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Gesundheitsmanagement

Arbeitsumgebungen richtig beleuchten

| Redakteur: Rebecca Vogt

Zwei Lichtszenarien im Automobilwerk in München: kaltweißes Licht (links) und beispielhaft der aktivierende Blauanteil im kaltweißen Licht (rechts).
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Zwei Lichtszenarien im Automobilwerk in München: kaltweißes Licht (links) und beispielhaft der aktivierende Blauanteil im kaltweißen Licht (rechts). (Bild: Fraunhofer-Umsicht)

Am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) haben Forscher ein intelligentes LED-System entwickelt, das nun im BMW-Werk in München unter Realbedingungen weiter erforscht wird. Langfristiges Ziel ist, über die Beleuchtung das gesundheitliche Wohlbefinden der Mitarbeiter zu steigern.

Licht beeinflusst unsere Gesundheit und unser Wohlergehen. Viele Prozesse im Körper werden von natürlichem Licht stimuliert. So etwa die Herzschlagrate, die Körperkerntemperatur oder auch das Schlafverhalten. Das Licht stellt somit einen natürlichen Wohlfühlfaktor dar. Allerdings verbringen Menschen heute einen Großteil des Tages unter künstlichem Licht. Dadurch geht die positive Wirkung des biologischen Tageslichts auf den Menschen verloren.

Die Auswirkungen der Abwesenheit von natürlichem Licht sind besonders bei Schichtarbeitern zu beobachten. Diese verbringen bei wechselnden Arbeitszeitrhythmen 8 bis 10 h ohne Sonnenlichteinstrahlung unter künstlicher Beleuchtung. In der Folge leiden die Arbeiter häufig unter Schlafproblemen und Störungen des Wohlbefindens.

Studie mit Schichtarbeitern von BMW

Die Forschung arbeitet schon länger daran, biologisch wirksames Licht künstlich herzustellen. Im Verbundprojekt „I-Lights“ des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik haben Forscher ein intelligentes LED-System entwickelt. Das System ermöglicht eine dynamische Beleuchtung. So sind neben der Intensität auch einzelne Wellenlängenbereiche des Lichtspektrums präzise regulierbar, wie das Institut mitteilt. Auch der Tagesverlauf der Sonne könne nachgebildet werden.

In einem weiteren Schritt untersucht man nun die physiologischen und kognitiven Effekte des Beleuchtungssystems unter Realbedingungen. Seit Oktober wird die Technik an Schichtarbeitern im BMW-Werk in München getestet. „Dazu haben wir in einem Produktionsabschnitt eine Lichtanlage aus etwa 206 LED-Lampen installiert“, erklärt Rasit Özgüc, der das Projekt auf Seiten von Fraunhofer-Umsicht leitet. An 90 Schichtarbeitern werden im Rahmen einer Studie die Effekte der Anlage gemessen. Langfristig soll das gesundheitliche Wohlbefinden der Mitarbeiter gesteigert werden.

Verschiedene Lichtszenarien im Test

Insgesamt ist die Studie in vier Phasen aufgeteilt, von denen jede vier Wochen dauert. Um die optimale Einstellung der Beleuchtungsanlage zu finden, werden die BMW-Arbeiter in jeder Phase einer anderen Lichtszenerie ausgesetzt. Die spektrale Zusammensetzung des Lichts ändert sich also alle vier Wochen. Nach einer Spätschicht ist der Schlaf erfahrungsgemäß am schlechtesten. Daher berücksichtigt die Studie auch den Einfluss unterschiedlicher Spektren in Abhängigkeit zur Tageszeit.

Licht mit einem hohen Blauanteil im Farbspektrum (465 bis 485 nm) wirkt beispielsweise besonders stimulierend, da es die Ausschüttung des Aktivierungshormons Cortisol anregt. In der Spätschicht kann Beleuchtung mit aktivierendem Licht jedoch kontraproduktiv auf den anschließenden Schlaf wirken, weil Cortisol die Produktion des Schlafhormons Melatonin unterdrückt.

Sensormodul und Smartwatch erfassen Daten

Über mobile Sensorik messen die Forscher Vitalparameter wie Aktivitäts- und Schlafdaten und den individuellen Lichtkonsum der Schichtarbeiter. Mithilfe des Lichtkonsums soll später festgestellt werden, welche Lichtmenge und -farbe im Schichtverlauf maßgeblich für die entsprechende Wirkung verantwortlich sind – also bei welchem Licht ein Teilnehmer besser schlafen konnte. Das für die Studie entwickelte Sensormodul misst neben der Beleuchtungsstärke und Lichtfarbe auch Faktoren wie Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit im Umfeld jedes Studienteilnehmers. Allesamt Aspekte, die das Schlafverhalten ebenfalls beeinflussen können.

Ärzte überprüfen das Wohlbefinden

Die Schichtarbeiter tragen das Sensormodul in allen vier Studienphasen über ein Cappy am Kopf, um so den Lichteinfall in die Augen möglichst natürlich zu simulieren. Die Smartwatch, die die Vitalparameter misst, wird von den Teilnehmern dauerhaft getragen. Außerdem führen Ärzte des Krankenhauses Porz am Rhein (Konsortialpartner) regelmäßig pupillographische Messungen zur Bestimmung der Wachheit durch und befragen die BMW-Arbeiter nach ihrem Gesundheitsstatus, ihrer emotionalen Befindlichkeit sowie ihrer Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit. Diese Daten in Verbindung mit dem Lichtkonsum und den Vitalparametern sollen den Einfluss von Kunstlicht auf Schichtarbeiter darstellen.

Einsatz in Schulen, Seniorenheimen oder Krankenhäusern

Wie Fraunhofer-Umsicht mitteilt, läuft die I-Lights-Studie im BMW-Werk noch bis Ende Februar 2018. „Die Teilnehmer wünschen sich bei der Arbeit Lichtverhältnisse, die dazu beitragen, dass sie auch nach der Spätschicht besser einschlafen können“, berichtet Özgüc. „Mit unseren Ergebnissen hoffen wir, am Ende das Licht so einstellen zu können, dass es langfristig und nachhaltig das Wohlbefinden und die Gesundheit der Mitarbeiter im Schichtbetrieb steigert.“

Die gewonnenen Daten könnten darüber hinaus auch in empirisch abgesicherte Planungs- und Produktkonzepte zur Gebäudeleittechnik überführt werden, heißt es. Zusätzliche Anwendungsgebiete seien etwa Schulen, Seniorenheime oder Krankenhäuser. Das Verbundprojekt „I-Lights“ läuft von Juni 2016 bis Oktober 2018 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative „Intelligente Beleuchtung“ finanziell unterstützt.

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