Vortrag Die Themen dieses Vortrages Künstliche Lichtquellen aus der Sicht der Baubiologie Was ist Licht? Wie reagiert der Mensch auf Licht? Baubiologische Anforderung Verschiedene künstliche Lichtquellen Elektrosmog Zusammenfassung 1 2 Licht? Elektromagnetische Wellen Licht aus Quantenübergängen Eigenschaften von EM-Wellen Frequenz / Wellenlänge ( Photonen ) Energie ( vernachlässigbar Beugung (bei Licht ( Partikeln Streuung (an ( Oberflächen Reflexion (an ( Übergang Brechung (Stoff-Stoff Transmission / Absorption ( Wellenlänge (Abhängig Stoff / Sichtbares Licht (380 750 nm), UV-A/B/C, IR (Nahes, Fernes) 3 Absorption Trifft ein Photon mit einem bestimmten Energiebetrag auf ein Atom, bei dem das untere Energieniveau besetzt und das obere leer ist, so wird wahrscheinlich das Photon vom Elektron absorbiert. Das Elektron springt auf das höhere Niveau. Spontane Emmission Ein angeregtes Atom kehrt in seinen Grundzustand zurückkehren. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form eines Lichtquants (Photon) abgestrahlt. Stimulierte / induzierte Emission Trifft ein Photon mit genügend Energie auf einangeregtes Atom, kann das Photon das Elektron dazu bewegen auf das untere Niveau zurückkehrt. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form eines Photon abgestrahlt. Es sind 2 Photonen 4 1
Thermischer Strahler Der schwarze (plancksche) Strahler Jeder warme Körper strahlt IR- (Wärmestrahlung) und bei höheren Temperaturen auch sichtbares Licht ab. Schwarzer Strahler, schwarzer Körper definiert von Kirchhoff und Planck Physikalisch idealisierter Körper, der die auf ihn eintreffende EM- Strahlung vollständig absorbiert Ideale thermische Strahlungsquelle, die EM-Strahlung mit charakteristischem, nur von der Temperatur abhängigen Spektrum aussendet. Parameter, wie Oberflächenbeschaffenheit führen zu Veränderungen im Absorbtions- und Abstrahlverhalten Bildquelle: Wikipedia 5 6 Mensch und Licht Photorezeptoren der Retina Der Mensch benötigt Licht zum Leben Zuviel Licht ist gesundheitschädlich Auch die Haut reagiert auf Licht - Vitamin D - Pigmente - Wärmeempfinden Schichten und Zelltypen der Säugetierretina RPE: retinales Pigmentepithel BM: Bruch-Membran P: Pigmentepithelzelle R: Stäbchen (Lichtabsorption durch Rhodopsin) C: Zapfen (Absorber: Iodopsin+Neoretinin+Retinal) H: Horizontalzelle Bi: Bipolarzelle M: Müller-Zelle A: Amakrine-Zelle G: Ganglienzelle (Untergruppe mit Absorber Melanopsin) AX: Axone < Bildquelle: Wikipedia 7 8 2
Das bewusste Sehen Photo-neuroendokrine System Eine Untergruppe von retinalen Ganglienzellen Afferenzen an den Hypothalamus (Max. Thapan 459nm; Brainard 464nm) < Bildquelle: Wikipedia Tagsehen: Zapfen Max. Absorption L: 563nm; M: 534nm; S: 420nm Nacht: Stäbchen Max. Absorption: 494nm Dämmerung: Zapfen + Stäbchen Das 3. Auge Nucleus suprachiasmaticus Melatonin circadiane Rhythmus Seratonin (Glückshormon) Hormone der Hypophyse? usw??? 9 10 Photosynthese bei Pflanzen Baubiologie Unser Massstab ist die Natur! Das Sonnenlicht ist unsere Referenz! thermischer Strahler mit Farbtemperatur von ca. 5700K Lichtstärke ändert sich in kurzen Zeiteinheiten ausschliesslich stochastisch (nicht mit einer bestimmten Frequenz), bedingt durch vorbeiziehenden Wolken und Aerosolen in der Luft. 11 12 3
Sonnenlicht unsere natürliche Lichtquelle Lichtquelle: Glühlampe Klassische Glühlampe In einer Glühlampe wird ein Wolframfaden durch Stromfluss so stark erhitzt, dass er bei einer Temperatur von 2300K bis 2900K glüht. Ca. 5% sichtbares Licht, Rest als IR- (Wärme-) Strahlung und Wärmekonvektion. Halogenglühlampe Grundprinzip wie klassische Glühlampe. Die Zugabe des Halogens Ion oder Brom steigert die Betriebstemperatur auf etwa 3000 K. Dadurch wird eine Verbesserung Lichtausbeute von über 10% erreicht. 13 14 Gasentladungslampen Lichtbogen (einfachste Form) Ein Stromfluss zwischen zwei Elektroden durch ein ionisiertes Plasma führt zu einer Gasentladung. Plasma entsteht durch Stossentladung (Zündung). Bogenlampe, elektrischer Funke, Blitz Niederdruck-Entladungslampen Glimmentladung, beispielsweise, Neonröhren (orange), Leuchtstofflampen (Spezialfall) Hochdruck-Entladungslampen Quecksilber-Metalldampflampen, Krypton-Bogenlampen OSRAM Powerstar HQI Lichtquelle: Leuchtstofflampen Funktion von Röhren- und Kompaktleuchtstofflampen Quasi weisses Licht Fluoreszenzen Kathoden, die Elektronen durch Glühemission emittieren (Ionisation) Gasfüllung Quecksilberdampf/Argon Emission von UV im Takt der der Frequenz der angelegten Spannung Leuchtstoffe Umwandlung UV in sichtbares Fluoreszenzlicht. Fluoreszenzen unterscheiden sich nach Wellenlänge, Bandbreite und Abklingzeit (10ms Abklingzeit verringern das 100 Hz- Flackern). 15 16 4
Lichtquelle: LED Lichtspektrum von div. Lampen Aufbau: Anode, Kathode und Halbleiterkristall in Reflektor Ausgeprägt gerichtetes Licht Ohne Leuchtstoffen nur monochromes Licht Mit Hilfe von Leuchtstoffen die Erzeugung von zusätzlichen Lichtfarben möglich (z.b. Weiss-LED) RGB-LED: Rote, gelbe und blaue LED einzeln ansteuerbar 17 18 Vollspektrumleuchten Farbdefinitionen Farbtemperatur ist ein Mass für den Farbeindruck einer Lichtquelle. Sie wird definiert als die Temperatur, auf die man einen Schwarzen Körper (planckschen Strahler) aufheizen müsste, damit er Licht einer Farbe abgibt, das der zu beschreibenden Farbe am ähnlichsten ist Farbwiedergabeindex (CRI) versteht man eine photometrische Grösse, mit der sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierter Farbtemperatur beschreiben lässt. RGB-Farbraum (Rot-Grün-Blau) ist ein Massraum in dem eine Untermenge aller wahrnehmbaren Farben durch drei Koordinaten Rot, Blau und Grün definiert wird. 19 20 5
Was ist ein brilantes Licht? Flimmern Brilantes Licht lässt die Glaskristalle eines Kron-leuchters in allen Farben funkeln! Das gilt auch bei allem Anderm das funkelt und glitzert. Änderung des Lichtstromes Glühlampe Leuchtstofflampe mit KVG Leuchtstofflampe mit EVG Licht mit Oberwellen Voraussetzungen: Die Lichtquelle enthält alle Farben des Lichtes Die Quelle ist möglichst ein Punktstrahler. Biologische Wirkungen des Flimmerns? Ermüdung der Augen Photo-neuroendokrine System? 21 22 Elektrosmog Wärmegewinn Wo elektrische Spannungensdifferenzen bestehen, da gibt es auch elektrische Felder; Wo el. Strom fliesst entstehen magnetische Felder; Je kleiner die Distanz von Zu- und Rückleiter um so mehr kompensieren sich die Felder; Die Induktion von Strömen in den Körper durch Magnetfelder ist frequenzabhängig; EVGs und Netzteile mit höherer Frequenzen haben kompaktere Bauform und sind besser dimmbar; Für elektrische Geräte mit weniger als 25W gelten erleichterte EMV- Anforderungen (Netzrückwirkungen, Störstrahlung). Wärmestrahlung ist ein wesendlicher Faktor der thermischen Behaglichkeit. Ein Wärmestrahler wirkt ohne zeitliche Verzögerung. Nur bei Gebrauch aktiv. Dank Wärmestrahlung kann die Lufttemperatur tiefgehalten werden. 1 K tiefere Raumlufttemperatur bringt ca. 6% Energieeinsparung bei der Heizung. 23 24 6
Energiesparen 2-3% des Gesamtenergieverbrauches für Beleuchtung Heute - 70% des künstlichen Lichtes mit Leuchtstofflampen Sparpotenzial Tageslichtnutzung wird vernachlässigt! Zusammenfassung Qualitätssparlampen & deren biologische Wirkung Lichtqualität ESL schlechter als FL-Röhren! Lichtqualität FL-Röhren schlechter als Halogenglühlampen! Farbtemperatur nicht aussagekräftig für die Stimulation des Photoneuroendokrine Systems. Wirkung von nicht kontinuierlichem Lichtspektrum auf Photo-neuroendokrine System zum heutigen Zeitpunkt wissenschaftlich kaum bewertbar. Aus baubiologischer Sicht und aus Sicht der Vorsorge sollen Beleuchtungen mit hohem Blauanteil in Wohnumgebungen vermieden werden. In Arbeitsumgebungen sollen möglichst Beleuchtungen mit einem Tageslichtähnlichen Spektrum verwendet werden. EVG in Kombination mit nachleuchtenden Fluoreszenzen reduzieren das Flimmern Relevanz von HF-Flimmern? Billige EVGs (EMV-Richtlinien für Geräte unter 25W) weisen im Nahbereich eine nicht vernachlässigbare Emission von EMF im Bereich 2-!( Power 400kHz auf und fallen auch mit Netzrückwirkungen auf (Dirty FL/ESL tragen kaum zur thermischen Behaglichkeit bei. 25 26 Zum Schluss Meine Favoriten bezüglich künstlichen Lichtquellen Im Wohnbereich Am Arbeitsplatz Sicher nicht! HALOGEN ECO Powerstar HQI (nur mit hochwertigem EVG) Danke für Ihre Fragen für Ihre Aufmerksamkeit TrueLight FL (nur mit hochwertigem EVG) ESL mit integriertem LED-Lampen EVG 27 7