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TU Berlin

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Wie viel künstliches Licht brauchen wir?

Ein Spaziergang durch Charlottenburg – Von Stephan Völker

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Lange Zeit galt die Beleuchtung der nächtlichen Straßen als große Errungenschaft der Moderne. Wenn man heute über die Straße des 17. Juni in Berlin-Charlottenburg läuft, ist diese so hell beleuchtet, dass man mühelos Zeitung lesen kann.

Das Licht wird vorzugsweise horizontal, in einem 360°-Rundumwinkelbereich, von großflächigen Leuchten abgestrahlt. Die vor 80 Jahren im Stile des monumentalen Neoklassizismus gestalteten „Speerleuchten“, ein Entwurf des nationalsozialistischen Generalbauinspektors Albert Speer, die die Berliner Prachtstraße beidseitig säumen, sollten vor allem beeindrucken und erst in zweiter Linie sinnvoll beleuchten. Sie sind weithin als Lichtband zu sehen. Wenn man sich die Lichtverteilung dieser Leuchten etwas genauer anschaut, stellt man fest, dass nur ein kleiner Teil des abgestrahlten Lichtes dorthin gelangt, wo es zum Erkennen von Objekten benötigt wird. Das kann zu gefährlichen Situationen führen. Zudem stellen diese großflächigen Leuchten nicht unerhebliche Blendquellen dar. Das fällt nur nicht auf, weil es so hell ist, denn die Blendempfindlichkeit nimmt mit steigender Helligkeit ab.

Die Leuchten an der Ost-West-Achse, der Straße des 17. Juni, stammen von Albert Speer, Generalbauinspektor im Dritten Reich. Die heute modernisierte Beleuchtungstechnik hatte ursprünglich Eberhard von der Trappen entwickelt
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Läuft man nun vom Charlottenburger Tor zum Ernst-Reuter-Platz, ändert sich die Form der Leuchten, aber auch deren Höhe und die Lichtfarbe. Geblendet werden wir nicht mehr, denn die Leuchten strahlen in gut zehn Metern Höhe, wo niemand mehr hinschaut. Das gelbliche Licht der Natriumdampfhochdrucklampe beleuchtet die fünf Fahrspuren des Kreisels. Da der Blauanteil im Lichtspektrum fehlt, wirkt der Platz dunkler. Auch unsere periphere Sehleistung hat – ohne dass wir es bemerken – abgenommen. Gerade hier, wo das periphere Sehen für den Autofahrer eine entscheidende Rolle spielt, wird es durch die spektrale Verteilung des Lichtes nicht unterstützt. Zudem stellen wir fest, dass die Farben der Fahrzeuge kaum zu unterscheiden sind.

Von hier sind es wenige Meter bis zur Knesebeckstraße. Leuchtstofflampen der Siebzigerjahre sorgen für ein diffuses, aber gleichmäßiges Licht. Die Sichtbarkeit von Objekten ist gut, solange kein Fahrzeug entgegenkommt. Sobald sich ein solches nähert, verschwinden unweigerlich alle Objekte rechts und links der Scheinwerfer. Nicht nur, dass das Beleuchtungsniveau der Straße relativ niedrig ist, vor allem fehlen vertikale Anteile, welche Objekte entsprechend aufhellen könnten. Zu gering ist die Leuchtdichte der großflächigen Leuchtstofflampen, zu unspezifisch die Reflektorform.

Wir biegen nach rechts in die Goethestraße ein. Die Beleuchtung der Straße erfolgt in erster Linie durch die Schaufenster. Die hier vorhandene Gasbeleuchtung reicht für die Gesichtserkennung nur wenige Meter auf dem Gehweg. Die Straße wird dunkel, obwohl jede dieser Gasaufsatzleuchten mit vier Glühstrümpfen etwa 1000 Watt Leistung aufnimmt. Wir biegen nach links in die Grolmannstraße. Hier treffen wir auf die Gasansatzleuchten (Peitschenmasten), welche zurzeit durch Leuchten mit Leuchtstofflampen ersetzt werden. Ursprünglich war diese Leuchte durch den Hersteller Selux für das Leuchtmittel LED konzipiert worden, musste dann aber auf eine „bewährte“ Lichtquelle umgerüstet werden, da das Vertrauen in die Halbleitertechnologie noch nicht ausreichte.

Auch wenn jetzt ein wenig mehr Licht auf die Straße fällt, so bleibt dafür der Gehweg dunkel. Wir gelangen nach rechts in die Pestalozzistraße, welche ebenfalls mit Gasaufsatzleuchten bestückt ist. Das Licht wirkt angenehm und warm. Die Straße erscheint nicht mehr so dunkel, obwohl es noch immer die gleichen Leuchten sind wie in der Goethestraße. Unsere Augen sind inzwischen vollständig auf die viel geringeren Leuchtdichten – eine Maßeinheit für die Helligkeit – adaptiert. Solange uns kein Fahrzeug entgegenkommt, haben wir Glück, da dieser Adaptationszustand nicht gestört wird. Sobald jedoch eines erscheint, fühlen wir uns zunächst geblendet und beim Versuch, Objekte rechts und links neben dem Fahrzeug zu entdecken, müssen wir resignieren, weil dies nicht möglich ist. Anschließend dauert es viele Minuten, bis das Auge wieder vollständig an die Dunkelheit der Gasbeleuchtung angepasst ist. Kommt Regen hinzu, verwandeln sich die Gasleuchten für den Autofahrer in Blendquellen und er kann auch ohne Gegenverkehr Fußgänger zwischen parkenden Autos kaum wahrnehmen.

Nun haben wir die Leibnizstraße erreicht. Moderne LED-Leuchten sorgen für ein gleichmäßiges Licht. Die Straße wirkt hell und auch bei Gegenverkehr sind Objekte neben den Fahrzeugen deutlich sichtbar. Grund hierfür sind die hohen Leuchtdichten der einzelnen LEDs, welche durch eine geeignete Optik wiederum hohe vertikale Beleuchtungsstärken auf den Objekten erzeugen. Dies führt zu Kontrasten, die deutlich über den Schwellenkontrasten der betrachteten Objekte liegen.

Die LED stellt damit eine deutlich idealere Lichtquelle für die Straßenbeleuchtung dar als alles, was bisher an Lampen zur Verfügung stand. Sie ist klein, besitzt eine hohe Leuchtdichte (Helligkeit), ist gut portionierbar (mehrere LEDs bilden ein Modul), und man kann dadurch nahezu beliebige Lichtverteilungen designen. Erstmalig kann man darüber nachdenken, jede Nutzfläche ihrem Zweck entsprechend zu beleuchten. Auf der Fahrbahn sollen frühzeitig Objekte detektiert werden, auf dem Gehweg Gesichter erkannt und durch die Beleuchtung von Hausfassaden ein nächtlicher Verkehrsraum gestaltet werden. Nicht zu jeder Zeit existieren die gleichen Anforderungen für die einzelnen Nutzflächen. Durch geeignete Steuerungskonzepte lassen sich so Räume der Helligkeit, aber auch Räume der Dunkelheit schaffen. Die Schlafqualität der Anwohner lässt sich durch entsprechendes Abschalten einzelner Segmente signifikant verbessern. Zudem können durch eine gezielte Beleuchtung Energieeinsparungen von weiteren 50 Prozent realisiert werden, ohne dabei die Verkehrssicherheit zu verschlechtern.

Und die Blendung? Bei einem Blick in die Leuchte haben viele das Gefühl, LED-Leuchten blenden stärker. Doch unter welchen Bedingungen müssen wir eigentlich in die Leuchte schauen? Als Kraftfahrer suche ich kontinuierlich die Straße nach Objekten auf beziehungsweise am Rand der Straße ab. Ich erwarte kein Objekt von oben. Damit bleibt die Blendquelle Leuchte auf der Netzhaut peripher abgebildet. Da dieser Blendwinkel quadratisch in die Schleierleuchtdichte (gilt als Maßzahl für die Blendung) eingeht, überwiegt der Vorteil des höheren Kontrastes deutlich gegenüber dem Nachteil einer minimal höheren Blendung.

Die zurückliegenden 15 Jahre waren davon geprägt, die LED immer heller und kostengünstiger zu machen. Diese Forschung fand ihren krönenden Abschluss mit der Verleihung des Nobelpreises 2014 an die drei japanischen Wissenschaftler Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura für die Entwicklung einer LED, welche blaues Licht aus dem Halbleitermaterial Galliumnitrid emittiert. Diese Entwicklung war die Grundvoraussetzung, um die LED, ergänzt durch Leuchtstoffe, als Lichtquelle in der Allgemeinbeleuchtung zu etablieren. Auch das Bundesforschungsministerium hat für die Erforschung dieser neuen Technologie in Deutschland einen ganz wesentlichen Beitrag geleistet.

Mit der Ehrung der drei japanischen Wissenschaftler wird einerseits die hervorragende Leistung der drei Laureaten gewürdigt und andererseits gezeigt, dass die Lichttechnik nicht zu den „verstaubten“ Wissenschaften gehört, sondern hochaktuell ihren Beitrag zum deutlich effizienteren Einsatz unserer Primärenergie leistet. Damit gewinnt die Lichttechnik nicht nur durch das „Glühlampenverbot“ an gesellschaftlichem Interesse, sondern auch durch wissenschaftliche Höchstleistungen.

Die vor uns liegenden 15 Jahre werden geprägt davon sein, das Licht völlig neu zu verteilen, zu adressieren und zu steuern. Das Fachgebiet Lichttechnik hat hierfür bereits Modelle mit Unterstützung der beiden Bundesministerien für Forschung und für Wirtschaft entwickelt, welche in den kommenden Jahren auf dem neu errichteten LED-Laufsteg am Technikmuseum validiert werden sollen (siehe dazu auch Seite 14).

Wir erforschen dort ein völlig neuartiges Beleuchtungskonzept zur kontrastoptimierten Beleuchtung. Außerdem wird der LED-Laufsteg auch als Demonstrator für kommunale Entscheider dienen, damit die Komplexität des Themas Licht besser verstanden und bewertet werden kann.

 

Der Autor

Prof. Dr.-Ing. Stephan Völker ist Leiter des TU-Fachgebietes Lichttechnik am Institut für Energie- und Automatisierungstechnik. Er ist Projektleiter und Koordinator des neuen BMBF-Verbundprojekts „Nicht-visuelle Lichtwirkungen“, an dem die Charité Berlin, das Universitätsklinikum Carl Gustav Carus der TU Dresden, das Klinikum Fürth, die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und die Eberhard- Karls Universität Tübingen beteiligt sind.

"TU intern" April 2015

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