Licht für Industrie- und
Gewerbebauten planen

Deutschland ist weltweit der Produktionsstandort Nummer 3 und die Industrie mit mehr als 5,4 Mio. Beschäftigten ein wichtiger Arbeitgeber. All diesen Mitarbeitern kann eine gut geplante Beleuchtung mit intelligenter Lichtsteuerung, effizienter LED-Technologie und nichtvisuellen Lichtwirkungen ein Plus an Wohlbefinden, Gesundheit und Leistungskraft spenden. Der Grund: Physiologische Prozesse im Körper, wie unsere „innere Uhr“, werden durch Licht getaktet und können durch moderne Beleuchtungsanlagen positiv unterstützt werden. Eine wohldurchdachte Beleuchtung in Industrie- und Gewerbebauten ist daher auch ein Faktor für wirtschaftlichen Erfolg.

Moderne Beleuchtungsanlagen überzeugen auch im Industriebau mit vielen Vorteilen: Sie sparen bis zu 80 % Energie bei deutlich geringerem Wartungsaufwand. Das richtige Licht erhöht die visuelle Leistungsfähigkeit, fördert die Konzentration, beugt Ermüdung und Stress vor, erhält die Gesundheit und schützt vor Arbeitsunfällen. Aktuelle Beleuchtungs-lösungen bieten heute mehr Flexibilität denn je für die zunehmend komplexeren Arbeitsprozesse. Und die Betriebs- und Arbeitsplatzsicherheit wird durch die Zuverlässigkeit hochwertiger Komponenten und Systeme verbessert. Ob Labor, Lebensmittelverarbeitung, Schwerindustrie, Druckerei oder Logis-tik – kein Industrie- und Gewerbebau gleicht dem anderen. Für Architekten und Planer ist die Lichtplanung deshalb ebenso wie der Gebäudeentwurf selbst eine individuelle und anspruchsvolle Planungsaufgabe.

Gutes Licht, weniger Unfälle

Die gute Beleuchtung von Arbeitsplätzen ist ein entscheidender Faktor für die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Mitarbeiter und muss mindestens den relevanten Normen und Regeln entsprechen. Die Anforderungen an die Beleuchtung von Arbeitsstätten sind in der Verordnung für Arbeitsstätten (ArbStättV) definiert; sie werden durch die Technische Regel für Arbeitsstätten (ASR A3.4) konkretisiert und von DIN EN 12464 sinnvoll ergänzt.

Normen geben indes nur Mindestwerte vor: Mehr Licht ist erlaubt – und in vielen Fällen auch die bessere Alternative. Eine Arbeitsstätte gilt als gut beleuchtet, wenn:

– alle Arbeitsbereiche, Verkehrswege und Pausenräume ausreichend beleuchtet sind,

– in Arbeitsbereichen mit besonderen Sehaufgaben (z. B. sehr feine Montagearbeiten, Qualitätskontrolle, Büroarbeit) je nach Art der Tätigkeit Beleuchtungs-stärken von 500 − 1 500 lx erreicht werden,

– die Helligkeit in den Räumen ausgewogen verteilt ist, Decke und Wände also möglichst hell sind,

– störende Blendung und Schatten vermieden werden,

– Lichtquellen mit einer geeigneten Lichtfarbe und guter Farbwiedergabe verwendet werden und Flimmerfreiheit herrscht.

ASR und Norm unterscheiden drei Planungskonzepte: Die auf den „Raumbereich bezogene Beleuchtung“ bietet im ganzen Raum gleichmäßiges Licht und ist zu bevorzugen, wenn die Anordnung der Arbeitsplätze noch nicht feststeht oder flexibel bleiben soll. Die auf den „Tätigkeitsbereich bezogene Beleuchtung“ fokussiert auf einen Bereich, in dem auch mehrere Sehaufgaben erfüllt werden sollen. Die auf den „Bereich der Sehaufgabe bezogene Beleuchtung“ ist in der Regel auf Teilflächen konzentriert. Eine typische Teilfläche ist etwa die Arbeitsfläche auf dem Schreibtisch. Gütemerkmale gelten vor allem für den Bereich der Sehaufgabe. Umgebungsbereiche dürfen auch geringer beleuchtet werden, solange sie die dafür in der Norm genannten Mindestwerte nicht unterschreiten.

Lichtplanung in vier Schritten

Vor dem Lichtkonzept steht also stets die Analyse: Welche Vorgaben müssen durch Architektur, Möblierung oder Maschinenanordnungen beachtet werden? Welche Anforderungen haben Nutzer und Investoren? Und welche Tätigkeiten und Sehaufgaben werden wo ausgeübt? Die Definition des Lichtkonzepts und Wahl der Beleuchtungsarten ist dann der erste von vier Planungsschritten. Es folgen die Definition des Lichtmanagements, die Auswahl der Komponenten (Leuchten, Lichtquellen, Betriebsgeräte) und die Erstellung des Wartungsplans.

So verschieden die Anforderungen in Unternehmen aus Industrie und Gewerbe auch sind, typische Lichtverteilungen – abhängig von der Art des Raums, Tätigkeit oder Zielsetzung für die Beleuchtung ­– kommen immer wieder vor. Dazu gehören etwa Produktions- und Lagerbereiche, bei denen es auf eine gleichmäßige, effiziente Ausleuchtung von großen Flächen ankommt, die auch nach Layoutveränderungen auf der Fläche funktionieren soll.

Leuchten sollten nach Höhe der Halle gewählt werden: Bis zu 6 m Höhe eignen sich Lichtbandsysteme und Pendelleuchten, höhere Räume erfordern Hallenreflektorleuchten. Wichtig ist ein Blendschutz. Auf vertikalen Flächen wie Regalen wird ebenfalls eine gleichmäßige Ausleuchtung benötigt. Die Norm schreibt hier 100 − 200 lx vor, doch überall dort, wo Mitarbeiter Beschriftungen oder Dokumente entziffern müssen, sind 300 lx empfehlenswert. Die höchsten Ansprüche an eine gleichmäßige vertikale Beleuchtung stellen Hochregallager mit ihren teilweise sehr schmalen Wegen. Hier müssen mit entsprechend tiefstrahlenden und bei Lese- und Suchaufgaben breit- oder schrägstrahlenden Leuchten alle technischen Möglichkeiten der Lichtlenkung ausgeschöpft werden. Für Hochregale bis 15 m Lichtpunkthöhe gibt es spezielle Lichtverteilungen. Bei niedrigen Räumen wie Tiefgaragen sollte zusätzlich indirektes Licht zur Deckenaufhellung eingesetzt werden.

Arbeitsplätze mit sehr anspruchsvollen Sehaufgaben wie in der Feinmechanik erfordern ein reflexfreies, gleichmäßiges Licht mit hohen Beleuchtungsstärken für das störungsfreie Arbeiten an Präzisionsarbeitsplätzen. Bei der Qualitätsprüfung an Kontrollarbeitsplätzen muss das Licht genau auf die Tätigkeit abgestimmt sein (Farbwiedergabe, Licht-richtung und -menge, Position der Leuchten, evtl. verschiedene Farbtemperaturen).

Wie viele Lichtquellen und Leuchten?

Steht das Lichtkonzept, werden im zweiten Schritt geeignete Lichtquellen und Leuchten ausgesucht. Mit dem Wirkungsgradverfahren kann die Leuchtenanzahl ermittelt werden, die für eine vorgegebene Beleuchtungsstärke erforderlich ist. Beleuchtungsstärken an relevan­ten Punkten im Raum können per Computer berechnet werden. Entsprechende Projektierungsprogramme ermöglichen die komplette lichttechnische Berechnung einer Anlage.

Bei der Projektierung einer Beleuchtungsanlage müssen Architekten und Planer auch berücksichtigen, dass Leuchten, Lichtquellen und Räume im Laufe der Zeit altern und verschmutzen. In der Folge nimmt die Beleuchtungsstärke ab. Um diesen Verlust zu kompensieren, muss jede Neuanlage mit höheren Beleuchtungsstärken ausgerüstet sein (Neuwert). Wer gleich zu Beginn Leuchten mit höherer Schutzart einsetzt, spart auch viel Energie. Denn die Leuchten halten lange Zeit Schmutz fern, sodass für den Wartungswert ein geringerer Neuwert angesetzt wird. Zudem unterscheiden sich die Umgebungsbedingungen in den verschiedenen Industrie- und Gewerbeanwendungen deutlich. Material, Beschaffenheit und Konstruktion der Beleuchtung müssen darauf angepasst sein: Zu achten ist auf Schutz vor Fremdkörpern, Feuchtigkeit, chemischen Einflüssen, Brand- und Explosionsschutz. DIN EN 60598 definiert die Anforderungen an Leuchten und Sicherheitsbeleuchtungsanlagen.

Mit dem Tageslicht arbeiten

Der dritte Schritt bei der Lichtplanung ist die Auswahl des Lichtmanagements. Denn nur mit elektronischer Steuerung können Architekten und Planer alle Vorteile ausschöpfen, die moderne Lichtquellen, Leuchten und Betriebsgeräte bieten. Lichtsteuerung sorgt dafür, dass künstliches Licht nur dann zugeschaltet oder langsam stufenlos zugeregelt wird, wenn das hereinscheinende Tageslicht nicht ausreicht. Um die Nutzung des Tageslichts in der Planungsphase zu berücksichtigen, ist die Position und Größe der Rohbauöffnungen ebenso entscheidend wie die Ausrichtung des Gebäudes und die Einbau-situation. Ideal für das Lichtmanagement sind Dachoberlichter. Sie lenken mehr Licht in den Innenraum als seitliche Fenster. In Neubauten sind Lichtkuppeln und -bänder beliebt – oft auch in Kombination.

Neue Beleuchtungssysteme mit Tageslicht- und Präsenzsteuerung sparen im Vergleich zu Altanlagen bis zu 80 % Energie. Aus diesem Grund erklärt die EnEV 2014 Lichtmanagementsysteme zur Referenztechnologie, also zum Mindeststandard, der auch bei der Erstellung des Energieausweises herangezogen wird. Ein hohes Einsparpotential bieten zudem alle Gebäudebereiche, die nicht ständig genutzt werden. In Industrieanlagen sind dies etwa Lagerhallen, Verkehrswege oder auch Umkleide- und Sanitärräume. Lichtmanagementsysteme sammeln darüber hinaus Nutzungsdaten, lassen sich flexibel anpassen und liefern stets das richtige Licht zur richtigen Zeit am richtigen Ort. Sie kommunizieren mit anderen Gewerken, wie Jalousie und Verschattung.

Ein vernetztes Gebäude wird mit Building Information Modeling (BIM) vorausschauend geplant. Diese Methode führt Architektur- und Ingenieurwesen, Gebäudetechnik und Facility Management in einem Computermodell zusammen: Das gesamte Gebäude mit allen Gewerken wird digital geplant, im virtuellen Modell visualisiert, getestet und bei Bedarf in der Software korrigiert. Teure und aufwendige Änderungen auf der Baustelle entfallen. Alle an der Planung und am Bau beteiligten Akteure arbeiten via 3D-CAD-Tools und zentraler Datenbank eng zusammen.

Wartung und Monitoring

Schritt 4 ist die Erstellung eines Wartungsplans, wie von DIN EN 12464-1 gefordert. Optimale Wartung erhöht die Lebensdauer und die Effizienz einer Beleuchtungsanlage. Zugleich können wichtige Daten zum zuverlässigen Betrieb der Anlage erhoben werden. Das Datenmaterial kann in naher Zukunft als Basis für eine kostengünstige Fernüberwachung der Beleuchtungsanlage dienen. Darüber hinaus erleichtert es, künftige Entscheidungen zu treffen: Serviceeinsätze, Investitionen und Anpassungen können darauf basierend geplant werden.

Licht wirkt: visuell, emotional und biologisch

Im Mittelpunkt der Lichtplanung steht heute der Mensch mit seinen visuellen, emotionalen und biologischen Bedürfnissen am Arbeitsplatz, am Tag und in der Nachtschicht. Human Centric Lighting (HCL) unterstützt zielgerichtet und langfristig die Gesundheit, das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit durch ganzheitliche Planung und Umsetzung aller drei Lichtwirkungen:

– Die visuelle Lichtwirkung dient der Bewältigung der Sehaufgaben (gleichmäßige Beleuchtung ohne Blendung).

– Die emotionale Lichtwirkung sorgt für Sehkomfort und Wohlbefinden (harmonische Helligkeitsverteilung auf vertikalen und horizontalen Flächen, gute Farbwiedergabe und Entblendung). Lichtrichtung, Schattigkeit und die Lichtfarbe der Licht-

quellen beeinflussen zudem die Wirkung des Lichts im Raum – das visuelle Ambiente – und somit die Stimmung.

– Biologische Lichtwirkung:

Beste Referenz und Vorbild sollte immer das natürliche Tageslicht in seinem Verlauf, seinem Spektrum und seiner Inten-sität sein.

Mehr Wohlbefinden für Schichtarbeiter

Beleuchtungsanlagen in Industrie und Gewerbe sind in der Regel zwar korrekt nach Norm geplant, berücksichtigen damit aber lediglich die visuellen Bedürfnisse der Beschäftigten. Bundesweit arbeiten 2015 mehr als 17 % der Erwerbstätigen im Schichtbetrieb. Immer mehr davon leiden unter dem sogenannten „Schichtarbeitersyndrom“ −
das heißt, ihr Biorhythmus ist durcheinandergeraten, sie schlafen schlecht und sind tagsüber müde. Bewusst und richtig eingesetzt, kann eine biologisch wirksame Beleuchtung mit dynamisch wechselnden Lichtstärken und unterschiedlichen Lichtfarben Gesundheit, Konzentration, Motivation und Wohlbefinden am Arbeitsplatz steigern. Nichtbeachtung oder starke Abweichungen vom Verlauf des natürlichen Tageslichts sind nicht zuträglich und müssen vermieden werden. Planungsempfehlungen für eine biologisch wirksame Beleuchtung gibt die DIN SPEC 67600.

Wirtschaftlichkeit über den Lebenszyklus

Energieeffizienz ist die Summe von hohem Wirkungsgrad des Leuchtensystems in Verbindung mit einer bedarfsgerechten Anwendung und einer hohen Qualität der Beleuchtung. So wird Energie eingespart und die Umwelt geschont. Betriebsausgaben für Energie, Wartung und Instandhaltung machen etwa 80 % der Gesamtkosten einer Beleuchtungsanlage aus. Die Kosten einer Anlage über den gesamten Lebenszyklus setzen sich zusammen aus den Investitionskosten (Kauf und Installation), Betriebskosten (Energiebedarf, Wartung und Instandhaltung) und Kos-ten am Ende der Lebensdauer (Entsorgung, Demontage). Eine Wiederverwertung bzw. eine umweltfreundliche Entsorgung unterstützen die Nachhaltigkeit.

Wichtig in der Lebenszyklusbetrachtung ist die Festlegung eines geeigneten Betrachtungszeitraums. Dieser sollte so gewählt werden, dass er dem wirtschaftlichen Horizont des Endkunden bzw. der Anwendung entspricht. Viele Investoren scheuen sich, den Betrachtungszeitraum auf mehr als fünf Jahre anzulegen, da sie selbst in einer sich schnell ändernden Welt eine Zukunftsprog-nose für einen sehr langen Zeitraum nicht sicher erstellen können. In diesem Fall empfiehlt es sich, den Betrachtungszeitraum so zu wählen, dass er etwa 30 − 50 % über der Amortisationsdauer der einfachsten Beleuchtungslösung liegt. Damit ist sichergestellt, dass auch investitionsintensivere Lösungen (z. B. eine Lichtsteuerung) mit höherer Einsparung ihre Wirtschaftlichkeit beweisen und umgesetzt werden können. Bei der TCO (Total Cost of Ownership)-Betrachtung der Lebensdauer, Analyse, Finanzierung und Contracting geben die Unternehmen der Lichtindustrie Planern und Architekten Hilfestellung.