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Modellierung des Circadian Stimulus mit foto- und farbmetrischen Größen sowie Untersuchung des Lichteinflusses auf die Schlafqualität und Schläfrigkeit von Frühschichtarbeitenden

Truong, William Zhang-Wei-Lian (2021):
Modellierung des Circadian Stimulus mit foto- und farbmetrischen Größen sowie Untersuchung des Lichteinflusses auf die Schlafqualität und Schläfrigkeit von Frühschichtarbeitenden. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00020078,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Modellierung des Circadian Stimulus mit foto- und farbmetrischen Größen sowie Untersuchung des Lichteinflusses auf die Schlafqualität und Schläfrigkeit von Frühschichtarbeitenden
Language: German
Abstract:

Mit der Entdeckung der intrinsisch fotosensitiven retinalen Ganglienzellen konnte 2001 gezeigt werden, dass die fotometrische Größe Beleuchtungsstärke ungeeignet ist, um nicht-visuelle Lichteffekte auf die nächtliche Melatoninunterdrückung, den zirkadianen Rhythmus, die subjektive Wachheit etc. zu beschreiben. Im Zuge dessen wurde u. a. die Größe Circadian Stimulus entwickelt, die die zirkadiane Lichtwirkung im Vergleich zur Beleuchtungsstärke besser beschreibt. Die Anwendung dieser Größe in der Beleuchtungspraxis war jedoch bislang schwierig, da in der Lichtplanung überwiegend foto- und farbmetrische Größen verwendet werden. Die Bestimmung des Circadian Stimulus erfordert allerdings zur Messung des Lichtspektrums ein Spektrometer, das in der Lichtplanung meist keine Verwendung findet. Dieser Umstand wirft die Frage auf, inwieweit der Circadian Stimulus aus bekannten foto- und farbmetrischen Größen ermittelt werden kann. Deshalb befasst sich der erste Teil dieser Arbeit mit der Entwicklung von Berechnungsmodellen für den Circadian Stimulus, die nur auf den bekannten foto- und farbmetrischen Größen basieren. Hieraus entstanden zwei Berechnungsmodelle, die den Circadianen Stimulus mit der Beleuchtungsstärke Ev und dem Farbort z2° CIE-1931-Farbraum) bzw. der ähnlichsten Farbtemperatur CCT bestimmen.

Die meisten Forschungsergebnisse zu nicht-visuellen Lichtwirkungen stammen aus Laborstudien, die unter Randbedingungen durchgeführt wurden, welche im Alltag nicht vorkommen. Es stellt sich daher die Frage, inwieweit diese Erkenntnisse auf die angewandte Lichttechnik (z. B. Lichtplanung) übertragbar sind. In diesem Zusammenhang kommen Feldstudien ins Spiel, deren Randbedingungen der Realität sehr nahe kommen. Allerdings sind Feldstudien, die nicht-visuelle Beleuchtungseffekte untersuchen, relativ selten. Eine Ausnahme bilden hier Feldstudien mit rotierenden Dreischichtsystemen, die aus medizinischer Sicht zu bewerten sind und daher in dieser Arbeit keine Berücksichtigung finden. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit Langzeit-Feldstudien zum Einfluss von Licht auf die Schlafqualität und Schläfrigkeit von Frühschichtarbeitenden im industriellen Umfeld. Die Studienergebnisse zeigen, dass Licht die Schläfrigkeit von späten Chronotypen während der Frühschicht akut reduziert. Im Gegensatz dazu wurde kein direkter Zusammenhang zwischen der Lichtexposition während der Arbeitszeit und der Schlafqualität gefunden. Die Arbeit belegt die nicht-visuelle Lichtwirkung im industriellen Umfeld und zeigt in der praxisnahen Studie eine mögliche Umsetzung einer Beleuchtungslösung, die die nicht-visuelle Wirkung gezielt in der Lichtplanung berücksichtigt.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

With the discovery of the fifth photoreceptor, the intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, it was shown in 2001 that the photometric quantity illuminance is unsuitable to describe non-visual light effects on nocturnal melatonin suppression, circadian rhythm, subjective alertness and so on. As a result, the quantity Circadian Stimulus was developed, among others, which describes the circadian light effect better than the illuminance. However, the application of this quantity in lighting practice has been difficult so far, because mainly photometric and colourimetric quantities are used in lighting design. Determining the circadian stimulus, however, requires a spectrometer to measure the light spectrum, which is rarely used in lighting design. This situation raises the question of whether the Circadian Stimulus can be determined from known photometric and colourimetric quantities. Therefore, the first part of this work addresses the development of calculation models for the Circadian Stimulus that can only be derived from the known photometric and colourimetric quantities. This resulted in two computational models that determine the Circadian Stimulus with the illuminance Ev and the chromaticity z2° (CIE-1931 colour space) and the correlated colour temperature CCT, respectively.

Most research results on non-visual light effects originate from laboratory studies conducted under constraints that do not occur in everyday life. Therefore, the question arises to what extent these findings can be transferred to applied lighting technology (e.g. lighting design). In this context, field studies come into the picture, whose boundary conditions are very close to reality. However, field studies that investigate non-visual lighting effects are relatively scarce. An exception here are field studies with rotating three-shift systems, which are to be evaluated from a medical point of view and are therefore not considered in this thesis. The second part of this thesis deals with long-term field studies on the effect of light on sleep quality and sleepiness of early shift workers in industrial settings. The study results show that light reduces the acute sleepiness of late chronotypes during the early shift. In contrast, no direct relationship was found between light exposure during working hours and sleep quality. This study proves the non-visual effect of light in an industrial environment and shows in the praxis-oriented study a potential implementation of a lighting solution that specifically incorporates the non-visual effect in the lighting design.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: vii, xv, 165 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin, Gesundheit
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Light Technology
Date Deposited: 10 Dec 2021 12:04
Last Modified: 10 Dec 2021 12:05
DOI: 10.26083/tuprints-00020078
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-200782
Referees: Khanh, Prof. Dr. Tran Quoc ; Cajochen, Prof. Dr. Christian
Refereed: 1 December 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/20078
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