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12. Februar 2014

Für mehr Planungssicherheit

Lesezeit: ca. 7 Minuten

Kapitel 1

Die Lichtindustrie erlebt mit der LED-Technologie zurzeit den wohl tiefgreifendsten technologischen Umbruch seit Erfindung der elektrischen Beleuchtung. Der Wandel hin zur Lichterzeugung mit ausschließlich auf Elektronik basierenden Halbleiterlichtquellen und den sich daraus ergebenden neuen Steuerungsmöglichkeiten erfolgt in rasantem Tempo. Die Entwicklung neuer elektrotechnischer und lichttechnischer Standards bzw. Normen kann damit kaum Schritt halten; dasselbe gilt für ihre Kommunikation in den Markt. Bislang gibt es keine einheitliche Sprachregelung, d.h. es werden teilweise unterschiedliche Daten kommuniziert bzw. Qualitätskriterien zur Verifizierung und damit zur Vergleichbarkeit eines Produktes sind bislang nicht klar benannt. Dies verunsichert den Kunden. Wenn dieser Zustand länger anhält, leidet letztendlich die Qualität der Beleuchtungslösungen, und das Vertrauen der Kunden in die neue Technologie schwindet.

Der ZVEI hat deshalb die Initiative ergriffen und im Rahmen einer Arbeitsgruppe den Leitfaden »Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung« erstellt. Der Leitfaden hat zum Ziel, durch die Formulierung notwendiger Begriffe und die Beschreibung von Messverfahren allen Marktpartnern eine einheitliche Sprachregelung und Ausrichtung der verwendeten Parameter an die Hand zu geben. Gerade im schnell wachsenden LED-Marktsegment ist eine auf einheitlichen Parametern aufbauende Datenbasis zwingende Voraussetzung, um in einem fairen Wettbewerb Vertrauen zu erzeugen und Verlässlichkeit gewährleisten zu können. Allen Marktpartnern soll so Sicherheit bei der Umsetzung von LED-Beleuchtungseinrichtungen gegeben werden.

Bei der Ausarbeitung der Broschüre wurden die aktuellen technischen Normen mit einbezogen. Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) arbeitet zurzeit an den Normen zur Arbeitsweise für LED-Leuchten und LED-Module. Deren aktueller, fortgeschrittener Entwurfsstand bildet die Grundlage des Leitfadens.

Bemessungswerte und deren Verwendung

Folgende Bemessungswerte wurden als wichtige Kennwerte identifiziert und sollten in der technischen Information einer Leuchte enthalten sein. Dabei ist auf eine vergleichbare Datengrundlage, wie zum Beispiel: Temperatur, Lichtstromrückgang etc., zu achten. Um einen technischen Vergleich zwischen ‚traditionellen‘ und ‚LED‘-Leuchten durchführen zu können, empfiehlt es sich zusätzlich, die Ergebnisse der Lichtplanung in derselben Anwendung zu betrachten.

1. Bemessungsleistung von Leuchten (in Watt) / (rated input power)

Sie ist die Wirkleistung der Leuchte, gemessen an der Bemessungsspannung. Dieser Wert wird für die Planung der Energieaufnahme der Leuchte verwendet und umfasst die Leistungsaufnahme aller in der Leuchte eingebauten und für deren Betrieb erforderlichen Komponenten, einschließlich des Betriebsgeräts.

2. Bemessungslichtstrom von Leuchten (in lm) / (rated luminous flux)

Er bezeichnet die gesamte Strahlungsleistung einer Leuchte, die im sichtbaren Bereich in alle Richtungen abgestrahlt wird. Für den angegebenen Lichtstromwert der gesamten Leuchte wird eine Umgebungstemperatur von 25° C zugrunde gelegt. Das bei traditionellen Lichtquellen übliche Verfahren, den Lichtstrom der verwendeten Lampen mit dem Leuchten-Betriebswirkungsgrad zu multiplizieren, verliert in der LED-Technologie an Bedeutung. Der Bemessungslichtstrom beschreibt eindeutig den aus der Leuchte austretenden Lichtstrom und wurde in der Vergangenheit oft auch als Netto-Leuchten-Lichtstrom bezeichnet.

3. Lichtausbeute von LED-Leuchten (in lm/W) / (luminaire efficacy)

Der gemessene anfängliche Bemessungslichtstrom wird durch die gemessene anfängliche Bemessungsleistung derselben LED-Leuchte geteilt und in Lumen pro Watt angegeben. Zur Beurteilung der Energieeffizienz reicht die alleinige Betrachtung dieses Wertes nicht aus, da in ihm auch Streulichtanteile miteinbezogen sind.

4. Lichtstärkeverteilung von Leuchten (luminous intensity distribution)

Die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Leuchte wird durch Lichtstärkeverteilungskurven beschrieben. Die Lichtstärke wird in der Einheit cd (Candela) angegeben. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Symmetrieeigenschaften (tiefe, breite, symmetrische und asymmetrische Lichtstärkeverteilung) sowie zwischen direkt, indirekt und direkt-indirekt strahlenden Leuchten.

5. Farbqualität

Die Farbqualität von weißem Licht wird durch die Lichtfarbe, die Farbwiedergabe und die Farbtoleranz gekennzeichnet. Die Lichtfarbe von weißem Licht wird durch die ähnlichste Farbtemperatur (correlated colour temperature) beschrieben und in K (Kelvin) angegeben. Dabei gibt es die Bezeichnungen warmweiß (bis 3300 K), neutralweiß (3300 K bis 5300 K) und tageslichtweiß (über 5300 K). Trotz gleicher Lichtfarbe können Leuchtmittel aufgrund verschiedener spektraler Zusammensetzung ihrer Strahlung unterschiedliche Farbwiedergabe-Eigenschaften haben. Leuchtmittel mit einem Farbwiedergabeindex Ra (colour rendering index/CRI) kleiner als 80 sollten nach EN 12464-1 bei Arbeitsplätzen in Innenräumen nicht verwendet werden. Insbesondere bei Anwendungen, in denen sich einzelne Lichtquellen in räumlicher Nähe zueinander befinden und gleichzeitig wahrgenommen werden können, sollte auf geringe Farbabstände geachtet werden. Die Farborttoleranz (colour tolerance) wird durch die MacAdam-Ellipsen beschrieben. Sie geben einen Bereich im CIE-Farbdiagramm an, der alle Farben enthält, die vom menschlichen Auge nicht mehr von der Farbe unterschieden werden können, die sich im Zentrum dieser Ellipse befindet.

Um die Lichtfarbe und Farbwiedergabe von Lichtquellen zu kennzeichnen, ist international eine herstellerneutrale Farbbezeichnung eingeführt worden, die aus drei Ziffern besteht. Zum Beispiel entspricht der Bezeichnung 840 einem Leuchtmittel mit einem Farbwiedergabeindex von 80 bis 89 und einer Farbtemperatur von 4000 K, was der Lichtfarbe Neutralweiß entspricht.

6. Bemessungsumgebungstemperatur (rated ambient temperature)

Das Betriebsverhalten einer Leuchte wird durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Mit dem Wert ta (ambient temperature) wird die höchste Bemessungsumgebungstemperatur festgelegt, bei der die Leuchte unter Einhaltung aller sicherheitsrelevanten Parameter betrieben werden darf. Bei einem Wert von ta = 25° C ist keine Angabe auf der Leuchte erforderlich, was auf die meisten Innenraumleuchten zutrifft. Davon abweichende Werte sind zu kennzeichnen, wie beispielsweise bei Leuchten für Industrieanwendungen, wo je nach Einsatzgebiet höhere Bemessungsumgebungstemperaturen anliegen könnten. Hier sollten beispielsweise Leistungsdaten zur Arbeitsweise bei 25° C und 40° C angegeben werden.

Neu hinzu kommt die Temperaturangabe tq (quality), mit der die höchste Bemessungsumgebungstemperatur gekennzeichnet wird, die für eine bestimmte Arbeitsweise (u.a. Lebensdauer, lichttechnische Eigenschaften) zulässig ist. Es ist möglich, verschiedene tq-Werte mit dazugehörigen Eigenschaften der Arbeitsweise anzugeben.

7. Lebensdauerkriterien (rated life in hours of the LED luminaire and the associated rated lumen maintenance)

Die Lebensdauer von LEDs, Modulen und Leuchten wird begrenzt durch ihren Totalausfall bzw. den Totalausfall der zugehörigen Elektronik oder durch das Unterschreiten eines zuvor festgelegten Mindestlichtstroms (Degradation). Bei LEDs hängen diese beiden Parameter vom Durchlassstrom und der Temperatur im Inneren der LED ab; bei LED-Modulen zusätzlich von der elektrischen Vorschaltung der LEDs sowie weiteren (Temperatur-)Eigenschaften des Moduls. Die LED- bzw. Modul-Hersteller müssen dem Leuchtenhersteller diese Angaben zur Verfügung stellen, um für sein Produkt die Lebensdauerwerte ermitteln zu können. Der Leuchtenhersteller wiederum muss dem Anwender bzw. Planer einer Beleuchtungsanlage entsprechende Angaben liefern, damit dieser in der Lichtplanung einen Wartungszeitpunkt bestimmen kann. Die Lebensdauer von LED-Leuchten definiert sich im Wesentlichen durch drei Kriterien, die in Kombination angegeben werden sollten.

Im Zusammenhang mit dem Lichtstromrückgang von LED-Leuchten spricht man von der Bemessungs- oder Nutzlebensdauer Lx, bei der der Lichtstrom auf einen Wert x des ursprünglichen Lichtstroms zurückgeht. Angegeben wird der prozentuale Anteil der LED-Leuchten By, die am Ende der Bemessungs- oder Nutzlebensdauer den Wert x des ursprünglichen Lichtstroms unterschreiten. Ergänzt wird der prozentuale Anteil der Totalausfälle Cz. Die Lebensdauer wird also in der Form Lx[h] / By / Cz angegeben. Bei L80/ 50000h / B50 / C3 weisen 50% der Leuchten nach 50000 Stunden einen Lichtstromrückgang auf 80% auf, während bei 3% mit einem Totalausfall zu rechnen ist. Der ZVEI empfiehlt, die in seinem Leitfaden näher beschriebenen Parameter entsprechend den dargelegten Ausführungen aufzubereiten und anzugeben.

Lebensdauerangaben bei LED-Leuchten setzen sich zusammen aus Lichtstromrückgang durch Degradation und Totalausfällen
Schematische Darstellung des Lichtstromrückgangs über die Betriebszeit

Lichttechnische Planungshinweise

Für die Planung einer Beleuchtungsanlage sind u.a. die Wartungsfaktoren maßgeblich. Der Planer muss ermitteln und dokumentieren, wie der Lichtstrom einer Beleuchtungsanlage zu einem gewählten Zeitpunkt abgenommen hat und geeignete Wartungsmaßnahmen empfehlen. Bei der Lichtplanung mit LED-Leuchten können der Lampenlichtstromwartungsfaktor (LLMF) und der Lampenüberlebensfaktor (LSF) als Bewertungsgrundlage von LED-Leuchtmitteln für diverse Lichtstromklassen über die Betriebsdauer festgelegt werden, die in Stunden angegeben wird. Die Angabe erfolgt in der Form Lx bei nn.nnn Stunden, z.B. L70 bei 50000 Stunden.

Der Leitfaden enthält Empfehlungen für die Angaben des Lichtstromrückgangs nach Betriebsstunden und für die Angabe des Lampenüberlebensfaktors. Diese Angaben sollten in tabellarischer Form durch den Hersteller dargestellt werden. So kann der Planer den Lichtstromrückgang zu einem beliebigen Zeitpunkt und damit den Wartungsfaktor einfach aus der Tabelle entnehmen.

Im Interesse eines transparenten Marktes

Gerade im Hinblick auf die Themen Energieeffizienz, Reduktion des CO2-Ausstoßes und die Erreichung der Klimaziele hat der Einsatz der LED-Technologie enorme Bedeutung. Umso wichtiger ist es, Transparenz und Sicherheit im Umgang mit der neuen Technologie zu schaffen. Die in dem Leitfaden definierte einheitliche Sprachregelung ermöglicht eine Vergleichbarkeit der Produkte. Das erzeugt Vertrauen in die Industrie und schafft die Möglichkeit, Qualitätsprodukte eindeutig zu identifizieren. Alle Akteure in der Beleuchtungsbranche sind angehalten, die Nomenklatur sowohl bei der Sicherstellung der Produktqualität als auch ihrer Dokumentation sowie in ihrer Kommunikation zu berücksichtigen.

Um die Lichtfarbe und Farbwiedergabe von Lichtquellen zu kennzeichnen, ist international eine herstellerneutrale Farbbezeichnung eingeführt worden, die aus drei Ziffern besteht. Zum Beispiel entspricht der Bezeichnung 840 ein Leuchtmittel mit einem Farbwiedergabeindex von 80 bis 89 und einer Farbtemperatur von 4000 K, was der Lichtfarbe Neutralweiß entspricht.

Weitere Informationen:

Der ZVEI-Leitfaden »Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung« kann heruntergeladen werden unter: https://www.zvei.org/presse-medien/publikationen/leitfaden-planungssicherheit-in-der-led-beleuchtung-ueberarbeitete-2-ausgabe

Die Abbildungen sind dem ZVEI-Leitfaden entnommen.