HCL-Beleuchtung
© Andreas Tischler/futurezone

Science

Wie simuliertes Sonnenlicht im Klassenzimmer beim Lernen hilft

Grelles, kühles Licht hält wach und macht konzentriertes Arbeiten länger möglich. Gemütlich ist es aber nicht. Viel wohliger ist ein mit orange-farbenem Licht durchflutetes Zimmer – dieses wiederum macht auf Dauer aber müde. Je nach Farbe beziehungsweise Wellenlängenbereich kann Licht unterschiedliche Stufen von Wachheit und Wohlbefinden in uns hervorrufen. 

Eine besondere Rolle spielt die Beleuchtung daher an Schulen. Prinzipiell regelt die Beleuchtungsnorm für Innenbeleuchtungen, wie viel Licht in einem Klassenzimmer zur Verfügung stehen muss. Geregelt ist auch die Gleichmäßigkeit und die Farbwiedergabe, damit etwa Rot im Licht auch wie Rot aussieht.

Sonnenlicht simuliert

Das allgemeine Raumklima kann aber noch weiter optimiert und das Lernverhalten sowie die Aufmerksamkeit von Schülern verbessert werden, wie eine Forschungsgruppe der Aspern Smart City Research (ASCR) gemeinsam mit Wien Energie gezeigt hat. In den Volksschulen Ebreichsdorf, Guntramsdorf und Unterwalterdorf in Niederösterreich wurde ein neues Beleuchtungssystem eingebaut, das aus energieeffizienten LED-Leuchten mit sogenannter HCL-Technik („Human Centric Lighting“) besteht.

„Das Konzept zur HCL-Beleuchtung stellt den Menschen in den Mittelpunkt. Es wurden Leuchten eingesetzt, die qualitativ hochwertiges Licht erzeugen. Dabei sind Beleuchtungsstärke, Gleichmäßigkeit, Farbwiedergabe und Farbtemperatur optimal gewählt“, sagt Elisabeth Teufelsbauer, Use-Case-Leiterin beim Forschungsprojekt „Bedarfsorientierte Beleuchtung“.

Das Besondere: Durch eine Tageslichtsteuerung und Programmierung wird das natürliche Sonnenlicht nachgeahmt. 

Die Studie hat gezeigt, dass sich die jungen Schüler bei simuliertem Sonnenlicht in der Klasse wacher fühlen

Biorhythmus unterstützt

Die Beleuchtung passt sich automatisch dem Tagesverlauf an und unterstützt so den Biorhythmus der Schüler*innen. Neben der Nachahmung des natürlichen Sonnenlichts bietet das System auch andere Funktionen, beispielsweise für aufmerksames Arbeiten, welche von den Lehrer*innen kurzzeitig angewandt werden können. „Findet etwa eine Prüfung statt, stellt der Lehrer vom normalen Tageslichtverlauf auf aktives Arbeiten um. Dann habe ich noch eine höhere Beleuchtung oder ein kälteres Licht, damit die Kinder in ihrer Konzentration unterstützt werden“, so Teufelsbauer.

Zusätzlich wurde eine Beleuchtungsmöglichkeit für entspanntes Arbeiten installiert. Die eigne sich etwa dann, wenn eine Klasse in einem Sesselkreis den Tag reflektieren möchte. „Dann leuchtet gedimmtes Licht mit weniger Helligkeit.“

Diverse Sensoren

Neben den Leuchten besteht das installierte System auch aus unterschiedlichen Sensoren. Die messen Temperatur, Bewegung, Lautstärke, Luftfeuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid-Gehalt im Klassenzimmer. „Die CO2-Anzeige war sehr beliebt bei den Lehrern. Sie haben anhand von einem Lämpchen gesehen, dass sie zum Beispiel wieder lüften müssen, wenn die Lampe rot leuchtet“. Die mit den Sensoren gemessenen Parametern würden noch ausgewertet. 

Elisabeth Teufelsbauer, Use-Case-Leiterin des Projekts

Ziel der Studie war es jedenfalls, die Kinder in ihrer Entwicklung zu unterstützen, mit dem System jedoch nicht den Leistungsdruck zu erhöhen, betont Teufelsbauer. Auch wolle man mit dem Beleuchtungssystem einen Ausgleich in Bezug auf das Tageslichtdefizit schaffen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Kinder durch das System insgesamt wacher gefühlt haben und das Licht zu mehr Ruhe, Konzentration und Wohlbefinden beigetragen hat. 

Extreme vermeiden

Zu vermeiden seien sowohl in Schulen als auch zu Hause Extreme – also zu wenig oder zu viel, zu warmes oder zu kaltes Licht. „In einer Klasse mit ganz viel warmem Licht schlafen die Kinder ein.“ Würden sie hingegen dauerhaft mit kaltem Licht bespielt, wie es zum Beispiel in Sporthallen üblich ist, wo Leistungssport betrieben wird, seien sie für eine gewisse Zeit wachsam, würden dann aber ebenfalls müde. „Ein ausgewogenes Licht in guter Qualität ist das Beste“, ergänzt sie.

Wesentlich sei zudem, dass die Beleuchtung qualitativ hochwertig ist, damit kein Flackern erzeugt wird. „Das nimmt der Mensch an sich nicht wahr, aber wenn er den ganzen Tag unter einer Lichtquelle sitzt, die flackert, spürt er das am Abend und fühlt sich nicht wohl.“ 

Generell lohne sich laut Teufelsbauer ein Umstieg auf die energieeffizienten HCL-Leuchten. Diese seien im Vergleich zur herkömmlichen LED-Technik aber noch etwas teurer. Übliche LED-Leuchten seien jedoch auch schon weit entwickelt und würden ebenfalls gutes Licht bieten.

Blaues Licht lässt Zellen schneller altern

Handys, Computer, Flachbildfernseher und andere elektronische Geräte strahlen blaues Licht ab. Schon länger wird über die Auswirkungen des künstlichen Lichts auf das menschliche Sehvermögen und den Schlafrhythmus diskutiert.

Studienergebnisse zum Einfluss von Blaulicht auf den Tag-Nacht-Rhythmus sowie auf unsere Augen variieren stark. Eine neue Studie hat jetzt gezeigt, dass Blaulicht sogar den biologischen Alterungsprozess signifikant beschleunigt. 

Änderung im Hirn

Zumindest gilt das für Fruchtfliegen der Gattung Drosophila melanogaster. Forscher*innen der University of Oregon haben die Insekten 10 bis 14 Tage lang einer erhöhten Dosis von blauem Licht ausgesetzt. Die Kontrollgruppe wurde in kompletter Dunkelheit gehalten. 

Während bei Letzterer keine Veränderungen im Gehirn nachweisbar waren, wiesen jene Insekten, die dem konzentrierten Blaulicht ausgesetzt waren, eine beschleunigte Zellalterung auf – sie lebten generell kürzer. Konkret wies der Gehalt an bestimmten Stoffwechselprodukten, die für die korrekte Zellfunktion notwendig sind, Veränderungen auf.

Einerseits war das Stoffwechselprodukt Succinat erhöht. Dieses fördert die Produktion und das Wachstum einer jeden Zelle. Das Stoffwechselprodukt Glutamat war andererseits reduziert. Dieses ist für die Kommunikation zwischen den Neuronen verantwortlich. Laut dem Forschungsteam dürften diese Ergebnisse ein Zeichen einer schnelleren Zellalterung sein. 

Einfluss auf Mensch

Grundsätzlich weisen Menschen die gleichen chemischen Signalstoffe auf, die in den Zellen der Fruchtfliegen untersucht wurden. Dennoch müssen erst Folgeuntersuchungen zeigen, ob die Studienergebnisse auch für den Menschen gelten.  

Ganz ausschließen könne man das laut den US-Forscher*innen nicht. Allerdings waren die Fruchtfliegen im Zuge des Forschungsprojekts einem stark konzentrierten blauen Licht ausgesetzt. Menschen hingegen seien im Alltag viel schwächerem künstlichen Licht ausgesetzt.

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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