Beleuchtung wird in Innenräumen bereitgestellt, um die folgenden Anforderungen zu erfüllen:

• um bei der Bereitstellung einer sicheren Arbeitsumgebung zu helfen
• zur Unterstützung bei der Ausführung von Sehaufgaben
• eine angemessene visuelle Umgebung zu entwickeln.

Die Bereitstellung einer sicheren Arbeitsumgebung muss ganz oben auf der Prioritätenliste stehen, und im Allgemeinen wird die Sicherheit erhöht, indem Gefahren deutlich sichtbar gemacht werden. Die Rangfolge der beiden anderen Anforderungen hängt weitgehend von der Nutzung des Innenraums ab. Die Aufgabenleistung kann verbessert werden, indem sichergestellt wird, dass Aufgabendetails leichter zu erkennen sind, während geeignete visuelle Umgebungen entwickelt werden, indem die Betonung der Beleuchtung auf Objekte und Oberflächen innerhalb eines Innenraums variiert wird.

Unser allgemeines Wohlbefinden, einschließlich Moral und Müdigkeit, wird durch Licht und Farbe beeinflusst. Bei schwacher Beleuchtung würden Objekte wenig oder keine Farbe oder Form haben und es würde zu einem Verlust der Perspektive kommen. Umgekehrt kann ein Lichtüberschuss ebenso unerwünscht sein wie ein Lichtmangel.

Generell wird ein Raum mit Tageslicht einem fensterlosen Raum vorgezogen. Darüber hinaus gilt der Kontakt zur Außenwelt als förderlich für das Wohlbefinden. Die Einführung automatischer Beleuchtungssteuerungen in Verbindung mit hochfrequentem Dimmen von Leuchtstofflampen hat es ermöglicht, Innenräume mit einer kontrollierten Kombination aus Tages- und Kunstlicht zu versorgen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass Energiekosten eingespart werden.

Die Wahrnehmung des Charakters eines Innenraums wird sowohl von der Helligkeit als auch von der Farbe der sichtbaren Oberflächen im Innen- und Außenbereich beeinflusst. Die allgemeinen Lichtverhältnisse innerhalb eines Innenraums können durch den Einsatz von Tageslicht oder Kunstlicht oder eher durch eine Kombination aus beidem erreicht werden.

Bewertung der Beleuchtung

Allgemeine Anforderungen

Beleuchtungssysteme, die in kommerziellen Innenräumen verwendet werden, können in drei Hauptkategorien unterteilt werden – allgemeine Beleuchtung, lokalisierte Beleuchtung und lokale Beleuchtung.

Allgemeinbeleuchtungsanlagen liefern typischerweise eine ungefähr gleichmäßige Beleuchtungsstärke über die gesamte Arbeitsebene. Solche Systeme basieren oft auf der Lumen-Designmethode, bei der eine durchschnittliche Beleuchtungsstärke ist:

Durchschnittliche Beleuchtungsstärke (Lux) =

Lokale Beleuchtungssysteme sorgen für Beleuchtungsstärke auf allgemeinen Arbeitsbereichen bei gleichzeitig reduzierter Beleuchtungsstärke in angrenzenden Bereichen.

Lokale Beleuchtungssysteme liefern Beleuchtungsstärke für relativ kleine Bereiche mit Sehaufgaben. Solche Systeme werden normalerweise durch ein bestimmtes Maß an Allgemeinbeleuchtung ergänzt. Abbildung 1 verdeutlicht die typischen Unterschiede zwischen den beschriebenen Systemen.

Abbildung 1. Beleuchtungssysteme

Bei der Erfüllung von Sehaufgaben ist es unerlässlich, eine geforderte Beleuchtungsstärke zu erreichen und die Umstände zu berücksichtigen, die ihre Qualität beeinflussen.

Die Nutzung von Tageslicht zur Beleuchtung von Aufgaben hat sowohl Vorteile als auch Grenzen. Fenster, die Tageslicht in einen Innenraum lassen, bieten eine gute dreidimensionale Modellierung, und obwohl die spektrale Verteilung des Tageslichts im Laufe des Tages variiert, wird seine Farbwiedergabe im Allgemeinen als ausgezeichnet angesehen.

Eine konstante Beleuchtungsstärke für eine Aufgabe kann jedoch aufgrund seiner großen Variabilität nicht nur durch natürliches Tageslicht bereitgestellt werden, und wenn sich die Aufgabe im selben Sichtfeld wie ein heller Himmel befindet, tritt wahrscheinlich eine störende Blendung auf, wodurch die Aufgabenleistung beeinträchtigt wird . Die Nutzung des Tageslichts für die aufgabenbezogene Beleuchtung ist nur teilweise erfolgreich, und die künstliche Beleuchtung, die stärker kontrolliert werden kann, spielt eine große Rolle.

Da das menschliche Auge Oberflächen und Gegenstände nur durch von ihnen reflektiertes Licht wahrnimmt, beeinflussen Oberflächeneigenschaften und Reflexionswerte zusammen mit der Quantität und Qualität des Lichts das Erscheinungsbild der Umgebung.

Bei der Betrachtung der Beleuchtung eines Innenraums ist es wichtig, die zu bestimmen Beleuchtungsstärke und mit den empfohlenen Niveaus für verschiedene Aufgaben zu vergleichen (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1. Typische empfohlene Niveaus der aufrechterhaltenen Beleuchtungsstärke für verschiedene Orte oder Sehaufgaben

Beleuchtung für Sehaufgaben

Die Fähigkeit des Auges, Details zu erkennen –Sehschärfe– wird maßgeblich von der Aufgabengröße, dem Kontrast und der Sehleistung des Betrachters beeinflusst. Die Erhöhung der Quantität und Qualität der Beleuchtung wird sich ebenfalls deutlich verbessern visuelle Leistung. Die Wirkung der Beleuchtung auf die Aufgabenleistung wird durch die Größe der kritischen Details der Aufgabe und durch den Kontrast zwischen Aufgabe und umgebendem Hintergrund beeinflusst. Abbildung 2 zeigt die Auswirkungen der Beleuchtungsstärke auf die Sehschärfe. Bei der Beleuchtung der Sehaufgabe ist es wichtig, die Fähigkeit des Auges zu berücksichtigen, die Sehaufgabe sowohl schnell als auch genau auszuführen. Diese Kombination ist bekannt als visuelle Leistung. Abbildung 3 zeigt typische Auswirkungen der Beleuchtungsstärke auf die Sehleistung bei einer bestimmten Aufgabe.

Abbildung 2. Typische Beziehung zwischen Sehschärfe und Beleuchtungsstärke

Abbildung 3. Typische Beziehung zwischen Sehleistung und Beleuchtungsstärke

Die Vorhersage der Beleuchtungsstärke, die eine Arbeitsfläche erreicht, ist von größter Bedeutung in der Lichtplanung. Das menschliche Sehsystem reagiert jedoch auf die Verteilung der Leuchtdichte innerhalb des Gesichtsfelds. Die Szene in einem Gesichtsfeld wird interpretiert, indem zwischen Oberflächenfarbe, Reflexion und Beleuchtung unterschieden wird. Die Leuchtdichte hängt sowohl von der Beleuchtungsstärke als auch dem Reflexionsgrad einer Oberfläche ab. Sowohl die Beleuchtungsstärke als auch die Leuchtdichte sind objektive Größen. Die Reaktion auf die Helligkeit ist jedoch subjektiv.

Um eine Umgebung zu schaffen, die visuelle Zufriedenheit, Komfort und Leistung bietet, müssen die Leuchtdichten innerhalb des Sichtfelds ausgeglichen sein. Idealerweise sollten die Leuchtdichten rund um eine Aufgabe allmählich abnehmen, um so harte Kontraste zu vermeiden. Die vorgeschlagene Variation der Leuchtdichte über eine Aufgabe hinweg ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Variation der Leuchtdichte über eine Aufgabe hinweg

Die Lumen-Methode der Lichtplanung führt zu einer durchschnittlichen horizontalen Beleuchtungsstärke auf der Arbeitsebene, und es ist möglich, die Methode zu verwenden, um durchschnittliche Beleuchtungsstärkewerte an Wänden und Decken innerhalb eines Innenraums zu ermitteln. Aus Angaben zum mittleren Reflexionsgrad der Raumoberflächen ist es möglich, mittlere Beleuchtungsstärkewerte in mittlere Leuchtdichtewerte umzurechnen.

Die Gleichung für Leuchtdichte und Beleuchtungsstärke lautet: 

Abbildung 5. Typische relative Beleuchtungsstärkewerte zusammen mit empfohlenen Reflexionswerten

Abbildung 5 zeigt ein typisches Büro mit relativen Beleuchtungsstärkewerten (von einem allgemeinen Deckenbeleuchtungssystem) auf den Hauptraumoberflächen zusammen mit vorgeschlagenen Reflexionsgraden. Das menschliche Auge neigt dazu, von dem Teil der visuellen Szene angezogen zu werden, der am hellsten ist. Daraus folgt, dass in einem Sehaufgabenbereich üblicherweise höhere Leuchtdichtewerte auftreten. Das Auge erkennt Details innerhalb einer visuellen Aufgabe, indem es zwischen helleren und dunkleren Teilen der Aufgabe unterscheidet. Die Helligkeitsvariation einer Sehaufgabe wird aus der Berechnung der bestimmt Helligkeitskontrast:

woher

L_t = Helligkeit der Aufgabe

L_b = Helligkeit des Hintergrunds

und beide Leuchtdichten werden in cd·m gemessen^-2

Die vertikalen Linien in dieser Gleichung bedeuten, dass alle Werte des Helligkeitskontrasts als positiv anzusehen sind.

Der Kontrast einer Sehaufgabe wird durch die Reflexionseigenschaften der Aufgabe selbst beeinflusst. Siehe Abbildung 5.

Optische Steuerung der Beleuchtung

Wenn eine nackte Lampe in einer Leuchte verwendet wird, ist die Lichtverteilung wahrscheinlich nicht akzeptabel und das System wird mit ziemlicher Sicherheit unwirtschaftlich sein. In solchen Situationen ist die nackte Lampe wahrscheinlich eine Blendquelle für die Rauminsassen, und obwohl schließlich etwas Licht die Arbeitsebene erreichen kann, wird die Wirksamkeit der Installation aufgrund der Blendung wahrscheinlich ernsthaft verringert.

Es ist offensichtlich, dass eine gewisse Form der Lichtsteuerung erforderlich ist, und die am häufigsten eingesetzten Verfahren sind unten im Detail aufgeführt.

Behinderung

Wenn eine Lampe in einem undurchsichtigen Gehäuse mit nur einer einzigen Öffnung für den Lichtaustritt installiert wird, ist die Lichtverteilung sehr begrenzt, wie in Abbildung 6 gezeigt.

Abbildung 6. Lichtleistungssteuerung durch Hindernis

Betrachtung

Dieses Verfahren verwendet reflektierende Oberflächen, die von einer hochmatten Oberfläche bis zu einer hochglänzenden oder spiegelähnlichen Oberfläche variieren können. Diese Steuerungsmethode ist effizienter als eine Versperrung, da Streulicht gesammelt und dorthin umgeleitet wird, wo es benötigt wird. Das zugrunde liegende Prinzip ist in Abbildung 7 dargestellt.

Abbildung 7. Steuerung der Lichtleistung durch Reflexion

Rundfunk

Wird eine Lampe in ein lichtdurchlässiges Material eingebaut, vergrößert sich die scheinbare Größe der Lichtquelle bei gleichzeitiger Verringerung ihrer Helligkeit. Praktische Diffusoren absorbieren leider einen Teil des abgegebenen Lichts, was folglich die Gesamteffizienz der Leuchte verringert. Abbildung 8 veranschaulicht das Prinzip der Diffusion.

Abbildung 8. Steuerung der Lichtleistung durch Diffusion

Brechung

Dieses Verfahren nutzt den „Prismeneffekt“, bei dem typischerweise ein Prismenmaterial aus Glas oder Kunststoff die Lichtstrahlen „krümmt“ und so das Licht dorthin lenkt, wo es benötigt wird. Diese Methode eignet sich hervorragend für die allgemeine Innenbeleuchtung. Sie hat den Vorteil, eine gute Entblendung mit einem akzeptablen Wirkungsgrad zu kombinieren. Abbildung 9 zeigt, wie die Brechung die optische Kontrolle unterstützt.

In vielen Fällen verwendet eine Leuchte eine Kombination der beschriebenen Methoden der optischen Lenkung.

Abbildung 9. Steuerung der Lichtleistung durch Brechung

Leuchtdichteverteilung

Die Lichtaustrittsverteilung einer Leuchte bestimmt maßgeblich die später erlebten Sehbedingungen. Jedes der vier beschriebenen Verfahren der optischen Steuerung erzeugt unterschiedliche Lichtausgangsverteilungseigenschaften der Leuchte.

Verhüllende Reflexionen treten häufig in Bereichen auf, in denen Bildschirme installiert sind. Die üblichen Symptome, die in solchen Situationen auftreten, sind eine verminderte Fähigkeit, den Text auf einem Bildschirm richtig zu lesen, aufgrund des Erscheinens unerwünschter Bilder mit hoher Leuchtdichte auf dem Bildschirm selbst, typischerweise von Deckenleuchten. Es kann eine Situation entstehen, in der verschleierende Reflexionen auch auf Papier auf einem Schreibtisch in einem Innenraum erscheinen.

Wenn die Leuchten in einem Innenraum eine starke vertikal nach unten gerichtete Komponente der Lichtabgabe haben, dann wird jedes Papier auf einem Schreibtisch unter einer solchen Leuchte die Lichtquelle in die Augen eines Betrachters reflektieren, der auf dem Papier liest oder daran arbeitet. Wenn das Papier eine glänzende Oberfläche hat, wird die Situation verschlimmert.

Die Lösung des Problems besteht darin, die eingesetzten Leuchten mit einer überwiegend schräg zur Senkrechten nach unten gerichteten Lichtverteilung auszustatten, so dass die Reflexblendung den Grundgesetzen der Physik (Einfallswinkel = Ausfallswinkel) folgt minimiert werden. Abbildung 10 zeigt ein typisches Beispiel sowohl für das Problem als auch für die Lösung. Die zur Lösung des Problems verwendete Lichtabgabeverteilung der Leuchte wird als a bezeichnet Fledermausverteilung.

Abbildung 10. Verschleierende Reflexionen

Auch die Lichtverteilung von Leuchten kann dazu führen direkte Blendung, und um dieses Problem zu lösen, sollten lokale Beleuchtungseinheiten außerhalb des „verbotenen Winkels“ von 45 Grad installiert werden, wie in Abbildung 11 gezeigt.

Abbildung 11. Schematische Darstellung des verbotenen Winkels

Optimale Lichtverhältnisse für Sehkomfort und Leistung

Bei der Untersuchung der Lichtverhältnisse im Hinblick auf Sehkomfort und Sehleistung ist es angebracht, die Faktoren zu berücksichtigen, die sich auf die Fähigkeit auswirken, Details zu sehen. Diese lassen sich in zwei Kategorien unterteilen – Eigenschaften des Beobachters und Eigenschaften der Aufgabe.

Eigenschaften des Beobachters.

Diese umfassen:

• Empfindlichkeit des visuellen Systems des Individuums gegenüber Größe, Kontrast, Belichtungszeit
• transiente Anpassungseigenschaften
• Blendanfälligkeit
• Alter
• motivationale und psychologische Eigenschaften.

Merkmale der Aufgabe.

Diese umfassen:

• Konfiguration von Details
• Kontrast von Detail/Hintergrund
• Hintergrundhelligkeit
• Spiegelung der Details.

Bezogen auf bestimmte Aufgaben sind folgende Fragen zu beantworten:

• Sind die Aufgabendetails leicht zu erkennen?
• Wird die Aufgabe voraussichtlich über einen längeren Zeitraum ausgeführt?
• Werden bei der Aufgabenerfüllung Fehler als schwerwiegend angesehen?

Um optimale Lichtverhältnisse am Arbeitsplatz zu schaffen, ist es wichtig, die Anforderungen an die Beleuchtungsanlage zu berücksichtigen. Im Idealfall sollte die Arbeitsplatzbeleuchtung Farbe, Größe, Relief und Oberflächenqualitäten einer Aufgabe sichtbar machen und gleichzeitig die Entstehung potenziell gefährlicher Schatten, Blendung und „rauer“ Umgebungen für die Aufgabe selbst vermeiden.

Blendung.

Blendung tritt auf, wenn im Sichtfeld eine übermäßige Leuchtdichte vorhanden ist. Die Auswirkungen der Blendung auf das Sehen können in zwei Gruppen eingeteilt werden, die als bezeichnet werden Behinderung Blendung und Unbehagen Blendung.

Betrachten Sie das Beispiel der Blendung durch die Scheinwerfer eines entgegenkommenden Fahrzeugs bei Dunkelheit. Das Auge kann sich nicht gleichzeitig an die Scheinwerfer des Fahrzeugs und an die viel geringere Helligkeit der Straße anpassen. Dies ist ein Beispiel für Behinderungsblendung, da die Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte aufgrund der Streuung von Licht in den optischen Medien einen Behinderungseffekt erzeugen. Die Blendung durch Behinderung ist proportional zur Intensität der störenden Lichtquelle.

Unbequeme Blendung, die eher in Innenräumen auftritt, kann reduziert oder sogar vollständig beseitigt werden, indem der Kontrast zwischen der Aufgabe und ihrer Umgebung verringert wird. Matte, diffus reflektierende Oberflächen auf Arbeitsflächen sind glänzenden oder spiegelnd reflektierenden Oberflächen vorzuziehen, und die Position störender Lichtquellen sollte außerhalb des normalen Sichtfeldes liegen. Im Allgemeinen tritt eine erfolgreiche visuelle Leistung auf, wenn die Aufgabe selbst heller ist als ihre unmittelbare Umgebung, aber nicht übermäßig.

Der Größe der unangenehmen Blendung wird ein numerischer Wert gegeben und mit Referenzwerten verglichen, um vorherzusagen, ob das Ausmaß der unangenehmen Blendung akzeptabel sein wird. Die im Vereinigten Königreich und anderswo verwendete Methode zur Berechnung der Blendungsindexwerte wird unter „Messung“ betrachtet.

Messung

Umfragen zur Beleuchtung

Eine häufig verwendete Vermessungstechnik beruht auf einem Raster von Messpunkten über das gesamte betrachtete Gebiet. Die Grundlage dieser Technik besteht darin, den gesamten Innenraum in eine Anzahl gleicher Bereiche zu unterteilen, von denen jeder idealerweise quadratisch ist. Die Beleuchtungsstärke in der Mitte jedes Bereichs wird auf Schreibtischhöhe (normalerweise 0.85 Meter über dem Boden) gemessen und ein Durchschnittswert der Beleuchtungsstärke berechnet. Die Genauigkeit des Wertes der mittleren Beleuchtungsstärke wird durch die Anzahl der verwendeten Messpunkte beeinflusst.

Es besteht eine Beziehung, die es ermöglicht Minimum Anzahl der zu berechnenden Messpunkte aus dem Wert von Zimmerindex anwendbar auf den betrachteten Innenraum.

Dabei beziehen sich Länge und Breite auf die Raummaße und die Montagehöhe auf den senkrechten Abstand zwischen Lichtquellenmittelpunkt und Arbeitsebene.

Die genannte Beziehung ist gegeben als:

Minimale Anzahl von Messpunkten = (x + 2)²

wo "x” ist der Wert des Raumindex, der zur nächsthöheren ganzen Zahl genommen wird, außer dass für alle Werte von RI gleich oder größer als 3, x wird als 4 angenommen. Diese Gleichung gibt die minimale Anzahl von Messpunkten an, aber die Bedingungen erfordern oft die Verwendung von mehr als dieser minimalen Anzahl von Punkten.

Bei der Betrachtung der Beleuchtung eines Aufgabenbereichs und seiner unmittelbaren Umgebung sind Abweichungen in der Beleuchtungsstärke bzw Einheitlichkeit der Beleuchtungsstärke berücksichtigt werden.

Über jedem Arbeitsbereich und seiner unmittelbaren Umgebung sollte die Gleichmäßigkeit nicht weniger als 0.8 betragen.

An vielen Arbeitsplätzen ist es unnötig, alle Bereiche gleich stark auszuleuchten. Örtliche oder punktuelle Beleuchtung kann ein gewisses Maß an Energieeinsparung bieten, aber welches System auch immer verwendet wird, die Varianz der Beleuchtungsstärke in einem Innenraum darf nicht übermäßig sein.

Das Vielfalt der Beleuchtungsstärke wird ausgedrückt als:

An keiner Stelle im Hauptbereich des Innenraums sollte die Diversität der Beleuchtungsstärke 5:1 überschreiten.

Instrumente, die zum Messen von Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte verwendet werden, haben typischerweise spektrale Empfindlichkeiten, die von der Empfindlichkeit des menschlichen Sehsystems abweichen. Die Antworten werden korrigiert, häufig durch die Verwendung von Filtern. Wenn Filter eingebaut sind, werden die Instrumente als bezeichnet Farbe korrigiert.

Bei Beleuchtungsstärkemessgeräten wird eine weitere Korrektur angewendet, die die Richtung des einfallenden Lichts kompensiert, das auf die Detektorzelle fällt. Instrumente, die in der Lage sind, die Beleuchtungsstärke aus verschiedenen Richtungen des einfallenden Lichts genau zu messen, sollen es sein Kosinus korrigiert.

Messung des Blendindex

Das im Vereinigten Königreich häufig verwendete System, mit Variationen anderswo, ist im Wesentlichen ein zweistufiger Prozess. Die erste Stufe etabliert eine unkorrigierter Blendindex Wert (UGI). Abbildung 12 zeigt ein Beispiel.

Abbildung 12. Aufriss und Draufsicht eines typischen Innenraums, der im Beispiel verwendet wird

Die Höhe H ist der vertikale Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Lichtquelle und der Augenhöhe eines sitzenden Beobachters, die normalerweise mit 1.2 Metern über dem Boden angesetzt wird. Die Hauptabmessungen des Raums werden dann in Vielfache von H umgerechnet. Da also H = 3.0 Meter ist, ist Länge = 4H und Breite = 3H. Es müssen vier separate UGI-Berechnungen durchgeführt werden, um das Worst-Case-Szenario gemäß den in Abbildung 13 gezeigten Layouts zu bestimmen.

Abbildung 13. Mögliche Kombinationen von Leuchtenausrichtung und Blickrichtung innerhalb des im Beispiel betrachteten Innenraums

Von Herstellern von Beleuchtungsgeräten werden Tabellen erstellt, die für gegebene Werte des Stoffreflexionsvermögens in einem Raum Werte des unkorrigierten Blendungsindex für jede Kombination von Werten von X und Y spezifizieren.

Die zweite Stufe des Prozesses besteht darin, Korrekturfaktoren auf die UGI-Werte in Abhängigkeit von den Werten des Lampenausgangsflusses und der Höhenabweichung (H) anzuwenden.

Der endgültige Blendungsindexwert wird dann mit dem Grenzblendungsindexwert für bestimmte Innenräume verglichen, der in Referenzen wie dem CIBSE-Code für Innenbeleuchtung (1994) angegeben ist.

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