AW Praktikum Licht 2006 - iip.kit.edu · birgt somit Potential für wirtschaftliche und gesundheitliche Verbesserungen Übersicht Motivation Physiologie Grundgrößen Lichtquellen

Arbeitswissenschaftliches Praktikum

- Messung lichttechnischer Größen (Beleuchtung) -

Universität Karlsruhe (TH) - Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle ProduktionAbteilung Arbeitswissenschaften / Prof. Knauth

2Arbeitswissenschaftliches Praktikum - Messung lichttechnischer Größen (Beleuchtung), Tutor: Konstantin Nümann

Agenda

Motivation

Physiologie des Auges

Lichttechnische Grundgrößen

Lichtquellen / Natürliches und künstliches Licht

Richtige Beleuchtung

Versuche / Bestimmung der Lichtfarbe und Messung lichttechnischer Größen

Übersicht GrundgrößenPhysiologieMotivation Lichtquellen Beleuchtung Versuche


Agenda

Übersicht PhysiologieMotivation Beleuchtung Versuche

Motivation






Grundgrößen Lichtquellen


Beleuchtung im betrieblichen Arbeitsumfeld birgt Potential für Verbesserungen

- 80 % der Sinneseindrücke der (Arbeits-) Umgebung werden über die Augen wahr genommen

- Die Beleuchtung kann ganz wesentlich Einfluss auf Quantität und Qualität der verrichteten Arbeit haben

- Optimale Beleuchtung wirkt daher produktivitätssteigernd

- Finanziell und technisch überschaubarer Aufwand zur optimalen Arbeitsplatzbeleuchtung

- Die Bedeutung optimaler Arbeitsplatzbeleuchtung ist noch nicht in vollem Unfang erkannt und birgt somit Potential für wirtschaftliche und gesundheitliche Verbesserungen

Übersicht PhysiologieMotivation Beleuchtung VersucheGrundgrößen Lichtquellen


Agenda


Motivation








Die Funktionsweise des Auges ähnelt der einer optischen Kamera


Wichtige Funktionen

- Akkomodation-Anpassung des Auges an unterschiedliche Entfernungen

- Adaptation-Anpassung des Auges an unterschiedliche Helligkeiten

- Fixierung-Einstellung des Auges auf ein bestimmtes Wahrnehmungsobjekt

- Objektiv = Hornhaut + Linse

- Blende = Iris (Anpassung Lichtverhältnis)

- Film = Netzhaut (Fotorezeptoren) -7 Mio. Zapfen (Sehen am Tag + in Farbe)

-130 Mio. Stäbchen (Sehen bei Nacht, k. Farbe)



Agenda


Motivation








Lichttechnische Grundgrößen [1]

- Lichtfarbe-die Lichtfarbe ist in drei Gruppen eingeteilt:

-warmweiß (ww) < 3300 K

-neutralweiß (nw) 3300 K – 5300 K

-tageslichtweiß (tw) > 5300 K

- Lichtstrom[Φ] = Lumen [lm]

-Der Lichtstrom ist ein Maß für die gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Strahlung

- Lichtausbeute

[ηηηη] = Lichtstrom/Leistung

-Verhältnis der erbrachten Lichtleistung (Lichtstrom) zu der dazu benötigten elektrischen Leistung

- Beleuchtungsstärke[ΕΕΕΕ] = Lux [lx]

-Die Beleuchtungsstärke ist eine reine Empfängergröße



Lichttechnische Grundgrößen [2]

- Lichtstärke[I] = Candela [cd]

-Strahlungsleistung einer Lichtquelle pro Raumwinkel

- Leuchtdichte [L] = cd/m2

-Die Leuchtdichte ist das, was Menschen als Helligkeit wahrnehmen

- Reflexionsgrad[ρ] = [%]

-Der Reflexionsgrad ρ (Reflexionsvermögen) ist das Verhältnis zwischen reflektierter und einfallender Intensität



Agenda


Motivation








Die Sonne als natürliche Lichtquelle deckt alle Wellenlängen des sichtbaren Lichtes ab


- 1889 konnte H. Hertz nachweisen, dass Lichtdie gleichen Eigenschaften wieRundfunkwellen hat

- Sichtbares Licht ist Teil des elektromagnetischen Wellenspektrums (380-780 nm)

- Licht ist das Medium der Informationsübermittlung zwischen Objekt und Auge



Künstliche Lichtquellen und ihre Gruppierungen


Künstliche Lichtquellen

Temperaturstrahler (Glühwendel)

Niederdruckentladung Hochdruckentladung

Luminiszensstrahler(Gasentladung)



Arten und Eigenschaften von Temperaturstrahlern (Glühwendel)


Niedrige Anschaffungskosten

Großes Angebot an Leistungsstufen und Bauformen

Angenehmes Licht

Geringe Lichtausbeute 6 – 14 lm/W

Geringe Lebensdauer ca. 1000 Betriebsstunden

Hohe Wärmebelastung

Lichtausbeute ca. 25 lm/W

Lebensdauer 2000 h

Großes Angebot an Leistungsstufen und Bauformen

Sehr grelles Licht

Hohe Wärmebelastung

Glühlampe

Halogen-glühlampe

Vorteile Nachteile



Arten und Eigenschaften von Entladungs- und Leuchtstofflampen


Sehr hohe Lichtausbeute bis zu 100 lm/W

Hohe Lebensdauer ca. 8000 h

Viele verschiedene Varianten von Lichtfarbe und Farbwiedergabe

Hohe Anschaffungskosten

Schwierige Entsorgung

Extrem hohe Lichtausbeute mit bis zu 200 lm/W

Gute Durchdringung des Lichtes bei Nebel

Keine Farberkennung möglich

Leuchtstoff-röhre

Niederdruck-entladungs-

lampe

Natrium-dampf-

Niederdruck-lampe

Vorteile Nachteile



Arten und Eigenschaften von Entladungs- und Leuchtstofflampen


Lange Lebensdauer bis ca. 13000 h

Gute Lichtausbeute 35-60 lm/W

Schlechte Farbwiedergabe

Lange Anlauf- und Wiederzündzeiten

Energie-sparlampe

Hochdruck-entladungs-

lampen

Vorteile Nachteile



Weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung


Bewegungsmelder

Präsenskontrolle

Abwesenheitssensoren

Kommen bei Leuchtstofflampen zum Einsatz

Arbeiten mit hochfrequenterWechselspannung 25-100kHz

Elektronische Vorschaltgeräte (EVG)

Keine Stromverschwendung bei Nichtbenutzung des Lichtes

Verbesserte Lichtausbeute

Geringerer Stromverbrauch

Längere Nutzlebensdauer

Konstant ruhiges Licht

12 %30 %

Bauliche Maßnahmen

Lichtleitsysteme

Tageslichtsysteme

Optimale Beleuchtung durch breites Lichtspektrum

Kombinierter Einsatz mit künstlichen Lichtquellen möglich

40 %

Funktion

Potential

Einsparung an Energie-verbrauch

82 %Einsparung gesamt



Vergleich mittlerer Beleuchtungsstärken


- Natürliches Licht-sonniger Sommertag: bis 100.000 Lux

-trüber Wintertag: 3.000 Lux

-mondhelle Nacht: 0,2 Lux

- Künstliches Licht-Lagerplätze: 10 Lux

-Sozialräume: 100-200 Lux

-Tankstellen: 200 Lux

-Büroarbeitsplätze: 300-450 Lux

-OP-Feldbeleuchtung: >20000 Lux


Hellempfindlichkeitskurve für Nacht-(links) und Tagsehen.


Linienspektren von Lichtquellen


Linienspektrum von Natrium-Dampf

Linienspektrum von Quecksilber-Dampf

Linienspektrum von Neon-Dampf

- Die Qualität des Lichtes ist auch abhängig von der Beschaffenheit des Linienspektrums

- Tageslichtlampen weisen ein weites Linienspektrum auf und können daher Sonnenlicht simulieren



Agenda


Motivation








Aufgaben und Merkmale einer guten Arbeitsplatzbeleuchtung

- Aufgaben richtiger Beleuchtung

-Hohe Qualität der Beleuchtung

-Arbeitssicherheit

-Persönliches Wohlbefinden

- 5 Merkmale für gute Arbeitsplatzbeleuchtung

-Mindestbeleuchtungsstärke einhalten

-Leuchtdichteunterscheide vermeiden und Arbeitsraum Farbkontrastreich mit harmonischer Helligkeitsverteilung

-Direkt- und Reflexblendung vermeiden

-Lichtrichtung und Schattigkeit

-Lichtfarbe und Farbwiedergabe



Farbwiedergabe und Lichtfarbe


- Körperfarbe

-Körperfarben können nicht direkt wahrgenommen oder gemessen werden. Nur ihr Effekt, nämlich die Farbe des

zurückgeworfenen Lichts, ist messbar

- Lichtfarbe = Farbeindruck einer Lichtquelle

-Die Lichtfarbe entspricht dem farblichen Eindruck beim direkten Betrachten der Lichtquelle (s. Lichttechnische Grundgrössen)

-Die Lichtfarbe hat entscheidenden Einfluss auf das Raumklima



Beleuchtungsarten


Direkte Strahlung Indirekte Strahlung

- Für Büroräume eignet sich besonders eine indirekte Deckenbeleuchtung kombiniert mit individuellen Arbeitsplatzleuchten

Gemischte Strahlung



Agenda


Motivation








Praxisteil 1 / Bestimmung der Lichtfarbe und Farbwiedergabefähigkeit- Begriffsklärung

- Lichtfarbe

-Farbeindruck durch direktes Betrachten der Lichtquelle

- Lichtausbeute

-Maß für die effektive Umwandlung elektrischer Energie in Lichtenergie

- Farbwiedergabe

Eigenschaft einer Lichtquelle, Körperfarben richtig wiederzugeben



Praxisteil 1 / Bestimmung der Lichtfarbe und Farbwiedergabefähigkeit


Lampenart

Lichtfarben-nummer

AHellweiß

Nr.20

BUniversalweiß

Nr. 25

CWeiß de Lux

Nr. 30

DNa-Lampe

Nr. 35

Lichtfarbe Tageslicht Neutralweiß Warmweiß Gelb/Orange

Lichtausbeute Gut Gut Befriedigend Sehr Gut

Farbwiedergabe

Einsatzbereich



Praxisteil 1 / Bestimmung der Lichtfarbe und Farbwiedergabefähigkeit


Lampenart

Lichtfarben-nummer

AHellweiß

Nr.20

BUniversalweiß

Nr. 25

CWeiß de Lux

Nr. 30

DNa-Lampe

Nr. 35

Lichtfarbe Tageslicht Neutralweiß Warmweiß Gelb/Orange

Lichtausbeute Gut Gut Befriedigend Sehr Gut

Farbwiedergabe Sehr Gut Gut Befriedigend Keine

Einsatzbereich OP Büro Sozialräume Zebrastreifen



Praxisteil 2 / Kontrastversuch [1]

- Beleuchtungsstärke

-Messung wird mit dem Luxmeter durchgeführt

-Der Luxmeter ist ein photoelektrischer Empfänger mit Strommesser

-Untergrundfarbe hat keinen Einfluss auf die Beleuchtungsstärke

- Leuchtdichte

-Messung erfolgt mit internen Sensor

-Kontraste werden nach folgender Formel berechnet

(Leuchtdichte Objekt – Leuchtdichte Hintergrund)

- Kontrast (K) = x 100 [%]Leuchtdichte Hintergrund



Praxisteil 2 / Kontrastversuch [2]


Beleuchtungsstärke[E] = [lx]

Leuchtdichte[L] = [cd/m²]

Schwarzes Objekt Pinkfarbenes Objekt Graues Objekt

Wert Grauer Hintergrund

Wert Grüner Hintergrund

Wert Weißer Hintergrund

Wert Wert Wert

Wert

Wert Wert Wert

Wert

Wert Wert Wert

Wert

Kontrast [%] Schwarzes Objekt Pinkfarbenes Objekt Graues Objekt

Grauer Hintergrund Wert Wert Wert

Grüner Hintergrund Wert Wert Wert

Weißer Hintergrund Wert Wert Wert



Praxisteil 3 / Reflexionsgrad

pn x Lx

- Reflexionsgrad [px] = x 100 [%]

Ln

px := Reflexionsgrad der untersuchten Fläche

pn := Reflexionsgrad des Normals = 0,93 (gegeben)

Lx := Leuchtdichte der untersuchten Fläche

Ln := Leuchtdichte des Normals


Leuchtdichte L[cd/m²]

Reflexionsgrad p

Untersuchte Fläche 1(Rot)

Wert Wert

Untersuchte Fläche 1(Weiß)

Wert Wert

Reflexnormal Wert pn = 0,93 (vorgegeben)


Documents

AW Praktikum Licht 2006 - iip.kit.edu · birgt somit Potential für wirtschaftliche und gesundheitliche Verbesserungen Übersicht Motivation Physiologie Grundgrößen Lichtquellen