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Leuchten

Grundlagen

Leuchten sind die Träger der Lichtquellen (Lampen). Sie sind zuständig für den elektrischen und mechanischen Schutz der Lampe, sollen den Lichtstrom verteilen oder gezielt lenken und schützen den Menschen vor Blendung. Weiterhin sollen sie durch ihre Konstruktion und ihre Anordnung im Raum der Beleuchtungsanlage ein ansprechendes Aussehen verleihen.

Nach der DIN 5040 (Leuchten für Beleuchtungszwecke) werden Leuchten, je nach ihrer Lichtstromverteilung, fünf Grundtypen der Buchstaben A bis E zugeordnet:

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Typ A sind direkt strahlende Leuchten, die mindestens 90 % des Lichtstromes nach unten lenken. Dazu zählen z.B.:

  • Deckeneinbauleuchten
  • Rasterleuchten für die Deckenmontage
  • Pendelleuchten mit geschlossenem Leuchtendach
  • tief strahlende Leuchten (Downlights)
  • Industrieleuchten für die Hallenbeleuchtung

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Typ B sind vorwiegend direkt strahlende Leuchten, die mindestens 60 % des Lichtstromes nach unten lenken. Dazu zählen z.B.:

  • Wannenleuchten mit durchscheinenden Seitenflächen
  • Feuchtraum-Leuchten für die Deckenmontage mit frei strahlender L-Lampe
  • Leuchten für die Deckenmontage mit nach unten und zur Seite abstrahlendem Sekundärreflektor

Typ C sind direkt-indirekt strahlende Leuchten, die etwa gleichmäßig je 50 % des Lichtstromes nach oben und unten verteilen. Dazu zählen z.B.:

  • Pendelleuchten (auch Spiegelresterleuchten) mit nach unten und zur Decke hin offenem Leuchtenkörper

Typ D sind vorwiegend indirekt strahlende Leuchten, die mindestens 60 % des Lichtstromes nach oben lenken. Dazu zählen z.B.:

  • Pendelleuchten mit nach oben und unten hin offenem Leuchtenkörper und unten abgedeckt mit nach oben gerichteten Sekundär-Seitenreflektoren
  • Pendelleuchten mit speziellen Seiten-Lichtauskopplern („WAVEGUID“)
  • Pendelleuchten mit oben offenem Leuchtenkörper, der nach unten durch ein Lochraster abgedeckt ist

Typ E sind indirekt strahlende Leuchten, die mindestens 90 % des Lichtstromes nach oben lenken. Dazu zählen z.B.:

  • Pendelleuchten mit nach unten hin geschlossenem Leuchtenkörper
  • Pendelleuchten mit oben und unten offenem Leuchtenkörper sowie zusätzlichem unten angeordnetem Sekundärreflektor, der die Strahlung zur Decke lenkt

Nach DIN 5040-2 (Innenleuchten; Begriffe, Einteilung) wird dem jeweiligen Kennbuchstaben der Leuchte zusätzlich eine zweistellige Ziffer angefügt. Die erste Ziffer von 0 bis 8 beschreibt den Anteil des direkt auf die Nutzebene treffenden Lichtstromes. Dabei steht die 0 für keinen derartigen Lichtstromanteil und die 8 für 90-100 % direkten Lichtstromanteil. Die zweite Ziffer von 0 bis 4 beschreibt den Anteil des direkt an die Decke gestrahlten Lichtstromes. Auch hier steht die 0 wieder für keinen derartigen Lichtstromanteil und die 4 für 90-100 % Decken-Lichtstromanteil. Somit ist an erster Stelle eine 0 nur bei Leuchten des Typs E möglich und an zweiter Stelle nur bei Leuchten des Typs A.

Bsp.: Leuchte Typ „B41“, das heißt es handelt sich um eine vorwiegend direkt strahlende Leuchte , die 50-60 % des Lichtstromes im Standardraum auf die Nutzebene und 0-50 % an die Decke strahlt.

Die genaue Klassifizierung einer Innenraumleuchte ist den Herstellerangaben zu entnehmen, wobei viele Hersteller anstatt der kompletten Kennzeichnung nur die zugehörige Lichtverteilungskurve (LVK) angeben. Neben den eben beschriebenen Unterschieden kann die LVK einer Leuchte symmetrisch oder asymmetrisch verlaufen. Symmetrisch strahlende Leuchten verteilen ihr Licht gleichmäßig nach unten und/oder nach oben. Asymmetrisch strahlende Leuchten haben eine einseitig verschwenkte LVK, diese dient z.B. zur Anstrahlung von Wandflächen bei sogenannten Wallwashern.

Leuchtenwirkungsgrad und Leuchtenbetriebswirkungsgrad

Der Leuchtenwirkungsgrad ηL ist erforderlich zur Berechnung des Gesamt-Lichtstromes bzw. der zu installierenden Lampen- und Leuchtenzahl bei der Planung einer Beleuchtungsanlage. Ihn kann man den Herstellerlisten entnehmen und er wird auch optischer Wirkungsgrad genannt. Er beschreibt das Verhältnis zwischen dem Leuchtenlichtstrom ΦL, der von der Leuchte in den Raum abgestrahlt wird und dem Lampenlichtstrom Φ0, den die eingesetzte Lampe erzeugt.

Bei Leuchten mit Lampen, deren Lichtstromabgabe temperaturabhängig ist, muss zwischen dem Leuchtenwirkungsgrad ηL und dem Leuchtenbetriebswirkungsgrad ηLB unterschieden werden, hier gilt:

v(ϑ) ist dabei ein Verminderungsfaktor mit einem Betrag kleiner als 1, der das Verhältnis zwischen erzeugtem Lichtstrom der Lampe bei der jeweiligen Betriebstemperatur und deren Nennlichtstrom Φ0 angibt. Eine Temperaturabhängigkeit des Lichtstromes ist insbesondere bei Leuchtstofflampen gegeben. Die Betriebstemperatur ϑ einer Lampe ist von ihrem konstruktiven Aufbau und von mehreren äußeren Einflüssen abhängig, z.B. der Raumtemperatur, der Konstruktion der Leuchte, in der sie betrieben wird, der Anzahl und Leistung der eingesetzten Lampen und der Art des Untergrunds, auf den die Leuchte montiert ist. Dies können eher Wärme dämmende oder Wärme leitende Materialien sein. Aus diesen Gründen lässt sich die zu erwartende Betriebstemperatur meist nur schätzen und die Leuchtenhersteller geben deshalb für ihre Leuchten einen Leuchtenbetriebswirkungsgrad an auf Basis von üblichen Umgebungsbedingungen. Dadurch wird die Planung einer Beleuchtungsanlage erleichtert. Zuverlässig ist dieser Wert allerdings nur für einen Standardeinsatz der Leuchte. Sind keine Herstellerangaben zum Leuchtenbetriebswirkungsgrad erhältlich, können für L-Lampen, die mit T8-Lampen bestückt sind folgende Nährungswerte herangezogen werden:

Leuchtenart ηLB
Freistrahlend (ohne Lampenschirmung) ca. 0,9
Unten offene Reflektor- oder Einbauleuchte ca. 0,7
Reflektor- oder Deckeneinbauleuchte mit Rastern ca. 0,6
Decken-Unterbauleuchten mit Kunststoffglas-Abdeckung ca. 0,6
Decken-Einbauleuchten mit Kunststoffglas-Abdeckung ca. 0,5

Direkt- und Reflexblendung durch Leuchten

Die sich an den Lichtaustrittsflächen von Leuchten konzentrierende Strahlung kann Blendstörungen erzeugen, z.B. durch:

  • Direktblendung von Personen
  • Reflexionen am Computer-Bildschirm und/oder auf der Arbeitsebene (Reflexblendung)

Die Intensität der Blendung kann bei ein und derselben Leuchte unterschiedlich ausfallen, je nach Anordnung im Raum, Montageort oder Distanz zwischen Leuchte und Arbeitsplatz. Bei Wannenleuchten und Leuchten mit weißen Reflektoren ist Blendung besonders leicht gegeben, noch ungünstiger sind nur Leuchten mit frei strahlenden Lampen. Deshalb eignen sich diese Leuchten auch nicht für den Einsatz in Räumen mit Bildschirm-Arbeitsplätzen (BAP).

Es kann allgemein davon ausgegangen werden, dass, bezogen auf die Horizontale in Augenhöhe, bei einer Person in aufrechter Körperhaltung ein Objekt unter einem Blickwinkel von 45° sich in dessen Gesichtsfeld befindet. Daraus folgt, dass bei Deckenleuchten, deren Lichtaustrittsflächen uneingeschränkt einsehbar sind, die Blendungsgefahr zunehmen kann, je weiter sie vom jeweiligen Arbeitsplatz entfernt angebracht sind, also je kleiner der Winkel ist, unter dem sie wahrgenommen werden. Wenn also bei der am weitesten vom Arbeitsplatz entfernten Leuchte die Leuchtdichte an den Lichtaustrittsflächen so stark reduziert ist, dass keine Direktblendung vorliegt, dann ist auch von allen anderen baugleichen Leuchten im Raum keine Blendung zu erwarten. Steigen kann die Blendungsgefahr allerdings durch einen dichteren Abstand zwischen den Deckenleuchten, weil sich so Teile ihrer Licht durchlässigen Flächen überlagern können.

Keine sinnvolle Lösung für eine Allgemeinbeleuchtung stellen Wandleuchten dar. Sie können aber zu dekorativen Zwecken eingesetzt werden, wenn ihre Oberflächen-Leuchtdichte zur Raumebene hin sehr gering ist.

Bei Leuchten mit lichtundurchlässigen Seitenflächen ist die Blendungsgefahr generell niedriger, es kann aber trotzdem noch zu Blendeffekten kommen aufgrund der Reflektoren.

Eine weitere Gefahr ist die Reflexblendung, z.B. über PC-Bildschirme. Hier gilt die physikalische Regel Ausfallswinkel = Einfallswinkel. Ein Strahl wird also von einer glatten, spiegelnden Fläche unter dem gleichen Winkel zurückgeworfen, wie er auf die Fläche getroffen ist. PC-Bildschirme verstärken die Gefahr der Reflexblendung durch die Tatsache, dass sie aus ergonomischen Gründen mit leichter Rückwärtsneigung von etwa 15-20° aufgestellt werden. Auch hier ist die Gefahr durch weiter entfernte Leuchten größer.

Reflexblendung am PC kann durch entsprechende Bildschirme einer Güteklasse und/oder den Einsatz von Leuchten mit eingeschränkter seitlicher Abstrahlung vermindert oder gar vermieden werden. Solche Leuchten sind z.B. mit hochwertigen eloxierten Aluminium-Spiegelreflektoren und -rastern ausgestattet, die den abgestrahlten Lichtstrom bündeln und gezielt lenken. Oberhalb eines Ausstrahlungswinkels γ = 65° ist die Leuchtdichte rundum begrenzt, diesen Bereich nennt man auch Darkbereich. Bei speziellen BAP-Leuchten ist der Ausstrahlungswinkel sogar auf γ = 55° begrenzt.

Allerdings kann eine Raumbeleuchtung mit eng bündelnden Leuchten zu einer zu geringen zylindrischen Beleuchtungsstärke führen, vor allem bei Räumen mit geringer Deckenhöhe und/oder Pendelaufhängung der Leuchten. Deshalb sollten in Räumen, in denen die Arbeit am Bildschirm nur eine unter mehreren Aufgaben ist, für die Allgemeinbeleuchtung Leuchten mit dem größeren Ausstrahlungswinkel verwendet werden. Der Einsatz von BAP-Leuchten mit dem kleineren Ausstrahlungswinkel ist degegen in Räumen sinnvoll mit reinen BA-Plätzen.

Blendungswerte bei Leuchten (UGR-Verfahren)

Vom Komitee 3-13 der CIE (Internationale Beleuchtungskommission) wurde für eine Erfassung und Bewertung von Direktblendung durch Leuchten das so genannte UGR-Verfahren (englisch: Unified Glare Rating; etwa: vereinheitlichtes Blendungsbewertungsverfahren) entwickelt. Basis ist eine relativ komplizierte Formel, mit der der so genannte UGR-Wert, die Blendungsanzahl der Beleuchtungsanlage, bestimmt wird. Dieser Wert besitzt keine Einheit und berücksichtigt u.a. die Hintergrundleuchtdichte im Raum sowie die mittlere Leuchtdichte der einzelnen Leuchte in Beobachterrichtung. Es gilt allgemein je größer der UGR-Wert, desto größer die Gefahr von Direktblendung.

Um nach diesem Verfahren planen zu können, müssen Leuchtenhersteller die UGR-Werte ihrer Produkte für verschiedene Raumbedingungen definieren. Dabei sind die Aufgaben der Planungsfachkraft:

  • den zur ausgewählten Leuchte in Betracht kommenden UGR-Wert aus einer Tabelle auszulesen und
  • mit einem vorgegebenen zulässigen oberen Grenzwert, den UGRL-Wert zu vergleichen, der in der Beleuchtungsanlage nicht überschritten werden darf

Als Parameter zum Herausfinden des unter gegebenen Raumbedingungen in Betracht kommenden UGR-Wertes einer Leuchte dienen die Reflexionsgerade ρ der den Raum umschließenden Flächen (Decke, Wände, Nutzebene), die Raumabmessungen (Höhe, Länge, Breite) sowie die Kenntnis der Hauptblickrichtung der Raumbenutzer und, bei Einstaz von lang gestreckten Leuchten, zusätzlich die vorgesehene Lage der Lampenlängsachsen, bezogen auf die Hauptblickrichtung. Die Abmessungen der Raum-Grundfläche sind als Vielfaches des Höhenunterschieds Leuchten-Lichtschwerpunkt/Betrachteraugen angegeben. Der Leuchten-Lichtschwerpunkt liegt bei L-Lampen z.B. in Höhe der Längsachse des Lampenrohres. Für die Augenhöhe werden folgende Höhen angenommen:

  • sitzende Personen: 1,2 m
  • stehende Personen: 1,7 m

über der jeweiligen Fußbodenebene.

Vergleicht man die UGR-Werte für „Hauptblickrichtung quer zur Lampenlängsachse“ und „Hauptblickrichtung parallel zur Lampenlängsachse“ zeigt sich, dass die Werte bei paralleler Ausrichtung immer kleiner sind. Das heißt, die Gefahr von Direktblendung durch eine Deckenleuchte ist kleiner, wenn sie parallel zur Blickrichtung montiert ist. Dies trifft vor allem bei lang gestreckten L-Lampen zu, die deshalb möglichst immer parallel zur Hauptblickrichtung montiert werden sollten. Außerdem sieht man, dass zu kleineren Reflexionsgraden hin der UGR-Wert größer wird. Die Blendwirkung heller (Leuchten-) Flächen nimmt also vor abnehmender Hintergrund-Leuchtdichte (von Decke, Wand usw.) zu.

Zur Vereinfachung der Blendungsbewertung geben viele Leuchtenhersteller anstelle vollständiger UGR-Tabellen für jede Leuchte nur zwei UGR-Werte für ein häufiges Raumschema an, nämlich jeweils für die Hauptblickrichtung quer und parallel zur Lampenlängsachse. Die für eine Arbeitsstättenbeleuchtung in Innenräumen maximal zulässigen UGRL-Grenzwerte sind der DIN EN 12 464-1 zu entnehmen.

Siehe auch