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Stress Ade durch Tageslicht

Forschungsprojekt Tageslichtlenkung zur Reduzierung von Stress und Tagesmüdigkeit bei Schulkindern

Mehr Tageslicht wirkt stressreduzierend und verringert die Tagesmüdigkeit!

Bildmaterial: Schlotterer Sonnenschutz Systeme GmbH, Paracelsus Medizinische Privatuniversität Salzburg

Nachhaltiges Bauen ausschließlich über die Energieeffizienz während der Betriebsphase zu definieren ist zu kurz gedacht. Gefordert werden verstärkt Gebäude, die nicht durch ein Mehr an Technik weniger Energie verbrauchen, sondern gezielt robuste und wartungsarme Komponenten einsetzen. Zudem sollen Gebäude nicht nur ökonomisch und energetisch Sinn machen, sondern auch gesundheitliche Aspekte mitberücksichtigen.

Ein Kernelement, das all diese Anforderungen erfüllt und gleichzeitig wenig berücksichtigt wird, ist die Beschattung von Gebäuden.
Das gemeinsame Projekt der Firma Schlotterer Sonnenschutz Systeme, der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität und der Salzburger Landesinnung Bau setzt genau hier an und schafft den Spannungsbogen zwischen Energieeffizienz, Low Tech und Behaglichkeit.
Fokus des Projektes sind die von der Firma Schlotterer entwickelten Tageslichtlamellen RETROLux, die sowohl eine Abschattung, als auch eine blendfreie Sicht nach außen, bei gleichzeitigem Tageslichteintrag, ermöglichen.

Der Praxistest wurde in der neuen Mittelschule in Adnet durchgeführt, da besonders in Schulen Tageslicht eine wichtige Rolle spielt. Das Ergebnis zeigt: Die Klassen mit den RETROLux Lamellen verbrachten mehr Zeit im Tageslicht und litten weniger unter Stress, außerdem wurde der Stromverbrauch für sonst notwendige künstliche Beleuchtung um 5% reduziert.

Ausgangssituation:

Wie die Umfrageergebnisse bei der Mitgliederbefragung des österreichischen Baugewerbes 2017 ergaben, drängt die Bauwirtschaft vermehrt zu Low Tech Lösungen. Gefragt sind Gebäudekomponenten, die ihren Beitrag zur Energieeffizienz leisten und für den Betreiber möglichst wartungsfrei funktionieren. Wenn es gelingt mit ohnehin zu errichtenden und einfachen Systemen Energie einzusparen und die Qualität in Innenräumen zu verbessern, bedeutet das einen zweifachen Gewinn.

In einem hektischen Alltag mit Reizüberflutung durch neue Medien, sind behagliche, gesunde Rückzugsräume wichtiger denn je. Neue Studien belegen, dass mit Tageslicht durchflutete Wohnräume sich positiv auf Psyche und Körper auswirken. Damit bekommen Beschattungssysteme, vor allem mit den sich verändernden klimatischen Bedingungen, für die Gesundheit des Menschen eine große Bedeutung.

Laut Arbeitnehmerschutzgesetz müssen Arbeitsräume, sofern es der Arbeitsvorgang nicht ausschließt, natürlich belichtet sein und eine Sichtbeziehung nach außen aufweisen. Dies wird jedoch besonders in den Sommermonaten oftmals aufgrund von geschlossenen Sonnenschutzvorrichtungen nicht eingehalten. Tageslichtlamellen können hier bei einer sowieso umzusetzenden Maßnahme einen positiven Beitrag leisten und unsere Arbeits- und Wohnräume behaglicher machen.

Zudem ist außenliegender Sonnenschutz die effektivste und energiesparendste Methode, sommerliche Überwärmung von Wohn- und Arbeitsräumen zu vermeiden. Dynamische Systeme wie außenliegende Lamellen ermöglichen eine wirkungsvolle Hitzebarriere bei gleichzeitigem Schutz vor Blendung und Regulierung des Lichteintrags.

Projektziel und Motivation:

Die Projektpartner erkannten den dringenden Forschungsbedarf, um dieses Zukunftsthema optimal abzudecken. Bis dato gab es keine vergleichenden Messreihen physikalischer Werte, um unterschiedliche Sonnenschutzlamellen in zwei baugleichen Simulationsräumen im Absolutvergleich zu messen. Ebenso werden energetische Maßnahmen leider immer noch nicht medizinisch am Menschen getestet. Studien belegen, dass gerade in Schulen und am Arbeitsplatz das Tageslicht eine wichtige Rolle spielt, um eine Stressreduktion und Leistungssteigerung zu erzielen.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt ging die Firma Schlotterer mit der Donau-Universität Krems und der Landesinnung Bau als Vertreter der Salzburger Bauwirtschaft der Frage nach, welche Auswirkungen unterschiedliche Sonnenschutzlamellen auf Innenraumtemperatur, Lichteintrag und Blendung haben. Aufgrund der sehr erfolgreichen Ergebnisse kam ein weiteres Projekt mit der Neuen Mittelschule in Adnet und des Instituts für Ecomedicine der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität zustande. Hier sollte der Einfluss von Tageslicht auf die Konzentrationsfähigkeit und das Stresslevel der Schüler in einer klinischen Studie untersucht werden.

Projektumfang, Umsetzung:

Die vergleichende Analyse der Leuchtdichte und des Blendpotenzials wurden 2013 und 2014 in vier mehrwöchigen Messreihen in zwei baugleichen, identisch ausgestatteten Messkuben auf dem Gelände der Bauakademie Salzburg erhoben.
Für den Vergleich wurde jeweils das südseitig ausgerichtete Fenster einmal mit einer Standard Lamelle und einmal mit der Tageslicht Lamelle RETROLux ausgestattet. Diese speziell entwickelte Lamelle zeichnet sich durch die von oben nach unten kontinuierlich steiler werdende Lamellenneigung aus. Dies ermöglicht eine maximale Durchsicht nach außen, bei gleichzeitiger Lenkung des Tageslichts über die Decke tief in den Raum.
In jedem Messkubus erfassten zwei in einem Abstand von 1 bzw. 3 Meter zur Fensterfläche positionierte Messgeräte sowohl Lichtintensität als auch Temperatur. Zudem zeichneten Webcams die Helligkeitseindrücke im Fenster- und Deckenbereich auf. Ebenfalls zum Einsatz kamen Leuchtdichtemessgeräte zur Beurteilung des Blendpotenzials. Das Ergebnis: Mit RETROLux gelangt bis zu 33% mehr Licht in den Raum, ohne dass es zu zusätzlicher Beeinträchtigung durch Blendung kommt.

Die erfolgreichen Ergebnisse wurden als Ausgangspunkt für die weitere Forschungsreihe in vier Klassenräumen der Neuen Mittelschule in Adnet genutzt. Zwei der Räume waren dank der neuentwickelten Jalousien von Tageslicht durchflutet, die beiden anderen aufgrund herkömmlicher Außenjalousien nicht. Die Forscher nahmen Speichelproben der SchülerInnen und untersuchten die Werte des Stresshormons Kortisol sowie des Schlafhormons Melatonin anhand von drei Zeitpunkten: Zuhause gleich nach dem Aufwachen, um 9 Uhr und noch einmal am späteren Vormittag.
Weiters wurden von den SchülerInnen Fragebögen zum Thema Stress, Gesundheit & Leistung ausgefüllt, zusätzlich wurden drei Semester lang in allen Klassen Lichtverhältnisse und Raumluftqualität aufgezeichnet.

Das Ergebnis: Mehr Tageslicht wirkt stressreduzierend und verringert die Tagesmüdigkeit

Innovation:

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lamellen, die bei Sonnenschein meist geschlossen werden müssen, um eine Blendung und Überhitzung zu verhindern, lenkt die spezielle Lamellengeometrie von RETROLux das Tageslicht blendfrei über die Decke und in die hinteren Raumbereiche. Reflexionsbedingte Aufhellungen im Deckenbereich und Lichtmodellierung aufgrund des Wechsels von direkt und diffus beleuchteten Oberflächen begünstigen das visuelle Raumempfinden. Dadurch wird mehr Tageslicht eingebracht, was nicht nur Strom spart, sondern sich auch positiv auf das Wohlbefinden auswirkt.

Studien aus der Verhaltensforschung haben zudem nachgewiesen, dass zu starke Automatisation unglücklich macht und ein Gefühl der Ohnmacht erzeugt. Mit dem Tageslicht Lamellensystem gelang es dem Entwurfsteam der Firma Schlotterer eine innovative Low Tech Komponente zu schaffen, die keine zusätzliche Gebäudetechnik zur Steuerung im Tagesverlauf braucht. Entstanden ist ein robustes und langlebiges System, dass eingesparte Energiekosten nicht durch erhöhte Wartungskosten wieder zunichtemacht.

Umsetzung:

Für die Aufzeichnung der Messdaten wurden in den Simulationsräumen Datenlogger installiert und zusätzlich zur Überprüfung der Messgenauigkeit Testmessungen mit geeichten Geräten vorgenommen und mit denen im Projekt erhobenen Werten verglichen. In den Schulklassen mussten aufgrund der besonderen Anforderungen kindersichere Messgeräte eingebaut werden, um die geforderte Genauigkeit zu gewährleisten.

Ergebnisse:

Die Ergebnisse dieser Evaluierung bestätigten sämtliche Prognosen in energetischer, aber auch medizinischer Hinsicht.
Die Messungen in den Simulationsräumen ergaben sowohl im hinteren Raumbereich als auch im Deckenbereich mit RETROLux deutlich höhere Lichteinträge – je nach jahreszeitlich bedingtem Sonneneinfallswinkel um bis zu 10 % mehr bei durchsichtoptimierter Lamellenposition des Standardbehangs bzw. um bis zu 33 % mehr bei blendoptimierter Lamellenposition.

Die Klassen mit Tageslichtlenkungssystem verbrachten mehr Zeit im Tageslicht und litten weniger unter Stress und Müdigkeit. Sowohl der Abbau von Melatonin als auch von Kortisol war in der „Tageslicht­Gruppe" stärker ­ mit positiven Folgen: Weniger Melatonin untertags verringert die Tagesschläfrigkeit. Der raschere Kortisolabbau zeigt, dass die Schüler weniger unter Stress leiden. Davon profitiert auch das Immunsystem, das durch einen dauerhaft hohen Kortisolspiegel belastet wird, sodass man eher krank wird.

Zudem wurde der Stromverbrauch für sonst notwendige künstliche Beleuchtung um 5% reduziert. Diese Energieeinsparung wurde im ungeschulten Zustand der Benutzer erreicht, bei entsprechender Einschulung sind verbesserte Einsparpotenziale zu erwarten.

Potenzial zur Replikation:

Der Einsatzbereich dieses revolutionären Systems ist quasi unbegrenzt, nicht nur im Neubau, sondern auch Sanierung wären dieselben Effekte erzielbar. Zudem können die neu entwickelten Lamellen in den unterschiedlichsten Gebäudetypen eingesetzt werden - Bildungseinrichtungen, Bürogebäude, mehrgeschoßiger Wohnbau, Einfamilienhäuser, Sportstätten, Industrieprojekte, Ausstellungshallen, öffentliche Gebäude. Neben der Umsetzung in der neuen Mittelschule in Adnet, wurden die RETROLux Lamellen in vielen weiteren Bauprojekten eingesetzt, wie im BRG in Krems, in der Volksschule und Neue Mittelschule in Ratten, der Volksschule Rettenegg, der Volksschule und Neuen Mittelschule Radstadt, der Volksschule in Tamsweg, der Österreichischen Nationalbank in Wien, im Smart Campus Wien, im Bürogebäude der Firmen Internorm und der GIG in Oberösterreich.

Der entwickelte Sonnenschutz gibt eine Antwort darauf, wie durch intelligente Planung, sowohl auf energetischer, als auch auf psychosozialer Ebene, ohne zusätzliche Technik viel erreicht werden kann. Maßnahmen zur Energieeinsparung mit gesundheitsfördernden Maßnahmen zu verknüpfen ist ein Novum im Energie Bereich. Gleichzeitig kann die umgesetzte Zusammenarbeit von Bauwirtschaft, Hersteller und Medizin auch andere Initiativen und Förderprojekte zu einer stärker interdisziplinären Zusammenarbeit anstoßen.

 

 

 

 

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