Einleitung

Wandel durch technische Innovation

Noch nie in der Geschichte der künstlichen Beleuchtung haben technische Innovationen zu so weitreichenden Änderungen in einem so kurzen Zeitraum geführt, wie die Entwicklung der LED-Technik. Die letzten beiden großen Umbrüche unterscheiden sich davon erheblich.

 

  • Die Verbreitung der Glühlampe war seinerzeit maßgeblich mit den Aufbau des elektrischen Versorgungsnetzes verknüpft. Das Privileg der Elektrifizierung ist ist erst im Laufe von Jahrzehnten zum Allgemeingut geworden.

  • Mit der Einführung der Entladungslampen sind Lichtstrompakete verfügbar geworden, die seitdem eine neue Qualität der Sehbedingungen im öffentlichen Raum schaffen. Sie ermöglichen die weiträumige Orientierung im Außenbereich und flächendeckend ausreichendes Arbeitslicht in Innenräumen. Im privaten Sektor spielen sie jedoch nur eine untergeordnete Rolle.

Die LED hat hingegen in nur wenigen Jahren ihren Platz als Lichtquelle in allen Anwendungsbereichen erobert.

Die Vielfalt ihrer Bauformen ist von Anfang an eine wichtige Grundlage, flexibel in unterschiedlichsten Leuchten-Konstruktionen ihren Platz zu finden. Dabei stand sie zunächst für die Lösung außergewöhnlicher Konstruktionen im Vordergrund. Die rasante Optimierung ihrer technischen Merkmale machte sie jedoch schon bald auch für Standard-Anwendungen einsetzbar.

Insbesondere die gesteigerte Effizienz und die erhöhten Stückzahlen wirkten sich in der Folge auf den am Lichtstrom bemessenen Preis (Lumen / €) und den Stückpreis aus. So wurde die LED als Lichtquelle auch in wirtschaftlicher Hinsicht immer interessanter.

Nach dem schrittweisen Verbot der Glühlampen in den Jahren ab 2009 konnte die LED als Lichtquelle in E27- und E14-Retrofits die Niederdruck-Gasentladung bald aus den privaten Haushalten verdrängen.Der Anfangs höhere Preis der LED-Lampen ist längst Geschichte. Hohe Anforderungen an die Lichtqualität lassen sich mit hochwertigen LED-Retrofits heute ebenfalls erfüllen. Darin steht die LED-Lampe der Glühlampe und der Halogen-Glühlampe um nichts mehr nach.

Bei TRILUX beträgt der Anteil der LED-Leuchten am Gesamtumsatz im Jahr 2020 weit über 90%. Leuchten für Leuchtstofflampen sind heute nur noch eine Randerscheinung.

Auswirkungen im Umfeld

Dennoch sollte die so schnell erfolgte Ablösung konventioneller Leuchtmittel durch LED-Lichtquellen nicht über die langfristigen Potentiale und Entwicklungen hinweg täuschen. Die LED als solche hat zwar einen gewissen Sättigungspunkt ihrer Entwicklung erreicht, jedoch ist der Gesamtprozess noch lange nicht als abgeschlossen anzunehmen.

Wichtig hierbei ist, dass viele Veränderungen im Umfeld - also bezüglich bestehender Gebäude, bestehender Anforderungen und auch bestehender Gewohnheiten der Nutzer - sich nur in kleinen, aufeinander folgenden Schritten vollziehen werden.

Ein interessantes Beispiel hierfür ist das Verhältnis von Leuchten mit Fassungen für Lampen (austauschbare Leuchtmittel) zu solchen mit fest verbauten LED (nicht austauschbaren Leuchtmitteln). Denn insbesondere ist hier zu beobachten, dass sich dieses Verhältnis in den Bereichen der privaten und öffentlichen Beleuchtung sehr unterschiedlich zeigt.

Im privaten Sektor sind

  • Leuchten mit Schraubfassungen E27 und E14 weit verbreitet, die

  • mit relativ kleinen Lichtstrompaketen bestückt sind und

  • als Einzelleuchten in relativ kleinen Räumen betrieben werden.

  • Häufig dienen diese Leuchten nicht nur durch ihr Licht, sondern auch durch ihr eigenes Aussehen einem gestalterischen Aspekt des Raumes.

  • Ein Austausch der Leuchten erfolgt in der Regel nur bei einer grundsätzlichen Umgestaltung des Raumes.

  • Es werden in bestehende Leuchten auswechselbare Retrofit-Lampen eingesetzt.

Im öffentlichen und gewerblichen Sektor sind

  • überwiegend Leuchten für stabförmige Leuchtstofflampen und

  • in geringerem Maße Leuchten für Kompaktleuchtstofflampen und Hochdruck-Entladungslampen verbreitet, die

  • mit relativ großen Lichtstrom-Paketen bestückt sind und

  • in der Regel zu mehreren in einer Beleuchtungsanlage betrieben werden.

  • In der Regel dienen diese Leuchten vornehmlich dazu, Licht für die zu verrichtende Beleuchtungsaufgabe in geeigneter Weise zu verteilen. Dabei können gestalterische Aspekte oder Aspekte der Arbeitssicherheit im Vordergrund stehen.

  • Bezüglich raumgestalterischer Aspekte steht die Lichtwirkung tendenziell im Vordergrund, die Leuchten selbst stehen eher im Hintergrund.

  • Ein Austausch der Leuchten ist in der Regel durch technische Gründe, wie z. B. auch ihre Energieeffizienz, veranlasst.

  • Bei der Erneuerung der Beleuchtung stehen Aspekte der Lichtqualität und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund.

  • Ein Austausch von Leuchtmitteln gegen Retrofit-Leuchtmittel ist aus technischen und wirtschaftlichen Gründen eher die Ausnahme (siehe auch Kapitel „LED (Light Emitting Diodes)“).

Es wird sich demnach langfristig entscheiden, ob sich z. B. bei der Neuinstallation der Beleuchtung im Wohnraumbereich solche Leuchtenformen zunehmend durchsetzen, die unabhängig von einer auswechselbaren Lampe gestaltet sind. Ein solcher Trend scheint derzeit bereits erkennbar zu sein.

Ebenso ändern sich derzeit die Geometrien der Deckensysteme für Zweckbauten. Die traditionellen quadratischen und rechteckigen Formen (z. B. 625 mm ⋅ 625 mm) sind für die technische Integration der
Beleuchtung nicht mehr relevant, da die Einschränkung durch die Leuchtstofflampen-Längen entfällt. Denkbar ist, dass sich zukünftig Leuchten neuer Bauformen etablieren können, die sich an völlig anderen technischen Randbedingungen orientieren. Das jedoch wird ein Prozess sein, der sich Schritt für Schritt in der Wechselbeziehung von Architektur, Bautechnik und Leuchtenentwicklung vollziehen muss.

Aber auch neu zu erschließende lichttechnische Funktionen werden die Entwicklung der Beleuchtung in der nahen und ferneren Zukunft weiterhin maßgeblich prägen. Ein aktuelles Beispiel solch einer Entwicklung ist die TRILUX-Leuchtenbaureihe „Bicult“ (siehe auch Kapitel „Beleuchtung von Büros und Räumen mit Bildschirmarbeitsplätzen", Absatz „Coworking und New Work“).

Energieeffizienz obligatorisch

Der mit großer Sicherheit wichtigste Aspekt für die schnelle Entwicklung
und Verbreitung der LED ist ihre enorme Energieeffizienz.

  • Schon sehr früh wurde erkannt, dass Lichtausbeuten von mehr als 100 lm/W schnell erreicht sein würden.

  • Lichtausbeuten heutiger LED-Leuchten liegen bei bis zu 170 lm/W.

  • Ihre maximal erreichbare Lichtausbeute liegt nahe bei 200 lm/W (siehe auch Kapitel  „LED (Light Emitting Diodes)“).

Ein relatives Einsparpotential um den Faktor 10 gegenüber mattierten Allgebrauchs-Glühlampen (< 10 lm/W) und immerhin um mindestens den Faktor 3 gegenüber Halogen-Glühlampen (bis zu 30 lm/W) legte in schrittweises Verbot dieser konventionellen Lichtquellen nahe. Das absolute Einsparpotential ist jedoch begrenzt, da z. B. Allgebrauchs-Lampen fast ausschließlich in Privathaushalten verwendet wurden und dort verhältnismäßig wenig künstliches Licht benötigt wird. Halogen-Glühlampen wurden auch in Verkaufsräumen, dort jedoch meistens in eng begrenzten Bereichen, eingesetzt.

Das in absoluten Zahlen größere Einsparpotential befand und befindet sich immer noch in der technischen Beleuchtung, also der Beleuchtung von Arbeitsstätten, Bildungseinrichtungen, Gesundheitseinrichtungen, Verkaufsräumen und weiteren öffentlichen Einrichtungen sowie den dazu gehörigen Außenbereichen. Hohe Lichtbedarfe und lange Betriebszeiten bewirken hohe Energiebedarfe der Beleuchtung, die sich durch den gezielten Einsatzeffizienter Leuchten und deren bedarfsgerechter Steuerung durch elektronisches Lichtmanagement drastisch reduzieren lassen. Ein offizielles Berechnungsverfahren für die sich ergebenden Energiebedarfe steht in der Bundesrepublik mit der DIN V 18599 zur Verfügung (siehe auch Kapitel „Energieeffizienz von Gebäuden (EPBD)", Abschnitt „Deutsche Norm DIN V 18599“).

Die Praxis zeigt, dass sich mit einer guten LED-Beleuchtungsanlage der Energiebedarf gegenüber Leuchtstofflampen in der Regel um einen Faktor 3 reduzieren lässt, mit zusätzlichem Lichtmanagement nicht selten um den Faktor 5, also auf 20% oder weniger (siehe Kapitel „Sanierungsbeispiele“). Es ist also nicht verwunderlich, dass bei einer Neuinstallation die Entscheidung aus wirtschaftlichen Gründen heute nur zugunsten einer LED-Lösung ausfallen kann. Im nächsten Schritt ist dann über das passende Lichtmanagement zu entscheiden. Sofern die betreffende Baumaßnahme einen Energieausweis auf Basis der EnEV erfordert, sind hier gewisse Vorgaben zu berücksichtigen (siehe Kapitel „Energieeffizienz von Gebäuden (EPBD)", Abschnitt Energieeinsparverordnung und Gebäude-Energie-Gesetz (EnEV / GEG)“).

Häufig lässt sich jedoch, völlig unabhängig von äußeren Erfordernissen, allein mit den einzusparenden Energiekosten der Austausch der Beleuchtungsanlage rechtfertigen. Dies kann in der Praxis dann häufig zu einer rein durch Energiekosteneinsparungen motivierten Sanierung führen. Hinweise und Tools zu diesem Themenkreis sind in den weiteren Kapiteln des vorliegenden Buches enthalten (siehe z. B. Kapitel  „Licht und Wirtschaftlichkeit“).

Neue Machbarkeit: Human Centric Lighting

Technologischer Fortschritt soll dem Menschen dienen. Dieses Ziel verfolgen viele Anstrengungen, die in der jüngsten Vergangenheit von Forschern führender Hochschulen und Entwicklern der Beleuchtungsindustrie gemeinsam unternommen wurden.

Ausgangspunkt dazu ist die noch nicht einmal 20 Jahre alte wissenschaftliche Erkenntnis, durch welche Mechanismen das natürliche Licht unsere innere Uhr beeinflusst (siehe Kapitel  „Melanopische Wirksamkeit des Lichtes“). Diese führte zu der weiteren Erkenntnis, dass durch einen Mangel an Tageslicht sowie durch eine fehlgesteuerte Gabe künstlichen Lichtes der elementare Taktgeber unserer inneren Uhr beeinträchtigt werden kann. Die Frage, die sich stellt, ist folglich die, wie mit der künstlichem Beleuchtung die positive Wirkung des Tageslichtes unterstützt, einem Mangel ggf. entgegengewirkt und ein störender Einfluss minimiert werden kann.

Tatsächlich geht es darum, die Einflüsse der künstlichen Beleuchtung auf die Gesundheit und das Wohlbefinden des Menschen zu optimieren. Ein gesamtheitlicher Planungsansatz dazu wird heute häufig mit dem Begriff „Human Centric Lighting“ identifiziert (siehe Kapitel  „Human Centric Lighting (HCL)“). Ein wichtiger Aspekt dieses Ansatzes ist die tageszeitliche Variation der künstlichen Beleuchtung, insbesondere hinsichtlich seiner spektralen Zusammensetzung.

Die Umsetzung solcher komplexen Anforderungen ist heute - dank des oben erwähnten technologischen Fortschritts - bei Verwendung spezifischer Leuchten (siehe  Kapitel „Human Centric Lighting und Lichtplanung", „Anforderungen an Leuchten”) und verfügbaren elektronischen Steuerungssystemen (siehe Kapitel „Human Centric Lighting und Lichtplanung", Abschnitt „Anforderungen an die Lichtsteuerung”) mit vertretbarem Aufwand möglich.

Ausblick

Sowohl die Wechselwirkungen lichttechnischer Innovationen mit ihrem Anwendungsumfeld als auch deren Rückwirkungen auf die Gewohnheiten und berechtigten Ansprüche der Nutzer werden das Gefüge, in dem die Beleuchtungsbranche sich bewegt, nachhaltig verändern.

Ein Beispiel aus der Vergangenheit zeigt diesen Zusammenhang: Der Farbwiedergabe-Index der Beleuchtung ????a ist mit der Neuauflage der Norm EN 12464-1 im Jahre 2011 für viele industrielle Arbeitsstätten von dem Wert 60 auf 80 angehoben worden. Dies basiert sicherlich auf aktuellen Erkenntnissen über die Erfordernisse der Farbwiedergabe am Arbeitsplatz. Aber auch die Vertretbarkeit des erforderlichen Aufwands spielt bei solchen Festlegungen immer eine Rolle. Im genannten Fall ist davon auszugehen, dass die Verfügbarkeit der LED-Lichtquelle die Tolerierbarkeit der schlechten Farbwiedergabe der energieeffizienten Natrium-Hochdrucklampe beendete.

Heute werden bereits umsetzbare Verfahren entwickelt, den Planungsansatz des „Human Centric Lighting“ in die Bewertung der Gebäudequalität aufzunehmen (siehe Kapitel „Gebäude-Zertifizierung“). Auch in die Gremien der Normung und der Arbeitssicherheitsbestimmungen haben Überlegungen über moderne Beleuchtungslösungen, z. B. auch unter Berücksichtigung des HCLAnsatzes, längst Eingang gefunden (siehe Kapitel „Regelwerke", Abschnitt „Europäische Norm EN 12464-1“).

Insofern können wir optimistisch sein, dass in einer späteren Auflage dieser Schrift dem Menschen nützliche Fortschritte der technischen Beleuchtung beschrieben werden können.