mini|Beleuchtung in einem Bahnhof mini|Außenbeleuchtung des Kölner Doms Der Begriff Beleuchtung bezeichnet die Lichterzeugung mithilfe einer künstlichen Lichtquelle (Beleuchtungsanlage) sowie die folgende Sichtbarmachung von Objekten, die nicht selbst leuchten. Dieses Kunstlicht macht den Menschen unabhängig von natürlichen Lichtquellen (in erster Linie der Sonne) und dient der Verbesserung der Sehleistung (visuelle Wirkung). Sie kann den circadianen Rhythmus beeinflussen (biologische Wirkung) und das Wohlbefinden steigern (emotionale Wirkung).licht.wissen 01: Die Beleuchtung mit künstlichem Licht. licht.de, Frankfurt 2016, ISBN 978-3-945220-03-0, S. 7.
Die frühgeschichtliche Nutzung des offenen Feuers stellt die erste und gleichzeitig einfachste Form der Beleuchtung dar. Im weiteren Verlauf der Menschheitsgeschichte wurden insbesondere ab dem 18. Jahrhundert, verbunden mit der Entwicklung neuer Techniken und Werkstoffe, zusätzliche Möglichkeiten durch elektrische Beleuchtung entwickelt. Es wird angestrebt die Beleuchtung hinsichtlich Energieverbrauch, Wirkungsgrad und Lebensdauer zu optimieren und die Lichtqualität zu verbessern.
In der Beleuchtungstechnik wird grundsätzlich zwischen der Innen- und der Außenbeleuchtung unterschieden. Die Innenbeleuchtung umfasst sowohl Wohnräume als auch Arbeitsstätten aller Art sowie öffentliche Räume, wie etwa Restaurants oder Theater. Zur Außenbeleuchtung gehören im Wesentlichen die Straßenbeleuchtung, die Beleuchtung von Bauten (siehe Belichtung (Architektur)) und die von Sportstätten. Verschiedene Normen, die zum größten Teil auf europäischer Ebene harmonisiert sind, regeln die einzelnen Anwendungsgebiete und legen quantitative und qualitative Anforderungen für Beleuchtungsanlagen fest.Carl-Heinz Zieseniß: Beleuchtungstechnik für den Elektrofachmann. Hüthig & Pflaum Verlag, 2009, ISBN 978-3-8101-0273-7, S. 94.
Geschichte
Die Entdeckung und Nutzbarmachung des Feuers in der Frühzeit vor etwa 300.000 Jahren markierte den Beginn der Beleuchtung. Offenes Feuer heizte und beleuchtete Behausungen und Höhlen. Später entwickelten Menschen Kienspan, Wachskerzen und Öllampen zu Beleuchtungszwecken. Um das Jahr 1783 erfand der Niederländer Johannes Petrus Minckeleers die Gaslampe. In: licht.de Mit dem Aufkommen der Elektrizität Mitte des 19. Jahrhunderts wurde versucht, auch Strom für die Beleuchtung (elektrische Bogenlampe) zu nutzen. Thomas Alva Edison meldete 1879 die Glühlampe zum Patent an.
Bestandteile der Beleuchtung Elektrische Beleuchtungsgeräte bestehen grundsätzlich aus Lichtquelle (fachsprachlich Lampe) und Leuchte. Die Leuchte dient dazu, eine oder mehrere Lichtquellen aufzunehmen und mit der Stromquelle zu verbinden. Auch lenkt und verteilt die Leuchte das von der Lichtquelle erzeugte Licht. Im Alltag wird die Leuchte oft Lampe genannt. Folgende Lichtquellen kommen heute in der Beleuchtungstechnik zum Einsatz (Auswahl):
Glühlampe Gasgefüllter Glaskolben mit innenliegender Glühwendel aus Wolfram. Elektrischer Strom erhitzt die Glühwendel, sodass neben Wärme auch Licht emittiert wird. Wegen der geringen Effizienz – nämlich einem Bruchteil der Lichtausbeute anderer Verfahren – darf die Glühlampe EU-weit seit 2012 nicht mehr in Verkehr gebracht werden. Halogenglühlampe Halogenglühlampen stellen eine Weiterentwicklung der Glühlampe dar. Der Glaskolben ist mit einem Halogen gefüllt, wodurch sich Lebensdauer und Effizienz der Lampe verbessern. Leuchtstofflampe Leuchtstofflampen gibt es als lange, zylindrische Glasröhren, gerade oder gebogen. Sie sind innen mit Leuchtstoffpulver beschichtet, das UV-Licht durch Fluoreszenz umwandelt. Die Gasentladung erfolgt in der Niederdruckfüllung, die auch etwas Quecksilberdampf enthält und an einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) betrieben wird, das alte Starter plus Magnetdrossel ersetzt. Kleine, nämlich gefaltete oder gewendelte Lampen zum Einschrauben oder Einstecken heißen Kompaktleuchtstofflampen, allgemeiner auch Energiesparlampen. Quecksilberdampflampe Der Kolben von Quecksilberdampflampen ist innen mit Leuchtstoff beschichtet, er absorbiert die UV-Strahlung. Die Lampen werden durch ein Vorschaltgerät gestartet und geregelt. Wegen des Quecksilbergehalts und niedriger Lichtausbeute sind sie in der EU seit 2015 mit einem Herstellungs- und Vertriebsverbot belegt. In der Straßen- und Industriebeleuchtung wurde vor allem die Hochdruckvariante eingesetzt. Halogen-Metalldampflampe Diese Lampen sind eine Weiterentwicklung der Quecksilberdampflampe auf Basis anderer niedrigsiedender Metalle, wobei die Zugabe von Halogenen die Lichtausbeute erhöht. Sie werden mit Vorschaltgerät betrieben und haben eine gute Farbwiedergabe sowie sehr gute Lichtlenkungseigenschaften. Natriumdampflampe Natriumdampflampen arbeiten mit Glaskolben oder Glasrohr mit Keramikbrenner und werden mit Vorschaltgerät betrieben. Es gibt sie als Nieder- oder Hochdrucktyp. Sie haben eine sehr hohe Lichtausbeute, aber eine niedrige Farbwiedergabe. Niederdrucklampen sind doch ausgeprägt monochrom gelb (nach neon-rosaroter Zündphase). Ihr Licht durchdringt Dunst und Nebel gut, daher werden diese Lichtquellen bei der Beleuchtung von Häfen, Tunneln und Fußgängerüberwegen sowie für den Objektschutz verwendet.
Lichtquelle mit Leuchtdioden Das ist eine Lampe, die aus Leuchtdioden (englisch LED) in unterschiedlicher Anordnung besteht. Beste Lebensdauer und Lichtausbeute (Effizienz) sind die Vorzüge, Die Leuchtdiode selbst wird als Halbleiter durch Überhitzung zerstört, weshalb sie nur bis zu bestimmten elektrischen Leistungen gebaut, an Kühlflächen gekoppelt wird und nicht neben einer heißen Glühlampe betrieben werden darf. Leuchtdioden (englisch LED) sind Halbleiterkristalle, die elektrisch zum Leuchten angeregt werden. Der bei der Elektrolumineszenz abgegebene Anteil an Wärmeenergie beträgt 50 bis 70 Prozent, daher muss durch Thermomanagement diese Wärme zum Erhalt der Lebensdauer wirksam abgeführt werden. Vorzüge von LEDs sind hohe Lebensdauer und Lichtausbeute (Effizienz); es werden schon LEDs mit mehr als 200 lm/W eingesetzt.licht.wissen 17: LED: Grundlagen – Applikation – Wirkung. licht.de, Frankfurt 2016, ISBN 978-3-945220-03-0, S. 21. Retrofits, also Leuchtmittel in klassischer Lampenform mit Schraub- oder Stecksockel, erreichen aufgrund ihrer zur Wärmeableitung nicht optimalen Bauweise 78 bis 117 lm/W, LED-Fadenlampen nur wenig mehr (bis 126 lm/W).licht.wissen 17: LED: Grundlagen – Applikation – Wirkung. licht.de, Frankfurt 2016, ISBN 978-3-945220-03-0, S. 34. Eine Einschaltverzögerung von typisch 1/10 s durch das Hochfahren der Elektronik ist charakteristisch.
LED-Module Module bestehen in der Regel aus mehreren LEDs, aufgebracht auf einen Träger sowie einer Optik mit Linsen und Reflektoren. In der Regel werden sie fest in Leuchten verbaut oder der Austausch erfolgt durch Fachpersonal.
Daneben gibt es noch Glimmlampen (Bügeleisenbetriebsanzeige, Spannungsprüfer), Xenon-Fotoblitz- und -Stroboskop-Röhre sowie Elektrolumineszenz.
Anwendungsgebiete Außenbeleuchtung mini|Straßenbeleuchtung in der Innenstadt mini|Gefechtsfeldbeleuchtung Beleuchtungsanlagen, die unter freiem Himmel oder im Außenbereich betrieben werden, gehören zur Außenbeleuchtung. Gegenüber der Innenbeleuchtung erfordert die Außenbeleuchtung eine höhere Schutzart der Leuchten, da sie besser vor Berührung und Eindringen von Fremdkörpern sowie Feuchtigkeit geschützt werden müssen. Zu den Anwendungsbereichen zählen Straßen, Wege und Plätze sowie Parkanlagen und Gärten. Außenbeleuchtung dient außerdem der Beleuchtung von Sportstätten, Tunneln und Unterführungen sowie der Anstrahlung von Fassaden und Objekten im Freien. Ein weiterer wichtiger Bereich sind Arbeitsstätten im Freien, wie beispielsweise Containerbahnhöfe, Hafenanlagen, Baustellen, Chemieanlagen oder Tankstellen. Besonders die Außenbeleuchtung verursacht Lichtverschmutzung. Die Armee beleuchtet Gefechtsfelder.
Innenbeleuchtung
mini|Beleuchtung in einem Konferenzzimmer Beleuchtungsanlagen, die im Inneren von Gebäuden betrieben werden, zählen zur Innenbeleuchtung. Wichtige Anwendungsgebiete stellen dabei die Arbeitsstättenbeleuchtung und die Wohnraumbeleuchtung dar. Für Arbeitsstätten sind in Normen je nach Anwendungsfall bestimmte Kenngrößen definiert, die bei der Lichtplanung eingehalten werden müssen. So werden beispielsweise die Beleuchtungsstärke, die Leuchtdichteverteilung oder die Lichtfarbe vorgegeben. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die korrekte Festlegung der Sehaufgabe. Fehler bei der Planung von Innenbeleuchtungsanlagen können die Sehleistung beeinträchtigen, zu einer Überanstrengung der Augen oder der Nackenmuskulatur führen.
Die Energierückgewinnung von Innenraumbeleuchtung zugunsten kleiner Verbraucher wie Bewegungsmelder und Luftgütesensorik (Sensor Fusion) wird unter dem Stichwort Indoor-Photovoltaik diskutiert.
Beleuchtung am (Innen-)Arbeitsplatz Die übliche Raumbeleuchtung durch Lampen, Deckenleuchten oder Computerbildschirme stellt bei bestimmungsgemäßer Verwendung keine Gefährdung durch optische Strahlung dar. Die Raumbeleuchtung muss allerdings ausreichend für die Sehaufgaben der Beschäftigten sein. Die Technische Regel für Arbeitsstätten ASR A3.4 und die DIN EN 12464-1 beschreiben visuelle und lichttechnische Anforderungen an die künstliche Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen. Dort finden sich Angaben zur notwendigen Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit vom Arbeitsplatz und Vorgaben zur Begrenzung von Blendung.
Büroarbeit wandelt sich und wird flexibler, Trends sind z. B. Desksharing, höhenverstellbare Arbeitstische, Open-Space-Büros, sehr frühe oder späte Arbeitszeiten und der vermehrte Einsatz mobiler Geräte. Solche neuen Ansätze erfordern es oft, herkömmliche Beleuchtungskonzepte neu und individuell zu gestalten. Auch die zunehmende Nutzung von Leuchtdioden (LEDs) muss gut geplant sein, denn es können unter Umständen sehr hohe Leuchtdichteunterschiede auftreten. Dies gilt besonders, wenn keine lichtlenkenden oder streuenden Optiken vorhanden sind und so der direkte Blick auf einzelne LEDs möglich ist und daher die Leuchte als „blendend“ empfunden wird.
Die normativen Vorgaben beachten nicht die deutlich wachsende Zahl älterer Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer, deren Sehkraft nachlässt und die auf eine stärkere Beleuchtung angewiesen sind. Durch Nachrüstung von Tageslichtsensoren lässt sich aber das Beleuchtungsniveau bedarfsgerecht steuern. Ergänzende Einstellmöglichkeiten von Leuchten an jedem Arbeitsplatz ermöglichen zusätzlich eine individuelle Regulierung.
Bei der Bühnenbeleuchtung im Theater, in der Oper oder im Konzert werden Strahler mit hoher Leistung eingesetzt, um eine Szene oder Personen zu beleuchten („Spotlight“). Außer der starken Blendwirkung dieser Beleuchtungselemente, die ein Hineinblicken oft unmöglich macht, können auch die Expositionsgrenzwerte für die Blaulichtgefährdung (Photoretinitis) überschritten werden. Dieses Thema ist auch aktueller Forschungsgegenstand.
Auch lichtemittierende Dioden bedürfen der Aufmerksamkeit im Arbeitsschutz. LED und OLED unterscheiden sich im technischen Aufbau (mit und ohne Optik, als Einzelquelle oder Array). Daher ist es schwierig, ihre Strahlungsparameter zu untersuchen. Die bisher im Arbeitsschutz verwendeten Normen können in diesem Fall teilweise nicht mehr angewendet werden, sodass die Erarbeitung neuer Beurteilungs- und Messvorschriften notwendig wird.
Eigenständige Anwendungsgebiete Ausleuchtung bei Veranstaltungen
mini|Beleuchtung einer Bühne Man unterscheidet bei der Veranstaltungsbeleuchtung (Ausleuchtung) zwischen Theaterlicht, Fernsehlicht und dem bei Bühnenveranstaltungen verwendeten Showlicht. Alle drei unterscheiden sich hinsichtlich der Beleuchtungsart, dennoch bestehen Gemeinsamkeiten.