Technik
Licht 6 | 2020

Zurück zum Sonnenlicht

Lichtquellen zur Beleuchtung von Innenräumen im Vergleich

Seit Erfindung des elektrischen Lichts nutzt der Mensch unterschiedliche Lichtquellen zur Beleuchtung von Innenräumen. Neue LED-Entwicklungen erzeugen jetzt ein annähernd natürliches Sonnenlichtspektrum und bieten Vorteile zu gängigen Beleuchtungsmöglichkeiten.

Lesezeit: ca. 5 Minuten
shutterstock.com/ESB Professional

Die Sonne spendet nicht nur Licht zum Sehen, sondern dient auch als essenzielle Energiequelle für Leben und Wachstum auf der Erde. Bedingt durch elektrische Beleuchtung verbringt ein Europäer heute jedoch durchschnittlich 90 % des Tages in Innenräumen. Hier wird er mit einem Licht konfrontiert, das nicht mehr den natürlichen Lichtverhältnissen entspricht. Künstliches Licht wurde mit Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen und LED-Lampen zwar energieeffizient und langlebig, allerdings ohne dabei die Wirkung auf den Menschen, seinen Tag-Nacht-Rhythmus und seine Gesundheit zu berücksichtigen.

Das Sonnenlicht umfasst das gesamte Farbspektrum in einer gleichmäßigen Verteilung und versorgt den Menschen mit elektromagnetischer Strahlung, vom ultravioletten über den sichtbaren bis weit in den infraroten Bereich. Damit schafft es bestmögliche Voraussetzungen für Wohlbefinden und Gesundheit. Auch der visuelle Komfort und das Farbsehen bleiben beim natürlichen Sonnenlicht unübertroffen. Für hohe Farbtemperaturen stellt es dank seines maximalen Farbwiedergabewerts Ra von 100 die ideale Lichtquelle dar.

Abb.: Farbspektrum des Sonnenlichts euroLighting

Was können die künstlichen Lichtquellen?

Glühlampe: Sie ist wie die Sonne ein Temperaturstrahler, der aufgrund der Erzeugung des Lichts durch Wärme ebenfalls ein volles Lichtspektrum aufweist. Dieses kommt dem warmweißen Licht der Sonne am Abend nahe. Im Vergleich zum Sonnenlicht weist das Farbspektrum der Glühlampe jedoch einen deutlich geringeren Blauanteil auf und die Lichtverteilung steigt zum Rot- und Infrarotanteil kontinuierlich stark an. Mit diesen Eigenschaften stellt die Glühlampe die ideale Lichtquelle für warmweiße Farbtemperaturen dar. Bei der Glühlampe zeigt sich jedoch das Problem, dass sie mehr als 90 % der aufgenommenen Energie als Wärmestrahlung im unsichtbaren Infrarotbereich abgibt und dadurch mit etwa 9 bis 15 lm/W im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln eine geringere Lichtausbeute aufweist. Unter diesem Aspekt dürfen viele Ausführungen der Glühlampe in der EU und anderen Staaten nicht mehr in den Verkehr gebracht werden. Die positiven Effekte von Infrarotstrahlung auf den menschlichen Körper werden bei dieser ausschließlich auf die Effizienz und visuell beschränkte Bewertung außer Acht gelassen.

Die weiteren Leuchtmittel, die heute auf dem Markt sind und auf dem Lichterzeugungsprinzip von Gasentladung und Elektrolumineszenz basieren, geben jedoch ein Lichtspektrum ab, das sich deutlich zum idealen Lichtspektrum unterscheidet – das heißt in hohen Farbtemperaturen von dem der Sonne und in niedrigen Farbtemperaturen von dem der Glühlampe.

Abb.: Farbspektrum einer Glühlampe euroLighting

Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen: Im Vergleich zum idealen Sonnenlichtspektrum weisen sie große Lücken im Farbspektrum auf, da sie nur Licht in den Wellenlängen des angeregten Gases emittieren. Das typische Lichtspektrum einer Leuchtstofflampe besitzt hauptsächlich drei ausgeprägte Banden im blauen (bei ca. 440 nm), grünen (bei ca. 545 nm) und roten (bei ca. 610 nm) Bereich. Die Gasentladungslampen haben zudem das Problem des Flackerns. Auch wenn dies meist nicht visuell erkennbar ist, können die Lichtimpulse im Gehirn nachgewiesen werden und beim Menschen unterbewusst Stress auslösen.
Abb.: Farbspektrum einer Leuchtstoffröhre euroLighting

LEDs: Sie sind heute in nahezu allen neuen Leuchtmitteln verbaut, die vor allem aufgrund ihrer kleinen Bauform den Vorteil bieten, dass sie gegenüber konventionellen Glühlampen und Leuchtstofflampen nahezu uneingeschränkt von der Leuchtenbauform eingesetzt werden können. Zudem ermöglichen es LEDs, auf kleinster Fläche deutlich mehr Lichtstrom zu erzeugen und eine Lichtausbeute von über 200 lm/W zu erreichen. Doch auch die konventionellen weißen LEDs unterscheiden sich deutlich vom natürlichen, gleichmäßigen Spektrum der Sonne. Das weiße Licht wird durch die Konversion aus einer blauen LED mit gelbem Phosphor erzeugt, welches ein unausgeglichenes Farbspektrum mit einem starken Blauanteil (bei ca. 450 nm) erzeugt. Der Cyanbereich, der vor allem für optimales Kontrastsehen sorgt, und der Rotbereich, der für die Energieversorgung und Regeneration über die Hautzellen verantwortlich ist, sind hier kaum vorhanden.
Abb.: Farbspektrum einer konventionellen LED euroLighting

Welche Vorteile bieten Vollspektrum-LEDs?

Die derzeit genutzte künstliche Beleuchtung mit Gasentladungslampen und herkömmlichen LED-Leuchtmitteln erfüllt die visuellen Bedürfnisse der Menschen scheinbar. Dennoch fehlen dieser konventionellen Beleuchtung im Vergleich zum natürlichen Vollspektrumlicht wichtige Teile des Spektrums. Folglich bereitet dieses unausgeglichene, künstliche Licht dem Menschen mit der Zeit gesundheitliche Probleme. Diese können von Schlafproblemen über Kurzsichtigkeit bis hin zu schwerwiegenden Krankheiten reichen. Unter diesen Voraussetzungen ist es schwierig, sowohl die physiologischen als auch die psychologischen Bedürfnisse der Menschen zu berücksichtigen.

Die neuen LED-Produkte von euroLighting hingegen nutzen das Konzept der physikalischen Beleuchtung. Sie erfüllen sowohl die visuellen Bedürfnisse, wie natürliches Farbsehen und leichtes Unterscheiden von Kontrasten, als auch die physiologischen Bedürfnisse, wie die Förderung des Wohlbefindens und der Gesundheit.

Die neuen Entwicklungen in der LED-Technik ermöglichten es durch den Einsatz von blauen und violetten Chips sowie einer speziell entwickelten Phosphor-Mischung, statt des lediglich gelben Phosphors ein Lichtspektrum zu erzeugen, das dem gleichmäßigen Sonnenlichtspektrum außergewöhnlich nahe kommt und den typischen stark ausgeprägten Blau-Peak nicht mehr besitzt. Diese LEDs, darunter die »Daylight«-Serie von Smart Eco Lighting, zeichnen sich durch ein nahezu ideales Sonnenlichtspektrum bei Farbtemperaturen über 5.000 K, sowie bei niedrigeren Farbtemperaturen durch ein sehr ähnliches Spektrum zur idealen thermischen Lichtquelle über den gesamten sichtbaren Bereich aus.

Nach dem Vorbild der Natur stellt die neue LED-Generation alle wichtigen Anteile des Lichts in hoher Qualität zur Verfügung. Die LEDs lassen sich überall dort einsetzen, wo Menschen lange Zeit im Kunstlicht verbringen, zum Beispiel in Büros, Schulen und an Arbeitsplätzen. Sie schaffen bestmögliche Voraussetzungen, um den natürlichen Bedürfnissen des Menschen, aber auch der Pflanzen und Tiere gerecht zu werden.

Um nicht nur das gesamte sichtbare Lichtspektrum der Sonne zu reproduzieren, sondern zusätzlich Licht bis in den Infrarotbereich bis zu 1.000 nm auszusenden, wurden die breitbandigen Sonnenspektrum-LEDs neu entwickelt. Damit lassen sich die heilenden und regenerativen Wellenlängen, die bereits in der medizinischen Phototherapie zur Wundheilung und Förderung des Blutflusses eingesetzt werden, in die Beleuchtung integrieren – ganz nach dem Vorbild des Sonnenlichts.

Abb.: Farbspektrum der Daylight-LED (EU-Vertrieb Eurolighting) euroLighting

In Zukunft können so nicht nur die sichtbaren Anteile des Lichts zur Förderung der körperlichen und geistigen Gesundheit, sondern auch die für den Energiehaushalt so wichtigen infraroten Wellenlängen direkt in der Beleuchtung genutzt werden.
Abb.: Farbspektrum der breitbandigen Sonnenlicht-LED bis in den Infrarotbereich euroLighting

euroLighting bietet ein umfassendes Leistungsspektrum von der LED über LED-Module mit und ohne direkt integrierte Treibertechnik bis hin zu fertigen LED-Beleuchtungslösungen, wie kundenspezifische Leuchten oder die Umsetzung von Beleuchtungsprojekten in der Industrie, im Büro oder in Pflege- und Bildungseinrichtungen.

Weitere Informationen:

euroLighting, www.euro-lighting-gmbh.de

Autorin: Simone Hettinger, Produktmanagerin LED bei euroLighting

Abbildungen: euroLighting

Dieser Artikel ist erschienen in

Licht 6 | 2020

Erschienen am 25. August 2020