Lichtverteilung – Muster der Lichtintensität im Raum – Photometrie

Was ist Lichtverteilung?

Lichtverteilung ist das räumliche Muster, das beschreibt, wie Lichtintensität von einer Leuchte oder Lichtquelle in ihre Umgebung abgegeben wird. Es umfasst sowohl die Richtung als auch die Stärke des Lichtaustritts und wird mit photometrischen Methoden visualisiert. Das Muster wird durch das optische System der Leuchte – Reflektoren, Linsen, Diffusoren – sowie ihre Montageausrichtung und -position bestimmt.

Lichtplaner und Ingenieure analysieren die Lichtverteilung, um optimale Leistung für eine Anwendung zu gewährleisten, sei es zur Ausleuchtung eines Korridors, Parkplatzes oder zur Betonung architektonischer Elemente. Die Verteilung wird mit Lichtstärke-Plots (in Candela) quantifiziert, wobei dreidimensionale „Lichtverteilungskurven“ Bereiche mit hoher und niedriger Beleuchtung darstellen.

Normen von Organisationen wie der Illuminating Engineering Society (IES) und der International Commission on Illumination (CIE) geben geeignete Verteilungen für verschiedene Anwendungen vor. Photometrische Messungen unter kontrollierten Bedingungen liefern Daten, die in technischen Dateien (z. B. IES LM-63-Format) verwendet werden. Das Verständnis der Lichtverteilung ist entscheidend für die Auswahl von Leuchten, die Effizienz maximieren, Sicherheitsvorschriften erfüllen und visuellen Komfort bieten.

Warum Lichtverteilungsmuster wichtig sind

Das Muster der Lichtverteilung ist entscheidend für die Wirksamkeit, Sicherheit und Einhaltung von Vorschriften jeder Lichtinstallation:

• Gleichmäßigkeit: Verhindert gefährliche dunkle Bereiche und übermäßige Blendung in Bereichen wie Straßen, Sportplätzen und Industrieanlagen.
• Effizienz: Lenkt Licht nur dorthin, wo es gebraucht wird, spart Energie und senkt Betriebskosten.
• Umweltauswirkungen: Schlechte Verteilung verursacht Lichtverschmutzung (Himmelsaufhellung, Streulicht, Blendung), was Bewohner, Tiere und Astronomie beeinträchtigt. Vorschriften wie die der International Dark-Sky Association legen Grenzwerte für Aufwärtslicht fest.
• Ästhetik & Erlebnis: Lichtverteilung kann Kunst, Landschaft oder Architektur hervorheben und ein Gefühl von Sicherheit und Komfort schaffen.

Die Wahl des richtigen Lichtverteilungstyps ist eine strategische Entscheidung – sie beeinflusst visuelle Leistung, Konformität, Umweltverantwortung und Nutzererlebnis.

Zentrale Konzepte der Photometrie

Photometrische Berichte

Ein photometrischer Bericht beschreibt, wie eine Leuchte Licht abgibt, und bildet die Grundlage für Lichtplanung, Simulation und Einhaltung von Vorschriften. Mit einem Goniophotometer werden Lichtstärken in verschiedenen Winkeln gemessen, die Daten werden in Formaten wie IES LM-63 und EULUMDAT ausgegeben.

Wichtige Elemente:

• Lichtstrom (Lumen)
• Lichtstärkeverteilung (Candela/Winkel)
• Farbcharakteristika (CCT, CRI)
• Leistungsaufnahme (Watt)
• Polares Lichtstärke-Diagramm und Zonenlumenübersicht

Berichte können Montagehöhe, Abstandsregeln und Beleuchtungsraster angeben. Sie sind für Planungssoftware unerlässlich und für behördliche Genehmigungen und Umweltzertifizierungen erforderlich.

Lichtstärke

Lichtstärke (Candela, cd) misst das sichtbare Licht, das in eine bestimmte Richtung abgegeben wird, berechnet als Lichtstrom pro Raumwinkel (Lumen/Steradiant). Im Gegensatz zum Gesamtlichtstrom (Lumen) beschreibt die Lichtstärke die Richtwirkung.

Sie wird in Polardiagrammen dargestellt, die die räumliche Verteilung des Lichts einer Leuchte zeigen. Zonen mit hoher Intensität entsprechen dem Hauptstrahl; Bereiche mit niedriger Intensität zeigen Rand- oder Streulicht. Normen begrenzen häufig die Intensität in bestimmten Winkeln, um Blendung und Streulicht zu kontrollieren.

Abstrahlwinkel

Abstrahlwinkel ist die Winkelbreite (in Grad), in der eine Leuchte mindestens 50 % ihrer maximalen Intensität abgibt. Er bestimmt, wie schmal oder breit der Lichtstrahl ist:

• Schmal (10°–25°): Akzent-, Spotbeleuchtung, Hervorhebung
• Breit (60°–120°): Allgemeine Flächenbeleuchtung

Der Abstrahlwinkel beeinflusst die Platzierung, Montagehöhe und Gleichmäßigkeit der Leuchte. Hersteller geben in Datenblättern sowohl Abstrahl- als auch Feldwinkel an, damit Planer die Leuchte auf die Aufgabe abstimmen können.

Montagehöhenverhältnis

Das Montagehöhenverhältnis vergleicht die vertikale Entfernung von der Leuchte zum Boden mit der Breite des beleuchteten Bereichs. Zum Beispiel beleuchtet eine Montagehöhe von 10 Metern und ein Verhältnis von 2,75 eine Breite von 27,5 Metern. Niedrige Verhältnisse bedeuten schmale Verteilungen (z. B. IES Typ I), hohe Verhältnisse weisen auf breitere Muster hin (Typ IV/V).

Richtige Montagehöhenverhältnisse gewährleisten Konformität, Effizienz und visuelle Sicherheit.

Polares Lichtstärke-Diagramm

Ein polares Lichtstärke-Diagramm stellt die Lichtstärke einer Leuchte in verschiedenen Winkeln dar. Die Leuchte ist im Zentrum; Radien zeigen die Intensität (cd) in verschiedenen Winkeln. Diese Diagramme helfen, symmetrische oder asymmetrische Muster zu erkennen und sind wichtig zur Steuerung von Blendung und Streulicht in sensiblen Anwendungen.

Zonenlumenübersicht

Eine Zonenlumenübersicht gibt an, welcher Prozentsatz des Gesamtlichtstroms einer Leuchte in festgelegten Winkelzonen abgegeben wird (z. B. 0°–30°, 30°–60°, 60°–90°, usw.). Dies ist wichtig zur Einhaltung von Vorschriften, die Aufwärtslicht und Lichtverschmutzung begrenzen.

Lichtverteilungstypen

IESNA-Verteilungstypen (Typ I–V)

Die Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) definiert fünf grundlegende Lichtverteilungstypen für den Außenbereich:

• Typ I: Linear; ideal für schmale Wege/Pfade.
• Typ II: Breiter; für Zufahrten, Gassen.
• Typ III: Breit, nach vorne; Parkplätze, Randbereiche.
• Typ IV: Halbkreisförmig, nach vorne; Grundstücksgrenzen, Sicherheit.
• Typ V: Symmetrisch; große offene Flächen, Plätze.

NEMA-Abstrahlwinkeltpyen

Die National Electrical Manufacturers Association (NEMA) klassifiziert Leuchten nach dem Strahlungswinkel, bei dem die Intensität auf 10 % des Maximums abfällt:

NEMA-Typen sind wichtig für Spots und Fluter – überall, wo präzise Richtwirkung gefragt ist.

Vergleich IESNA und NEMA

IESNA wird für großflächige Beleuchtung verwendet; NEMA für gerichtete, fokussierte Aufgaben.

Wie liest man ein Lichtverteilungsdiagramm?

Ein Lichtverteilungsdiagramm (photometrische Kurve) stellt die Lichtabgabe in verschiedene Richtungen grafisch dar:

• Polarplot: Zentrum ist die Leuchte; Radien zeigen Intensität bei Winkeln.
• C0–C180- und C90–C270-Ebenen: Zeigen Längs- und Quersymmetrie.
• Strahlbreite: Erkennbar an Form und Länge der Kurve.

Das Verständnis dieser Diagramme hilft Planern, Gleichmäßigkeit zu sichern, dunkle Bereiche zu vermeiden und Normen einzuhalten.

Lichtverteilung in der Praxis

• Straßen: benötigen Typ II, III oder IV für gleichmäßige, sichere Ausleuchtung.
• Parkplätze/Plätze: Typ V für 360°-Flächenbeleuchtung.
• Wege: Typ I für schmale, lineare Ausleuchtung.
• Kunst/Akzent: Schmale NEMA-Typen für gezielte Lichtführung.

Moderne Software (DIALux, AGi32) nutzt photometrische Daten, um Installationen zu modellieren und Konformität zu gewährleisten.

Umwelt- und regulatorische Aspekte

• Lichtverschmutzung: Wird durch Kontrolle von Aufwärtslicht (Zonenlumen über 90°) und Blendung (max. Intensität bei bestimmten Winkeln) gemindert.
• Dark-Sky-Konformität: Leuchten mit minimalem Aufwärtslicht und präziser Verteilung reduzieren Himmelsaufhellung.
• Energieverordnungen: Viele fordern photometrische Dokumentation zur Genehmigung.

Zusammenfassung

• Lichtverteilung beschreibt, wie Leuchten Licht in den Raum abgeben und beeinflusst Abdeckung, Gleichmäßigkeit und visuellen Komfort.
• Wichtige Kennzahlen: Abstrahlwinkel, Montageverhältnis, Polardiagramm, Zonenlumenübersicht.
• IESNA- und NEMA-Klassifizierungen leiten die Auswahl der Leuchte für spezifische Anwendungen.
• Richtige Verteilung sichert Sicherheit, Energieeffizienz, Normenkonformität und Umweltschutz.

Weiterführende Literatur

• IES Lighting Handbook
• International Dark-Sky Association
• CIE Publications

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