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Lexikon der Optik: Beleuchtungstechnik

Beleuchtungstechnik, die Technik der Anwendung von Leuchten und Lampen zur künstlichen Beleuchtung von Innenräumen wie Wohnräumen, Arbeitsstätten, Krankenhäusern, Unterrichtsräumen, Sportstätten u.a. bzw. von Flächen und Gebäuden im Freien. Dabei hat die Beleuchtung die Aufgabe, die Voraussetzungen für die Wahrnehmung bestimmter Sehdetails zu schaffen oder auch bestimmte Stimmungen zu erzeugen.

Gestaltungsmittel beim Einsatz künstlicher Beleuchtung sind das Beleuchtungsstärkeniveau, die Lichtverteilung, die Helligkeitskontraste, die Lichtfarbe und die zeitliche Variation des Lichtes. Je nach Art und Schwierigkeit der spezifischen Sehaufgabe kann eines der Gestaltungsmittel von besonderer Bedeutung sein.

Die Sehaufgabe wird unterschieden nach der Größe des kleinsten Sehobjektes, der Größe der auftretenden Leuchtdichte- und Farbkontraste, der Geschwindigkeit, mit der das Sehdetail wahrgenommen werden muß, der gewünschten Sicherheit des Erkennens und der Dauer der Seharbeit.

Die Beleuchtung wird nach folgenden lichttechnischen Gütemerkmalen gestaltet und bewertet:

1) Beleuchtungsstärkeniveau. Die erforderliche Beleuchtungsstärke hängt von der Sehaufgabe ab. Häufig wird die Beleuchtung aus einer Arbeitsplatzbeleuchtung und einer Allgemeinbeleuchtung kombiniert, womit der Sehaufgabe und den wirtschaftlichen Erfordernissen entsprochen wird. Die Nennbeleuchtungsstärke wird als die mittlere Beleuchtungsstärke des betrachteten Raumes festgelegt, die zur Erledigung einer Sehaufgabe (durch eine normalsichtige Person) erforderlich ist (Tabelle).

Je nach der Größe des kleinsten Sehdetails und dem Betrachtungsabstand wurden Arbeitskategorien ermittelt, die in Abhängigkeit vom Kontrast des Sehdetails zu seiner unmittelbaren Umgebung und vom mittleren Reflexionsgrad des Umfeldes weiter in Arbeitsgruppen unterteilt werden. Für diese Arbeitskategorien bzw. -gruppen werden Nennbeleuchtungsstärken angegeben.

2) Leuchtdichteverteilung. Zur Erhöhung der Sehleistung sowie zur Begrenzung von möglichen Blendwirkungen ist eine bestimmte Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld erforderlich.

Die Leuchtdichte L von Raumoberflächen läßt sich aus der Beleuchtungsstärke E entsprechend der Beziehung LE/(πΩ0) (mit Ω0 als Einheit des Raumwinkels) berechnen, wenn für die reflektierenden Raumoberflächen eine vollkommen gestreute Reflexion mit dem Reflexionsgrad ρ vorausgesetzt wird.

Zur Erzielung ausgewogener Leuchtdichteverteilungen in der entsprechenden Nutzebene sollte die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärkeverteilung so gut sein, daß das Verhältnis der minimalen Beleuchtungsstärke Emin zur mittleren

nicht kleiner ist als 1:1,5. Für das Verhältnis der Leuchtdichte des Sehdetails und der Leuchtdichte im näheren Umfeld werden Werte zwischen 5:1 bis 5:4 empfohlen.

Zu geringe Leuchtdichteunterschiede im Gesichtsfeld vermitteln einen monotonen Raumeindruck. Zu große Leuchtdichteunterschiede bergen die Gefahr der Blendung und damit einer Herabsetzung der Sehleistung (physiologische Blendung) oder des Vermittelns von Unbehagen (psychologische Blendung) in sich.

Gute Beleuchtungsverhältnisse bei einem hohen Beleuchtungswirkungsgrad können erreicht werden, wenn die mittleren Reflexionsgrade ρ der Decke, der Wände und des Bodens 0,7, 0,5 und 0,2 betragen.

Zur Vermeidung von Blendungserscheinungen sind gezielte Maßnahmen notwendig, die die Blendung durch Lampen oder Leuchten (Direktblendung) oder durch Spiegelung hoher Leuchtdichten auf glänzenden Flächen (Reflexblendung) begrenzen. Dazu sind die Kontraste gering und die scheinbare Größe der Blendquellen klein zu halten (z.B. durch das Anbringen von Leuchtstofflampen parallel zur Blickrichtung), die Blendquelle so weit wie möglich aus der Blickrichtung zu entfernen sowie Lampen hoher Leuchtdichte (z.B. Glühlampen und Hochdruck-Entladungslampen) grundsätzlich abzuschirmen.

3) Lichtrichtung und Schattigkeit. Ein ausgewogenes Verhältnis von gerichteter und diffuser Beleuchtung ist für eine gute Erkennbarkeit von Körpern und der Struktur beleuchteter Oberflächen erforderlich. Zur Kennzeichnung kann das Verhältnis von zylindrischer Beleuchtungsstärke EZ (d.i. die mittlere Beleuchtungsstärke auf der Mantelfläche eines vertikalen Kreiszylinders mit gegen Null gehenden Abmessungen) zur horizontalen Beleuchtungsstärke EH herangezogen werden. Es sollte nicht kleiner als 0,3 und nicht größer als 0,8 sein.

4) Lichtfarbe und Farbwiedergabe. Die spektrale Verteilung der Strahlung, die durch die Angabe einer ähnlichsten Farbtemperatur charakterisiert werden kann, bestimmt die Farbe des Lichtes. Von jeder Lichtfarbe geht eine bestimmte Farbwirkung aus. Der durch eine Lichtquelle erzeugte Farbeindruck von Objekten wird durch einen Farbwiedergabeindex Ra beschrieben.

Durch eine richtige Abstimmung der Komponenten Lichtfarbe, Farbwiedergabe im Raum, Beleuchtungsverteilung und Farbgebung im Raume kann das Farbklima und damit die Stimmung der Menschen beeinflußt werden.

5) Zeitliche Variation des Lichtes. Die Lichtpulsation (Restwelligkeit des Lichtstromes) als Folge des Wechselstromes, mit dem die Lampen betrieben werden, kann wegen des stroboskopischen Effektes (Stroboskopie) bei der Beobachtung bewegter Objekte zu Beeinträchtigungen führen. Durch geeignete Maßnahmen kann man die Pulsation reduzieren.

6) Ein wichtiger Bereich der B. ist die Außenbeleuchtung, für die prinzipiell die gleichen Bewertungskriterien wie bei der Innenraumbeleuchtung gelten. Unterschiede ergeben sich aus den anderen geometrischen Verhältnissen, im besonderen durch das Fehlen von Begrenzungsflächen, und durch die großen Abmessungen der zu beleuchtenden Flächen. Außenbeleuchtungsanlagen sollen für Tätigkeiten im Freien z.B. auf industriellen Freiflächen oder beim Benutzen von Verkehrsanlagen während der Dunkelstunden ausreichende Sehbedingungen schaffen. Ihre Realisierung erfordert Kompromisse zwischen der Schaffung optimaler Sehbedingungen und der Wirtschaftlichkeit der Anlagen. Für die meisten Außenanlagen sind das mittlere Beleuchtungsniveau und die Lichtverteilung die ausschlaggebenden Gütekriterien, lediglich bei der Straßenbeleuchtung dominiert die Leuchtdichte als Bewertungskriterium. Durch Außenanlagen werden Beleuchtungsstärkeniveaus – in Abhängigkeit von der Spezifik der Freifläche – zwischen 2 und 75 lx bei Werten des Beleuchtungsstärkeverhältnisses Emin:

zwischen 1:3 und 1:10 realisiert.

Bei Anstrahlung von Gebäuden, Denkmälern und Parkanlagen richtet sich das Beleuchtungsstärkeniveau nach der Umgebung und nach gestalterischen Gesichtspunkten. Die Leuchtdichte des angestrahlten Objektes soll größer als die seiner Umgebung sein und für freistehende Bauwerke und Denkmäler zwischen 3 und 6,5 cd/m2 betragen, für Bauten auf Straßen und Plätzen bei dunkler Umgebung zwischen 4,5 und 10 cd/m2 und bei sehr heller Umgebung zwischen 13 und 16 cd/m2.



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