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Beleuchtung

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Definition: die Versorgung von Räumen oder Gegenständen mit (meist künstlichem) Licht

Englisch: illumination

Kategorien: Haustechnik, Licht und Beleuchtung

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 27.05.2010; letzte Änderung: 02.07.2016

Es gibt einen großen Bedarf für die Beleuchtung innerhalb und außerhalb von Gebäuden, vor allem in Wohn- und Arbeitsräumen. Meist wird die Beleuchtung nur zu bestimmten Tageszeiten oder dunklen Wetterlagen benötigt, aber in manchen Gebäuden auch zu allen Zeiten der Benutzung der Räume. In Haushalten werden ungefähr 20 % der elektrischen Energie zur Beleuchtung verwendet.

In aller Regel wird Licht mit diversen Leuchtmitteln in den Gebäuden künstlich erzeugt. Da Licht eine Form von Energie ist, bedeutet die Lichterzeugung die Umwandlung anderer Energieformen – in aller Regel von elektrischer Energie in Licht. Es entsteht also ein Aufwand an Primärenergie, dessen Bereitstellung wiederum mit gewissen Umweltbelastungen verbunden ist. Deswegen und wegen der Betriebskosten ist eine möglichst hohe Energieeffizienz der Beleuchtung wünschenswert. Weitere Gründe sind die unerwünschte Wärmeentwicklung von Leuchtmitteln (besonders an heißen Tagen) sowie das Problem der Lichtverschmutzung im Freien, das Folge eines ineffizienten Lichteinsatzes ist.

Gebräuchliche Leuchtmittel

Die heute dominierenden Leuchtmittel werden im Folgenden kurz aufgezählt und in spezifischeren Artikeln genauer diskutiert:

Infografik Lichttechnik

Abbildung 1: Infografik für die Entwicklung der Lichttechnik, bereitgestellt von Schnebe.de.

Faktoren für die Energieeffizienz der Beleuchtung

Die Energieeffizienz einer Beleuchtung hängt von einer ganzen Reihe von Faktoren ab:

Die Energieeffizienz der Beleuchtung hängt lange nicht nur von der der verwendeten Leuchtmittel ab!

Effiziente Leuchten bringen das Licht dorthin, wo es gebraucht wird.

Es kommt also bei Weitem nicht nur auf effiziente Leuchtmittel an. Wegen der vielen entscheidenden Faktoren unterscheiden sich verschiedene Beleuchtungsinstallationen enorm in ihrer Gesamteffizienz. Ein Wohnzimmer kann z. B. mit einer Leuchtstofflampe indirekt und zusätzlich mit einer Energiesparlampe in einer Stehlampe beleuchtet werden, so dass insgesamt nicht mehr als 80 W benötigt werden. Dasselbe Zimmer könnte mit zwei Halogen-Deckenstrahlern oder einer größeren Anzahl von kleineren Halogenlampen beleuchtet werden (evtl. noch mit starken Blendeffekten und Schatten), wofür vielen hundert Watt gebraucht würden. Der entstehende Mehrverbrauch in den Abendstunden kann durchaus mehr als 20 % des gesamten Verbrauchs eines ansonsten sparsamen Haushalts ausmachen.

Sowohl Leuchtmittel als auch Leuchten unterliegen in der EU der Pflicht für die Energieverbrauchskennzeichnung. Dies führt in Verkaufsräumen zur Ausstattung mit Energielabels, die eine Einordnung der Produkte in Energieeffizienzklassen vornehmen und den Konsumenten vor dem Kauf einen einfachen Vergleich ermöglichen.

Grundbeleuchtung und gezielte Beleuchtung

Es ist oft sinnvoll, eine Grundbeleuchtung einzurichten und einige Orte zusätzlich gezielt zu beleuchten.

Meist erfolgt in einem Raum zunächst eine Grundbeleuchtung. Hierfür wird das Licht in möglichst diffuser Form in den Raum eingebracht, wobei die Reflexion und Streuung an Wänden, Decken und anderen Gegenständen für die Lichtverteilung sehr wichtig ist. Der Raum soll einigermaßen gleichmäßig ausgeleuchtet werden, und es sollen möglichst wenig Schatten und Blendungen entstehen.

Zusätzlich (oder in manchen Fällen ausschließlich) kann eine gezielte Beleuchtung bestimmte Stellen aufhellen, z. B. Büroarbeitsplätze, Leseecken oder dekorative Raumelemente.

Die benötigte Lichtmenge für die Grundbeleuchtung ist meist dominierend. Hier kommt es deswegen am meisten auf eine hohe Effizienz an, und Leuchtstofflampen sind dafür auch wegen ihrer diffusen (blendfreien) Abstrahlung sehr geeignet. Für die gezielte Beleuchtung einer Leseecke kann dagegen eine kleine Halogenlampe mit z. B. 20 W elektrischer Leistung durchaus angemessen sein. Inzwischen können aber auch noch wesentlich sparsamere LED-Leuchten solche Aufgaben übernehmen.

Die Grundbeleuchtung kann auch als indirekte Beleuchtung realisiert werden. Hier wird z. B. die Raumdecke angestrahlt, und durch die Streuung des Lichts an der Decke in alle Richtungen wird der Raum gleichmäßig beleuchtet. Das Leuchtmittel selbst kann “versteckt” sein, z. B. hinter einer Zierleiste an der Wand oder auf einem Regalbrett. Leuchtstofflampen mit ihrer langen, aber schmalen Form sind hierfür gut geeignet. Ihre Rundum-Abstrahlung macht es freilich nicht ganz leicht, das erzeugte Licht effizient in den Raum zu bringen. Neue LED-Bänder machen dies einfacher, auch bei Einsatz in sehr kompakten Leuchten.

Nicht-energetische Aspekte von Beleuchtung

Die Anforderungen an gutes Licht sind komplex, und viele Pauschalurteile basieren auf ungenügendem Verständnis dieser Anforderungen und der Eigenschaften von Leuchtmitteln:

Helligkeit

Offenkundig ist eine angemessene Helligkeit wichtig. Die benötigte Helligkeit, gemessen in Lux, hängt stark von der Anwendung ab; so braucht man z. B. zum Fernsehen im Wohnzimmer viel weniger Licht (z. B. 100 oder 200 Lux) als zum Lesen (z. B. 500 Lux). Selbst zum Lesen genügt eine weitaus geringere Beleuchtungsstärke, als sie im prallen Sonnenlicht (rund 100 000 Lux) auftritt, da sich das Auge durch Anpassung der Größe der Pupillenöffnung in einem weiten Bereich auf die Umgebungshelligkeit einstellt. Das schärfste und bequemste Sehen ist möglich bei einer mittleren Beleuchtungsstärke, für die sich die Pupillen der Augen noch nicht allzu weit schließen müssen.

Blendfreiheit

Falsch eingesetzte Halogenstrahler können durch Blendwirkungen sehr lästig sein.

Sehr unangenehm können Blendwirkungen sein, wie sie besonders von in den Raum gerichteten Strahlern (besonders Halogenstrahlern) ausgehen. Wenn sich am Arbeitsplatz solche Lampen in Bildschirmen spiegeln, kann dies leicht zu Kopfschmerzen führen und somit die Gesundheit wie auch die Arbeitsproduktivität beeinträchtigen. So wird klar, dass grundsätzlich Strahler (gleich mit welchem Leuchtmittel) wenig geeignet sind für die Grundbeleuchtung von Räumen (höchstens indirekt durch Anstrahlen einer Wand oder Decke). Dagegen sind sie gut geeignet für die gezielte Beleuchtung z. B. eines Sitzplatzes zum Lesen, wobei der Strahler so platziert werden muss, dass man normalerweise nie direkt auf ihn blickt.

Lichtspektrum und Farbtemperatur; kaltes und warmes Licht

Weißes Licht ist ein Gemisch von Licht unterschiedlicher Farben, von rot über orange, gelb und grün bis zu blau und violett. Ein Spektrum ist die Darstellung der Verteilung der gesamten Lichtleistung auf verschiedene Wellenlängen, die den genannten Farben entsprechen. Je nach Mischung der Farbanteile ergeben sich unterschiedliche Weißtöne:

Weiß ist nicht gleich weiß. Es ist aber auch nicht der eine Weißton grundsätzlich gut und ein anderer böse. Es kommt auf die Anwendung an.

  • Die Mittagssonne an einem klaren Tag bringt Licht mit einem kontinuierlichen Spektrum, welches einen wesentlichen Blauanteil aufweist. In der Dämmerung wird der Blauanteil viel schwächer; das Licht wirkt rötlicher (“wärmer”). Dem ähnelt das Spektrum von Glühlampen. Halogenlampen kommen durch ihre höhere Glühfadentemperatur dem Tageslicht (Mittagszeit) etwas näher.
  • Leuchtstofflampen (inklusive Kompaktleuchtstofflampen = Energiesparlampen) haben ein deutlich strukturiertes Spektrum: Gewisse Farbanteile sind stark vertreten, andere nur relativ schwach. Je nach verwendetem Leuchtstoff kann der Blauanteil relativ hoch sein (“Kalttonlampen”) oder eher schwach (“Warmtonlampen”). Es gibt auch Fünfbanden-Röhren (Vollspektrumlampen, Tageslichtlampen), bei denen der Leuchtstoff ein gleichmäßigeres Lichtspektrum abgibt.
  • Auch Leuchtdioden (LEDs) erzeugen weißes Licht mit deutlich strukturiertem Spektrum – auch hier abhängig von der gewählten Technologie mit mehr oder weniger stark ausgeprägten spektralen Strukturen und mit einem eher kalten oder eher warmen Gesamteindruck.

Paradoxerweise hat “kaltes Licht” eine hohe Farbtemperatur!

Die Farbtemperatur einer Weißlichtquelle ist (etwas vereinfacht ausgedrückt) die Temperatur, die ein glühender Körper haben müsste, um Weißlicht ähnlicher Art zu erzeugen. Paradoxerweise wird Licht mit einer hohen Farbtemperatur als kaltes Licht bezeichnet, während warmes Licht eine niedrige Farbtemperatur aufweist. Das Sonnenlicht bei klarem Himmel zur Mittagszeit hat eine Farbtemperatur von ca. 5500 bis 5800 Kelvin (K), in der Dämmerung dagegen weitaus weniger (z. B. 3000 K), während der blaue Himmel eine sehr hohe Farbtemperatur (teils über 10 000 K) haben kann. Auch künstliche Lichtquellen können sehr unterschiedliche Farbtemperaturen haben, z. B. unterhalb von 3000 K bei Glühlampen (insbesondere mit Dimmen) oder weit über 6000 K für bestimmte Gasentladungslampen. Obwohl die Farbtemperatur (als ein einziger Zahlenwert) nicht die Eigenschaften des gesamten Lichtspektrums erfassen kann, bedeutet eine hohe Farbtemperatur in der Regel einen hohen Blauanteil.

Lichtquellen mit stark strukturiertem (statt kontinuierlichem) Spektrum können bei direkter Betrachtung (oder bei Betrachtung von Streulicht z. B. von einer weißen Wand) allein mit dem Auge nicht von solchen mit kontinuierlichem Spektrum unterschieden werden, wenn Weißlicht mit ähnlicher Farbtemperatur erzeugt wird. Jedoch können sie die Beurteilung bestimmter Farbtöne von Gegenständen verfälschen. Deswegen sind z. B. gewöhnliche Leuchtstofflampen für ein Modegeschäft oder gar ein Künstleratelier wenig geeignet. In einem Büro dagegen dürften solche Details kaum bedeutsam sein.

Das Auge stellt sich sehr stark auf das jeweilige Lichtspektrum ein. Deswegen sind Unterschiede z. B. zwischen verschiedenen Leuchtmitteln oft nur im direkten Vergleich erkennbar.

Generell ist zu beachten, dass unser Sehsinn dazu tendiert, den Farbeindruck z. B. von großen Wänden quasi auf “weiß” zu kalibrieren, selbst wenn das Lichtspektrum erheblich von dem des Tageslichts abweicht; das Auge gewöhnt sich sozusagen schnell an eine gewisse Lichtumgebung, so dass ein nicht ganz natürliches Spektrum der Beleuchtung kaum wahrgenommen werden kann. Diese Eigenschaft des menschlichen Sehsinns verhindert auch, dass die sehr unterschiedlichen Lichtspektren, die das Sonnenlicht zur Mittagszeit und gegen Abend aufweist, zu wesentlich unterschiedlichen Farbeindrücken von damit beleuchteten Gegenständen führen – selbst wenn im direkten Vergleich (d. h. bei gleichzeitiger Betrachtung) sehr starke Unterschiede sichtbar würden.

Es gibt durchaus gesundheitliche Aspekte des Lichtspektrums. Was gut (gesund) ist, hängt aber stark von der Anwendung ab.

Das Lichtspektrum hat auch gesundheitliche Relevanz. Insbesondere erhöht ein hoher Blauanteil (wie bei der Mittagssonne) die Wachheit. Dies ist z. B. beim Arbeiten und Lesen erwünscht und sinnvoll, nicht jedoch in den Stunden vor dem Schlafengehen: Der Blauanteil des Lichts unterdrückt die Melatoninproduktion im Körper und kann deswegen den Schlaf beeinträchtigen. Umgekehrt führt ein zu geringer Blauanteil in einem Büro (z. B. bei Beleuchtung mit Glühlampen an trüben Tagen) zu vorzeitiger Ermüdung und Mattheit. Welches Lichtspektrum gesünder ist, hängt also von der Anwendung und der Tageszeit ab; pauschale Urteile über angeblich gesundheitsschädliches Licht von bestimmten Leuchtmitteln sind nicht gerechtfertigt. Ideal wären Leuchten, deren Spektrum sich einstellen lässt: beispielsweise mit hohem Blauanteil am Morgen, um schneller wach zu werden, aber mit geringem Blauanteil vor dem Schlafengehen. Technisch möglich ist dies insbesondere bei Leuchtdioden, und es wird bei manchen Anwendungen auch bereits praktiziert. Es ist sogar möglich, das Lichtspektrum (und nicht nur die Helligkeit) z. B. in einem Wohnraum automatisch gesteuert der Tageszeit anzupassen.

Schädigung von beleuchteten Gegenständen

Insbesondere in Museen kann das Problem auftreten, dass Exponate durch die Beleuchtung allmählich ausbleichen. Dies liegt daran, dass die Absorption insbesondere von kurzwelligem Licht Farbstoffmoleküle zerstören kann. Dieser Bleicheffekt ist meist recht stark bei ultraviolettem Licht, kann aber auch bei blauem Licht noch deutlich vorhanden sein. Deswegen ist bei empfindlichen und wertvollen Exponaten darauf zu achten, dass im Falle von Leuchtmitteln, die erhebliche Mengen von ultraviolettem Licht aussenden können (z. B. Halogenlampen und bestimmte Gasentladungslampen), geeignete UV-Filter (z. B. in Form von Glasscheiben) verwendet werden. (Für Sonnenlicht gilt dasselbe.) Unter Umständen muss auch der Blauanteil durch Filter reduziert werden, auch wenn dies den Farbeindruck der Exponate verfälschen kann.

Im Prinzip können Lichtquellen mit hohem UV-Anteil auch die menschliche Haut und das Auge schädigen. Allerdings sind die UV-Anteile in aller Regel so schwach, dass eine Schädigung nicht möglich ist. Nur in ungewöhnlichen Fällen, beispielsweise bei Verwendung einer Halogenlampe ohne UV-Filter am Arbeitsplatz über lange Zeit, wurden Effekte wie Sonnenbrand beobachtet. Solche Effekte sind mit Sonnenlicht im Freien weitaus häufiger.

Literatur

[1]Extra-Artikel: Sind Energiesparlampen und Leuchtstofflampen gesundheitsschädlich?

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Licht, Glühlampe, Glühlampenverbot, Halogenlampe, Gasentladungslampe, Halogen-Metalldampflampe, Leuchtstofflampe, Tageslichtlampe, Energiesparlampe, Leuchtdiode, Sonnenschutz, Energieverbrauchskennzeichnung
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Licht und Beleuchtung

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