Gütemerkmale der Beleuchtung

Das Beleuchtungsniveau bestimmt die Sehleistung. Es wird durch die Beleuchtungsstärke und die Reflexionseigenschaften einer beleuchteten Fläche beeinflusst. Dabei gilt: Je geringer die Reflexion ist, desto höher muss die Beleuchtungsstärke sein. Eine weiße Wand weist einen Reflexionsgrad von bis zu 85% auf, eine rote Ziegelsteinfassade dagegen nur bis zu 25%. Um eine geringe Sehleistung auszugleichen, muss die Beleuchtungsstärke angehoben werden.

Der Wartungswert definiert den Mittelwert der Beleuchtungsstärke auf einer Bewertungsfläche. Im Laufe der Betriebszeit einer Beleuchtungsanlage verändern Alterung und Umwelteinflüsse Lampen, Leuchten und Räume. Die Beleuchtungsstärke verringert sich. Diese Abnahme wird durch den Wartungswert beschrieben. Zur Kompensation sollten Neuanlagen höhere Beleuchtungswerte aufweisen.

Wartungswert = Wartungsfaktor x Neuwert

Der Wartungsfaktor ist abhängig von der Art der Leuchtmittel, der Leuchte, der Verschmutzung der Umgebung sowie von den Wartungsintervallen.

In sauberer Umgebung, zum Beispiel in einem Büro, kann bei einem Wartungszyklus von drei Jahren ein Wert von 0,67 angesetzt werden, bei schmutziger Raumsituation ein Wert von 0,5. Die Fläche, auf der die Beleuchtungsstärke realisiert werden soll, wird als Berechnungsebene herangezogen. Bei Büroarbeitsplätzen erfolgt die Messung 0,75 m über dem Boden, bei Verkehrsflächen sind es maximal 0,1 m. Die erforderlichen Wartungswerte der Beleuchtungsstärke werden für Arbeitsstätten im Innenraum für verschiedene Raumarten und Tätigkeiten in der Norm DIN EN 12464-1 sowie für Arbeitsplätze im Außenraum in DIN EN 12464-2 festgelegt.

Die Leuchtdichte beschreibt den Helligkeitseindruck, den das menschliche Auge von einer leuchtenden oder beleuchteten Fläche hat. Gemessen wird die Leuchtdichte L in Candela pro Quadratmeter [cd/m2]. Hierbei wird die Lichtstärke in Beziehung zu der angestrahlten oder leuchtenden Fläche gesetzt. Für die Beurteilung der Güte einer Straßenbeleuchtung ist die Berechnung der Leuchtdichte zwingend erforderlich. Bedingt durch die genormten Reflexionseigenschaften der Fahrbahnbeläge und die Festlegung des Beobachterstandorts bildet die Berechnung der Leuchtdichte einen festen Bestandteil in der Planung der Straßenbeleuchtung. 

Die Planungshilfe „Licht für Europas Straßen“ regelt die Beleuchtung von Straßen, Wegen und Plätzen nach DIN EN 13201. Sie macht deutlich, dass eine Erhöhung der Leuchtdichte von zum Beispiel 1 cd/m2 auf 2 cd/m2 die Unfallrate um etwa ein Drittel verringert. 

Unterschiedliche Lichtströme der Lampen, verschiedene Lichtstärkeverteilungen der Leuchten oder abweichende Geometrien der Beleuchtungsanlagen beeinflussen die Beleuchtung einer Straße. Ein weiterer wichtiger Faktor dabei ist die Reflexionseigenschaft des Straßenbelags. Um die genaue Leuchtdichte der Fahrbahn zu bewerten, muss ein ebenes Fahrbahnstück mit gleichem Reflexionsverhalten ausgewählt werden. Eingesetzt werden ein repräsentativer Leuchtenabstand mit zwei Leuchten und ein Beobachtungsstandort von 1,5 m über der Mittellinie der Fahrbahn.

Empfehlung: Anliegerstraße: 7,5 lx Hauptstraße: 1,5 cd/m2 Parkplatz: 15,0 lx

Licht definiert unsere räumliche Umgebung. Licht und Schatten geben dem Raum Struktur. Objekte erscheinen plastisch und Oberflächen werden erklärt. Das Wechselspiel von Licht und Schatten lässt uns Entfernungen und Dimensionen erkennen. Raumsituationen, die visuell leicht erfahrbar und erfassbar sind, geben uns Sicherheit. Nun drängen sich zwei Extreme der Beleuchtung auf: Diffuses Licht, das kaum Schatten entwickelt – und extrem gerichtetes Licht mit starkem Schattenwurf.

Im diffusen Licht erscheint der Raum wenig plastisch und monoton. Objekte und Dimensionen sind schlecht zu erkennen. 

Bei extrem gerichtetem Licht werden einzelne Raumelemente stark betont und werfen kontrastreiche, harte Schatten. Der übrige Teil des Raums bleibt unbeleuchtet. Beide Beleuchtungssituationen können Unbehagen und Unsicherheit auslösen.

Eine ausgewogene Kombination aus beidem gibt dem Raum Dimension und den Objekten Plastizität. Aus diesem Grund werden viele Leuchten entwickelt, die direkte mit indirekten Lichtanteilen vereinen. Dies bewirkt eine deutliche Vergrößerung ihres Einsatzbereichs. 

Gerichtete Beleuchtung kann eingesetzt werden, wenn es gilt, Objekte, Oberflächenstrukturen oder Personen hervorzuheben. Nur gerichtetes Licht macht Oberflächenstrukturen sichtbar. Um Fehler, Ermüdung und Unfälle zu vermeiden, ist es wichtig, Blendung zu begrenzen. Das gilt insbesondere für Blickwinkel oberhalb der Horizontalen des Gesichtsfeldes.

Der Grad der Direktblendung durch Leuchten einer Beleuchtungsanlage im Freien wird als Blendungswert GR (Glare Rating) bezeichnet.

Zusammenhang zwischen den GR-Werten und dem Blendurteil:

GR-Wert: Blendurteil 80 - 90: unerträglich 60 - 70: störend 40 - 50: noch zulässig 20 - 30: merklich 10: unmerklich

Blendung wird durch helle Flächen im Gesichtsfeld hervorgerufen und kann entweder als psychologische Blendung oder als physiologische Blendung wahrgenommen werden. Die durch Reflexe auf spiegelnden Oberflächen verursachte Blendung ist allgemein bekannt als Schleierreflexion oder Reflexblendung.

Reflexblendungen und Direktblendungen werden durch helle Flächen im Gesichtsfeld hervorgerufen und gelten als Störfaktoren.

Als Reflexblendungen bezeichnet man Störungen, die von zum Beispiel Leuchten oder Fenstern mit hoher Leuchtdichte ausgelöst werden. Diese treten besonders häufig auf nassen Asphaltstraßen, Kunstdruckpapieren oder auf Bildschirmen auf.

Mit der richtigen Auswahl der Leuchten und deren Anordnung in Gebäuden oder dem Außenraum lässt sich das Auftreten eines solchen Störfaktors vermeiden. Um eine Reflexblendung auf horizontaler glänzender Fläche zu berechnen, wird der Kontrastwiedergabefaktor CRF (Contrast Rendering Factor) über eine Software bestimmt. Ein Büro weist in der Regel einen Mindestwert von CRF = 0,7 aus, bei Arbeiten mit hochglänzenden Materialien muss von einem höheren Wert ausgegangen werden.

Neben der Reduzierung der Leuchtdichten, die sich in glänzenden Oberflächen spiegeln, besteht die Möglichkeit, die Anordnung zu ändern, womit sich die spiegelnde Fläche minimiert. Je nach Grad der direkten oder Reflexblendung kann es zu physiologischer oder psychologischer Blendung kommen. Die physiologische Blendung bringt Probleme bei der Wahrnehmung durch Verminderung der Sehleistung mit sich. Das Erkennen von Formen und die Tiefenwahrnehmung werden erschwert.

Die psychologische Blendung hingegen ist mess-technisch nicht quantifizierbar. Ausschließlich das subjektive Empfinden des Einzelnen ist entscheidend und urteilsbildend. Symptome können Unbehagen, Unsicherheit oder Ermüdung sein. Damit derartige Auswirkungen gar nicht erst auftreten, ist es sinnvoll, Blendungen, besonders oberhalb der Horizontalen des Gesichtsfelds, zu vermeiden.

Die Bewertung solch einer physiologischen Blendung erfolgt durch die prozentuale Schwellenwerterhöhung (TI, Threshold Increment). Dieses Verfahren gibt den Wert an, um wie viel Prozent die Sehschwelle, also der Leuchtdichteunterschied, durch die Blendung erhöht wird.

Bei einer blendfreien Straßenbeleuchtung passt sich das Auge der mittleren Fahrbahnleuchtdichte an. Ein Objekt auf der Fahrbahn ist dann noch sichtbar, wenn es einen Leuchtdichteunterschied gegenüber seiner Umgebung aufweist.

Wenn der Autofahrer durch ein Blendlicht im Gesichtsfeld gestört wird, erzeugt diese Blendung im Auge ein Streulicht, das sich optisch wie ein Schleier auf die Netzhaut legt. Diese so genannte „Schleierleuchtdichte“ bewirkt eine höhere Anpassung im Auge, bei gleicher Fahrbahnleuchtdichte. Dadurch wird das Objekt unsichtbar, was zu gefährlichen Situationen im Straßenverkehr führen kann.

Die DIN EN 13201-3 beschreibt die dazugehörige Berechnungsformel für die Threshold Increment. Für eine stark befahrene Straße empfiehlt sich eine Schwellenwerterhöhung TI bis 10 %, für weniger befahrene Straßen eine TI von 15 % bis 20 %.

Bei Innenraumbeleuchtungen wird die psychologische Blendung durch das UGR-Verfahren (Unified Glare Rating) bestimmt. Diesem liegt eine Blendformel zu Grunde, die alle Leuchten der Anlage berücksichtigt, die zum Blendeindruck führen. Damit eine einheitliche Bewertung stattfinden kann, kommen UGR-Tabellen zum Einsatz, die von Leuchtenherstellern zur Verfügung gestellt werden.

Das Sonnenlicht enthält alle für den Menschen sichtbare Farben. Bei Lampen gibt es verschiedene Eigenschaften der Farbwiedergabe. Um diese benennen zu können, misst der Wert CRI die Farbwiedergabe. Je höher dieser ist, desto besser fällt auch die Farbwiedergabe aus. Ein optimaler Wert ist dabei CRI 100, bei dem alle Farben natürlich wiedergegeben werden.

Der Mensch erlebt seine Umwelt nicht nur als hell und dunkel, Licht und Schatten, sondern auch durch Farben.

Die Farbbezeichnung von Lampen besteht aus drei Ziffern. Die erste Ziffer kennzeichnet die Farbwiedergabe, den CRI-Bereich, die zweite und dritte Ziffer die Farbtemperatur in Kelvin.

Durch warme oder kalte Farben kann die Stimmung des Menschen beeinflusst werden. In der Wechsel-wirkung zwischen Farbe und den betrachteten Gegenständen (spektraler Reflexionsgrad) wird der Farbeindruck bestimmt.

Warme Lichtfarben (bis ca. 2900 K) wirken dabei beruhigend und sorgen für eine behagliche Wohnsituation. Kühle Lichtfarben dagegen besitzen einen erhöhten Blauanteil (über 3300 K) und wirken belebend. Sie werden an Orten eingesetzt, an denen die Konzentration oder eine sachliche Stimmung gefördert werden soll.

Farbtemperatur in Kelvin (K): warmweiß: < 3300 K neutralweiß: 3300 - 5300 K tageslichtweiß: > 5300 K

Da das Licht von Lampen mit gleicher Lichtfarbe eine völlig unterschiedliche spektrale Zusammensetzung haben kann, ist es nicht möglich, aus der Lichtfarbe einer Lampe auf die Qualität ihrer Farbwiedergabe zu schließen. Das von der Beleuchtungskommission CIE festgelegte Farbdreieck zeigt, wie die Lichtquellen und Körperfarben einzuordnen sind.

Bei x = y = 0,333 liegt Unbunt, also bei großer Helligkeit Weiß und bei Dunkelheit Grau oder Schwarz. Um diesen unbunten Punkt liegen die anderen bunten Farben. Auf der Geraden zwischen Unbunt und Begrenzungskurve befinden sich alle Spektralfarben des Sonnenlichts. Zudem liegen dort die Farben mit dem gleichen Farbton, der in Richtung Begrenzungskurve an Sättigung gewinnt. Somit sind im Farbdreieck alle reellen Farben enthalten. Der Planck’sche Kurvenzug beschreibt die Farben des „Schwarzen Strahlers“ bei den genannten Temperaturwerten in Kelvin.