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Kleines Licht- und Leuchtmittellexikon

Licht- und Leuchtmittellexikon
zum besseren Verständnis energieeffizienter Beleuchtungstechnik

Richtig geplante Beleuchtungsanlagen und der Einsatz der richtigen Beleuchtungstechnik helfen Strom und Kosten sparen !
Eine präzise Lichtanalyse und Lichtplanung sind Grundvoraussetzungen für eine energieoptimierte Beleuchtungsanlage.
Das gilt für jede Art von Beleuchtungstechnik, bevor diese in  Neubauten erstmalig installiert werden sollen oder alternativ, wenn ein bereits bestehendes Beleuchtungssystem, analysiert, optimiert und anhand der Ergebnisse mit energieeffizienten Leuchtmittel und Leuchten umgerüstet wird.

Bei der Beleuchtungsplanung, von Innenräumen und bei der Außenbeleuchtung, sind auch Grundkenntnisse über Leuchten, Leuchtmittel, Licht, Beleuchtungsarten sowie die nachfolgend Informationen und nebenstehend verwendeten physikalischen Größen und Einheiten notwendig, die zur Bestimmung von Licht und Lichtqualität berücksichtigt werden müssen.

Die wichtigsten Leuchtmittel und Eigenschaften bei der Straßen – und Hallenbeleuchtung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lichtquellen und Lichtarten

Eine Lichtquelle ist der Ursprungsort, von dem das Licht ausgesendet wird.
Nach dem Dualitätsprinzip verhält sich Licht wie eine Welle und gleichzeitig wie ein Teilchen= Lichtquant mit einem diskreten Energiebetrag.

Es werden unterschieden natürliche Lichtquellen, wie die Sonne und künstliche Lichtquellen, die  zur Beleuchtung im Innen– und Außenbereich dienen. Zu letzteren gehören alle Leuchtmittel und Dioden.

Bei der Lichtanalyse für Beleuchtungszwecke  interessiert  überwiegend das sichtbare Licht , welches vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Der sichtbare Wellenlängenbereich erstreckt sich von ca 400 nm* violett bis ca 800 nm rot. *nm= Nanometer = 10 hoch minus 9 Meter

Beim Vollspektrumlicht, das ebenfalls in Gebäuden eingesetzt werden kann, wird auch ein Anteil nicht sichtbarer elektromagnetischer Lichtstrahlung aus dem ultravioletten- und Infrarotbereich vom Leuchtmittel ausgesendet. Ziel ist es der natürlichen Zusammensetzung des Sonnelichtes möglichst nahe zu kommen.

Bei der Beleuchtungsanalyse wird weiterhin die räumliche Ausdehnung und nach der Charakteristik des abgestrahlten Lichts unterschieden:

●    Punktlichtquelle strahlt sternenförmig von einem Punkt aus
●    Diffuse Lichtquelle mit der eine flächenhafte Lichtverteilung angestrebt wird, die       arm an Kontrasten und Schatten ist.
●    Abstrahlungstechnik breit strahlend, rundum strahlend, gerichtet strahlend. Beim
      künstlichen Licht unterscheidet man nach der Art der verwendeten Lichttechnik
      beim Leuchtmittel  verschiedene Typen von Lichtquellen:

●    Thermische Strahler liefern kontinuierliche Lichtstrahlung. Ein Lichtdraht
      ( Spirale ) wird elektrisch aufgeheizt und emittiert einen Teil der aufgenommenen
      Energie als Licht. Der größte Teil der Stromenergie geht als Wärme verloren.
      Beispiele für technische Anwendung sind die Glühbirnen, Halogenleuchtmittel
      und Bogenlampen.
      Die Farbe des ausgesendeten Lichts hängt vom Material des Glühfadens und der
      Temperatur ab. Bei einer Glühlampe beträgt die Temperatur ca 2700 °C und bei
      Halogenglühlampe 3200 °C. Eine Bogenlampe mit Kohle hat eine Temperatur von
      6000 °C. Je heißer die Temperatur desto mehr verschiebt sich das Lichtspektrum
      zum blauen, ultravioletten Teil.

●    Nicht thermische Strahler : Hierzu gehören Gasentladungslampen und Dioden       ( LEDs).

●    Bei Entladungslampen wird in einem Glaskolben, der mit einem Gas und mit
      Zusätzen von Quecksilber, Natrium, Metallhalogenid gefüllt wird, zwischen zwei
      Elektroden mittels Hochspannung ein elektrisches Feld erzeugt. Die Gasatome
      werden energetisch angeregt, so dass sie eine Glimmentladung oder einen
      Lichtbogen erzeugen und beim energetischen Übergang Licht abstrahlen.
      Es werden Niederdruckgasentladungslampen (Glimmentladung) wie
      Leuchtstoffröhren und Hochdruckgasentladungslampen wie HQL s. unten
      sowie Metalldampflampen unterschieden.

●    Die LED ( Light Emitting Diode ) sind Halbleiterdioden, die in Durchlassrichtung       Lichtstrahlung abgeben. Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts ist dabei       abhängig vom gewählten Ausgangsmaterial des Halbleiters.
      Die LED-Beleuchtung ist derzeit industriell für Hallenbeleuchtung und
      Straßenbeleuchtung technisch wirtschaftlich noch nicht einsetzbar.
      Die LED-Beleuchtungstechnik birgt aber ein enormes Entwicklungspotential.
      Bei der Lichtplanung sollte man deshalb darauf achten, dass die derzeit
      vorhandenen Leuchten so umgerüstet werden, dass sie zukünftig problemlos mit
      LED Leuchtmittel nachgerüstet werden können.

Lichtlexikon

 

Beleuchtungsstärke = E (lx) gibt das Verhältnis des auffallenden Lichtstroms Φ_v (lm) zur beleuchteten Fläche an und wird in Lux gemessen.

Die Beleuchtungsstärke beträgt 1 lx (Lux) , wenn ein Lichtstrom von 1 lm (Lumen) auf eine Fläche von 1 m² gleichmäßig verteilt auftrifft.

 

Lichtstrom = Φ_v (lm), stellt die gesamte Strahlungsleistung dar, die von einer Lichtquelle in den Raum abgegeben wird und wird im Lumen gemessen.

 

Lichtstärke = I_v (cd), ist die Intensität des in eine bestimmte Richtung abgestrahlten Lichtstrahls und wird in Candela gemessen.

Der Lichtstrom Φ_v , wird von einer Lichtquelle in der Regel in verschiedene Richtungen unterschiedlich stark ausgestrahlt.

 

Lichtstärkeverteilung wird in Diagrammen als Lichtverteilungskurven (LVK) dargestellt

 

Leuchtdichte = L (cd/m²) einer Lichtquelle oder beleuchteten Fläche ist maßgeblich für den vom Auge wahrgenommenen Helligkeitseindruck. Die Wahrnehmung einzelner Leuchtdichten können im Vergleich durch das Auge gut wahrgenommen werden.

DIN 5035 / EN 12464 regelt die allgemeinen Anforderungen für die Beleuchtung mit künstlichem Licht und gibt spezielle Werte vor für verschiedene Arbeitsstätten (Tätigkeiten) in Innenräumen und im Freien.

 

Lichtfarben (K) werden durch die Farbwiedergabe beschrieben und in Kelvin gemessen.
Beispiele:: Warmweiß ww < 3300 K, Neutralweiß nw 3300 bis 5000 K und Tageslichtweiß tw > 5000 K. 
Bei gleichen Lichtfarben einer Lampe gibt es wegen der unterschiedlichen spektralen Zusammensetzung des Lichtes unterschiedliche Farbwiedergabe-Eigenschaften.

Lichtquelle Ursprungsort von dem das Licht abgestrahlt wird.

Vollspektrumlicht Leuchtmittel mit einem Farbwidergabeindex Ra nahe 100. Der Einsatz von Vollspektrumlicht in Beleuchtungsanlagen entspricht damit weitestgehend dem natürlichen Farbspektrum der Sonne. Der Einsatz von Vollspektrumlicht wirkt sich positiv aus auf das allgemeine Befinden und damit auf die Gesundheit bei  Menschen und Tieren, die sich  in geschlossenen Räumen mit Kunstlicht aufhalten müssen.

 

Beleuchtungsstärke für Innenräume nach
DIN EN 12464-1 ( früher DIN 5035-2 ) und ergänzend dazu die DIN 5035-7 ( Teilflächen-, Arbeitsbereich- und Raum bezogene Beleuchtung.)

Arbeitsplatzorientierte Beleuchtung mit Unterscheidung der Sehaufgaben und für den Bereich der unmittelbaren Umgebung.

Z. Bsp. für ein Büro beträgt die Nutzebene beim Schreiben, Lesen, der  Datenverarbeitung  an Schreibtischen h = 0 ,75 m und für die Sehaufgabe beträgt die Beleuchtungsstärke  am Schreibtisch
500 Lux und in der unmittelbaren Umgebung 500 lx . Gleichmäßige Raumausleuchtung ist  zu berücksichtigen

Wartungsfaktoren vom Planer, Energieeffizienz Beauftragten etc werden die Beleuchtungsstärken vorgegeben. Bei Unterschreitung dieser Werte muss eine Wartung stattfinden. (Früher nach DIN 5035 war das bei Werten <80% der Fall. )

 

Spannungsabsenkung  und Strom sparen
Durch Spannungsabsenkung kann Strom gespart werden und die Lebensdauer der Verbraucher steigt . Beides geht aber zu Lasten des Wirkungsgrads.
Die Beleuchtungsstärke beim Licht nimmt ab!, wenn die Spannung abgesenkt wird. D.h. bei  einer Lichtanlage , die 100 % der vorgeschriebenen Beleuchtungsstärke erreicht, wird nach Absenkung der  Spannung der vorgeschriebene DIN EN Wert unterschritten.

Je höher die Spannung ist, desto heller brennt das Licht.

Nur in Ausnahmefällen ist es daher sinnvoll Licht durch Spannungsabsenkung zu dimmen : z. Bsp. bei der Straßenbeleuchtung während der Dämmerung oder den Strom dadurch kurzfristig zu stabilisieren.
Da die entnommene Energie ( der Verbrauch) bezahlt werden muss, ist es sinnvoller auf den Wirkungsgrad  der Leuchtmittel  zu achten.
Mit weniger Wattage der Leuchtmittel d.h. weniger Watt  / Lux mehr Licht zu erzeugen ist der sinnvollere Weg  zum Energie sparen.

Gas mit Quecksilber Betriebsdrücke 1 MPa (ca 10 bar) zur Straßenbeleuchtung Industriebeleuchtung

mit Vorschaltgerät

ca 8000 h Betriebsstunden

HQL

Quecksilberdampf-

Hochdrucklampen

Leuchtmittelbezeichng

Abbildung Leuchtmittel

Betriebsdruck , Einsatz

Vorschaltgerät VG

HQI oder HID
Halogen-
Metalldampflampen

Weiterentwicklung der HQL

Zugabe Halogenverbindungen und seltener Erden wie Xenon

ca 38% der zugeführten Energie wird zu Licht

Elektronisches EVG

30.000 h Lebensdauer

CER / CMD

Ceramik
Metal Halide

Weiterentwicklung HQI

Keramikbrenner aus Saphirglas bis 100 lm / Watt

Zugabe Halogenverbindungen und seltener Erden wie Xenon

Farbwidergabeindex bis 90 Elektronisches EVG

30.000 h Lebensdauer

Am konventionellen VG auch mit Spannungsabsenkung

NAV

Keramikbrenner aus Saphirglas produziert gelbes Licht mit hoher Konturerkennung und geringem Farbwidergabeindex bis 130 lm / Watt, Lebensdauer am EVG 25000 h bis 60000 h

Schnelle Wiederzündung mit Doppelbrennertechnik

LED

Lichtemission nicht durch hohe Gastemperaturen sondern Potentialübergang eines Halbleiters, ca nur 25 % des Stroms produzieren Licht, Rest Wärme.  50-60 lm / Watt

Lebensdauer ca 60000 h.

 

Lichtanalyse, Lichtplanung, Lichtoptimierung, Leuchtmittel umrüsten und Realisierung von energieeffizienten Beleuchtungsanlagen:    Dipl.Kfm., Dipl. Ing. (FH) Peter Angermaier berät Sie !

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