Lichttechnische Größen

Gleich, ob es natürliches oder künstliches Licht geht: Wer damit arbeitet, muss seine Eigenschaften in Werte und Zahlen fassen.

Im Allgemeinen sind in Literatur und technischen Unterlagen die folgenden Größen relevant – sie werden uns in den folgenden Kapiteln begleiten.

Leuchtdichte (L; cd/m² – Candela pro Quadratmeter)

Maß für das von einer Fläche ausgehende Licht (Helligkeitseindruck). Eine Fläche kann Licht abgeben („emittieren“), durchlassen („transmittieren“) oder zurückwerfen („reflektieren“). Bei reflektiertem Licht ist die Leuchtdichte in hohem Maße vom Reflexionsgrad der Fläche (Oberflächenbeschaffenheit, Farbe) abhängig. Aber auch der Adaptationszustand des Auges und der Kontrast zu angrenzenden Flächen (Leuchtdichteunterschiede) beeinflussen die Helligkeitswahrnehmung.

Typische Leuchtdichten

• Sonne: 1 600 000 000 cd / m²
• Himmel, klar: 10 000 cd / m²
• Glühlampe, matt: 150 000 cd / m²
• Leuchtstofflampe: 15 000 cd / m²
• Kerzenflamme: 5 000 cd / m²
• Papier, weiß bei 500 lx: 100 cd / m²

Beleuchtungsstärke Lux (E; lx)

Sie misst die auf einer Fläche auftreffende Lichtleistung, nicht das von dieser ausgehende Licht (s. Leuchtdichte). Die Beleuchtungsstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle ab; werden beispielsweise bei einem Meter Abstand 500 lx gemessen, so sind es bei zwei Metern nur noch 125 lx.

In Regelwerken wie der DIN-EN 12464-1 werden für Arbeitsstätten in Innenräumen, abhängig von der Art des Raumes und der Tätigkeit, Beleuchtungsstärken empfohlen, z.B. 500 lx für Konferenz- und Besprechungsräume.

Typische Beleuchtungsstärken

• Allgemeinbeleuchtung (Innenräume): 100 – 200 lx
• Arbeitsplatz: 300 – 500 lx
• Mittagshimmel, klar (Sommer): 100 000 lx
• Mittagshimmel, bedeckt (Sommer): 20 000 lx
• Vollmond: 0,3 lx

Lichtstrom (griechisch Phi; lm)

Dieser, in Lumen (lm) gemessene Wert ist das Maß für die von einer Lichtquelle / Lampe abgegebene Lichtmenge. So wird zum Beispiel für eine 60-Watt-Glühlampe ein Lichtstrom von 710 lm angegeben, für eine 10-Watt-LED-Lampe hingegen 810 lm. Die Lichtausbeute der LED-Lampe liegt also um den Faktor 7 höher.

Die Lichtausbeute (lm/W) ist das Verhältnis des Lichtstroms zur aufgenommenen Leistung und damit Kennziffer für die Effizienz der Lichtquelle.

Vergleich von Lichtausbeuten

• 57-Watt-Halogenglühlampe: 16 lm / W
• 18-Watt-Energiesparlampe: 58 lm / W
• 8-Watt-LED-Lampe: 100 lm / W

Reflexionsgrad (griechisch Rho)

Er stellt das Verhältnis zwischen einfallendem und reflektiertem Licht dar. Liegt der Reflexionsgrad einer Fläche bei 0,7, so werden 70 Prozent des einfallenden Lichts von dieser reflektiert.

Typische Reflexionsgrade

• Farbanstrich, weiß: 0,7 – 0,8
• Farbanstrich, hellrot: 0,4 – 0,5
• Farbanstrich, dunkelrot: 0,1 – 0,2
• Putz, weiß: 0,7 – 0,8
• Beton: 0,3 – 0,5
• Holzboden, dunkel: 0,1 – 0,2
• Holzboden, hell: 0,2 – 0,4
• Glas: 0,1

Lichtfarbe (K)

Die Lichtfarbe eines Leuchtmittels wird durch die spektrale Zusammensetzung des von ihm ausgehenden Lichts bestimmt und in Kelvin (K) angegeben.

Als warmweiß werden Leuchtmittel bezeichnet mit einer Farbtemperatur von unter 3 300 K, als neutralweiß mit 3 300 – 5 300 K, als tageslichtweiß mit über 5 300 K.

Typische Lichtfarben

• Kerze: 1 900 K
• Glühlampe: 2 700 K
• Leuchtstofflampe, warmweiß: 2 700 K
• Leuchtstofflampe, neutralweiß: 4 000 K
• Leuchtstofflampe, tageslichtweiß: 6 500 K
• Tageslicht (Sonne): 6 000 K

Allgemeiner Farbwiedergabeindex (R_a; englisch: Colour Rendering Index / CRI)

Er gibt an, wie gut sich Farbnuancen im Licht der Lichtquelle unterscheiden lassen. Als Referenz mit dem Index 100 gilt Sonnenlicht. Je dichter der Wert des Leuchtmittels daran liegt, desto besser ist es geeignet, um darin Farben beurteilen zu können.

Je nach spektraler Zusammensetzung des auftreffenden Lichts kann sich die Farbwiedergabe unterscheiden.

• Maximaler Index: R_a 100. Ideale Farbwiedergabe.
• Für den häuslichen Gebrauch: Leuchtmittel sollten mit einem R_a gleich oder größer 80 gewählt werden
• Hohe Ansprüche an die Farb­wiedergabe: Der Wert sollte deutlich über R_a 90 liegen

Fazit

Viele der hier vorgestellten Maßeinheiten und Größen spielen nicht nur bei der Beurteilung und Planung von Licht im Allgemeinen eine Rolle, sondern sind auch wichtig bei der Auswahl des richtigen Leuchtmittels.

Auf der Packung eines Leuchtmittels – ob Glühbirne oder LED finden sich weitere Werte. Diese sind im Kapitel „Lampendaten und was sie bedeuten“ erklärt.

Das Tageslicht optimal nutzen

Nicht nur wegen der hohen Energiepreise empfiehlt sich die Nutzung natürlichen Lichts, wo und wann immer möglich. Bei Bau oder Grundsanierung eines Gebäudes hilft es, schon bei der Planung darauf zu achten.

So wird Ihr Haus zur Licht-Falle

„Im Osten geht die Sonne auf, im Süden ist ihr Mittagslauf, im Westen wird sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.“ So lernen es schon die Kleinsten im Kindergarten. Welche Konsequenzen hat der Reim?

In Bezug aufs eigene Heim ganz erhebliche. Denn wer klug ist, plant sein Gebäude so, dass er möglichst viel des angenehmen Tageslichts im Haus nutzen kann. Das fängt bei der Ausrichtung des Gebäudes an, geht weiter bei den richtigen Fenstern und endet bei cleveren Helfern wie einem Lichtkamin. Denn die Qualität natürlichen Lichts mit seiner Dynamik, dem tages- und jahreszeitlichen Verlauf und der charakteristischen Zusammensetzung ist durch nichts zu ersetzen. (siehe „Licht und Wahrnehmung“)

Garten- und Raumplanung

Die lichtoptimierte Ausrichtung eines Hauses fängt im Garten an: Soll der, wie in den meisten Fällen gewünscht, hinterm Gebäude liegen, ist es optimal, wenn der Haus-/Grundstückszugang nach Norden oder Osten zeigt. Denn so hat der Garten die meiste Zeit des Tages Licht von Süden oder Westen – und mit ihm auch die an ihn grenzenden Räume. Frühaufsteher könnten hingegen die zweite Variante bevorzugen: ein von Westen erschlossenes Grundstück mit einem nach Osten zeigenden Garten. Der bekäme (mitsamt der angrenzenden Räume) vormittags das meiste Licht ab.

Unabhängig vom Garten hat eine alte Bau-Faustregel grundsätzlich immer noch Bestand: Die Schlafräume richtet man nach Osten aus, um von der Morgensonne geweckt zu werden, andere Räume nach Süden oder Westen, weil man die überwiegend im späteren Verlauf des Tages intensiv nutzt. Aber: Wo Licht ist, braucht’s auch Schatten: In den meisten Gegenden Deutschlands wird man für die Sommermonate einen Lichtschutz benötigen.

Weitere Faktoren in der Praxis

In der Praxis geben Grundstück, Bebauungsplan, die Form des eigenen Hauses, Nachbargebäude sowie die Vegetation meist den Rahmen vor, innerhalb dessen man sich bewegen und das natürliche Licht nutzen kann. Unsere Überlegungen sind zudem sehr grundsätzlicher Natur – gerade, wer den Garten intensiv nutzen will, sollte eingehend die Situation vor Ort studieren. Denn zwischen Flensburg und Berchtesgaden, zwischen Frankfurt an der Oder und Aachen unterscheiden sich Sonnenstunden und -einfallwinkel erheblich. Gerade im Süden Deutschlands, der tendenziell öfter einen wolkenfreien Himmel bietet, können viel Licht und die damit einhergehende Hitze schon lästig und im Extremfall sogar gefährlich werden. Pflanzen könnten vertrocknen, die Wohnräume sich aufheizen und empfindliche Möbel und Bilder Schaden nehmen. Ist geplant, die Sonnenenergie zur Heizung und/oder Stromerzeugung zu nutzen, spielt auch noch die Ausrichtung der Kollektoren oder Panele eine Rolle – weitestgehend unabhängig vom Gebäude lassen sie sich nur auf einem Flachdach ausrichten.

Die Internetseite www.sonnenverlauf.de zeigt für jeden Ort der Welt für jede Tages- und Jahreszeit den Sonnenstand an.

Sonnenstände

Im Sommer steht die Mittagssonne erheblich steiler als im Winter. Die Illustration stellt beispielhaft die Sonnenstände für Frankfurt am Main zu den Zeitpunkten der Sommersonnenwende (21. Juli), der Tag- und Nachtgleiche und der Wintersonnenwende (21. Dezember) dar. Die Sonne geht morgens im Osten auf und steht zunächst sehr niedrig am Himmel. Ihre Strahlen treffen dann flach auf die Erde und können daher durch Fenster tief in Räume eindringen. Über Mittag steht die Sonne im Süden steil am Himmel und kann durch Dachvorsprünge aus dem Haus ferngehalten werden. Nachmittags sinkt die Sonne kontinuierlich ab, bevor sie im Westen untergeht. Die tief stehende Abendsonne kann wiederum weit in die Räume eindringen und wird in ihrer Kraft oft unterschätzt.

Türen und Fenster

Die Intensität der Sonneneinstrahlung am Bauplatz sollte auch die Wahl von Fenstern und Balkon-/Terrassentüren bestimmen: Selbstverständlich lassen bis zum Boden reichende Fenster und möglichst großzügige Glastüren auch an trüben Wintertagen viel Licht in den Raum und schaffen so eine freundliche Atmosphäre.

Sie können aber im Sommer ohne geeigneten Lichtschutz zur Wärmefalle werden – Rollläden, Jalousien und Vorhänge dämpfen oder lenken Licht, wenn nötig.

Im Erdgeschoss sollte man zudem immer auch im Blick haben, ob großzügige Hausöffnungen nicht Diebe einladen und diese gegebenenfalls entsprechend sichern. Schließlich bedeuten große Fenster auch mehr Putzerei. Wenn die Fenster der höheren Stockwerke nicht über ihre gesamte Höhe zu öffnen sind, gestaltet sich deren Reinigung schwierig.

Lichtkamine: Die fensterlose Alternative

Der Rückgriff auf Fenster und Türen hat also Grenzen – wie beschrieben können auch viele andere Faktoren dazu führen, dass sich ein Haus nicht optimal aufs verfügbare Tageslicht ausrichten lässt. Oft lässt es sich dennoch nutzen: Lichtkamine oder Tageslichtrohr genannte Konstruktionen – innen verspiegelte Röhren –, transportieren Tageslicht in vielen Fällen sogar in Räume, die gar kein Außenfenster haben.