Software modelliert natürliches Licht in Gebäuden

Mit der Visualisierungssoftware OCUVIS, entwickelt von einem Spin-off der Ecole Polytechnique Fédérale des Lausanne EPFL, können Architekten 3D-Gebäudemodelle simulieren und die Wirkung des natürlichen Lichts in Innenräumen aus der Perspektive der Nutzer besser abschätzen.

Nach dem Festlegen der Umgebung können Architekten die visuellen und nichtvisuellen Eigenschaften des natürlichen Lichts in ihren Entwürfen beurteilen. Die Architektur von Gebäuden sollte so ausgelegt sein, dass sie aus dem Wechsel der Lichtverhältnisse über den Tag und die Jahreszeiten hinweg Nutzen zieht. Die Intensität, das Spektrum und der Winkel des Sonnenlichts kann die Bewohner und Nutzer von Gebäuden in schwer vorherzusagender Weise beeinflussen, und sie ist diesen oftmals nicht einmal selbst bewusst. So kann die Zusammensetzung und die Stärke des Lichts manchmal beruhigend wirken, manchmal aber auch alarmierend.

OCULIGHT Dynamics, das kommende Spin-off der EPFL, setzt auf die Forschung an der EPFL, welche diese Effekte quantifizieren und  will darauf eine einzigartige und tiefgehende Expertise in diesem Umfeld aufbauen. Das Unternehmen hat kürzlich sein Know-how für die Entwicklung einer webbasierten Visualisierungssoftware eingesetzt, mit der Architekten mittels dreier Kriterien einschätzen können, wie das Tageslicht auf die Bewohner und Nutzer wirkt: Behaglichkeit, was Blendschutz betrifft, Vitalität im Hinblick auf das nicht sichtbare Licht im Tagesverlauf und Emotion hinsichtlich der räumlichen Zusammensetzung und der Veränderungen des Lichts.

Lichtsimulation aus der Perspektive der Betroffenen

Der Prozess beginnt mit einem 3D-Modell des geplanten Bauwerks und dessen geografischer Lage. Davon ausgehend kann der Architekt die umgebenden Wetterverhältnisse definieren und sehen, wie das sich daraus ergebende Tageslicht von den Gebäudenutzern auf Augenhöhe von verschiedenen Punkten aus wahrgenommen wird. Mit OCUVIS lassen sich dann die Einstellungen zur Tages- oder Jahreszeit, zum Bedeckungsgrad des Himmels und zur Verortung des Gebäudes variieren. So erkennen Architekten, wie die Dynamik von Sonnenlicht, Wetter und Raum das Wohlgefühl der Gebäudenutzer über eine Reihe von Faktoren beeinflusst . An jedem Punkt eines Gebäudes zeigen Pfeile, die jeweils eine Blickrichtung von einem ausgewählten Standpunkt veranschaulichen, in verschiedenen Farben, ob das Licht eine beruhigende oder anregende Wirkung ausübt, ob es langfristig gesundheitliche Gefahren in sich birgt oder ein unbehagliches Gefühl auslösen könnte.

An einem gegebenen Standort kann das Licht anregend, energetisch aufgeladen und Glück verheißend erscheinen, wenn der Benutzer zum Fenster schaut, es kann aber genau den gegenteiligen Effekt auslösen, wenn er sich vom Fenster abwendet oder an einem trüben Wintertag. Architekten können derartige Informationen in ihre Planungen einfließen lassen und damit zur Behaglichkeit und Gesundheit für die Benutzer beitragen., wobei das ideale Lichtdesign nicht zuletzt auch von der tatsächlichen Nutzung abhängt.

Ein neuer Rezeptortyp für den zirkadianen Rhythmus

Drei Wissenschaftler vom Interdisciplinary Laboratory of Performance-Integrated Design (LIPID) der EPFL, entwickeln gemeinsam eine Visualisierungsplattform und Rechenmodelle, welche die zugrunde liegende Faktoren beschreiben soll. Sie bauen in OCULIGHT Dynamics ein neues Unternehmen auf, das hochgradig spezialisierte und neuartige Beratungsdienste bereitstellen soll: Marilyne Andersen, EPFL-Professorin und Leiterin von LIPID, Siobhan Rockcastle und Maria Amundadottir, die beide am LIPID promoviert haben.

Die für die Software verwendeten Modelle wurden in vielen Journalen und in zwei Dissertationen veröffentlicht. Ein Paper beschreibt, wie Menschen unterschiedliche Lichtverhältnisse wahrnehmen. Die Ergebnisse der Studie seien verwendet worden, um den Anteil der Menschen abzuschätzen, die eine gegebene Lichtumgebung basierend auf ihrer Zusammensetzung als angenehm oder als aufregend empfinden, sagt Rockcastle. Die Antworten dienten der Entwicklung eines Rechenverfahrens als Vorhersagemodell für die OCUVIS-Software. Die nicht sichtbaren Eigenschaften des Lichts, nur den wenigsten bekannt, haben dennoch einen messbaren Einfluss auf viele Aspekte unserer Gesundheit. Erst vor kurzem haben Wissenschaftler einen neuen, als ipRGCs bezeichneten Photorezeptor im menschlichen Auge entdeckt. Dieser synchronisiere die innere Uhr mit dem Hell-Dunkel-Zyklus, reagiere direkt auf helles Licht und beeinflusse somit Wachheit und Wohlbefinden, sagt Amundadottir. Zu den Eigenschaften, welche den größten Einfluss auf unsere nichtvisuelles System ausübten, gehörten die Intensität des Lichts, die Dauer des Ausgesetztseins und die spektrale Verteilung (beispielsweise Farbe, blaues Licht ist am effektivsten).