Licht und Schatten

14. Januar 2021

Eine ausreichende Beleuchtung ist für die Arbeit in Stall- und Hallengebäuden unerlässlich. Natürliches Sonnenlicht ist dabei nach wie vor die beste Lichtquelle, aber speziell am Abend und an kurzen, trüben Wintertagen oft nicht ausreichend verfügbar. Der Wahl der richtigen Beleuchtung kommt deshalb besondere Bedeutung zu.

Die Sonne spendet nach wie vor das beste Licht, daher sollte man einen ausreichenden Anteil Belichtungsflächen in die Gebäudehülle einplanen. Der Flächenanteil sollte 8 % bis 10 % nicht unterschreiten.
Eine Belichtung über die Dachflächen ist der über die Wände vorzuziehen, da die gesamte Hallenfläche so besser ausgeleuchtet wird. Wenn die Belichtung der Halle über die Wände erfolgt, dann sollten die Belichtungsflächen hoch unter der Traufe möglichst als durchlaufende Lichtbänder angeordnet werden, um eine gute Ausleuchtung der Halle zu gewährleisten. Auch im Dach sollte man Belichtungsflächen zu Lichtbändern zusammenfassen, um die Belichtung zu optimieren. Gestalterische Gründe sprechen ebenfalls für Lichtbänder, denn eine Dachfläche mit einer Linienstruktur sieht besser aus als eine mit Schachbrettmuster.

Die ideale Ausleuchtung

Die verwendeten Lichtplatten sollten eine milchig-weiße Färbung besitzen. Der Lichteinfall ist zwar im Vergleich zu klaren Platten ca. 20 % geringer, aber das einfallende Licht wird durch die Trübung der Lichtplatten sehr breit gestreut, was die Ausleuchtung der Halle insgesamt verbessert.  Ein weiterer Vorteil der trüben Lichtplatten ist die Vermeidung der bei klaren Platten stark vorhandenen, die Sicht behindernden Hell-Dunkel-Kontraste.  Im Gegensatz dazu sollten Belichtungsflächen, die in den Wänden in Augenhöhe angebracht sind, durchsichtig sein, weil Menschen unterschwellig dazu neigen, durch Wandöffnungen hindurch zu schauen, um die Umgebung zu beobachten. Ein Beispiel hierfür ist die Belichtung von Werkstattbereichen, in denen Werkbänke üblicherweise entlang der Wände stehen.

Sonne in den Stall

Eine weitere Möglichkeit, um Tageslicht in Hallen zu bekommen, sind Lichtfirste. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen bis zu einer Breite von 4,0 m. Die Firste werden in der Regel auf Bestellung mit einem der Dachneigung entsprechenden Neigungswinkel gefertigt. Auch hier sollte das Material der verbauten Lichtplatten das Licht möglichst breit streuen.  Lichtplatten werden hauptsächlich aus Polyvinylchlorid (PVC) oder Polykarbonat (PC) hergestellt, da diese Kunststoffe besonders witterungsbeständig sind. Bei Lichtplatten aus PVC gilt, je hochwertiger das Material ist, umso beständiger ist es gegen UV-Licht. Lichtplatten aus Polykarbonat sind weitestgehend UV-lichtbeständig, vertragen jedoch kein Ammoniak. Im Stallbereich sollten sie daher nicht verwendet werden.

Wenn das Tageslicht an Tagen mit bedecktem Himmel oder aufgrund der kurzen Tage im Winterhalbjahr für die Ausleuchtung der Halle nicht ausreicht, muss elektrisches Licht eingesetzt werden. In Maschinen- oder Mehrzweckhallen setzt man oft auf eine ausreichende, flächige Beleuchtung. Das hat den Vorteil, dass die gesamte Nutzfläche der Halle arbeitstechnisch flexibel genutzt werden kann. In kleineren Hallen oder Lagern, die nur gelegentlich betreten werden, reicht es in der Regel aus, wenn man die gesamte Beleuchtung an- und ausschalten kann. Bei großen Hallen ist die gleichmäßige Ausleuchtung der gesamten Hallenfläche mit nur einem Stromkreis nicht optimal und energietechnisch eher schlechter. Hier sollte die Beleuchtung flexibel gestaltet werden. Für die Anpassung der Beleuchtungsstärke gibt es mehrere Möglichkeiten. Die einfachste Form einer anpassbaren Beleuchtung lässt sich über die Aufteilung der Lampen in mehrere Gruppen realisieren. Hier können z.B. zu einer flächigen Grundbeleuchtung bei Bedarf Lampen, die in einer Gruppe zusammengefast sind, hinzugeschaltet werden. Man kann in Hallenbereichen, in denen z.B. Sortier- oder Verpackungsmaschinen stehen, die Beleuchtung mehrstufig an den Bedarf anpassen, während der übrige Bereich etwas weniger beleuchtet wird.

Die Beleuchtungsstärke lässt sich natürlich auch über elektronische Regelkreise messen und stufenlos anpassen. Dies kann sinnvoll sein, wenn das Tageslicht durch künstliches Licht unterstützt werden soll.
In der DIN EN 12464-1 „Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen“ werden Vorgaben für die Mindestbeleuchtungsstärke in Abhängigkeit der ausgeübten Tätigkeit bzw. Nutzung gemacht. Lagerhallen sollten mit 200 Lux ausgeleuchtet werden, bei Hallen, in denen gear-beitet wird, kommt es auf die Art der verrichteten Arbeiten an. Üblich sind ca. 300 Lux. In Werkstätten oder bei Kontrollaufgaben können bis zu 500 Lux nötig sein.

Leuchtstofflampen immer noch begehrt

Die Leuchtstofflampen oder Leuchtstoffröhren, die gemeinhin auch als „Neonröhren“ bezeichnet werden, erzeugen weltweit ca. 70 % des künstlichen Lichts. Sie verbrauchen bei gleicher Helligkeit nur ein Siebtel des Stroms einer Glühlampe und ihre mittlere Lebensdauer liegt bei 20.000 Stunden. Die Lebensdauer einer Glühlampe beträgt zum Vergleich nur ca. 1.000 Stunden. Der abgegebene Lichtstrom liegt bei den 150 cm langen Leuchtstoffröhren typischerweise bei 5.200 lm. bzw. Leuchtstoffröhren mit 120 cm Länge geben einen Lichtstrom von 3.350 Lumen ab. Der Abstrahlwinkel der Leuchtstoffröhren beträgt 360°. Von Nachteil ist, dass Leuchtstoffröhren den giftigen Quecksilberdampf enthalten, der bei Beschädigung des Glaskörpers freigesetzt wird. Je nach Umgebungstemperatur benötigen sie eine gewisse Zeit, bis sie ihre Leuchtkraft voll entfalten, was auch von Nachteil ist. Bei 15 °C Umgebungstemperatur sind das immerhin rund fünf Minuten.
Leuchtstoffröhren verlieren in den ersten 500 Betriebsstunden ca. 10 % an Leuchtkraft.

Leuchtstoffröhren benötigen zum Betrieb ein Vorschaltgerät und häufig auch einen Starter. In den erhältlichen Lampenkörpern findet man zwei Arten von Vorschaltgeräten.  Das verlustarme Vorschaltgerät (VVG) in Verbindung mit einem Starter befindet sich im unteren Preissegment und das elektronische Vorschaltgerät (EVG), das keinen Starter benötigt, im oberen Preissegment. Wenn VVGs mit elek-tronischen Startern kombiniert betrieben werden, ist beim Betriebsverhalten kaum ein Unterschied zu einer Leuchtstofflampe mit EVG festzustellen. EVG verbrauchen weniger Strom als VVG, sodass die Lichtausbeute der Leuchtstoffröhren bei Verwendung eines EVGs mit ca. 85 lm/W etwas höher ist als bei Verwendung eines VVGs, mit ca. 75 lm/W. EVGs haben allerdings den Nachteil, dass sie störanfällig sind.

LED – Leuchtmittel der Zukunft

LED-Lampen sind, was die Energieeffizienz angeht, mit einer Lichtausbeute von 95 bis 250 lm/W besser als die Leuchtstofflampen.  Im Labor hat man mit LEDs auch schon eine Lichtausbeute von 303 lm/W er-reicht. Das lässt erkennen, welchem Leuchtmittel die Zukunft gehören wird. Das theoretische Maximum (100 % Wirkungsgrad) liegt für weiß leuchtende LEDs bei etwa 350 lm/W. Eine Glühlampe schaffte im Vergleich dazu nur magere 12-14 lm/W und ein Halogenstrahler hat eine Lichtausbeute von ca. 25 lm/W. Der größte Teil der Energie wird bei Leuchtmitteln mit Glühfaden in Wärme umgesetzt.

Zurzeit sind LED-Strahler mit einem hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu den Leuchtstoffröhren in der Anschaffung noch recht teuer. Man sollte beim Kauf eines LED-Strahlers auf Qualität achten und darauf, dass Teilkomponenten des Strahlers wie Leuchtmittel und Netzteil ausgetaucht werden können, denn in der Regel sind nicht die LEDs am Defekt eines Strahlers schuld, sondern der Spannungsregler im Netzteil. Nachteilig ist, dass es zur Blendung kommt, wenn man in die sehr helle fast punktförmige Lichtquelle schaut. Seit ein paar Jahren sind LED-Röhren auf dem Markt, die als Ersatz für die herkömmlichen Leuchtstoffröhren gedacht sind. Man tauscht nur die Leuchtstoffröhre und den Starter aus, das ist alles.
Zurzeit funktionieren die meisten LED-Röhren nur mit Leuchten, in denen VVGs verbaut sich. In Leuchten ohne Starter sind EVGs verbaut. Hier sollte entweder eine geeignete und teure LED-Röhre verwendet werden oder die Umrüstung auf LED-Betrieb durch einen Elektriker erfolgen, da dann die Verdrahtung in der Leuchte verändert werden muss.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Leuchtstoffröhren strahlen die LED-Röhren ihr Licht gerichtet ab. Die opaken LED-Röhren haben i.d.R. einen Abstrahlwinkel zwischen 150° und 160°. Klare LED-Röhren haben einen Abstrahlwinkel von 120°. Seit kurzer Zeit sind auch LED-Röhren mit einem Abstrahlwinkel von 300° und 360° auf dem Markt. Die zurzeit leuchtkräftigste T5 LED-Röhre mit 150 cm Länge gibt bei einem Abstrahlwinkel von 160° einen Lichtstrom von 5.600 lm ab, kann zwei herkömmliche Leuchtstoffröhren ersetzen und kostet etwa 50 EUR. LED-Röhren der gleichen Bauform mit 3.700 lm gibt es ab 18,50 EUR.

Die Wahl des geeigneten Leuchtmittels

Für die Neuinstallation von Beleuchtungsanlagen in Hallen empfiehlt sich heute immer der Einsatz von LEDs als Leuchtmittel, da sich die Investition nach zwei bis drei Jahren durch die geringeren Stromkosten rechnet.
Die Verwendung von LED-Strahlern ist günstiger als die von LED-Röhren, da in der Regel weniger Leuchten mit den dazugehörigen Zuleitungen installiert werden müssen. Die richtige Dimensionierung und Installation der Hallenbeleuchtung sollte von einem erfahrenen Elektrofachbetrieb durchgeführt werden.

In vorhandenen Lampen sollte man auf jeden Fall die ausgefallenen Leuchtstoffröhren durch passende LED-Röhren ersetzen. Es gibt fertige Austauschsets mit LED-Röhre und Starter, wobei der Starter nur die Funktion einer Sicherung hat.
LED-Röhren mit 150 cm Länge sollten mindestens 2.400 lm und die 120 cm langen mindestens 1.800 lm an Lichtstrom abgeben, damit keine Verschlechterung der Ausleuchtungssituation eintritt.  In Stallgebäuden sollte beim Einbau von LED-Leuchten auf Ammoniak resistente Produkte geachtet werden, denn wenn die Kunststoffgehäuse der Leuchten aufgrund der aggressiven Stallluft platzen, verwandelt sich die Investition in teuren Schrott. Leider bieten noch immer nur wenige Hersteller für den Agrarbereich geeignete Leuchten an. Daher sollte man, wenn man keine garantiert Ammoniak resistenten LED-Leuchten bekommt, weiterhin konventionelle Leuchtstoffröhren verwenden. Wenn die alten Leuchtstoffröhrenträger in die Jahre gekommen sind, kann man sie auch gegen wasserdichte Gehäuse austauschen und mit LED-Röhren bestücken. Der Handel bietet die Gehäuse auch mit vormontierten LED-Röhren an.  In Lagerräumen, wie z.B. in Ersatzteillagern oder Pflanzenschutzmittellagern, empfiehlt es sich die Leuchtstoffröhren gleich auf LED-Beleuchtung umzustellen, da dort sofort nach dem Einschalten die volle Leuchtkraft der Lampen zur Verfügung stehen muss. Auch die Leuchtstoffröhren in Reflektorleuchten können mittlerweile gegen LED-Röhren ausgetauscht werden, da LED-Röhren mit einem Abstrahlwinkel von 360° erhältlich sind. Die üblichen LED-Röhren mit einem Abstrahlwinkeln von 120° bis 160° sind dazu aufgrund des zu geringen Lichtstroms nicht geeignet.

Wenn der Fortschritt und die günstige Preisentwicklung bei LED-Leuchtmitteln weiter anhalten, dann werden sie die Leuchtstoffröhren und andere konventionelle Leuchtmittel immer mehr vom Markt verdrängen.

Hans-Nikolaus Meiforth,
LWK Niedersachsen

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