Eine der wichtigsten und zugleich schwierigsten Fragen bei der Planung einer LED-Installation ist die Frage nach der benötigten Helligkeit der LED-Streifen.
- Wie wird die Helligkeit angegeben?
- Welche Helligkeit gibt es bei LED-Streifen?
- Wie hell muss mein LED-Streifen sein? Die Faktoren:
- FAZIT
Wie wird die Helligkeit angegeben?
Wenn wir über Helligkeit sprechen, müssen wir mindestens 3 verschiedene Begriffe – präziser physikalische Größen – klar unterscheiden können. Ein großer Fehler von Anfängern ist es, diese 3 Größen miteinander zu vermischen, was dann zu völlig unsinnigen Vergleichen und Entscheidungen führt.
Die 3 wichtigen physikalischen Größen beim Licht sind:
- Der Lichtstrom – gemessen in Lumen (kurz lm)
- Die Lichtstärke – gemessen in Candela (kurz cd)
- Die Beleuchtungsstärke – gemessen in Lux (kurz lx)
Wie hängen Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke zusammen?
Bei den meisten Leuchtmittel, seien es LED-Streifen, aber auch normale Leuchten und Lampen, ist die Helligkeit als Lichtstrom in Lumen angegeben. Wir können diese z.B. aus den technischen Daten bei einem Onlineshop für LED-Streifen entnehmen oder auch von einer Verpackung.
Was wir letztlich als Helligkeit im Raum wahrnehmen sind aber nicht Lumen sondern sind die unterschiedlichen Beleuchtungsstärken in Lux.
Wie hängt dies miteinander zusammen? 3 Bilder sollen es verdeutlichen:
Wir haben hier 3 verschiedene Lichtquellen, eine klassische E27 Lampe, einen LED-Streifen und einen gerichteten LED-Spot. Wir können zur Vereinfachung annehmen, dass alle 3 Leuchtmittel den selben Lichtstrom von z.B. 500 Lumen erzeugen.
Der Lichtstrom, gemessen in Lumen, gibt also an, wie viel Licht eine Lichtquelle insgesamt abgibt. Unabhängig davon, wie stark das Licht gerichtet bzw. gebündelt ist. Der Lichtstrom ist alles Licht, was die Lichtquelle emittiert.
Die 3 Lichtquellen geben diesen Lichtstrom aber auf ganz unterschiedliche Art ab. Die E27-Lampe strahlt in alle Richtungen gleichmäßig viel Licht ab. Der LED-Streifen leuchtet schon deutlich mehr nach unten als zu den Seiten. Der LED-Spot schließlich lenkt fast sein gesamtes Licht direkt nach unten und fast nichts zur Seite.
Die Lichtstärke, gemessen in Candela, ist also das Licht, was eine Lichtquelle in eine definierte Richtung abstrahlt. Schauen wir bei den Beispielen, was die Lichtquellen jeweils direkt nach unten abstrahlen, so hat der LED-Spot hier eine viel höhere Lichtstärke als der LED-Streifen und die LED-Streifen wiederum eine viel höhere Lichtstärke als die E27 Lampe. Alles bei gleichem Lichtstrom, aber die Verteilung ist eben unterschiedlich gerichtet.
Aus der Lichtstärke ergibt sich, welche Helligkeit letztlich unten, z.B. auf dem Fußboden oder dem Schreibtisch ankommt.
Die Beleuchtungsstärke, gemessen in Lux, ist das Licht, was auf dem gewünschten Bereich ankommt. Also letztlich das, was uns interessiert. Wir wollen eine bestimmte Helligkeit auf dem Tisch oder auch eine bestimmte Helligkeit auf der Wand oder auf diesem Bild usw. Licht an sich ist nicht sichtbar. Es ist nur das sichtbar, was ausreichend hell von Licht angestrahlt wird.
Dabei ist es aber nicht zwangsläufig so, dass immer eng bündelnde Spots die richtige Wahl sind, nur weil diese die größte Lichtstärke haben. Das Licht der Spots beleuchtet dafür nur einen sehr kleinen Teil des Raumes wirklich hell, während LED-Streifen und die E27 Lampe das Licht in einen viel größeren Bereich abstrahlen.
Welche Helligkeiten gibt es bei LED-Streifen?
Verschaffen wir uns zuerst einen Überblick, welche Helligkeiten bei LED-Streifen typischerweise überhaupt verfügbar sind. Da LED-Streifen in definierten Längen verkauft werden, meist auf einer 5m-Rolle, aber auch 10m oder seltener 20m sind anzutreffen, wird die Helligkeit bei LED-Streifen stets in Lumen pro Meter (kurz lm/m) angegeben.
Es gibt eine große Bandbreite an Helligkeiten von LED-Streifen am Markt.
Angefangen bei LED-Steifen mit wenig Leistung und deutlich unter 1.000lm/m, dann sehr viele Vertreter im Bereich 1.000 – 2.000lm/m, bis zu Hochleistungs-LED-Streifen mit 3.000 oder gar 4.000lm/m.
Bei LED-Streifen mit veränderbarer Farbe oder Farbtemperatur, sprich Tuneable White LED-Streifen oder z.B. RGBW-LED-Streifen gilt es, sehr genau auf die Angaben zur Helligkeit zu achten. Hier sind ja jeweils mehrere LED-Typen verbaut und ein Anbieter kann die Helligkeiten für einzelne Farben / Farbtemperaturen angeben oder auch nur als Gesamtleistung.
Beispiel Tuneable White, also CCT:
Die Helligkeit ist im nachfolgenden Beispiel als Gesamtwert mit 1.400lm/m angegeben und dann aber noch einmal aufgeschlüsselt nach den lm/m für die warmweißen LEDs (600lm/m) und für die kaltweißen (800lm/m).
Die meisten LED-Controller realisieren eine „Balance-Steuerung“, bei der die warmweißen und kaltweißen LEDs immer im Verhältnis angesteuert werden, also z.B. 50+50% oder 70+30% usw. Niemals aber zeitgleich beide Farben mit 100%. D.h. die 1.400lm/m werden nie erreicht, sondern immer 600 – 800lm/m – unabhängig von der gewählten Farbtemperatur.
Anmerkung: Es gibt einige wenige LED-Controller (KNX, DALI, DMX z.B.), die auch 100+100% erlauben, so dass 1.400lm/m möglich wären. Allerdings wirklich nur bei einem mittleren Farbtemperatur-Wert, also neutralweißen 4.000K. Abweichend davon sinkt die Helligkeit sofort wieder, d.h. die Helligkeit ist jeweils abhängig von der gewählten Farbtemperatur. Da dies i.d.R. auch nicht gewünscht ist, werden auch die Controller dann im Setup meist auf „Balance Steuerung“ gesetzt.
Beispiel RGBW-LED-Streifen
Im nachfolgenden Beispiel ist einmal die Gesamthelligkeit mit 1.230lm/m angegeben und dann noch einmal separat für nur die weißen LEDs und die RGB-LEDs. In den technischen Daten des Anbieters werden die RGB-Farben noch weiter aufgeschlüsselt sein.
Bei RGBW sollte man stets genau überlegen, welche Einstellung der Farben realistisch und relevant ist. Möchte man das LED-Band auch für die Grundbeleuchtung des Raumes nutzen, wird man vorwiegend die weißen LEDs einsetzen. RGB ist für Effekte. Es sollte dann auch nur der angegebene Wert für die weißen LEDs für weitere Berechnungen genutzt werden.
Anmerkung: Viele LED-Controller erlauben das gleichzeitige Vollaussteuern von RGB und Weißen LEDs. 4 x 100% und somit 1.230lm/m sind also möglich. Die Frage ist aber, ob dieses Licht weiter nützlich ist, denn die Mischung von RGB zu je 100% ergibt i.d.R. ein sehr unansehnliches, sehr kaltes, rosa-bläuliches Licht. Gemischt mit warmweißen LEDs wird es erträglicher, aber es bleibt ein sehr unnatürliches Licht.
Wie hell muss mein LED-Streifen sein?
Wie viel Lumen pro Meter (lm/m) sollte mein LED-Streifen nun mindestens haben? Diese Frage hängt (leider) von einer ganzen Reihe Faktoren ab.
- Größe des Raumes, ggf. auch die Deckenhöhe
- Benötigte Beleuchtungsstärke im Raum in Lux
- Direkte oder indirekte Beleuchtung
- Anzahl und Anordnung der LED-Streifen bzw. LED-Profile
- Transmissionseigenschaften von z.B. milchig-opalen Aluprofil-Abdeckungen
- Bei Indirekter Beleuchtung auch die Reflektionseigenschaften / Farbe von Decken und Wänden, sowie der gesamte Aufbau der Voute bzw. Abhängung, die Ausrichtung der LED-Streifen, Abstände zu Decken oder Wänden, eventuelle Sichtkanten usw.
Was i.a.R. nicht funktioniert, sind simple Faustregeln wie „300 Lumen pro Quadratmeter“, d.h. ich habe einen Raum mit z.B. 30m², verbaue da LED-Streifen mit gesamt 9.000 Lumen und habe die richtige Helligkeit gewählt.
So einfach ist es leider nicht. Derartige Faustregeln kommen aus der Standardbeleuchtung größerer Räume, also z.B. von Büros mit gleichmäßiger Rasterdecke, Schulungsräumen u.ä. und auch hier gilt es, weitere Faktoren, wie z.B. die Anordnung der Leuchten sowie deren Lichtverteilung usw. zu beachten.
Schauen wir uns die Faktoren im Einzelnen an:
Größe des Raumes
Die Größe des Raumes ist in einer Faustformel wie „300 Lumen pro Quadratmeter“ bereits enthalten. Auch wenn wir die sehr begrenzte Nutzbarkeit derartiger Faustformeln bereits beschrieben haben, ist es dennoch natürlich sinnvoll, den Gesamtlichtstrom der Beleuchtung immer ins Verhältnis zur Raumgröße zu setzen. Je kleiner ein Raum ist, desto mehr kommen Lichtreflektionen an den Wänden zum Tragen – voraus gesetzt die Wände sind ausreichend hell und reflektieren viel Licht. Ein kleiner Raum (<20m² z.B.) benötigt also auch im Verhältnis etwas weniger Lichtstrom als ein großer.
Benötigte Beleuchtungsstärke im Raum
Wir müssen nicht jeden Raum so hell wie ein typisches Büro beleuchten. Hier einmal ein paar typische gesetzliche Mindestanforderungen für Beleuchtungsstärken in Räumen:
- 300 Lux (auf dem Schreibtisch 500 Lux)
- Kindergärten, Klassenzimmer: 300 Lux
- Konferenzräume: 500 Lux
- Flure, Durchgangsräume, Treppen: 100 – 200 Lux
Von diesen Werten kann es je nach konkreter Aufgabe des Raumes Abweichungen geben. Ein Schreibtisch in einem Büro für technisches Zeichnen z.B. benötigt deutlich mehr als 500 Lux!
Für Privaträume gibt es keine gesetzlichen Vorgaben. Sie können Ihr Wohnzimmer auch mit nur 20 Lux beleuchten, wenn Ihnen das genügt. Es empfiehlt sich aber, allein schon zum Schutz der Augen und allgemein der Gesundheit, sich an den oben genannten Vorgaben zumindest zu orientieren.
Dies sind typische Werte, die wir bei der Planung privater Räume nutzen:
- Arbeitszimmer: 300 Lux
- Wohnzimmer: 150 Lux
- Küche: 200 Lux
- Kinderzimmer: 200 Lux
- Badezimmer: 150 Lux
- Flure: 100 Lux
Je nach Projekt und konkreter Nutzung der Räume weichen wir natürlich auch mal von diesen Werten ab. Ältere Menschen benötigen z.B. im Schnitt eine höhere Beleuchtungsstärke als Jüngere.
Direkte oder indirekte Beleuchtung
Dies ist eine der wichtigsten Unterscheidungen in der Beleuchtung überhaupt mit sehr großem Einfluss auf die Wahl der richtigen Leuchtmittel und Helligkeiten. Ist es eine direkte oder indirekte Beleuchtung?
Bei der direkten Beleuchtung beleuchten die LEDs den Raum direkt ohne Umwege – typischerweise von der Decke des Raumes mehr oder weniger senkrecht nach unten.
Bei der indirekten Beleuchtung trifft das Licht der LEDs zuerst auf Reflektionsflächen im Raum, typischerweise die Decken und Wände. Nur dieses i.a.R. sehr weich reflektierte Licht wird dann für die Beleuchtung des Raumes genutzt.
Alle klassischen LED-Spots, LED-Panels, die meisten Deckenleuchten und auch Hänge- oder Stehleuchten erzeugen eine direkte Beleuchtung. Auch in die Decke eingelassene Aluprofile mit LED-Streifen erzeugen eine direkte Beleuchtung. Klassische indirekte Beleuchtung wird hingegen mit versteckt auf Vouten, Stuckleisten oder Deckenabhängungen montierten LED-Streifen realisiert.
Es gibt auch Mischformen. So kann z.B. eine Hängeleuchte einen Teil ihres Lichtes direkt nach unten in den Raum strahlen und ein anderer Teil leuchtet nach oben und wird von der Zimmerdecke reflektiert.
Anzahl und Anordnung der LED-Streifen
Natürlich ist die Anzahl der verbauten LED-Streifen, typischerweise gemessen in Meter, ganz entscheidend. Daher betrachten wir den benötigten Gesamtlichtstrom – z.B. ermittelt mit einer Faustformel oder Lichtsimulation – und teilen diesen dann einfach durch die geplante Anzahl an LED-Streifen in Meter. Mit dieser Angabe können wir das richtige LED-Band mit der Angabe Lumen pro Meter (lm/m) auswählen.
Aber auch die generelle Anordnung der LEDs ist sehr wichtig. Nachfolgend ein Beispiel mit einer sehr gleichmäßigen Helligkeit durch umlaufend realisierte indirekte Beleuchtung und ein sehr ungleichmäßige Lichtverteilung, bedingt durch ein versetzt angeordnetes Aluprofil als Deckenleuchte:
Im zweiten Beispiel wird nur die obere Raumhälfte ausreichend hell beleuchtet. Ist es z.B. bautechnisch nicht möglich, im unteren Bereich LED-Profile zu ergänzen, muss das obere LED-Profil deutlich heller ausgelegt werden. Es genügen dann nicht z.B. über simple Faustformeln ermittelte Werte sondern es wird deutlich mehr Licht benötigt. Es hängt aber auch immer von der Nutzung des Raumes ab.
Lichtdurchlässigkeit von Aluprofil-Abdeckungen
Keinesfalls darf vergessen werden, die entsprechenden lichtschluckenden Eigenschaften von Profil-Abdeckungen mit in die Überlegungen einzubeziehen.
Bei direkter Beleuchtung wird man fast immer Aluprofile mit milchig-opalen Abdeckungen wählen, den kaum jemand möchte direkt die LED-Streifen mit den ultrahellen LED-Punkten im Sichtfeld haben.
Opale Abdeckungen schlucken einiges an Licht. I.d.R. müssen Sie mit 30 – 50% Verlust rechnen. Je nach Typ und Anbieter.
Auch transparente und satinierte (frozen) Abdeckungen schlucken einiges an Licht. Bei transparenten können Sie mit 5-10% rechnen. Bei Satinierten mit 10-20%. Schauen Sie jeweils genau auf die Angaben der Anbieter / Online-Shops.
Indirekte Beleuchtung: Weitere Faktoren
Bei indirekter Beleuchtung – also der Raumbeleuchtung über versteckte LED-Streifen und Reflektion über Wände und Decken – ist das Ganze noch einmal deutlich komplexer.
Zu den oben bereits genannten Faktoren kommt hier noch der gesamte Aufbau der Lichtlösung sowie die Ausrichtung der LEDs. Auch die Reflektionseigenschaften von Wänden und Decken spielen hier eine viel entscheidendere Rolle als bei direkter Beleuchtung.
So ist es z.B. schon ein großer Unterschied, ob die indirekte Beleuchtung „nach Innen“, z.B. mit Vouten realisiert ist, oder ob Sie „nach Außen“, z.B. über eine Deckenabhängung mit Schattenfugen aufgebaut wurde.
Bei der Beleuchtung „nach Innen“ haben wir gewöhnlich 1 Reflektionsfläche – die Decke, bei der Beleuchtung „nach Außen“ meistens 2. Zuerst strahlt das Licht an die Decke, von dort dann an die Wand und erst danach in den Raum. Rückt man die LEDs generell näher an die Wand, kann ggf. die Decke als erste Reflektionsfläche weitgehend eingespart werden, aber es wird dann auch relativ viel Licht zurück in die Schattenfuge geworfen. Man hat eine sogenannte „Lichtfalle“ gebaut.
Nur zur Seite an die Wand leuchten möchte man meist auch nicht, den oft sind dort auch höhere Regale, Schränke oder Bilder, die man nicht unbedingt partiell mit anstrahlen möchte.
Auch bei der indirekten Beleuchtung „nach Innen“ – also über Vouten – kann schnell eine „Lichtfalle“ entstehen.
Problem sind hier z.B. zu hohe Sichtkanten.
Sichtkanten werden oft benötigt, da natürlich die LEDs und ggf. auch Netzteile und Steuergeräte versteckt sein sollen. Hohe Sichtkanten blockieren aber ggf. sehr viel Licht.
Die Ausrichtung der LEDs muss bei indirekter Beleuchtung generell sehr präzise und überlegt erfolgen, möchte man gleichzeitig einen überzeugenden, weichen Lichteffekt und dennoch hohe Helligkeit erreichen.
Die lichtschluckenden Eigenschaften der Reflektionsflächen, also Wände und Decken, werden auch regelmäßig deutlich unterschätzt. So ist es ein riesiger Unterschied, ob wir indirekt gegen eine weiße Decke leuchten oder z.B. gegen einen Dachstuhl aus Holz. Holz kann, je nach Art und Lasierung 40%, 60% oder noch mehr Anteile des Lichtes einfach schlucken. Weiterhin verändert es die Lichtfarbe, was bei der Auswahl der richtigen Farbtemperatur der LEDs natürlich berücksichtigt werden muss.
Fazit & Faustformel
Die benötigte Helligkeit bei LED-Streifen hängt von sehr vielen Faktoren ab und lässt sich kaum bis gar nicht pauschal mit einfachen Faustregeln bestimmen.
Hierbei muss man noch einmal klar zwischen direkter und indirekter Beleuchtung unterscheiden.
Direkte Beleuchtung
Bei klassischer direkter Beleuchtung, also wenn LED-Streifen von der Decke direkt nach unten in den Raum strahlen, kann man am ehesten noch mit Näherungsformeln arbeiten. Vorrausgesetzt der Raum ist nicht zu schmal (wenigstens 3m breit) und die Anordnung der LED-Streifen ist gleichmäßig verteilt, kann man grob mit folgender Formel arbeiten:
Berechnungsbeispiel:
Haben Sie z.B. ein Wohnzimmer mit 30m² und möchten darin eine Beleuchtungsstärke von 150 Lux (in der Nutzebene) erreichen, so sollte Ihre direkte Beleuchtungslösung min. 9.000 Lumen erzeugen. Hierbei muss natürlich noch der potentielle Lichtverlust durch Aluprofil-Abdeckungen bedacht werden. Haben die milchig-opalen Abdeckungen z.B. eine Lichttransmission von 65%, dann rechnen Sie noch 9.000 Lumen / 0,65 und kommen auf ca. 14.000 Lumen, die LED-Streifen insgesamt erzeugen müssen.
Haben Sie eher schmale Räume (Flur z.B. wo die Reflektion der Wände eine viel größere Rolle spielt) oder ist die Verteilung der Lichtquellen eher ungleichmäßig, kommen Sie mit dieser Formel allerdings nicht weiter.
Indirekte Beleuchtung
Indirekte Beleuchtung ist wesentlich komplexer und benötigt einiges mehr an Lichtstrom als direkte Beleuchtung. Wie viel mehr an Lichtstrom ist von sehr vielen Faktoren abhängig, wie weiter oben geschildert. Fehler im Aufbau und der Ausrichtung der LEDs können Ihre indirekte Beleuchtung extrem ineffizient machen, so dass dann selbst die hellsten am Markt verfügbaren LED-Streifen nicht mehr helfen.
Noch mehr als bei direkter Beleuchtung empfiehlt sich also bei indirekter Beleuchtung eine ernsthafte Lichtplanung oder zumindest eine Lichtsimulation, die den erdachten Aufbau einmal in 3D durchrechnet.
Auf unserer Themenseite www.indirekte-beleuchtung.com geben wir viele weitere Tips zum Aufbau einer indirekten Beleuchtung.
Lichtplanung / Lichtsimulation
Beleuchtungslösungen für komplette Räume sind nichts, was man nach dem Prinzip „Trial & Error“ durchführen sollte. Dafür sind Kosten und Aufwand eventueller notwendiger Rück- und Umbauten viel zu hoch.
Ein Angebot für eine professionelle Lichtplanung oder eine Lichtsimulation erhalten Sie unter diesem Link:
