Warum ist Tageslicht so wichtig für die Gestaltung von Schulen?

Wir wissen alle, dass das beste Mittel gegen den „Winterblues“ Ferien in einem wärmeren und sonnigeren Klima sind, vorzugsweise mit einem weissen Sandstrand und einem klaren blauen Himmel.

Die belebende Wirkung von Tageslicht und Wärme spüren wir auch im kleineren Massstab und in verschiedensten Umgebungen, zu Hause oder im Büro, in öffentlichen Gebäuden oder Schulen und Universitäten. Es überrascht daher nicht, dass eine jüngst durchgeführte Studie1 zur Auswirkung der physischen Gestaltung von Schulgebäuden auf die Leistungsfähigkeit der Schüler ergeben hat, dass die Beleuchtung ein wichtiger Einzelparameter ist.

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Warum Tageslicht?

Mehrere bahnbrechende Untersuchungen haben jetzt gezeigt, dass Tageslicht nicht nur gut für die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden von Kindern ist, sondern auch ihre schulische Leistung signifikant verbessern kann.

Eine dieser Untersuchungen1 wurde an der Pariser Sorbonne auf der Grundlage von Daten der SINPHONIE Study durchgeführt, an der 2.387 Kinder aus 13 europäischen Ländern teilgenommen hatten. Die Untersuchung kommt zu dem Ergebnis, dass die schulische Leistung um bis zu 15 % gesteigert werden kann, wenn die Schüler in Schulzimmern mit grösseren Fenstern arbeiten, was sowohl auf eine grössere Menge an Tageslicht als auch eine bessere Sicht nach draussen zurückzuführen ist.

Die an der Universität Salford in Manchester durchgeführte Studie „Clever Classrooms“2 zeigte, dass gute Tageslichtverhältnisse dazu beitragen, ein Gefühl des physischen und psychischen Wohlbefindens zu schaffen. Der Nutzen guter Lichtverhältnisse scheint also weit mehr als nur eine Sehhilfe zu sein.

Mit Tageslicht gestalten

Wo immer möglich, sollte es unser Ziel sein, Tageslicht zur wichtigsten Lichtquelle in Schulen zu machen, auch wenn es durch ausreichend hochwertiges Kunstlicht ergänzt werden muss, sollte die Beleuchtungsstärke zu gering sein. Gut kontrolliert ist Sonnenlicht generell als Lichtquelle in Gebäuden in ganz Europa vorzuziehen.

Wenn Fenster oder Tageslichtsysteme nach Norden ausgerichtet sind, ist das in einen Raum einstrahlende Tageslicht weicher und diffuser, wobei es im Laufe des Tages zu subtilen Veränderungen der Beleuchtungsstärke und der Farbtextur kommt. Bei anderen Ausrichtungen erhöht das Sonnenlicht die allgemeine Helligkeit im Inneren, wobei spezifische Bereiche konzentriert belichtet werden.

Die Herausforderung bei der Gestaltung mit Tageslicht zeigt sich besonders bei Schulzimmern mit hoher Raumtiefe, in denen das Licht vom Fenster bis in den hinteren Teil des Raums eine beträchtliche Strecke zurücklegen muss. Hier treten häufig unterschiedliche Beleuchtungsstärken auf – sehr hell nahe den Fenstern und dunkler weiter hinten im Raum. In Situationen, in denen die Form oder Grösse des Schulzimmers keine ausreichende Beleuchtungsstärke im gesamten Raum erlaubt bzw. die Fensterfläche begrenzt ist, sind Dachverglasungen häufig die beste Lösung. Falls aufgrund über dem Raum liegender Geschosse oder Dachaufbauten kein direkter Zugang zum Himmel möglich ist, können Lichtschächte eine effektive Alternative sein.

Das Schaffen von Tageslichtöffnungen hat unter anderem auch den Vorteil, dass sie zusätzlich eine Verbindung zum Freien herstellen und es ermöglichen, Veränderungen des Wetters, der Tages- und Jahreszeit zu erleben.

Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, die eine Rolle spielen, wenn man berücksichtigen möchte, wie viel Tageslicht durch Fenster oder Dachverglasungen generiert werden soll. Dazu zählen der Lichttransmissionsgrad der Verglasung, die Wandstärke, Hindernisse im Aussenbereich, überhängende (z. B. Balkon) und seitliche Anbauten (z. B. Gebäudeanbauten), die Raumtiefe usw.. Berücksichtigt man bei der Berechnung alle diese Faktoren, lässt sich mit einer Tageslichtlösung im Dach üblicherweise mehr als der doppelte Tageslichteintrag gewinnen als mit einem Fassadenfenster in der gleichen Grösse.

Übermässige Blendwirkung kontrollieren

Blendung entsteht, wenn ein zu stark ausgeleuchteter Bereich im Sichtfeld liegt oder das Kontrastverhältnis hoch ist. Grundsätzlich unterscheidet sich die durch Tageslicht verursachte Blendung von der durch elektrische Lichtquellen verursachten Blendung bezüglich der Grösse der Blendquellen, der komplexen Leuchtdichteverteilung und der Akzeptanz der Personen. Beispielsweise sind Menschen üblicherweise in einem Tageslichtumfeld toleranter gegenüber Blendlicht4. Obwohl hohe Tageslichtstärken, die über grosse Fenster und Dachverglasungen in den Raum gelangen, in einem Klassenzimmer das Optimum darstellen, müssen diese kontrolliert werden, um eine übermässige Blendwirkung durch direkte Sonnenlichteinstrahlung zu vermeiden. Dieses Problem wird umso akuter, je mehr interaktive Whiteboards und Computerprojektoren in Schulzimmern zum Einsatz kommen.

Ein wichtiger Aspekt, den es zu berücksichtigen gilt, um Blendwirkung und Kontrastverhältnis zu kontrollieren, ist die Ausrichtung der Fenster. Grössere Fensterflächen sind idealerweise nach Norden ausgerichtet, um Tageslicht während des Tages/Jahres möglichst gleichmässig und diffus eindringen zu lassen.

Eine weitere wirksame Lösung ist die Installation einfach zu bedienender lichtundurchlässiger Sonnenschutz-Rollos für die effektive Steuerung des Tageslichtniveaus. Eine Alternative zu Lamellen-Storen ist ein fester aussenliegender Hitzeschutz, was im Einzelfall aber, je nach Umständen und Anforderungen, immer noch das Anbringen zusätzlicher innenliegender Sonnenschutzsysteme erfordert. Hierfür können andere Produkte wie Vorhänge, Sonnenschutz-Rollos usw. aus Stoff, Folie oder perforiertem undurchsichtigem Material verwendet werden. Alle diese Massnahmen verringern das Auftreten von Blendung in unterschiedlichem Masse, abhängig von den optischen Eigenschaften des Materials, der Ausrichtung der Fenster, dem geografischen Standort und der jährlichen Sonnenscheindauer, der Fläche und dem Lichttransmissionsgrad der Verglasung sowie dem Abstand einer Person zur Lichtquelle. Die Materialeigenschaften und der Grad des Blendschutzes für diese Arten von Sonnenschutzprodukten sind in der Norm SN EN 14501, Sonnenschutz-Rollos und Jalousien, und in der Norm EN 17037, Tageslicht in Gebäuden, festgelegt.

Nicht weniger wichtig ist der Kon-trast. Bei der Berücksichtigung von Blendung und Kontrast kommt es entscheidend auf den Unterschied zwischen absoluter und relativer Helligkeit an. Man bedenke nur, wie stark das Fernlicht eines Autos bei Nacht blenden kann, während man es am Tag kaum wahrnimmt. In ähnlicher Weise verursacht eine starke Lichtquelle in einem hell erleuchteten Raum deutlich weniger Blendwirkung und Kontrast als beispielsweise ein einzelnes grosses Fenster mit direkter Sonneneinstrahlung in einem ansonsten nur schwach erleuchteten Raum. Als Empfehlung gilt im Sichtfeld ein Leuchtdichteverhältnis von 1:10 für Sehaufgabe und direkte Umgebung. Mit dem Leuchtdichteverhältnis wird der Bezug der Leuchtdichte im zentralen Sichtfeld und der Umgebungssicht in den angrenzenden Zonen beschrieben3.

Fenster im Vergleich zu Glasdach-Lösungen

Eine gute Tageslichtverteilung im Raum ergibt sich häufig am besten durch die Nutzung mehrerer Tageslichtquellen, z. B. die kombinierte Nutzung von Tageslichtsystemen durch das Dach und Fenstern in der Fassade, wodurch sich auch die Aspekte Blendwirkung und Kontrast verringern lassen. Allerdings sollte man dabei die Bedeutung der Aussicht nach draussen nicht vergessen: „Wenn wir neben einem Fenster sitzen, tolerieren wir eher eine hohe Tageslichtmenge und geniessen den Blick nach draussen, anstatt die Sonnenschutz-Rollos herunterzufahren und Kunstlicht einzuschalten.”4

In Bereichen, in denen selbst grosse Fensterflächen nicht genügend Tageslicht in den Raum lassen oder eine Montage ganz einfach nicht möglich ist, z. B. grosse Schulzimmer, Hörsäle oder innenliegende Gemeinschaftsbereiche in einem Gebäude, stellen Lichtdach-Lösungen eine sehr gute Option dar. Bedienbare Lichtdach-Module, die strategisch in die Gesamtgestaltung eines Gebäudes eingebunden sind, ermöglichen ausreichend Tageslichteinfall in den dunklen Wintermonaten und sorgen das ganze Jahr über für Frischluftzufuhr. Damit verbessern sie auch die Raumluftqualität und tragen zur Temperaturregelung bei.

Baunormen und Beleuchtungsstärken

Die Tageslichtmenge in einem Innenraum hängt in grossem Masse von der Verfügbarkeit und den Eigenschaften des Tageslichts am Gebäudestandort ab (z. B. den vorherrschenden klimatischen Bedingungen). Die Norm EN 17037, welche die Schweiz zusammen mit der EU erarbeitet hat, schlägt eine Änderung der Grundlage für die Tageslichtbewertung anhand von „Tageslichtquotient-Zielvorgaben“ auf Basis von Beleuchtungsstärken im Aussenbereich mittels aufgezeichneter Klimadaten vor. Die „Klima-Konnektivität“ des Entwurfs gibt an, dass ein Raum eine bestimmte Tageslicht-Zielvorgabe in Prozent, gemessen auf Arbeitshöhe und in Bezug gesetzt zur Grundfläche für die Hälfte der Tageslichtstunden pro Jahr erreichen sollte. Die Zielvorgabe in Bezug auf das Tageslicht-niveau basiert auf dem Vorhandensein einer Beleuchtungsstärke in Innenräumen von mindestens 300 Lux, was den Anforderungen für die Beleuchtung an Arbeitsstätten entspricht. Das angestrebte Tageslicht-niveau muss für 50% der relevanten Grundfläche in einem Raum über Fassadenfenster oder Öffnungen im geneigten Dach erreicht werden. Zusätzlich ist ein Mindesttageslichtniveau, basierend auf der Schaffung einer inneren Lichtintensität von mehr oder gleich 100 Lux über 95% der Nutzfläche erforderlich. Ein Raum, der nur durch Dachfenster in einer nahezu horizontalen Dachkonstruktion belichtet wird, muss das angestrebte Tageslichtniveau über 95% der relevanten Grundfläche erreichen. Die entsprechenden Ziel-Tageslicht-Faktoren sind in der Norm für jede europäische Hauptstadt aufgeführt. Aufgrund der natürlichen Abnahme der Tageslichtverfügbarkeit sind die Werte für Länder in Nordeuropa höher als in Südeuropa.   

Das absolute Lichtniveau hängt von der Art der Aufgabe und der optischen Umgebung ab. Die Norm SN EN 12464-1: Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen, enthält Informationen zur Beleuchtungsstärke in Innenräumen, die auf ein schulisches Umfeld anwendbar sind. Allgemein werden folgende Beleuchtungsstärken in Innenräumen empfohlen:

  • 100 Lux für Innenräume, in denen visuelle Aufgaben auf Bewegungen und die gelegentliche Wahrnehmung beschränkt sind, z. B. Laufwege, Korridore usw.
  • 300 Lux für Innenräume, in denen relativ einfache visuelle Aufgaben ausgeführt werden, z. B. Klassenzimmer, Übungszimmer, Computer-Praxisräume. Dieser Wert ist gleichzeitig als allgemeiner Mindestwert für alle Bereiche von Klassenzimmern anzusehen.
  • 500 Lux für Innenräume, in denen visuelle Aufgabe mit mittlerem Schwierigkeitsgrad ausgeführt werden und in denen die Unterscheidung von Farben erforderlich sein kann, z. B. Auditorien, Hörsäle, Praxisräume und Laboratorien, Büchereien (Lesebereiche) usw. In Klassenzimmern sollte dieser Wert im Umfeld von Schreibtafeln und Whiteboards erreicht werden.
  • 750 – 1.000 Lux für Innenräume, in denen sehr schwierige visuelle Aufgaben ausgeführt werden, bei denen kleine Details erkennbar sein müssen.

Quellen

  1. Impact of Lighting on School Performance in European Classrooms (2016) C. Maesano and I. Annesi-Maesano, CLIMA 2016, 12th REHVA World Congress 2016, Aalborg
  2. Clever Classrooms (2015), Zusammenfassender Bericht des HEAD-Projekts, University of Salford, Manchester
  3. CLEAR Luminance Ratios 
  4. "Design Innovations for Contemporary Interiors and Civic Art", Luciano Crespi, 2016