Moderne Beleuchtungsplanung – Strategien und Technologien auf dem Prüfstand

Lampenfieber

In der Architektur gibt es auch für die richtige Beleuchtung kein Patentrezept; und wie so oft, ist das Hinzuziehen eines Experten die verlässlichste Variante bei der Gestaltung eines Raums. Ein Überblick über aktuelle und zukunftsträchtige Leuchtmittel und -systeme kann aber für den Laien zumindest schon einmal etwas Licht ins Dunkel des Leuchtendschungels bringen. Lässt sich etwa sinnvoll vom alten Glühlampensystem auf neue Techniken umrüsten, und sind z. B. LEDs herkömmlichen Entladungslampen tatsächlich vorzuziehen?

Text: Andreas Raack, Bilder: Rolf Schulten u. a.

Auch wenn wir uns dessen allzu selten bewusst sind: Kaum etwas beeinflusst unsere menschliche Existenz so stark wie der Faktor Licht. Diesen Umstand verdanken wir nicht zuletzt dem Vorhandensein einer dauerhaften und verlässlichen Lichtquelle, der Sonne. Grund genug, dass unser Auge optimal auf das Sonnenlicht abgestimmt ist und die menschliche Wahrnehmung zu etwa 80 % visuell stattfindet. Dem entgegen steht die sicherlich nicht ganz unbedenkliche Tendenz moderner Industriegesellschaften, sämtliche Aktivitäten, sei es im Beruf oder in der Freizeit, immer mehr in Innenräume zu verlagern. Dass wir Mitteleuropäer dadurch etwa 90 % unserer Lebenszeit in geschlossenen Räumen und somit im direkten Wirkungsbereich künstlicher Beleuchtung verbringen, sollte eigentlich Grund genug sein, besonderes Augenmerk auf die Beleuchtungsqualität zu legen – die praktischen Erfahrungen diesbezüglich sprechen jedoch eine ganz andere Sprache.
LED-Fieber und Retrofit-Wahn
Standen zu Beginn der Entwicklung künstlicher Beleuchtung notgedrungen solche Themen wie Lichtmenge, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit an erster Stelle, wurden und werden die Prioritäten entsprechend des jeweiligen Kenntnisstands ständig neu sortiert. Dass dies nicht immer sinnvoll geschieht, zeigen solche Extreme wie in den 60er Jahren, als mit dem Slogan »Elektrisches Licht macht die Nacht zum Tag« reihenweise Büros, Kantinen, Küchen und sonstige Arbeitsstätten, ja sogar Klassenräume fensterlos entstanden. Grund hierfür war neben der damals weitverbreiteten Technikgläubigkeit auch die Auffassung, dass Kunstlicht dem natürlichen Tageslicht vorzuziehen sei, da es nach Belieben rund um die Uhr, gleichmäßig und in der jeweils gewünschten Menge verfügbar ist. Sicherlich haben wir daraus gelernt – solch fatale Fehleinschätzungen gehören der Vergangenheit an. Und dennoch, in Zeiten von iPhone, Blue-Ray und Flat-Screen scheint zumindest die Technikbegeisterung ungebrochen. Nicht zuletzt durch die momentanen Entwicklungen im Bereich Energie bestärkt, fokussiert die Lichtbranche zunehmend Kosten- und Effizienzkriterien – qualitative Merkmale wie beispielsweise Sehkomfort oder Raumwirkung bleiben dabei regelmäßig auf der Strecke. Ernst gemeinte Hinweise einiger Fachkollegen bezüglich der Folgen von »LED-Fieber« und »Retrofit-Wahn« (Retrofit: Austausch konventioneller gegen hocheffiziente Lampen in bestehenden Beleuchtungs- anlagen) haben bisher nur wenig gefruchtet.
Zeitgemässe Gütemerkmale
Dass Licht neben der reinen Erfüllung von Sehaufgaben einen erheblichen Einfluss auf unser Wohlbefinden und damit auf Leistungsfähigkeit, Kreativität und Betriebsklima hat, ist seit Langem kein Geheimnis mehr. Die Details im Zusammenspiel funktionaler, ästhetischer und emotionaler Komponenten sowie deren Einfluss auf Sehleistung, -komfort und Raumwirkung sind hoch komplex, zu komplex für diese Abhandlung. Eine Schlussfolgerung wird dennoch offensichtlich: Da unser Sehapparat optimal auf die Gegebenheiten natürlicher Beleuchtungsszenarien ausgerichtet ist, bieten dementsprechend gestaltete Innenräume ideale Voraussetzungen für die visuelle Wahrnehmung. Die Schwierigkeit für den Planer besteht nunmehr darin, die Qualitäten des natürlichen Lichts zu erkennen, sie auf die künstliche Beleuchtungssituation zu übertragen und mit weiteren funktionalen Forderungen aus Normen und Richtlinien abzugleichen. Selbstredend, dass die direkte Verwendung des vorhandenen Tageslichts zur Beleuchtung von Innenräumen sowohl qualitativ als auch hinsichtlich energetischer Aspekte bevorzugte Verwendung finden sollte.
Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass die übliche Planungsmethodik – gefällige Leuchte auswählen, im Raum platzieren und normkonform bestücken – nur selten zielführend ist. Moderne Lichtplanung beginnt daher nicht bei der Leuchtenauswahl, sondern dem beabsichtigten Raumeindruck. Um diesen bestmöglich zu repräsentieren, entwickelt der Lichtplaner einzelne Beleuchtungsstrategien, die sich z. B. in horizontale und vertikale, direkte und indirekte sowie flächige und akzentuierte Strategien untergliedern. Hochwertige und anregende Beleuchtungssituationen zeichnen sich üblicherweise durch eine kreative Kombination mehrerer Strategien aus. Im direkten Vergleich mit den praxisüblichen, meist homogenen Lichtkonzepten wird der Unterschied besonders deutlich. So entspricht beispielsweise eine typische »Grund- oder Allgemeinbeleuchtung« bezüglich Helligkeit und Dynamik eher der natürlichen Lichtsituation eines trüben Wintertags – eine Assoziation, die erfahrungsgemäß wenig Begeisterung hervorruft.
Lichterzeugungssysteme (Lampen)
Passend zur Beleuchtungsstrategie erfolgt die Lampenauswahl. Auch hier sollten wahrnehmungsspezifische Eigenschaften wie Lichtfarbe, Farbwiedergabe, Gleichmäßigkeit, Flächigkeit und Baugröße im Vordergrund stehen und anschließend aufgrund technischer Kriterien wie Lichtmenge und Energieeffizienz spezifiziert werden. Da wahrnehmungsrelevante Eigenschaften meist in direktem Zusammenhang mit der Art der Lichterzeugung stehen, hat sich eine diesbezügliche Aufteilung etabliert. Man unterscheidet grundsätzlich in Temperaturstrahler, Entladungslampen und lichterzeugende Halbleitersysteme. ›
› Temperaturstrahler erzeugen Licht, indem Materie auf Glühtemperatur erhitzt wird und dabei ein breites elektromagnetisches Spektrum aussendet, das u. a. sichtbares Licht enthält. Typische Vertreter dieser Gattung sind die altbekannte Glühlampe (Wendeltemperatur ca. 2 600 °C), ihre etwas effizientere Schwester, die Halogenglühlampe (Wendeltemperatur ca. 2 700 °C) und unsere wichtigste Lichtquelle überhaupt, die Sonne (Oberflächentemperatur ca. 5 500 °C). Besonders geschätzte Eigenschaften von Glühlampen sind ihre Hitzebeständigkeit oder die Farbänderungen beim Dimmen – diese können nur sehr aufwendig durch andere Lampenarten nachgebildet werden.
Entladungslampen erzeugen Licht durch Zusammenstöße elektrisch beschleunigter Elektronen mit Gasatomen, wobei Energie in Form von UV-Strahlung frei wird. Diese UV-Strahlen treffen auf einen Leuchtstoff, der sie wiederum in sichtbares Licht umwandelt. Bekannte Vertreter dieser Gattung sind stabförmige und kompakte Leuchtstofflampen (Energiesparlampen), weniger bekannt sind Natrium- und Halogen-Metalldampflampen. Als innovative Weiterentwicklung werden hier Plasmalampen [1] gehandelt, die hocheffizient und langlebig sind und eine echte, ökologisch unbedenkliche Alternative (quecksilberfrei) darstellen.
Lichterzeugende Halbleitersysteme (LED) lassen Lichtstrahlung durch »energiereiche Rekombinationsvorgänge« im Kristallgitter entstehen – prinzipiell vergleichbar mit der Stromerzeugung in Solarzellen, nur in umgekehrter Richtung. Sie kommen zurzeit allerdings noch vorrangig als sogenannte Retrofit-Produkte zum Einsatz. Dabei werden konventionelle Lampen-Bauformen mit LED-Technologie bestückt und als Ersatz für weniger effiziente Lampen in den Fassungen bereits vorhandener Leuchten betrieben. Da aber bestehende Leuchten im Allgemeinen nicht für Retrofit-Leuchtmittel konstruiert wurden, entstehen bei LEDs häufig unkontrollierte Überhitzungen und in deren Folge erhebliche Leistungseinbußen.
Bessere Wirkungsgrade werden in sogenannten nativen LED-Leuchten erzielt, die, speziell für den Betrieb von LEDs konstruiert, deren technologische Besonderheiten explizit berücksichtigen. Als zukunftsträchtige Weiterentwicklung gilt in diesem Zusammenhang die OLED (organische LED). Hierbei handelt es sich um flexible, flächige Lichtquellen (Folientechnologie), die praktisch keine Einbautiefe mehr benötigen und damit gestalterische Zukunftsvisionen wie unsichtbare Lichttapeten oder selbstleuchtende Fenster- und Fassadenflächen in greifbare Nähe rücken. Aus Kostengründen wird der Siegeszug der OLED jedoch noch einige Jahre auf sich warten lassen, wenn auch erste Prototypen [2] mittlerweile Serienreife erreichen.
Leuchtensysteme
Im Unterschied zu Lampen dienen Leuchten üblicherweise der strategieorientierten Verteilung des erzeugten Lichts. Sie sollen Lampen und Zubehör vor schädlichen Einflüssen schützen und durch qualifizierte Auswahl den gewünschten Raumeindruck bestärken. Daher erfolgt ihre Einteilung in Flächen- und Akzentleuchten sowie Direkt- und Indirektleuchten. Weitere Kriterien können der Montageort (Wand-, Boden- und Deckenleuchten) sowie die beabsichtigte Lichtrichtung (Wand- und Deckenfluter) sein. Schienensysteme erlauben hierbei eine gewisse Flexibilität bezüglich der Leuchtenposition, sind im Normalfall jedoch teurer als die Direktmontage-Variante und bewirken eine stärkere Präsenz im Raum, die nicht immer erwünscht ist. Innovative Neuerungen bei Leuchten befassen sich v. a. mit der Verbesserung der Lichtverteilung durch die Weiterentwicklung von Reflektormaterialien und -formen (Wirkungsgrade bis 99 % möglich) sowie dem leitungsgebundenen, optischen Lichttransport (Lichtfasertechnik). Auch hier zeigt sich die Tendenz zur Spezifikation auf bestimmte Beleuchtungsstrategien im Zusammenspiel mit einem gezielten Einsatz des geeigneten Leuchtmittels.
Leuchtmittel der Zukunft?
Der Vergleich verschiedener Lampenarten macht deutlich, dass Entladungslampen und LED-Technologie speziell in Sachen Energieeffizienz momentan gleichauf sind, preislich jedoch noch enorme Unterschiede aufweisen. Auch wenn die Kosten für LED-Technik in den letzten Jahren markant gefallen sind (Reduktion um 90 % gegenüber 2005), liegt ihr mittlerer Anschaffungspreis momentan immer noch beim Zehnfachen im Vergleich zu modernen Leuchtstofflampen.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Lichterzeugungsarten steht die relativ junge LED-Technologie jedoch erst am Anfang ihrer Entwicklung und besitzt enormes Potenzial für Verbesserungen. Sie wird daher nicht ohne Grund gemeinsam mit ihrer Schwestertechnologie OLED als das Leuchtmittel der Zukunft gehandelt – zumindest auf lange Sicht. Und obwohl die Presse Leuchtstofflampen bereits öffentlich zu Grabe trägt, sehen Lichtexperten und Beleuchtungsindustrie diesbezüglich momentan noch keinen Grund zur Verunsicherung. Entladungslampen werden sicherlich auch mittelfristig ihre bedeutende Rolle bei der Kunstlichtversorgung weiterspielen. Und selbst die Glühlampe wird trotz gesetzlicher Vorgaben nicht komplett vom Markt verschwinden, sondern ihre Nische beispielsweise in der Show- und Bühnentechnik sowie bei hochthermischen Anwendungen (Backofen) finden und besetzen – Totgesagte leben ja bekanntlich länger. •
Weitere Informationen: [1] Von den oben benannten Plasmalampen sind bereits einige preisgekrönte Produkte auf dem Markt, etwa aus dem Hause Global LightZ (e³-Röhren-Technologie), www.global-lightz.de, oder von Ceravision (punktförmige Plasmalampen), www.global-lightz.de [2] Die erwähnten ersten Prototypen mit OLED-Technik stammen z. B. von OSRAM (Leuchte »Airabesc«), www.global-lightz.de, oder von TRILUX (Leuchtenkonzept »Enspiro«), www.global-lightz.de, s. auch db 7/2010, S. 86 und db 4/2011, S. 78

Technik aktuell (S. 66)
Andreas Raack
Elektromeister. 1999-2006 Studium der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. 2002-04 Studium und berufliche Tätigkeit in Melbourne (AUS). Seit 2007 Tätigkeit als Referent für Gebäudebewertung mit dem Schwerpunkt Energieeffizienz und Beleuchtung bei verschiedenen Bildungsträgern. Seit 2008 freier Autor für Energieeffizienzthemen und Beleuchtung.