpassung an Außenlicht
- ❌ Ignorieren von Nutzerpräferenzen: Manuelle Übersteuermöglichkeit wichtig