Människan har som daglevande djur ett självklart behov av ljus för att kunna fungera i sin omgivning. Vad som är mindre självklart är att ljuset också medverkar till att styra vår vakenhet och sömn, något man brukar kalla ljusets icke-visuella effekter. Detta forskningsområde har bland annat initierats av min kollega, den i fjol bortgångne professor Rikard Küller. Redan i slutet av sjuttiotalet studerade han hur vi påverkades av att vistas i fönsterlösa lokaler under olika belysningsförhållanden.
I dag vet vi att ljuset spelar stor roll för att styra vår vakenhet, och den naturliga frågan är då vilken typ av ljus och hur mycket. Denna fråga har också blivit högaktuell just nu då det pågår en enorm teknikutveckling på ljuskälleområdet. Vi håller på att fasa ut glödlampan mot effektivare ljuskällor. EU ställer idag genom EUP-direktivet minimikrav på ljuskällors effektivitet (lumen/W). Detta innebär att den normala glödlampan successivt kommer att fasas ut och ersättas av halogenlampor, kompaktlysrör och inte minst ljuskällor som bygger på så kallad LED-teknik (light emitting diodes). En lysdiod (LED) ger mycket mer ljus per installerad effekt.
Just nu satsar bl.a. Energimyndigheten på ett program med namnet Energieffektiv belysning. Visionen för programmet är att forskningen skall medverka till att skapa en belysningsmiljö, som inte bara är energieffektiv utan också främjar människors hälsa. Inom ramen för programmet har det bildats ett centrum för energieffektiv belysning – Ceebel – som syftar till att föra samman forskare från skilda discipliner som teknik, medicin, samhällsvetenskap och humaniora samt att sprida forskningsresultaten till olika avnämare. Som antytts är den aktuella ljusforskning tvärvetenskaplig till sin karaktär och utvecklingen har gått snabbt under den senaste tioårsperioden.
Ljuset styr vakenhet och sömn
Ett genombrott för kunskapen om ljusets icke-visuella effekter kom 2002 när David Berson vid Brown University kunde påvisa att det förutom tappar och stavar finns en tredje typ av receptorer i näthinnan som troligtvis fungerar som receptorer för att styra vakenhet och sömn. Andra forskare, som bland andra George Brainard, Jefferson University, har visat att för att styra vakenhet och sömn är ögat känsligast för ljus inom våglängdsområdet 460-480 nanometer (nm), det vill säga inom det blåa området.
Dagsljus utnyttjas. I moderna byggnader utnyttjas dagsljuset bättre än i de äldre. Foto: Pia Laike
Dagsljus viktigt
Rikard Küller visade redan 1992 i en jämförande studie, som finansierades av dåvarande Byggforskningsrådet, att skolbarn som vistades i fönsterlösa klassrum uppvisade ett annorlunda kronobiologiskt mönster över året i förhållande till barn som vistades i klassrum med fönster. Indirekt påverkades också barnens beteende. När nivåerna av kortisol var högre arbetade barnen lättare i grupp och hjälpte varandra mer än när nivåerna var lägre.
Mer hjälpsamma i dagsljus. Rikard Küller visade redan 1992 i en jämförande studie, att skolbarn, som vistades i fönsterlösa klassrum, uppvisade ett annorlunda kronobiologiskt mönster under året i förhållande till barn, som vistades i klassrum med fönster. Nivåerna av kortisol var högre i klassrum med fönster. Där arbetade barnen lättare i grupp och hjälpte varandra mer än i de fönsterlösa rummen. Foto: Richard Külle
Andra studier har bekräftat betydelsen av dagsljus. Vi vet idag att med tillräcklig mängd dagsljus fungerar den "biologiska klockan" klanderfritt. Vår forskargrupp har tillsammans med forskare från University college of London och Fagerhult AB genomfört en studie i England där skolbarn i åldern 11–12 år i fyra olika klassrum följdes under ett helt år. Barnens sömnvanor och vakenhetsgrad samt kronobiologiska markörer (melatonin och kortisol) samt deras skolprestationer i läsning, skrivning och matematik undersöktes. Dessutom mättes energianvändningen kontinuerligt. Två av klassrummen anpassades efter de senaste forskningsrönen med ett högre omfältsljus, medan kontrollklassrummen endast fick nya armaturer. Styrning av belysningen infördes också i experimentklassrummen.
Preliminära resultat från studien visar återigen att tillgången till dagsljus är en viktig faktor för samtliga variabler, såväl biologiska som prestationsrelaterade. Vi kunde dessutom visa att man med minskad energianvändning inte fick några negativa resultat när det gällde skolbarnens prestation. Just nu pågår bearbetning av fysiologiska data.
Lagom belysning bäst
I en laboratoriestudie undersökte vi hur olika nivåer av omfältsljuset påverkade försökspersonerna såväl emotionellt som fysiologiskt. Vi utgick från en fast belysningsstyrka inom arbetsområdet vid skrivbordet (500 lux) men med ett varierat omfältsljus på rummets frontvägg; 20, 100 och 350 cd/m2, där cd/m2 är luminansen, det vill säga mängden reflekterat ljus från väggen. Belysningen kom från lysrör av typ T5 och två olika färgtemperaturer. Ljusfärgen som vi mäter i °K har vid lägre färgtemperatur ett varmare (rött/gult) ljus och vid högre färgtemperatur ett kallare (blåare) ljus. Vi hade 3000 °K (varmt ljus)och 4000 °K (kallt ljus). Halva försöksgruppen fick det varmare ljuset och halva det kallare, då vi också var intresserade av att studera effekten av olika färgtemperaturer.
Resultaten visade att det fanns ett samband mellan omfältsljus och kortisolnivå efter en dags exponering: Ju högre omfältsljus desto högre kortisolnivå. Subjektivt upplevde försökspersonerna också en högre aktiveringsnivå ju högre omfältsljuset var. Emellertid fann vi att när försökspersonerna värderade sina känslor upplevde man mest negativa känslor vid det högsta omfältsljuset, och man kände sig mest positiv vid 100 cd/m2. Rörande färgtemperaturen fann vi enbart tydliga skillnader i upplevelsen av ljusets färgtemperatur som varm eller kall. Däremot fann vi inga hormonella skillnader. Jämför man våra resultat med tidigare gjord forskning kan man konstatera att det finns studier genomförda där försökspersoner själva har fått ställa in omfältsljuset och dessa studier visar att de flesta väljer en nivå mellan 80-100 cd/m2. När det gäller betydelsen av färgtemperaturen är resultaten mer motsägelsefulla. Det finns idag inget stöd för att ett kallt lysrörsljus skulle få oss att känna oss mer vakna, men här behövs ytterligare forskning. Det är i detta sammanhang viktigt att ha kunskap om den individuella ljuskällans spektrum.
LED utomhus
Forskningen idag handlar ofta om den nya ljuskällan LED. Här pågår just nu forskning både avseende dess icke-visuella effekter och dess visuella. LED ses ofta som ett alternativ för utomhusbelysning och min kollega Maria Johansson har just påbörjat en studie där man jämför före och efter byte till LED-ljuskällor i ett bostadsområde. Resultaten från denna och den övriga forskningen presenteras kontinuerligt på Ceebels hemsida: www.ceebel.se.
Högre prestation med belysning på väggar och tak. I en studie i England där skolbarn i åldern 11–12 år i fyra olika klassrum följdes under ett helt år mättes barnens sömnvanor och vakenhetsgrad samt kronobiologiska markörer (melatonin och kortisol). Även deras skolprestationer i läsning, skrivning och matematik undersöktes. Två av klassrummen anpassades efter de senaste forskningsrönen med ett högre omfältsljus, medan kontrollklassrummen endast fick nya armaturer. Preliminära resultat från studien visar återigen att tillgången till dagsljus är en viktig faktor för samtliga variabler, såväl biologiska som prestationsrelaterade. Foto: Tommy Govén
Effektiv belysning
Förutom ljusets inverkan på oss människor så har också sättet, på vilket vi hanterar och styr ljuset, betydelse för hur energieffektiv belysningen blir. Vi kunde i den ovan refererade skolstudien visa att med effektiv ljusstyrning behöver mer ljus inte betyda högre energianvändning. I ett Formas-projekt arbetar vi nu med styrning av ljus i offentliga miljöer. Detta arbete genomförs av Pimkamol Maleeptiwan, doktorand i miljöpsykologi, tar sin utgångspunkt i gränssnittet mellan människan och styrutrustningen. I offentliga miljöer är det viktigt att människor på ett enkelt sätt förstår hur ljuset regleras. Tyvärr är så inte alltid fallet. Vi har under arbetets gång sett att belysning är tänd dygnet runt beroende på att ingen vet var strömbrytaren finns. Hur strömbrytare och styranordningar bör utformas är frågor som skall besvaras i avhandlingsarbetet.
Dagsljuset betydelse
Den internationella forskningen inom ljusområdet har utvecklats oerhört under den senaste tioårsperioden. Forskningsresultaten kan till en del redan idag omsättas i det praktiska arbetet med belysningsplanering. Samtidigt sker det en, som tidigare nämnts, snabb teknikutveckling som medför att nya ljuskällor måste prövas. Dagsljusets betydelse ska inte underskattas och det är viktigt att arkitekter och planerare har kunskap om detta och använder dagsljuset i sitt gestaltande arbete. Då finns det förutsättningar för såväl en mänsklig miljö som en skonsam användning av naturresurserna.
Författare
:
Thorbjörn Laike
är docent i miljöpsykologi vid institutionen för arkitektur och byggd miljö, Lunds Tekniska Högskola, Lunds Universitet. Han är också biträdande prefekt vid institutionen och föreståndare för Centrum för energieffektiv belysning.