LED-Beleuchtung von Innenräumen

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1 LED-Beleuchtung von Innenräumen Werner Winkler HTL Wien 10 Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 1

2 Technischer und ästhetischer Zugang:? Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 2

3 Technischer und ästhetischer Zugang: Energiesparlampen sind wohl nicht die Zukunft Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 3

4 Ist die LED die Zukunft? Einschätzung der Firma Trilux Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 4

5 Entwicklungspotential verschiedener Leuchtmittel Aus der Sicht der Firma Osram: Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 5

6 Die Glühbirne? Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 6

7 Die Halogenlampe? Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 7

8 Die Leuchtstoffröhre? Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 8

9 Weiße LEDs? Eine Leuchtdiode kann selbst kein weißes Licht erzeugen Aber es gibt LEDs von IR bis UV Erzeugung von weißem Licht durch Farbmischung Aber wie ist Weiß definiert? Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 9

10 Weiß vom Plankschen Strahler Sonnenlicht wird als weiß empfunden Das Spektrum ist durch die Temperatur definiert (ca K) Kältere thermische Quellen erzeugen gelbrötliches Licht (Glühbirne 2700 K) Heißere Quellen (Sterne) erzeugen bläulicheres Licht Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 10

11 Beispiele verschiedener Farbtemperaturen Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 11

12 CIE Farbschema Primärvalenzen CIE-Farbe Kürzel Wellenlänge Spektral-Rot R 700,0 nm Spektral-Grün G 546,1 nm Spektral-Blau B 435,8 nm F=r R+ g G+ b B Vektorielle Addition im Farbraum mit den Vektoren R G B -> Umrechnung in ein XYZ-System, wobei Y die Leuchtdichte ist, X und Z bestimmen die Farbart -> mit x,y dargestellt Ergibt das Yxy - Schema Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 12

13 Normfarbtafel nach CIE Alle wahrnehmbaren Farben liegen innerhalb der Schuhsohle Die reintönigen Farben liegen am Rand, die Mitte ist unbunt Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 13

14 Farbige Schuhsohle Derzeit immer noch üblich Nachteil: die geometrischen Abstände entsprechen nicht den wahrgenommenen Farbabweichungen Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 14

15 Der Color Rendering Index CRI Problem: Als weiß empfundenes Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung als Beleuchtung führt zu unterschiedlicher Farbwahrnehmung von Objekten (passive Farben). CIE hat 14 Referenzfarben (R1 bis R14) definiert, häufig angegeben: CRI-Wert von 100: gleiche Farbwiedergabe wie Referenzlichtquelle Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 15

16 Augenempfindlichkeit Verschiedene Farben werden unterschiedlich stark wahrgenommen Rot: bei Tageslicht mit Farbwahrnehmung Blau: Nachtsehen (s/w) Maximale Empfindlichkeit wandert um 50 nm Richtung Blau Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 16

17 Effizienz unterschiedlicher Farben Die Lichtstärke und der Lichtstrom ist für die maximale Augenempfindlichkeit definiert (555 nm). Andere Farben(LED) schneiden daher schlecht ab. Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 17

18 Beispiele zur Effizienz Theoretische Maximalwerte Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 18

19 Fotometrische Größe: cd Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 19

20 Fotometrische Größe: lm Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 20

21 Fotometrische Größe: lx Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 21

22 Fotometrische Größe: cd/m² Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 22

23 Fotometrische Größen - Tabelle Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 23

24 Weißes Licht mit RGB-LEDs Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 24

25 Weiß durch RGB+Amber Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 25

26 Farbkonvertierung mit Phosphor Ein Teil der blauen Strahlung wird mit Phosphor in andere Spektralanteile konvertiert Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 26

27 Konvertierungsstoffe Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 27

28 Warmweiße LEDs Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 28

29 Pi-LED von Lumitech Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 29

30 LED Chip Aufbau von LED- Beleuchtungskörper Für Innenräume unbedingt warmweiße LEDs Kühlkörper Auch als Reflektor einsetzbar Vorschaltgerät (Stromquelle) Optik (Lichtleiter, Streuscheibe ) Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 30

31 LED (Citizen) Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 31

32 Spektrum warmweiße LED (Citizen) Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 32

33 LED-Hersteller Cree Seoul LED Chip: Sharp Citizen Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 33

34 Lichtverteilung Ohne Optik: Lambert-Strahler Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 34

35 Sicherheitsaspekt Zuordnung von Risikogruppen Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 35

36 AUVA Studien und Broschüren Projekt SAFE-Led Sicherheitsbeurteilung optischer Strahlung Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 36

37 Aspekte der Kühlung Geringe Temperaturdifferenzen LED max 85, Umgebung bis zu 35 Trotz geringer Leistung große Kühlflächen notwendig Abstrahlung im tiefen Infrarot Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 37

38 Emission von Oberflächen Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 38

39 LED-Lebensdauer Lebensdauer 30k -50k Stunden: Abfall des Lichtstromes auf 70% Chip-Temperatur unter 85 C Totalausfall sehr selten Fixmontage besser als Retrofit Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 39

40 LED - Modul Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 40

41 Modul Beispiele Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 41

42 LED Module für Leuchtenhersteller Quelle: Licht2010/Lichttechnische Gesellschaft Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 42

43 Beispiel Außenleuchten Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 43

44 Anforderungen an LED-Treiber Elektrische Sicherheit EMV Lebensdauer (Elko!) Stromoberwellen EN Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 44

45 Problem EN Für Lampen >25 W gilt Kat C Oberwellenströme werden relativ bewertet 3. Harmonische besonders kritisch Für Lampen <25W gilt Kat D Absolutwerte sind relativ leicht einzuhalten Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 45

46 Gleichrichter-Kondensator Netzteil: Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 46

47 Vally-Fill Methode Seminar: Neuer Lehrplan/LiTEC 2011/W.Winkler 47

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