Beleuchtungsstärkemessungen

Die Wahrnehmungsfähigkeit des Menschen und damit sein psychophysischer Zustand hängen sehr stark von der Umgebung ab, in der er sich gerade befindet. Lichtreize sind entscheidende Faktoren für das psychische Wohlbefinden. Der Aufenthalt an Orten mit einer für uns unnatürlichen Beleuchtung kann Ermüdungserscheinungen beschleunigen und zur Entwicklung von Sehschwächen und anderen Krankheiten beitragen.

Die negativen Auswirkungen der Beleuchtung auf den Menschen sind besonders für die Sicherheit und Arbeitseffizienz relevant. Die Wahrnehmung von Lichtreizen hängt zwar von den individuellen menschlichen Eigenschaften ab, ist aber bei verschiedenen Empfängern ähnlich. Daher wurden Vorschriften entwickelt, um die erforderlichen Werte und Arten der Beleuchtung an Orten zu regeln, an denen sich Menschen aufhalten und arbeiten.

Das vom Menschen wahrgenommene Licht ist eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge von etwa 380 nm bis etwa 780 nm. Die Empfindlichkeit des Auges ist nicht unter allen Bedingungen gleich - das ergibt sich aus dessen Aufbau und der Verteilung seiner Rezeptoren sowie aus der Art des Lichts selbst. Bei Tageslicht reagiert das Auge am empfindlichsten auf grüne Farben, während sich die Empfindlichkeit bei Nacht oder sehr schwachem Licht auf blaue Farben verlagert - daher der subjektive Eindruck, dass bei Nacht alles grau ist.

 

Abb. 1. Der sichtbare Bereich der elektromagnetischen Wellen für Tag- und Nachtsicht

Trotz der Anpassungsfähigkeit des Auges in Bezug auf die Beleuchtungsstärke ist es bei Messungen erforderlich, dass die Charakteristik des Messgeräts einem an die Helligkeit angepassten Auge entsprechen. Die Spektralkurve, die einer solchen Empfindlichkeit entspricht, wird als photopische Kurve V(λ) bezeichnet. Sie ist für die Berechnung photometrischer Größen nützlich. Bei der Festlegung von Kriterien für die Auswahl der Beleuchtungseigenschaften sollte Folgendes berücksichtigt werden:

• Empfehlungen der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) (festlegen der optimalen Bedingungen für die Beleuchtung eines Raumes in Abhängigkeit von dessen Nutzung),
• örtliche Vorschriften (Normen).

Bei der Durchführung von Beleuchtungstest an Arbeitsplätzen empfiehlt es sich, die Richtlinien der aktuellen Normenreihe EN 12464 zu verwenden.

Im Zusammenhang mit der Lichtmessung sollte der Begriff der Beleuchtungsstärke erläutert werden. Sie ist das Verhältnis des Lichtstroms, der auf eine bestimmte Fläche fällt, zum Feld dieser Fläche. Die Einheit der Beleuchtungsstärke ist [lm/m²], also Lux [lx].

Darüber hinaus gibt die CIE die empfohlene Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke E_m im Sichtfeld an, also wie belichtet der Ort sein darf, an dem sich das Arbeitsobjekt befindet. Ist die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke zu hoch (z. B. nicht abgeschirmte Lichtquellen im Sichtfeld), besteht die Gefahr einer Blendung, die das Erkennen von Details beeinträchtigen oder Unbehagen verursachen kann. Außerdem sollte die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke aufgrund der Anpassungszeit des Auges an Veränderungen im Laufe der Zeit beibehalten werden. Daher ist der Grad des pulsierenden Gleichstroms und damit des Lichtflimmerns wichtig.

Die Lichtfarbe ist ein weiterer Faktor, der sich erheblich auf das Wohlbefinden der sich im Raum befindlichen Personen auswirkt. Für den Menschen ist diejenige Beleuchtung am besten geeignet, deren spektrale Zusammensetzung dem Tageslicht am ähnlichsten ist. Lichtquellen werden nach ihrer Farbtemperatur in warmes Licht, neutrales Licht und kühles Licht unterteilt. Die Farbtemperatur kann durch den Farbwiedergabeindex Ra bestimmt werden, der den Farbunterschied zwischen einem mit natürlichem Licht beleuchteten Objekt und einem Testlicht wiedergibt. Quellen mit einem relativ hohen Ra sind z. B. herkömmliche Glühlampen, Halogenlampen oder LED-Lampen. Zu den Quellen mit einem Ra von weniger als 70 gehören Quecksilberdampf- und Natriumdampflampen.

Messungen von Parametern, die eine Bewertung der Beleuchtungsbedingungen ermöglichen, sollten bei der Abnahme neuer Beleuchtungsgeräte, bei der Nachrüstung bestehender Beleuchtungsgeräte oder regelmäßig alle 5 Jahre durchgeführt werden. Es wird empfohlen, die Prüfungen mindestens alle 2 Jahre durchzuführen. Die Prüfungen sollten unter folgenden Bedingungen durchgeführt werden:

• in der Dämmerung oder bei mit Vorhängen geschlossenen Fenstern und
• unter Betriebsbedingungen - der Prüfbereich sollte für die Dauer der Prüfung nicht speziell vorbereitet werden (Schaffung unrealistischer Bedingungen).

Leuchten mit Entladungslampen sollten mindestens 30 Minuten vor der Prüfung eingeschaltet werden. Andere Arten von Lichtquellen, wie Halogen- und LED-Lampen, können sofort nach dem Einschalten geprüft werden. Entladungslampen dürfen nicht neu sein und sollten vor den Messungen mindestens 100 Stunden in Betrieb gewesen sein, während diese Zeit bei Glüh- und Halogenlampen nur eine Stunde beträgt.

Die EN 12464-1:2012 Norm führt einen neuen Begriff ein: die Beleuchtungsstärke im Bereich der unmittelbaren Umgebung. Sie hängt von der Beleuchtungsstärke des Aufgabenbereiches ab und sollte eine gleichmäßige Verteilung der Leuchtdichte im Sichtfeld gewährleisten. Nach der oben genannten Norm werden Mindestabmessungen des Aufgabenbereichs und zugehörige Abmessungen des unmittelbaren Umgebungsbereichs (ein mindestens 0,5 m breiter Streifen um das Aufgabenbereich) und des Hintergrundbereichs (ein mindestens 3 m breiter Streifen angrenzend an den unmittelbaren Umgebungsbereich) empfohlen.

Abb. 2. Sehaufgabe, unmittelbarer Umgebungsbereich und Hintergrundbereich

Um die Messpunkte aller drei Bereiche zu definieren, sollten Maschensysteme mit nahezu quadratischen Maschen erstellt werden. Das Verhältnis von Länge zu Breite der Maschen sollte zwischen 0,5 und 2 liegen. Die Messpunkte sollten sich in der Mitte der Masche des Beleuchtungsnetzes befinden. Die maximale Abmessung des Netzes sollte betragen:

p = 0,2 • 5 log^10d

wo:
p - größte Abmessung der Netzmasche [m],
d - längere Abmessung des berechneten Bereichs [m].

Anhand der Messungen lässt sich die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung U₀ für einen bestimmten Ort berechnen.

Für die Messung der Tageslichtbeleuchtung in Innenräumen sollten Messungen durchgeführt werden, um den Tageslichtfaktor zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden mit zwei Lux-Messgeräten gleichzeitig Messungen außerhalb und innerhalb der durch Fenster oder Oberlichter beleuchteten Räume durchgeführt.

Bei der Messung der Notbeleuchtung haben wir es dagegen mit sehr niedrigen Beleuchtungsstärken zu tun. Die Anforderungen in diesem Bereich sind in der Norm EN 1838 enthalten. Hierbei ist zu erwähnen, dass bei Fluchtwegen mit einer Breite von bis zu 2 Metern die Mindestbeleuchtungsstärke, am Boden gemessen, bei 1 lx liegt, was die Auswahl eines geeigneten Messgerätes beeinflusst.

In den letzten Jahren sind LED-Lampen zu einer immer beliebteren Beleuchtungsart geworden. Für ihre Messung gelten derzeit die gleichen Anforderungen wie für andere Lichtquellen. Wenn es sich um eine Messung von weißem LED-Licht handelt, müssen die Hinweise der CIE-Kommission zum Parameter f1', einem Maß für die Diskrepanz zwischen der Empfindlichkeit des Luxmeters und der V(λ)-Kurve, berücksichtigt werden. Die Kommission empfiehlt die Verwendung eines Luxmeters mit einem f1’ von nicht mehr als 3%.

Das Luxmeter Sonel LXP-10A der Klasse A erfüllt diese Bedingung. Bei den Luxmetern Sonel LXP-10B und LXP-2 der Klasse B hingegen mit dem erklärten Wert des spektralen Korrekturfehlers von f1’ < 6 % sollte der Wert des Fehlers f1 berücksichtigt werden, der sich aus Unterschieden in der spektralen Verteilung der gemessenen Quelle und der Kalibrierungsquelle ergibt.

Die Formel zur Messung der Beleuchtungsstärke erfordert die Berücksichtigung der Korrekturfaktoren für LED-Licht. Da für Luxmeter der Klassen A und B die Korrekturfaktoren k Werte von annähernd 1 annehmen, haben sie keinen signifikanten Einfluss auf den gemessenen Wert der Beleuchtungsstärke.

Bei der Auswahl eines Geräts sollte darauf geachtet werden, dass es über einen aktuellen Kalibrierschein verfügt, welches bestätigt, dass das Gerät funktionstauglich ist und die vorgegebenen Werte der spektralen und grundlegenden Unsicherheit einhält. Die Photozelle, die ein Sensor ist, altert mit der Zeit und sollte daher regelmäßig messtechnisch überprüft werden.

 

Autor:
Adam Szczepanik
SONEL S.A.