Oplichtend als vuurvliegjes

Als één van de weinige lichtadviesburaus hebben we ook de optie om luminantiebeelden met ruimtelijke resolutie te produceren. Met deze beelden kunnen we de contrastverhoudingen in het gebouw in detail vastleggen en zo duidelijk de helderheidswaarden bepalen die nodig zijn vanuit een perceptueel-psychologisch gezichtspunt. Hierbij gebruiken we alleen zoveel licht als nodig, wat dan beter is voor de architectuur en ook het milieu. Minder is gewoon meer.

Met milieu bedoelt u eigenlijk lichtvervuiling. Veel mensen zijn nog niet bekend met deze term. Wat betekent dit?

Dit is een zeer complexe term. De meeste mensen begrijpen dat het gaat om de exorbitante hoeveelheid licht die een lichtgloed in de stad veroorzaakt, het licht dat u 's avonds ziet boven een stad. Maar je moet lichtvervuiling eigenlijk in andere categorieën verdelen.

Bijvoorbeeld: indringen van licht, wat zich voordoet wanneer bepaalde lichtbronnen verkeerd zijn geplaatst of georiënteerd. Je wilt bijvoorbeeld een dakrand verlichten, maar in plaats van alleen de dakrand te verlichten, richt je ook een deel van het licht in de lucht. Verblinding is een andere categorie. Het verwijst naar de fysieke of psychologische verblinding van mensen door licht. Dan zijn er de effecten van opeenhoping. Opeenhoping treedt op wanneer meerdere lichtbronnen gewoon verkeerd zijn gepland en te dicht bij elkaar worden geplaatst, waardoor een onnodig grote hoeveelheid licht wordt afgegeven. Uiteindelijk resulteert dit allemaal in overmatige verlichting, wat leidt tot een hele reeks problemen voor veel organismen.

Eén van de gevolgen van lichtvervuiling is dat de Melkweg alleen zichtbaar is op afgelegen plaatsen ter wereld en dat de sterrenhemel in het algemeen steeds zwakker wordt. Dit kan misschien nog wel worden verdragen.

Als mens kun je er misschien mee leren leven. Maar trekvogels oriënteren zich bijvoorbeeld aan de sterren. En als de sterren niet meer zichtbaar zijn, kunnen ze dit niet meer doen. Belangrijker nog is dat de biologische klok hevig in de war raakt van lichtvervuiling, vooral door een grotere onnatuurlijke hoeveelheid koud wit licht met een hoog blauw gehalte. Dit geldt zowel voor mensen als voor vogels, insecten en andere organismen die hun activiteit coördineren met behulp van deze licht-donkerfase.

Omdat het door het kunstlicht langer licht blijft, is de actieve fase van insecten langer. Dit betekent dat ze meer energie verbruiken dan ze binnenkrijgen, wat fataal kan zijn. Lichtvervuiling heeft ook directe negatieve effecten op mensen. Licht kan niet alleen onaangenaam verblinden, vooral als er 's nachts sterke contrasten zijn, maar te veel kunstlicht kan ook leiden tot onderdrukking van de melatonineproductie, wat in onderzoeken in verband is gebracht met diabetes, kanker en hartaanvallen.

Vogels schatten in welk seizoen ze zitten op basis van de duur van de dag en nacht en bepalen vervolgens wanneer ze moeten gaan broeden. Vroeg broeden kan een negatief effect hebben op de nakomelingen, vooral als dit plaatsvindt in de koude wintermaanden. Lichtstralen van verlichte of van achteren belichte gevels trekken ook vogels aan, wat herhaaldelijk leidt tot massale botsingen. Dit zijn slechts enkele voorbeelden. Uiteindelijk is er sprake van een hele reeks negatieve ecologische veranderingen.

Er zijn ook verschillen in de perceptie en het effect van licht tussen mensen, vogels en insecten. Armaturen die minder helder voor het menselijk oog lijken, kunnen bijvoorbeeld extreem helder zijn voor insecten.

Ja, insecten zien het gehalte blauw in het lichtspectrum over het algemeen veel sterker. Daarom worden ze meer aangetrokken door lichtbronnen met een hoger blauwgehalte in het spectrum en waarom warm witte armaturen in principe beter zijn. Maar er is een paradox: De kleurtemperatuur komt niet noodzakelijkerwijs overeen met het blauwgehalte van een armatuur. Voor het menselijk oog ziet een armatuur met 4000 Kelvin er bijvoorbeeld koeler uit dan een armatuur met 3000, maar dit zegt niets over het blauwgehalte. Als adviseur moet je dus eigenlijk ook een spectrometer bij de hand hebben voordat je een armatuur plant om een redelijke ecologische oplossing te vinden. De situatie kan nog complexer zijn met betrekking tot flora, omdat er boomsoorten zijn die gevoelig zijn voor het roodgehalte in het spectrum.

Daarom kunnen we alleen oplossingen vinden met een compromis; er is geen scenario waarin je 100 % aan elke voorwaarde zult voldoen. De wereld is daar te complex voor, met te veel hoofdrolspelers. Voor elk project kijken we naar de omgeving, communiceren we met biologen en, hoe oneerlijk dat ook mag klinken, stellen we vervolgens een lijst met prioriteiten op. Desondanks blijven er nog steeds belangenconflicten. De andere oplossing zou zijn om de verlichting volledig uit te schakelen, maar dat is in veel gevallen niet mogelijk. Vooral niet bij straatverlichting, wanneer we het hebben over veiligheidsgerelateerde verlichtingsniveaus.

Hoe kan de mate van algemene lichtvervuiling worden gemeten?

Aan de hand van satellietbeelden. Ze geven een goed overzicht van de totale hoeveelheid straling die naar de lucht wordt uitgezonden. Wat de satellietbeelden echter niet laten zien, zijn de oplossingen. Je zou je bijvoorbeeld kunnen afvragen waarom de ene straat zo veel lichter is dan de andere.

Voor uw studie naar lichtvervuiling in metropolen, bent u dus ook naar steden als New York, Toronto en Warschau gereisd. Welke oorzaken van lichtvervuiling kon u identificeren?

De oorzaken zijn zeer locatiespecifiek en elke stad heeft zijn eigen problemen. Het is vaak niet mogelijk om ze met het blote oog te herkennen. Vaak zien bepaalde straten er relatief donker uit. Maar als je vervolgens naar het luminantiebeeld kijkt en deze relateert aan de straatdoorsnede, merk je plotseling dat Boston bijvoorbeeld meer lichtemissies heeft dan New York.

Dus de heldere etalages in New York zijn niet zo slecht vanwege de hoge gebouwen en de vele absorberende oppervlakken?

Ja, als we het alleen hebben over de lichtgloed in de stad, het licht dat de atmosfeer in gaat. Het licht van de etalages in New York wordt naar de stedelijke ruimte gebracht en vervolgens zijn er veel oppervlakken die het licht kunnen absorberen. Het licht dat daar wordt gegenereerd, trekt echter ook insecten aan, dus het blijft een probleemgebied.

Om de metropolen te vergelijken, hebt u uw eigen evaluatiestandaard ontwikkeld, "gewogen totale stedelijke luminantie". De resultaten toonden aan dat Warschau verreweg de meest lichtvervuiling van de onderzochte steden produceerde, zelfs meer dan Boston en New York. Dat is verrassend. Wat is de reden hiervoor?

Voor wat betreft maatregelen tegen lichtvervuiling kunnen we al veel afleiden van wat u tot nu toe hebt gezegd.

De beste oplossing is dimmen. Dat kan ik niet genoeg benadrukken. Dit is de grootste factor, omdat het verminderen van de totale hoeveelheid licht een grotere impact heeft dan het verminderen van alleen het blauwgehalte. Voor het ecosysteem is het natuurlijk het beste om helemaal geen kunstlicht te hebben, maar je moet een compromis vinden tussen relevante verlichting en ecologische aspecten.

Een zeer goede maatstaf zou ook zijn om projecten verstandig te plannen en te implementeren, d.w.z. door vooraf te kijken naar de behoeften van het planningsgebied en dienovereenkomstig te plannen. Dit omvat de bovengenoemde spectrale analyse van de lichtbronnen. Het is dan heel belangrijk dat de lichtpunten in het beste geval helemaal niet zichtbaar zijn en relatief ver naar beneden zijn geplaatst, zodat insecten überhaupt niet worden geactiveerd door een lichtpunt veraf. Het gaat erom dat licht onzichtbaar wordt en dat je alleen licht hebt waar dat nodig is. Tijd speelt ook een factor, dus ook dimmen is belangrijk.

Geen enkel deel van een prachtige gevel van een gebouw hoeft te worden verlicht als er geen mensen in de buurt zijn. Dit is niet alleen zeer twijfelachtig wat betreft lichtvervuiling, maar ook wat betreft het elektriciteitsverbruik. Als je een plan hebt dat erg goed is voor het ecosysteem, dan is het meestal ook een heel zuinig plan, omdat het minder elektriciteit verbruikt. Het is dus belangrijk om hier ook te overwegen om te dimmen of, indien mogelijk, om de verlichting volledig uit te schakelen.

U schrijft in uw onderzoek dat stedelijke ruimten volgens u 's nachts niet dezelfde uitstraling hoeven te hebben als overdag. Het verlichtingsontwerp maakt het mogelijk om lichtvervuiling te verminderen en toch stedelijke identiteiten te creëren. U neemt hiervoor vuurvliegjes.

Ja, ik denk dat het een prachtig voorbeeld is en dat is hoe ik zelf lichtplanning zie. Een vuurvliegje ziet er overdag anders uit dan 's nachts. Overdag ziet het eruit als een gewoon insect en sommige mensen hebben mogelijk zelfs een afkeer van het uiterlijk van de vuurvliegjes. Maar 's avonds lijkt het insect zo magisch, terwijl mensen eigenlijk alleen maar door een lichtpuntje gefascineerd zijn. Je ziet slechts een fractie van het insect en dat is een filosofie die ik graag in mijn verlichtingsontwerpen gebruik.

Wanneer je naar een kerk kijkt, ziet deze er overdag imposant en mooi uit. Maar waarom moet je hem 's avonds precies zo presenteren als je hem overdag hebt gezien? Het is veel charmanter om speciale architectonische elementen te benadrukken, zodat je de kerk in een nieuw licht kunt ervaren. Op emotioneel niveau gebeurt er misschien hetzelfde als bij de vuurvliegjes: Je krijgt een beetje kippenvel omdat het hele ding er iets subliemer uitziet.

Tijdens uw studie kon u ook positieve voorbeelden vinden, zoals de High Line in New York, de spoorbedding van een voormalige verhoogde spoorlijn, die sindsdien is omgebouwd tot een lokale recreatiefaciliteit.

Ik weet niet of de verlichtingsontwerper met het ecologische aspect rekening heeft gehouden, maar wat gewoon heel positief was, waren de lage verlichtingspunten die daar werden gebruikt. Alles is heel slim gepland. Het idee was om de stad New York zelf, de stedelijke omgeving, als podium te presenteren. Dit betekent dat je niet wilt worden verblind als je op de High Line bent. De lichtpunten zijn daarom zo laag dat zelfs mensen in rolstoelen ze niet kunnen zien. Natuurlijk heeft dit ook een goed ecologisch aspect, omdat de lichtpunten ook op afstand minder zichtbaar zijn voor insecten.

Het verminderen van lichtvervuiling is ook een focus in uw eigen projecten als verlichtingsontwerper. Recentelijk eindigde u in een team met verschillende partners op de tweede plaats in de landelijke "Reallabore Innovation Award", toegekend door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Klimaatbeleid. Hoe en waar hebt u dit succes geboekt?

Het project bevindt zich in Heiningen, een klein stadje in Baden-Württemberg met ongeveer vijfeneenhalfduizend inwoners. Wat eigenlijk een relatief klein project was, is een onderzoek geworden dat nu wordt ondersteund door het ministerie van Transport van Baden-Württemberg. Oorspronkelijk ging het om het plannen van de straatverlichting voor de doorgaande straat in Heiningen met nieuwe LED-armaturen. Toen kwam het idee om het nog efficiënter en ecologisch compatibel te maken met dimmen. Dit werd een eenjarig langetermijnonderzoek, dat nog nooit eerder was gedaan.

Er waren verschillende ideeën over hoe je dit dimmen kunt regelen: Of je de verlichting na verloop van tijd gewoon dimt, d.w.z. de dimwaarde XY neemt van 22:00 uur en de verlichting vanaf 4:00 uur weer omhoog dimt, of dat je de verlichting moet dimmen wanneer er minder verkeer is. Met andere woorden, dimmen dat zich aanpast aan de verkeersstroom, in de hoop dat dit nog efficiënter en milieuvriendelijker zal zijn. We besloten beide opties te testen. Er zijn dus meetpunten zonder te dimmen, met tijdsafhankelijk dimmen en verkeersdynamisch dimmen. Het onderzoek bestaat vervolgens uit een technisch en biologisch onderdeel.

Misschien kunt u het technische onderdeel eerst uitleggen.

In het technische gedeelte werd eerst besproken hoe we de verkeersstroom daadwerkelijk kunnen meten. Hiervoor hebben we drie benaderingen getest. Eén daarvan was tracking via Bluetooth, dat registreert hoeveel Bluetooth-apparaten er onderweg zijn. Hierbij wordt ervan uitgegaan dat de bestuurder van de auto een smartphone heeft en dat de auto zelf ook Bluetooth-signalen kan verzenden. De tweede methode was een infraroodcamera die de warmte van de auto's opvangt. De derde methode was de evaluatie van TomTom-navigatiegegevens. Alle methoden waren relatief goed, maar Bluetooth-tracking werd uiteindelijk de winnaar.

Vervolgens ging het erom te ontdekken wat efficiënter was: het straatgedeelte met tijdsafhankelijk dimmen of het gedeelte met verkeersafhankelijk dimmen. De resultaten toonden aan dat het dimmen van de verkeerssituatie iets zuiniger was. Er moet echter wel worden opgemerkt dat de straat in dit onderzoek relatief kort is. Als het project zou worden opgeschaald, zou verkeersdynamisch dimmen nog zinvoller kunnen zijn.

Het biologische deel ging dus over insecten.

Dat klopt, insectentracking. We wilden weten hoeveel of hoe weinig insecten werden aangetrokken door het dimmen of niet dimmen. We hebben dit op drie punten gedaan: in het stadscentrum zonder te dimmen en op twee andere punten met statisch, tijdsafhankelijk dimmen met 50% tussen 22:00 en 4:00 uur. Om dit te bereiken, moesten de locaties natuurlijk vergelijkbaar zijn, zowel wat betreft verlichtingstechnologie als biodiversiteit. We hebben contact opgenomen met een bioloog die de biologische vergelijkbaarheid van de locaties heeft bevestigd.

Voor insectentracking hebben we een nieuwe methode ontwikkeld met de camerafabrikant. Bij de gebruikelijke procedure hangt een transparante kunststof behuizing onder de kop van een straatverlichtingsarmatuur, waarin de insecten vast komen te zitten en uiteindelijk afsterven. Het vervormt ook de belichting of de lichtverdelingscurve door de reflecties en trekt daardoor mogelijk meer insecten aan dan alleen de armatuur zou doen. Deze methode valt niet te rechtvaardigen, noch op het gebied van verlichtingstechnologie noch vanuit ecologisch oogpunt.

En wat was het resultaat van de insectentracking?

We hebben in de loop van een jaar meer dan 350.000 gegevens verzameld en deze worden nog geanalyseerd, dus we zijn nog in afwachting van het totale resultaat. We hebben echter wel een steekproef geanalyseerd en die bevestigt sterk onze hypothese dat minder licht ook minder insecten aantrekt. Dit wordt ook bevestigd door andere onderzoeken.

Op het meetpunt zonder dimmen, hebben we gedurende een periode van één maand ruim 700 insecten geregistreerd. Op één van de andere punten met tijdsafhankelijk dimmen werden 200 insecten geregistreerd. Dit tweede punt was echter nog steeds dicht bij het punt geplaatst zonder dimmen en werd beïnvloed door de verlichting. Het derde punt bevond zich op een aanzienlijke afstand met een tijdsafhankelijke volledige dimfunctie en hier werden slechts 84 insecten geregistreerd. Dit resulteert in een win-winsituatie: Het bespaart elektriciteit en houdt tegelijkertijd het insectenleven in stand.

Het is een geweldig project en de burgemeester van Heiningen beschouwt het ook als een pilotproject voor grootschaligere projecten.

Wat ik echt leuk vind, is op zoek gaan naar een compromisoplossing en overal is een andere oplossing nodig. Het ene project kan niet zomaar naar een ander worden gekopieerd. Al het detectivewerk, het coördinatiewerk dat erbij komt kijken is vermoeiend, maar motiverend.

We zijn momenteel bezig met de ontwikkeling van een ander interessant project in Amsterdam. Daar hebben we de taak gekregen om alle windmolens te verlichten. Deze windmolens vind je niet altijd in een stedelijke omgeving, maar bevinden zich vaak in omgevingen waar veel natuurlijke ruimten zijn. Sommige windmolens bevinden zich ook in de regio Natura 2000, d.w.z. een natuurreservaat. Dit betekent dat de verlichting daar moet worden ontworpen met een grote nadruk op het behoud van het ecosysteem. Ook hier is onze oplossing om het verlichtingsontwerp zo veel mogelijk te dimmen.

Hoe bent u te werk gegaan?

Voor dit project wilden we ook het architectonische gebaar benadrukken. We vroegen onszelf af: Wat is het belangrijkste aan een windmolen? Om te beginnen is dat het gedeelte waar de wieken van de windmolen samenkomen, ook wel de schachtkop genoemd, omdat dit vaak heel mooi is ingericht. En natuurlijk is de romp ook een bepalend kenmerk.

Dat klinkt zeker efficiënt.

Hiervoor is een kompas ingebouwd in het bovenste, draaiende deel van de molen. Het kompas geeft aan in welke richting de molen momenteel is gedraaid en geeft het signaal door aan de afzonderlijke armaturen. Deze zijn draadloos met elkaar verbonden. En op basis van de kompasgegevens branden alleen de armaturen die dat moeten doen. Als de schachtkop zich tussen twee armaturen bevindt, schijnen ze elk met een lichtsterkte van 50%. Dit betekent dat alleen daar verlichting brandt, waar het nodig is. Dit is weer een ander miniproject waarin een relatief grote hoeveelheid denkvermogen en bouwkunde is gestoken om zo weinig mogelijk licht te produceren. En het is ook een nieuwe ontwikkeling die niet op de markt is.

Net als voor alle andere projecten in het algemeen: DALI-voorschakelapparaten zijn standaard in de armaturen die we in onze planning gebruiken. In elk verlichtingsproject voor buiten waarvoor wij een planning maken, hebben wij een dimscenario opgeslagen. Er is geen project waarbij de verlichting de hele nacht op 100% aan staat. Er is altijd een moment waarop het licht wordt gedimd en, afhankelijk van het gebouw of het voorwerp, meestal een tweede punt waarop alle verlichting uitgaat.

Lichtvervuiling speelt ook een rol in de planning binnenshuis. Aanwezigheidssensoren schakelen bijvoorbeeld het licht uit wanneer er geen personen meer in een ruimte zijn of dimmen het naar een oriëntatieverlichting. Maar er zijn nog andere aspecten waar rekening mee moet worden gehouden, zoals u in uw onderzoek uiteenzet.

Het gebouw moet altijd van binnenuit worden gepland. Dit omvat niet alleen de verlichtingstechnologie, maar bijvoorbeeld ook de materialen die in een nieuw gebouw worden gebruikt. In dit opzicht hebben we ook interessante projecten gehad in het verleden, waarbij we veel materialen konden uitproberen en zo de lichtuitstoot konden verminderen. Dit gaat niet alleen om materialen met een lage reflectiecoëfficiënt; het is veel ingrijpender en complexer.

Eén project was een glazen gebouw. Voor de gevel gebruikten we glas dat het blauwe gedeelte van het lichtspectrum uitfiltert - dat is echt interdisciplinair werk. Ik denk dat veel mensen zich niet realiseren hoe het licht het gebouw verlaat en dat het een enorme impact heeft. Natuurlijk is glas dat het blauwgehalte uitfiltert het gewicht van het glas in goud waard.

Bent u trots op uw werk?

Achteraf gezien wel. Wat me een beetje dwars zit, is dat ik uiteindelijk vaak denk dat het beter zou kunnen. Maar in het algemeen ben ik erg trots op de projecten, vooral als er een zekere mate van innovatie bij betrokken is. En het milieu-aspect is een geweldige motivatie.

Meneer Goronzcy, hartelijk dank voor het delen van deze interessante inzichten.