Ignorante Vorlieben bei der Farbtemperatur
Es gibt eine weit verbreitete Anwendung von Außenbeleuchtung, die kaltweiße CCT-Lichtquellen (korrelierte Farbtemperaturen) enthält, da das wahrgenommene Gefühl von „kühler“ oder „weißer“ unwissend bevorzugt wird. In Ländern mit niedrigen Breitengraden ist das Klima heiß und die Menschen bevorzugen Lichter mit hohen Farbtemperaturen, die ihnen ein kühles Gefühl verleihen. Die Dominanz von Leuchtstofflampen in den letzten Jahrzehnten hat manche Menschen an das kühle Weiß der Beleuchtung gewöhnt. Sie glauben, dass „weißer“ das Licht „klarer“ die Sichtbarkeit ist. Aber soll man im Bereich der LED-Beleuchtung nach wie vor nach Gefühl entscheiden? Nie wieder! Am 14. Juni 2016 veröffentlichte die American Medical Association (AMA) eine offizielle Grundsatzerklärung zu LED-Straßenlaternen. Sie äußerten ernsthafte Bedenken hinsichtlich der nachteiligen Auswirkungen von hochintensiver LED-Beleuchtung.
Wie wird weißes Licht erzeugt?
Da Leuchtdioden nahezu monochromatische Lichtquellen sind, die Licht aussenden, das eine einzige Farbe hat, während Weiß im Wesentlichen eine Mischung aus Licht aus zwei oder mehr Farben (oder Wellenlängen) ist, ist dies derzeit der am meisten bevorzugte Weg, um weißes Licht aus einer LED zu erzeugen Das Modul besteht aus einer einfarbigen LED (hauptsächlich einer blauen LED) und einem Wellenlängen-Umwandlungselement (das normalerweise ein gelber Leuchtstoff ist). Die von einer LED emittierte Farbe wird typischerweise durch das Material bestimmt, aus dem sie besteht. Eine repräsentative Darstellung einer weißen LED besteht aus einem Paket eines blauen LED-Chips aus Galliumnitrid (GaN), der mit einem Leuchtstoff, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), beschichtet ist, der als Wellenlängen-Umwandlungselement (WCE) zur Erzeugung von a dient weiße Farbe der gewünschten Farbtemperatur. Durch Ändern der Zusammensetzung des Füllanteils oder des prozentualen Gewichts kann die weiße Lichtfarbe angepasst werden. Die Eigenschaft, weißes Licht über einen großen Farbraum zu erzeugen, ist für verschiedene Beleuchtungsanwendungen vorteilhaft.
Blaulichtgefahr
Trotz der Energieeffizienzvorteile emittiert hochintensive LED-Beleuchtung eine beträchtliche Menge an blauem Licht, das mit bloßem Auge weiß erscheint und nachts mehr unerwünschte Blendung erzeugt als herkömmliche Beleuchtung. Blaues Licht stellt eine potenzielle Gefahr oder eine photochemisch induzierte Netzhautschädigung als Folge einer Strahlenexposition bei Wellenlängen überwiegend zwischen 400 nm und 500 nm dar. Die überschüssigen blauen und grünen Emissionen von phosphorbeschichteten LEDs führen zu einer erhöhten Lichtverschmutzung, da diese Wellenlängen stärker im Auge gestreut werden und zu schädlichen Umgebungs- und Blendeffekten führen.
Die neue AMA-Leitlinie fordert bei der Umstellung auf LED-Beleuchtung, die schädliche Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt mindert, die gebührende Aufmerksamkeit für optimale Design- und Konstruktionsmerkmale. Sie weisen ausdrücklich darauf hin, dass die blaue LED-Beleuchtung die Sehschärfe und Sicherheit beeinträchtigen kann, was zu Bedenken führt und eine Gefahr im Straßenverkehr darstellt. Weiße LED-Straßenlaternen werden derzeit in Städten und Gemeinden auf der ganzen Welt im Namen der Energieeffizienz und langfristigen Kosteneinsparungen beworben. CCT zwischen 4000 K und 6500 K war die Wahl für viele Länder, die kürzlich ihre Straßenbeleuchtung von HPS auf LED umgerüstet haben. Allerdings werden 29 Prozent des Spektrums von 4000 K LED-Beleuchtung als blaues Licht emittiert, das das menschliche Auge als grelle weiße Farbe wahrnimmt. Abgesehen von den Auswirkungen auf die Autofahrer arbeiten LED-Straßenlaternen mit sattem Blau auf einer Wellenlänge, die Melatonin nachts am negativsten unterdrückt. Weiße LED-Lampen haben einen 5-mal stärkeren Einfluss auf den circadianen Schlafrhythmus als herkömmliche Straßenlaternen.
Physiologische Auswirkungen
Hochintensive LED-Leuchten haben ein Spektrum, das mit einer starken Spitze bei der Wellenlänge einhergeht, die Melatonin nachts am effektivsten unterdrückt. Melatonin ist ein Hormon, das von der Zirbeldrüse ausgeschüttet wird, einer kleinen, tannenzapfenförmigen Drüse, die sich in der Nähe des Zentrums des Gehirns befindet. Durch die Freisetzung von Melatonin hält die Zirbeldrüse die innere Uhr aufrecht, die die natürlichen Rhythmen der Körperfunktionen reguliert. Melatonin hat mehrere Einflüsse auf die physiologischen Funktionen des Menschen. Dieses Hormon fördert den Schlaf, beeinflusst die Emotionen, regt die Reife und Fortpflanzung an und wirkt sich auf die Immunfunktionen aus. Forschungen haben herausgefunden, dass die Produktion und die Ausschüttung von Melatonin hauptsächlich durch Licht beeinflusst werden – Melatonin besitzt eine höhere Lichtempfindlichkeit unter Farblichtern mit kurzen Wellenlängen; Andererseits hat Melatonin eine geringere Lichtempfindlichkeit unter den Farblichtern mit langen Wellenlängen. Es wird geschätzt, dass eine phosphorbeschichtete LED-Lampe die zirkadiane Physiologie mindestens fünfmal stärker beeinflusst als ein Hochdruck-Natriumlicht, das auf Melatoninunterdrückung basiert.
Hohe CCT ≠ Bessere Sichtbarkeit
Die menschliche Wahrnehmung der Farbe eines Objekts stammt von Farbsensoren im Auge, die auf elektromagnetische Strahlung reagieren, die von dem Objekt reflektiert wird. Beim mesopischen Sehen ist das menschliche Auge empfindlicher für kurzwelliges Licht. Daher hätten phosphorbeschichtete weiße LEDs, die einen höheren Blaulichtanteil haben, eine höhere Lichtausbeute bei mesopischer Sicht als bei photopischer Sicht. Diese Eigenschaft wurde in der Vergangenheit als Vorteil von weißen LEDs beschrieben. Dennoch ist eine höhere CCT mit einer geringeren Transmission bei Nebel oder Dunst verbunden. Da es Rayleigh-Streuung und Mie-Streuung gibt, wird Licht nicht vollständig durch Nebel oder Dunst übertragen. Die Nebeldurchdringungsfähigkeit ist eine unverzichtbare Überlegung, da Straßenlaternen verwendet werden, um die Straße bei nebligem oder diesigem Wetter zu beleuchten. Im Allgemeinen hat gelbes Licht ein besseres Nebeldurchdringungsvermögen als weißes Licht. Die Nebeldurchdringungsfähigkeit der meisten weißen LEDs ist schlecht. Die geringe Nebeldurchdringungsfähigkeit führt aufgrund der molekularen (Rayleigh) und Aerosol- (Mie) Streuung auch zu einer höheren städtischen Himmelslichtverschmutzung durch weiße LEDs. Eine solche Streuung verringert nicht nur die Beleuchtung des Bodens und erschwert die Beobachtung von Bodenobjekten (und macht somit die Fahrbahn noch weniger sicher), das durch Streuung verursachte Leuchten des Himmels hat auch einen unerwünschten Effekt auf die astronomische Forschung und beeinträchtigt die allgemeine Ästhetik des Himmels nachts.
Eine ineffiziente Dunkelanpassung ist ein wichtiger Faktor, der nachts zu Verkehrsunfällen führt. In einem Versuch, die Dunkelanpassung zu beschleunigen und die Fahrsicherheit und -effizienz des Fahrers zu verbessern, wird typischerweise eine Beleuchtung mit niedriger Farbtemperatur für die Beleuchtung verwendet. LED-Beleuchtung mit einem Kaltweiß- oder Tageslicht-CCT hat einen relativ hohen Anteil an blauen Lichtanteilen und die längste Dunkeladaptionszeit. Im Gegensatz dazu haben warmweiße LEDs eine relativ niedrige CCT und einen hohen Anteil langwelliger Komponenten und daher kurze Dunkelanpassungszeiten. Die Dunkelanpassung sollte ein wichtiger Designaspekt für die Straßenbeleuchtung sein und ist bei der Tunnelbeleuchtung von entscheidender Bedeutung.
Gesunde Beleuchtung
AMA empfiehlt die Verwendung von 3000 K oder weniger Beleuchtung für Außeninstallationen wie Straßen. Bei 3000 K nimmt das menschliche Auge das Licht immer noch als „weiß“ wahr, es ist jedoch etwas wärmer im Ton und hat ungefähr 21 Prozent seiner Emission im blau erscheinenden Teil des Spektrums. Diese Emission bleibt für die nächtliche Umgebung immer noch sehr blau, ist aber eine wesentliche Verbesserung gegenüber der 4000K-Beleuchtung, wenn man bedenkt, dass sie Unbehagen und Blendung durch Behinderungen reduziert. Aufgrund verschiedener Beschichtungen liegt die Energieeffizienz von 3000K-Beleuchtung nur 3 Prozent unter der von 4000K, aber das Licht ist deutlich angenehmer für Menschen und hat weniger Auswirkungen auf die Tierwelt. Darüber hinaus sollte die gesamte LED-Beleuchtung ordnungsgemäß abgeschirmt sein, um Blendung und nachteilige Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu minimieren, und es sollten Anstrengungen unternommen werden, um die Fähigkeit der LED-Beleuchtung zu nutzen, für Schwachlastzyklen gedimmt zu werden.
Unter der LED-Beleuchtung von etwa 3000 K CCT hat das menschliche Auge eine anständige Dunkelanpassungszeit und Farbunterscheidungsfähigkeiten, das LED-Licht bei dieser CCT hat auch eine relativ hohe Lichtausbeute und weniger nachteilige Auswirkungen auf unser körperliches und geistiges Wohlbefinden. Die Antwort liegt auf der Hand, dass LED-Beleuchtung mit hohem CCT für Straßenbeleuchtung vermieden werden sollte, obwohl es Kompromisse beim Lichtdesign gibt, bei denen Leuchtdichte, Farbwiedergabeindex (CRI), CCT, Blendungsbegrenzung, Flimmern, mesopische Beleuchtungsstärke, Dunkelanpassung, Blau Lichtgefährdung, Farbwahrnehmung, Nebeldurchdringung und Himmelslichtverschmutzung sind integrale Bestandteile jeder Projektbewertung, die die Eignung einer Leuchte für die Straßenbeleuchtung bestimmen.
