Entwicklung von Leuchtdichteverteilungs- und Steuerungskonzepten für den Bildschirmarbeitsplatz

Abstract

Die Lichtumgebung beeinflusst Leistung, Ermüdung und Empfinden am Büroarbeitsplatz. Durch die Integration des Monitors in die Arbeitswelt hat sich einerseits die Blickrichtung im Vergleich zur reinen Schreibtischarbeit geändert, andererseits stellt der Monitor, als selbstleuchtende Fläche, ein weiteres Element der Leuchtdichteumgebung der Nutzer dar.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu klären, welche Komponenten des Gesichtsfelds Einfluss auf die Nutzer nehmen und zu einer gesteigerten Leistungsfähigkeit führen. Diese Komponenten sind:

- die Leuchtdichten des Monitors - die Leuchtdichten der Arbeitsfläche - die Leuchtdichten des Wandabschnitts hinter dem Monitor - die Leuchtdichteverhältnisse dieser Flächen

Außerdem wird die Möglichkeit der Erstellung eines Steuerungsalgorithmus auf Basis der gewonnen Daten überprüft.

Innerhalb der Arbeit werden drei aufeinander aufbauende Studien durchgeführt. In Studie 1 werden im Testraum sechs verschiedene Lichtbedingungen hergestellt, welche sich in Leuchtdichteniveau und Verteilung unterschieden. Innerhalb der Lichtbedingungen werden drei verschiedene Monitorleuchtdichten verwendet. Die sich daraus ergebenden 18 Leuchtdichteumgebungen werden mittels verschiedener Fragebögen und Leistungstests bezüglich ihrer Wirkung auf die Nutzer überprüft. Es wird nachgewiesen, dass neben der singulären Betrachtung der Leuchtdichten der Einzelflächen auch die Verhältnisse im Gesichtsfeld und das Miteinbeziehen der Komponente Monitor von großer Wichtigkeit sind.

Studie 2 zielt auf eine möglichst umfassende Untersuchung der Verhältnisse im Gesichtsfeld ab, dazu werden die relevanten Flächen systematisch gegeneinander variiert und 54 resultierende Leuchtdichteumgebungen getestet. Die Wandabschnittsleuchtdichte und das Leuchtdichteverhältnis zwischen Monitor und Wandabschnitt werden als maßgebliche Größen identifiziert. Anhand der optimalen Leuchtdichteverhältnisse zwischen Monitor und Wandabschnitt werden zwei Varianten eines Steuerungsalgorithmus erstellt, welche die Monitorleuchtdichte anhand der Wandabschnittsleuchtdichte regulieren: die Leistungsatmosphäre-Steuerung und die Energie-Steuerung.

Die konzipierten Steuerungsvarianten werden in Studie 3 unter realen Tageslichtbedingungen getestet. Es zeigen sich erste Hinweise, dass eine Anpassung der Monitorleuchtdichte an die Wandabschnittsleuchtdichte positiven Einfluss auf die Nutzer nehmen kann.

Insgesamt kann die Variation der Leuchtdichten im Gesichtsfeld auch im moderaten Leuchtdichtebereich des Bürokontextes die Nutzer hinsichtlich verschiedener Maße der Leistung, der Ermüdung und des Empfindens beeinflussen. Besonders die visuelle Leistungsatmosphäre zeigt sich sensitiv gegenüber der Variation der Leuchtdichteumgebung. Betrachtet man die Innenflächen des Raumes so übt die Leuchtdichte des Wandabschnitts hinter dem Monitor einen größeren Einfluss auf die Nutzer aus als die der Arbeitsfläche. Es kann eine für die visuelle Leistungsatmosphäre optimale Wandabschnittsleuchtdichte von 336 cd/m2 unter Berücksichtigung eines Unsicherheitsbereichs zwischen 121 cd/m2 und 550 cd/m2 ermittelt werden.

Bezüglich der Leuchtdichteverhältnisse der einzelnen Flächen der Leuchtdichteumgebung kann gezeigt werden, dass besonders das Leuchtdichteverhältnis zwischen Monitor und Wandabschnitt die Nutzer beeinflusst. Liegt dieses Verhältnis bei 1,24/1 so wird unter Berücksichtigung eines Unsicherheitsbereichs zwischen 0,40/1 bis 2,93/1 eine optimale visuelle Leistungsatmosphäre erreicht.

Der Vergleich der beiden generierten Steuerungsalgorithmen mit einer konstanten Monitorleuchtdichte ergibt lediglich bei Betrachtung der Testpersonen ab 25 Jahren aussagekräftige Ergebnisse. Testpersonen in höherem Alter scheinen sensibler gegenüber Änderungen der Leuchtdichteumgebung zu sein. Die Leistungsatmosphäre-Steuerung führt zur höchsten visuellen Leistungsatmosphäre, außerdem waren die Testpersonen zur höchsten Leistung bei Bearbeitung des Konzentrations-Leistungs-Tests fähig. Vom Einsatz der Energie-Steuerung ist abzuraten, da dieser zu erhöhter visueller Ermüdung nach der Aufgabenbearbeitung und einer verminderten visuellen Leistungsatmosphäre führt.

The luminous environment influences performance, fatigue and perception of the employees in an office environment. Due to the integration of displays into the working world, the viewing direction has considerably changed in comparison to the conventional desk work. Furthermore, the self-illuminating surface of the computer display is an additional element in the luminance environment of office workers.

The aim of this work is to identify which parameters of the visual environment influence employees in offices and could enhance their performance. Among these parameters are:

- the luminance of the display - the luminance of the desk - the luminance of the wall behind the display - the luminance ratios of these elements

In addition, the possibility of creating an algorithm to control the luminance environment on the basis of the obtained data is tested.

In this work, three interconnected studies are conducted. In study 1 six lighting conditions are realized in a laboratory, they differ in terms of luminance values and luminance ratios. Within these conditions three different values of display luminance are used. With different questionnaires and performance tests, the resulting 18 luminance environments are tested for their effect on office workers. It is shown that in addition to the consideration of the luminance values of the individual elements in the field of vision, the analyses of the luminance ratios of these elements and the integration of the display are also very important.

Study 2 aims at a comprehensive investigation of the luminance ratios in the field of vision, the relevant elements are systematically varied and 54 resulting luminance environments are tested. The luminance of the wall behind the display and the luminance ratio between the display and the wall behind the display can be identified as the relevant parameters. Using the optimal luminance ratio between the display and the wall behind the display, two variants of a control algorithm are created, which regulate the display luminance based on the luminance of the wall behind the display: the performance atmosphere control and the energy control.

The created control variants are tested under daylight conditions in Study 3. First indications can be shown that an adjustment of display luminance on the luminance of wall behind the display can have a positive influence on the employees.

Overall, under typical office luminance conditions the variation of luminance values in the field of vision can affect the employees in terms of different aspects of performance, fatigue and perception. Especially the visual performance atmosphere is sensitive to the variation in the luminance environment. Comparing the luminance of the desk and the wall behind the display, the wall has a greater influence on the office workers. The visual performance atmosphere is optimal at 336 cd/m2 on the wall behind the display; an uncertainty range from 121 cd/m2 to 550 cd/m2 must be taken into account.

For the luminance ratios of the individual elements of the luminance environment, it can be shown that especially the luminance ratio between the display and the wall behind the display influence the employees. The visual performance atmosphere is optimal for a ratio of 1,24/1; an uncertainty range from 0,40/1 to 2,93/1 must be taken into account.

The comparison of the two created control algorithms with a constant display luminance shows results only for subjects that are aged 25 or more. Subjects in older age seem to be more sensitive to changes in the luminance environment. The performance atmosphere control leads to the highest visual performance atmosphere. With this variant of control, the subjects have also the best performance when processing a concentration performance test. The use of the energy control is not recommended, as it leads to increased visual fatigue after performing the tasks and reduced visual performance atmosphere.