Blendungsbewertung von LED-Leuchten in Innenräumen

Funke, Carsten

Im Zuge der Effizienzsteigerung von Licht emittierenden Dioden (LEDs) ersetzen diese zunehmend die konventionellen Leuchtmittel in allen Beleuchtungsbereichen. Jedoch weisen LEDs ein erhöhtes Blendpotenzial auf, das aus der kompakten Bauform und den relativ hohen Leuchtdichten resultiert. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Blendungsbewertung von LED-Leuchten in Innenräumen. Die Gültigkeit der vorhandenen Blendungsbewertungsmodelle wird für strukturierte LED-Leuchten überprüft. Daraufhin werden die Einflüsse von LED-Leuchten auf die Blendung mittels einer Probandenstudie untersucht und aus den Studienergebnissen zwei verbesserte Blendungsbewertungsmodelle abgeleitet. Abschließend werden Schlussfolgerungen für die Anwendung der Ergebnisse gegeben. Diese Empfehlungen für Leuchtenentwickler und Lichtplaner sollen dazu beitragen, die Lichtqualität bei Einsatz von LED-Leuchten zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute und Gestaltungsfreiheit beibehalten zu können.

This thesis deals with discomfort glare rating of artificial lights in indoor environments. It tests the validity of existing discomfort glare rating models for non-uniform LED luminaires and discusses possible extensions of the models. Therefore, the following research hypotheses were formulated: 1. The perceived glare of a luminaire increases with rising luminance contrast inside the luminaire at equal average glare source luminance. 2. The relation, postulated in research hypothesis 1, reaches ist maximum at direct view into the glare source and declines with increasing glare angle. 3. At equal average glare source luminance and equal contrast, luminaires with large distance of the luminous elements are more glaring. 4. The resulting perceived glare rating of several LED spots inside a luminaire is greater than the sum of the single glare ratings of the LEDs. As a result of the psychometric study, the first and second hypothesis can be verified, whereas the third and the fourth hypothesis can be disproved. The distance of LEDs inside the luminaire and the distribution of LEDs inside the luminaire have no impact on discomfort glare for nine, 49 and 121 LEDs at different luminance contrasts and glare angles. Based on these findings two improved glare evaluation methods for LED luminaires have been developed. The first model is based on the correction factor according to HARA and is suitable for glare evaluation of LED luminaires during luminaire development and lighting design in indoor environments. The second model is based on the research of WOLF on the detection of the luminous parts of fluorescent lamp luminaires. That model is extended for LED luminaires by smoothing the luminance picture according to physiological characters of the eye and subsequently detecting the glaring areas. Finally this thesis gives conclusions for the application of the results. These recommendations for luminaire developers and lighting designers shall help to improve the lighting quality of LED luminaire applications while keeping high luminous efficacy and design freedom.

Diese Arbeit befasst sich mit der Blendungsbewertung von künstlicher Beleuchtung in Innenräumen. Die Gültigkeit der vorhandenen Blendungsbewertungsmodelle wird für strukturierte LED-Leuchten mittels einer Probandenstudie überprüft und mögliche Erweiterungen der Modelle werden diskutiert. Dafür wurden folgende Forschungshypothesen formuliert: 1. Die von einer Leuchte ausgehende Blendung steigt mit zunehmendem Leuchtdichtekontrast innerhalb der Leuchte bei gleicher mittlerer Blendquellenleuchtdichte. 2. Der in Forschungshypothese 1 postulierte Zusammenhang ist bei direktem Blick in die Blendquelle maximal und nimmt mit zunehmendem Blendwinkel ab. 3. Bei gleicher mittlerer Leuchtdichte und gleichem Kontrast weisen Leuchten mit großem Lichtquellenabstand mehr Blendung auf. 4. Der gesamte wahrgenommene Blendwert mehrerer LED-Punkte einer Leuchte ist größer als die Summe der wahrgenommenen Einzelblendwerte der LEDs. Mit der Probandenstudie können die erste und zweite Forschungshypothese verifiziert werden, wohingegen die dritte und vierte Forschungshypothese für die untersuchten Parameter nicht bestätigt werden können. Sowohl der Lichtquellenabstand innerhalb der Leuchte als auch die Verteilung der Lichtquellenpunkte innerhalb der Leuchte konnte für neun bis 121 LEDs bei verschiedenen Leuchtdichtekontrasten und Blendwinkeln als irrelevant für die psychologische Blendung identifiziert werden. Diese Erkenntnisse wurden anschließend dazu verwendet, zwei verbesserte Blendungsbewertungsmodelle für LED-Leuchten zu entwickeln. Das erste Modell basiert auf den Korrekturfaktoren nach HARA und ist zur Blendungsbewertung von LED-Leuchten während der Leuchtenentwicklung und der Lichtplanung von Innenräumen geeignet. Das zweite Modell basiert auf den Untersuchungen von WOLF zur Detektion der leuchtenden Bereiche für Leuchtstofflampenleuchten. Dieses Verfahren wurde im Rahmen der Arbeit für LED-Leuchten erweitert, indem das Leuchtdichtebild entsprechend der physiologischen Eigenschaften des Auges geglättet wird und im Anschluss die blendenden Bereiche detektiert werden. Abschließend werden Schlussfolgerungen für die Anwendung der Ergebnisse gegeben. Diese Empfehlungen für Leuchtenentwickler und Lichtplaner sollen dazu beitragen, die Lichtqualität bei Einsatz von LED-Leuchten zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute und Gestaltungsfreiheit beibehalten zu können.

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Funke, Carsten: Blendungsbewertung von LED-Leuchten in Innenräumen. Ilmenau 2017. Universitätsverlag Ilmenau.

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