Energiemanagement bei Planung und Betrieb von Gebäuden

7.10 Lichttechnische Messungen

7.1 Grundlagen der Messtechnik
7.2 Messung elektrischer Grössen
7.3 Temperaturmessung
7.4 Durchflussmessung
7.5 Wärme/Kälte
7.6 Druckmessung
7.7 Luftgeschwindigkeit
7.8 Luftfeuchtigkeit
7.9 Luftqualität
7.10 Lichttechnische Messungen
7.11 Füllstandsmessung
7.12 Luftdichtheit, Blower-Door-Test
7.13 Infrarot-Thermografie
 

Licht ist die elektromagnetische Strahlung, die mit der Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet wurde. Das Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges ist somit auch die Grundlage aller lichttechnischen Grössen.

Bestimmte Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums können vom menschlichen Auge wahrgenommen werden und je nach wahrnehmbarer Frequenz geschieht dies mit unterschiedlicher Intensität. Das menschliche Auge hat die grösste Helligkeitsempfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 555 nm. Die relative frequenzabhängige Helligkeitsempfindung (relativ zu diesem Maximum) wurde in der V(λ)-Kurve standardisiert. Da die Helligkeit am Tag und in der Nacht anders wahrgenommen wird, gibt es zwei verschiedene Kurven für Tag- und Nachtsehen mit unterschiedlichen Maxima (Abb. 36).

Hellempfindlichkeitskurven: Tagsehen (rot) und Nachtsehen (blau)
Abb. 36: Hellempfindlichkeitskurven: Tagsehen (rot) und Nachtsehen (blau)

Um die Lichtwahrnehmung quantitativ zu erfassen, wird dem Maximum der V(λ)-Kurve ein sogenanntes fotometrisches Strahlungsäquivalent Km zugeschrieben.

Die einzige physikalische Definition der Fotometrie ist die Candela (cd). Die Candela ist die Lichtstärke einer monochromatischen Strahlungsquelle in eine bestimmte Richtung mit einer Wellenlänge von 555 nm. Die Strahlungsstärke in diese Richtung beträgt 1/683 W · sr-1.

Die anderen fotometrischen Einheiten wie das Lumen (lm) oder das Lux (lx) basieren auf der Candela [39].

7.10.1 Lichtstrom

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die von einer Strahlungsquelle abgegebene Lichtleistung wird als Lichtstrom bezeichnet. Sie hat das Formelzeichen Φ und die Einheit Lumen (lm).

Für die Definition des Lichtstroms wird die mit der V(λ)-Kurve gewichtete elektromagnetische Abstrahlung mit dem fotometrischen Strahlungsäquivalent Km multipliziert und über den gesamten Wellenlängenbereich integriert [40].

Zur Messung des Lichtstroms einer bestimmten Lichtquelle wird die sogenannte ulbrichtsche Kugel eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Hohlkugel, deren innere Oberfläche matt weiss ist und einen konstanten Reflexionsgrad besitzt. Licht, welches in die Kugel gelangt, wird somit gleichmässig verteilt. Zur Messung des Lichtstroms einer Lichtquelle wird diese im Inneren der Ulbrichtkugel platziert. Ein Sensor misst den Lichtstrom, wobei ein Schatter verhindert, dass Direktlicht von der Lichtquelle zum Sensor gelangt (Abb. 37). Auf diese Weise kann die Beleuchtungsstärke bestimmt werden. Weil der Reflexionsgrad und die Geometrie der Kugel bekannt sind, kann auf diese Weise auch der Lichtstrom gemessen werden [41].

Messung des Lichtstroms mit einer Ulbrichtkugel
Abb. 37: Messung des Lichtstroms mit einer Ulbrichtkugel
vgl. Peter Häupl, Lehrbuch der Bauphysik, S. 651 oben

7.10.2 Lichtmenge

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Lichtenergie hat das Formelzeichen Qv und die Einheit (lm · s). Bei einem stationären Lichtstrom wird sie durch die Multiplikation des Lichtstroms mit der Zeit erhalten [40].

7.10.3 Lichtstärke

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Lichtstärke ist der Lichtstrom in eine bestimmte Richtung. Sie hat das Formelzeichen I und die Einheit Candela (cd) [42].

7.10.4 Leuchtdichte

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Leuchtdichte ist die von einer Fläche in eine bestimmte Richtung ausgestrahlte Lichtstärke. Sie hat das Formelzeichen L und die Einheit cd/m² bzw. lm/(sr · m²). Der Winkel zwischen der Flächennormalen und dem abgegebenen Lichtstrahl wird als Abstrahlwinkel e bezeichnet.

Es besteht folgender Zusammenhang zwischen Leuchtdichte und Lichtstärke [43]:

Zur direkten Messung der Leuchtdichte werden Leuchtdichtekameras verwendet (Abb. 38). Leuchtdichtekameras messen die Leuchtdichte mithilfe eines CCD-Sensors und optischen Filtern. Die Messung ist schnell, vergleichsweise einfach und auch die Messung von farbmetrischen Werten ist mit demselben Gerät möglich [44].

Messgerät für Leuchtdichte auf Distanz
Abb. 38: Messgerät für Leuchtdichte auf Distanz
Konica Minolta Sensing Europe B. V.

7.10.5 Beleuchtungsstärke

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Beleuchtungsstärke ist definiert als Lichtstrom pro Fläche. Sie hat das Formelzeichen E und die Einheit Lux (lx), wobei 1 lx = 1 lm/m² [45].

Die Beleuchtungsstärke kann mit einem Luxmeter gemessen werden. Zur Messung der Beleuchtungsstärke wird der Strom einer Fotodiode gemessen. Die V(λ)-Gewichtung wird dabei mit speziellen Filtervorsätzen erreicht (Abb. 39).

Messgerät für Beleuchtungsstärke
Abb. 39: Messgerät für Beleuchtungsstärke
Rotronic AG

7.10.6 Belichtung

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Belichtung ist definiert als das Produkt aus Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsdauer. Das Formelzeichen ist Hv und die Einheit (lx · s) [46].

7.10.7 Lichtausbeute

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Die Lichtausbeute ist das Verhältnis von Lichtstrom und der Leistung, die benötigt wird, um den Lichtstrom zu erzeugen. Das Formelzeichen ist hv und die Einheit Lumen pro Watt (lm/W) [46].

7.10.8 Spektrale Messungen

7.10.1 Lichtstrom – 7.10.2 Lichtmenge – 7.10.3 Lichtstärke – 7.10.4 Leuchtdichte – 7.10.5 Beleuchtungsstärke – 7.10.6 Belichtung – 7.10.7 Lichtausbeute – 7.10.8 Spektrale Messungen

Mit einem optischen Spektrometer (Abb. 40) kann die spektrale Zusammensetzung des Lichts gemessen werden. Die Hauptbestandteile eines Spektrometers sind das Beugungsgitter und der Detektor. Das Beugungsgitter spaltet die Lichtstrahlung in ihre spektralen Anteile auf und projiziert sie auf einen Detektor [47].

Messgerät für Leuchtdichte, farbmetrische Daten und Spektrum einer Lichtquelle oder eines Bildschirms
Abb. 40: Messgerät für Leuchtdichte, farbmetrische Daten und Spektrum einer Lichtquelle oder eines Bildschirms
Konica Minolta Sensing Europe B. V.