Chrono Architecture ist weit mehr, als nur ein neues Schlagwort. Ein wichtiger Teil der „ChronoCity“-Bewegung ist die Architektur und deren räumliche Ausleuchtung. Human-Centric Lighting (HCL) hat einen wichtigen Perspektivwechsel in der Lichtplanung eingeleitet. Licht wird dabei nicht mehr ausschließlich danach beurteilt, ob es ausreichend hell ist, Farben korrekt wiedergibt oder eine angenehme Atmosphäre erzeugt. Es wird auch als biologischer Einflussfaktor verstanden. Zeitpunkt, Intensität und Spektrum können Auswirkungen auf den circadianen Rhythmus und damit auf Schlaf-Wach-Regulation und andere biologische Prozesse haben. Das ist ein wichtiger Fortschritt.
Doch HCL hat ein grundlegendes Problem, solange es als singuläres Beleuchtungskonzept betrachtet wird: Es beginnt meistens mit der Frage, wie künstliches Licht biologisch optimiert werden kann. Damit wird eine andere interessante Frage häufig gar nicht erst gestellt:
Wie viel natürliches Sonnenlicht können wir dem Menschen überhaupt zur Verfügung stellen, bevor wir künstliches Licht einsetzen?
In meinem Artikel Spiegeltunnel vs Human Centered Lighting, bin ich im Kern schon auf eine Alternative zu HCL eingegangen. Aber heute will ich noch weiter gehen, und die Gedankengänge für ein Architekturverständnis anbieten, welches gerade für Arbeitgeber ganz andere Perspektiven zuläßt.
1. Das Problem mit dem künstlichen Ausgangspunkt
Moderne Gebäude trennen den Menschen zunehmend von der natürlichen Lichtumgebung, in der sich seine biologische Regulation entwickelt hat. Studien wie z.B. die große Velux-Studie „The indoor generation“ zeigen: wir verbringen bis zu 90 % des Tages in Innenräumen. Fensterflächen, Raumtiefen, Gebäudestellung, Verschattung, Sonnenschutz und die Nutzung einzelner Räume bestimmen, wie viel Tageslicht einen Menschen tatsächlich erreicht. Die Folgen sind paradox:
Wir bauen Gebäude, die Menschen vor der Außenwelt schützen, und entwickeln anschließend hochkomplexe Beleuchtungssysteme, um einige der verlorenen Eigenschaften dieser Außenwelt künstlich wiederherzustellen.
HCL ist dafür ein Beispiel. Wir optimieren Farbtemperaturen, Beleuchtungsstärken, melanopische Wirkungen und zeitliche Lichtverläufe. Das kann sinnvoll sein, aber es bleibt eine Simulation bzw. Ergänzung einer natürlichen Umwelt, die wir zuvor architektonisch weitgehend ausgesperrt haben. Doch dabei berücksichtigen wir immer nur Teilaspekte, eines komplexen Systems, denn es geht nicht nur um die circadiane Wirkung des Lichts.
Natürliches Sonnenlicht ist ein komplexer Umweltreiz. Es verändert sich über den Tag und über das Jahr. Intensität und Spektrum verändern sich mit Sonnenstand, Wetter und Umgebung. Und Sonnenlicht enthält Spektralbereiche, die in vielen modernen Innenbeleuchtungssystemen nur unzureichend oder gar nicht vorhanden sind, darunter der NIR – der rote und nahinfrarote Bereich, dessen photobiologische Bedeutung derzeit intensiv untersucht wird. Das bedeutet ausdrücklich nicht, dass bereits bewiesen wäre, dass Menschen in Innenräumen einen chronischen „NIR-Mangel“ entwickeln.
Aber es reicht für eine andere Frage:
Wenn bestimmte Eigenschaften des natürlichen Sonnenlichts biologisch relevant sein könntenm warum sollten wir sie zuerst künstlich erzeugen, anstatt zunächst das natürliche Licht möglichst weitgehend zu nutzen?
2. Warum die Perspektive sich umdrehen muss
Daraus entsteht ein anderer Ansatz, weg von „Wie können wir künstliches Licht biologisch optimieren?“, hin zu: „Wie können wir Gebäude und Städte so gestalten, dass Menschen möglichst viel der natürlichen zeitlichen und spektralen Lichtumgebung erhalten?“
Das ist der Kern von Chrono Architecture, ud verändert auch die Rolle von HCL. Es verschwindet nicht, im Gegenteil, es wird präziser.Denn künstliches Licht muss dann nicht mehr versuchen, pauschal eine biologische Lichtumgebung für ein gesamtes Gebäude zu erzeugen, es bekommt eine klar definierte Aufgabe:
Das auszugleichen, was durch Architektur, Standort und Nutzung nicht ausreichend an natürlichem Licht bereitgestellt werden kann.
Damit wird künstliches Licht vom Primärsystem zum Ergänzungssystem. Das mag, sieht man sich das Thema „Fenster“ an, heute schon partiell realisiert erscheinen, ist aber nur die halbe Wahrheit.
3. Der erste Schritt: Was passiert eigentlich im Gebäude?
Bevor wir über Licht sprechen, müssen wir wissen, wo sich Menschen im Gebäude wann aufhalten. Ein Gebäude ist kein homogener Raum, Menschen bewegen sich darin. Sie arbeiten, essen, kommunizieren, warten, lernen, schlafen möglicherweise, wechseln Räume, verlassen das Gebäude und betreten es wieder … jeweils zu völlig unterschiedlichen Zeiten und mit völlig unterschiedlichen biologischen Voraussetzungen (bsp. Chronotyp).
Dabei entstehen unterschiedliche Aufenthaltsmuster. Ein Büroarbeitsplatz wird vielleicht acht Stunden täglich genutzt, ein Besprechungsraum vielleicht zwei Stunden, ein Flur nur wenige Minuten, eine Kantine hauptsächlich am frühen Vormittag und Mittags, wobei hier alleine Sommerzeit und Normalzeit schon unterschiedliche Signale bedeuten. Ein Pausenraum wird möglicherweise genau zu den Zeitpunkten genutzt, an denen eine Tageslichtexposition biologisch besonders interessant sein könnte.
Damit könnte eine erste konzeptionelle Kennzahl entstehen:
Der Solar-Spot-Faktor – SSF
Der Solar-Spot-Faktor beschreibt zunächst nicht die gesundheitliche Wirkung eines Raumes, er beschreibt seine Priorität für die Integration natürlichen Sonnenlichts.
Dabei können beispielsweise berücksichtigt werden:
- Anzahl der Personen
- Chronotyp der Personen
- Aufenthaltszeit
- Aufenthaltsdauer
- Häufigkeit der Nutzung
- Tageszeit der Nutzung
- Regelmäßigkeit der Nutzung
- Funktion des Raumes
- Möglichkeiten der architektonischen Veränderung
Ein Raum mit hoher Personendichte und langen Aufenthaltszeiten erhält dadurch eine andere Priorität als ein Raum, der nur sporadisch genutzt wird.
Der SSF beantwortet damit eine architektonische Frage:
Wo lohnt es sich besonders, natürliche Lichtressourcen in die Architektur zu integrieren?
4. Sonnenlicht wird zu einem primär-humanbiologisch-architektonischen Planungsparameter
Erst jetzt beginnt die eigentliche Architektur im Sinne von Chrono Architecture. Bereiche mit hohem Solar-Spot-Faktor sollten möglichst so gestaltet werden, dass natürliche Sonnenlichtexposition dort tatsächlich stattfinden kann. Das kann Fensterflächen betreffen, aber es geht um mehr als nur Fenster. Gebäudestellung, Raumtiefe, Innenhöfe, Atrien, Fassaden, Verschattung, Oberlichter und die räumliche Organisation können darüber entscheiden, ob Sonnenlicht einen Menschen tatsächlich erreicht.
Damit wird Sonnenlicht von einem Nebenprodukt guter Architektur zu einem strategischen biologischen Planungsparameter.
Die Frage lautet nicht mehr nur:
„Wie viel Tageslicht bekommt der Raum?“
Sondern:
„Welche Menschen halten sich wann an diesem Ort auf – und wie können wir diese Aufenthalte mit natürlichem Licht verbinden?“
Das ist ein fundamentaler Unterschied.
5. Und wenn die Architektur nicht ausreicht?
Natürlich kann nicht jedes Gebäude optimal nach der Sonne ausgerichtet werden. Bestehende Gebäude lassen sich nicht beliebig verändern. Grundstücke haben Grenzen. Städte haben Nachbargebäude. Denkmalschutz, Energieeffizienz, Wärmeeintrag und Nutzungskonzepte setzen weitere Grenzen. Hier kommt eine zweite Ebene hinzu:
Solar Transfer
Natürliches Sonnenlicht kann über technische Systeme gezielt in Innenräume geführt werden. Spiegeltunnelsysteme wie beispielsweise Solatube sind dafür ein interessantes Beispiel. Sie können Tageslicht aus Bereichen, in denen es vorhanden ist, in innenliegende oder schlecht belichtete Bereiche transportieren. Damit entsteht eine wichtige Zwischenstufe: nicht zwingend künstliches Licht in Zonen mit wenig Sonnenlicht durch Fenster erzeugen, sondern natürliches Licht räumlich verfügbar machen. Das ist konzeptionell etwas völlig anderes.
Hinzu kommt, das die so wichtige circadiane Wirksamkeit der Sonne für den Schlaf-Wach-Rhythmus schon kurz hinter den Fenster enden kann, vor allem, wenn sie nicht den Gesichtskreis erfasst. Nur 2m im Raum haben hier extreme Auswirkungen.
6. Erst jetzt kommt HCL
Und dann bleibt tatsächlich ein Rest. Es gibt Situationen, in denen natürliches Sonnenlicht nicht ausreicht. Nachts gibt es kein Sonnenlicht, an bewölkten Tagen ist die Intensität reduziert, innenliegende Räume können trotz Tageslichtsystemen problematisch bleiben. Bestimmte Arbeitsplätze benötigen unabhängig vom Tageslicht definierte Beleuchtungsbedingungen, und auch saisonal kann sich die verfügbare Lichtmenge erheblich verändern. Hier beginnt die eigentliche Aufgabe von HCL, aber eben nicht als singuläres System, sondern als präzise Ergänzung eines bereits vorhandenen natürlichen Systems.
Dadurch entsteht die Planungslogik der Chrono Architecture:
1. Natürliches Sonnenlicht maximieren.
2. Natürliches Sonnenlicht architektonisch dorthin bringen, wo es biologisch und funktional besonders relevant ist.
3. Fehlendes Sonnenlicht durch Tageslichtführung ergänzen.
4. Den verbleibenden Bedarf durch HCL ausgleichen.
Das ist die vierstufige Grundstruktur einer ChronoCity-Lichtarchitektur.
7. SSF und CHF müssen dabei getrennt werden
Hier wird eine zweite Unterscheidung wichtig.
Der Solar-Spot-Faktor (SSF) beantwortet:
Wie wichtig ist dieser Ort für die strategische Nutzung natürlichen Sonnenlichts?
Der Circadian-Health-Faktor (CHF) beantwortet dagegen:
Welche circadian relevante Lichtwirkung kann eine Person an diesem Ort tatsächlich erfahren?
Das sind zwei unterschiedliche Dinge. Ein Raum kann einen hohen SSF besitzen, weil dort täglich viele Menschen lange arbeiten, ob dieser Raum tatsächlich eine relevante circadiane Lichtwirkung erzeugt, hängt jedoch von weiteren Faktoren ab:
- Zeitpunkt
- Lichtintensität
- Spektrum
- Aufenthaltsdauer
- tatsächlicher Lichteinfall
- Jahreszeit
- Verschattung
- Orientierung des Gebäudes
- Exposition am Auge
- individueller biologischer Situation
Gerade die Kernfrage, ob es Sinn macht, einen künstlich über HCL erzeugten „Tag-Nach-Rhythmus“ zu schaffen, muss auf Basis der Gesamtsituation geklärt werden.
Der CHF wäre deshalb keine reine Gebäudeeigenschaft. Er wäre zeit-, orts- und nutzungsabhängig. Genau das macht ihn interessant. Ein Raum könnte beispielsweise einen hohen SSF, aber zunächst einen niedrigen CHF besitzen. Das wäre kein Fehler der Kennzahl, es wäre eine Information: Hier besteht eine hohe architektonische Priorität, aber die gegenwärtige Gestaltung erzeugt noch nicht die gewünschte biologische Lichtumgebung. Damit wird aus einer abstrakten Lichtqualität eine konkrete Planungsaufgabe.
8. Chrono Architecture – Vom Gebäude zur Stadt
An diesem Punkt verlässt das Chrono Architecture Konzept die klassische Lichtplanung. Denn Menschen bewegen sich nicht nur innerhalb eines Gebäudes, sie bewegen sich zwischen Gebäude und Außenraum.
Wohnung, Arbeitsplatz, Schule, Verkehr, Einkaufszentrum, Park, Restaurant, Öffentlicher Raum, die eigentliche circadiane Umwelt eines Menschen entsteht nicht an einer einzelnen Leuchte, sie entsteht aus der Summe seiner täglichen Lichtkontakte – natürlich und künstlich. Damit wird eine Stadt selbst zu einem chronobiologischen System.
Wie ist also der tägliche Lichtverlauf eines Menschen räumlich organisiert?
9. Das ist der eigentliche Paradigmenwechsel von Chrono Architecture und ChronoCity
Das Konzept „ChronoCity“ geht damit einen großen Schritt über Human-Centric Lighting hinaus. Im Fokus steht dabei die Frage:
Wie können wir unsere gebaute Umwelt so gestalten, dass künstliche Beleuchtung möglichst wenig natürliche biologische Information ersetzen muss?
Das ist ein fundamentaler Perspektivwechsel, denn wir würden nicht länger versuchen, die Natur möglichst perfekt in der Leuchte nachzubauen, sondern wir würden zunächst versuchen, die Natur wieder in die Architektur zu integrieren, und erst dort, wo das nicht möglich ist, technisch ergänzen.
10. Vielleicht beginnt Human-Centric Lighting deshalb gar nicht mit Licht
Das klingt zunächst paradox, aber möglicherweise ist die wichtigste HCL-Maßnahme gar keine Leuchte, sondern die wiederherstellung der Verbindung „Sonne-Mensch“ statt „Licht-Mensch“. Damit wird Lichtplanung zu einem interdisziplinären Thema aus:
Architektur + Stadtplanung + Gebäudenutzung + Arbeitsorganisation + Chronobiologie + Lichttechnik .
Und genau hier liegt für mich die eigentliche Idee der Chrono Architecture und ChronoCity. Nicht die perfekte künstliche Nachbildung der Natur, sondern eine gebaute Umwelt, die die natürlichen biologischen Ressourcen zunächst nutzt, und Technologie nur dort einsetzt, wo Natur und Architektur allein nicht ausreichen. Kurz:
Sonne zuerst. Architektur als Vermittler. Technologie als Ergänzung.
Chrono Architecture ist also keine Absage an HCL, sondern eine konsequente Weiterentwicklung von „Lighting“ als Begriff für „künstliches Licht“ hin zu „Lighting“ als Begriff für das Zusammenspiel „natürliches Licht zuerst & künstliches Licht danach“.
