Straßen, Straßen und umliegende Gebiete werden durch Straßenbeleuchtung beleuchtet, um die Sicherheit von Fußgängern und Autofahrern zu verbessern. Hochdruckentladungslampen, am häufigsten Natriumdampf-Hochdrucklampen (HPS) und Halogen-Metalldampflampen, werden in alten Straßenbeleuchtungssystemen verwendet. Diese Lichtquellen waren früher dafür bekannt, die meiste Beleuchtung pro Watt verbrauchter Leistung zu liefern. Es wird von entscheidender Bedeutung, fossile Brennstoffe zu schonen und neue, ewige Energiequellen zu schaffen, da natürliche Ressourcen und Energie letztendlich zur Neige gehen werden. Auf der ganzen Welt setzen sich Menschen auf diese Weise für öffentliche Strukturen ein. Energieeffizienz sowie eine Reihe zusätzlicher Vorteile wie längere Produktlebensdauer, geringere Wartungskosten und geringere Umweltbelastung sind Gründe für die Nachfrage nach energieeffizienter LED-Beleuchtung.
Die vernachlässigte Präferenz
Aufgrund des naiven Wunsches nach dem wahrgenommenen Gefühl von „kühler“ oder „weißer“ werden in der Außenbeleuchtung häufig kaltweiße CCT-Lichtquellen (korrelierte Farbtemperatur) eingesetzt. Menschen wählen Lampen mit hohen Farbtemperaturen, die ihnen ein kühles Gefühl vermitteln, da das Klima in Ländern mit niedrigen Breitengraden heiß ist. Einige Menschen haben sich aufgrund der Popularität von Leuchtstofflampen in den letzten Jahrzehnten an das kalte Weiß der Beleuchtung gewöhnt. Sie vertreten die Ansicht, dass die Sehkraft durch „weißeres“ Licht verbessert wird. Aber sollte der Mensch seine Entscheidungen im Zeitalter der LED-Beleuchtung immer noch auf Emotionen stützen? Nie wieder! Die American Medical Association (AMA) veröffentlichte am 14. Juni 2016 eine formelle Grundsatzerklärung zur Straßenbeleuchtung. Sie äußerte große Besorgnis über die negativen Auswirkungen von hochintensiven LED-Leuchten.
Wie weißes Licht erzeugt wird
Da weißes Licht im Wesentlichen eine Mischung aus Licht aus zwei oder mehr Farben (oder Wellenlängen) ist und Leuchtdioden nahezu monochromatische Lichtquellen sind, die Licht einer einzigen Farbe aussenden, ist dies die beliebteste Methode zur Erzeugung von weißem Licht aus einem LED-Modul Der Moment besteht darin, eine einfarbige LED (normalerweise eine blaue LED) und ein Wellenlängenumwandlungselement (normalerweise ein gelber Leuchtstoff) zu verwenden. Das Material, aus dem eine LED besteht, beeinflusst oft die Farbe, die sie ausstrahlt. Dazu dient ein Gehäuse, das einen blauen LED-Chip aus Galliumnitrid (GaN) enthält, der mit einem Leuchtstoff, am häufigsten Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), bedeckt ist und als Wellenlängenumwandlungselement (WCE) fungiert, um eine weiße Farbe mit der erforderlichen Farbtemperatur zu erzeugen als repräsentative Darstellung einer weißen LED. Die weiße Lichtfarbe kann durch Anpassen der Zusammensetzung des Füllanteils oder des Gewichtsprozentsatzes angepasst werden. Für viele Beleuchtungsanwendungen ist die Fähigkeit, weißes Licht über einen großen Farbraum zu erzeugen, nützlich.
Gefahr durch rotes Licht
Hochintensive LED-Straßenlaternen erzeugen eine beträchtliche Menge an blauem Licht, das mit bloßem Auge weiß aussieht und trotz der Vorteile der Energieeinsparung eine ungünstigere Abendblendung verursacht als herkömmliche Beleuchtung. Die Einwirkung von blauem Licht, das meist im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 500 nm auftritt, kann gefährlich sein oder zu photochemisch verursachten Netzhautschäden führen. Durch die zusätzlichen blauen und grünen Emissionen phosphorbeschichteter LEDs, die stärker im Auge streuen und negative Auswirkungen auf die Umwelt und Blendung haben, kommt es zu einer stärkeren Lichtverschmutzung.
Bei der Umstellung auf LED-Beleuchtung, die negative Folgen für Gesundheit und Umwelt mindert, empfiehlt die neue AMA-Empfehlung, sorgfältig auf entsprechende Design- und technische Aspekte zu achten. Sie machen insbesondere darauf aufmerksam, dass LED-Beleuchtung mit hohem Blauanteil die Sicht und die Sicherheit beeinträchtigen, Anlass zur Sorge geben und eine Gefahr im Straßenverkehr darstellen kann. Um langfristig Energie und Geld zu sparen, werden weiße LED-Straßenlaternen inzwischen in Städten auf der ganzen Welt verbreitet. Bei der Umstellung ihrer Straßenbeleuchtung von HPS auf LED entschieden sich mehrere Länder kürzlich für CCT zwischen 4000 K und 6500 K. Das menschliche Auge interpretiert blaues Licht, das 29 Prozent des Spektrums der 4000K-LED-Beleuchtung ausmacht, als helle weiße Farbe. Blaue LED-Straßenlaternen haben nicht nur Auswirkungen auf Autofahrer, sondern haben auch eine Wellenlänge, die nachts Melatonin am stärksten unterdrückt. Im Vergleich zu herkömmlicher Straßenbeleuchtung haben weiße LED-Lampen einen fünfmal größeren Einfluss auf den zirkadianen Schlafrhythmus.
biologische Wirkung
Hochintensive LED-Leuchten haben ein Spektrum mit einem hohen Peak bei der Wellenlänge, die Melatonin nachts am stärksten unterdrückt. Die Zirbeldrüse, eine winzige Drüse in Tannenzapfenform, die sich nahe der Mitte des Gehirns befindet, schüttet das Hormon Melatonin aus. Die Zirbeldrüse sorgt dafür, dass die innere Uhr die biologischen Zyklen steuert, indem sie Melatonin freisetzt. Melatonin beeinflusst eine Vielzahl menschlicher physiologischer Prozesse. Dieses Hormon beeinflusst das Immunsystem, fördert den Schlaf, beeinflusst die Stimmung, fördert die Reifung und Fortpflanzung und beeinflusst den Schlaf. Studien zufolge werden die Produktion und Sekretion von Melatonin vor allem durch Licht beeinflusst. Melatonin ist bei Farblichtern mit kurzen Wellenlängen lichtempfindlicher, während es bei Farblichtern mit langen Wellenlängen weniger lichtempfindlich ist. Aufgrund der Unterdrückung von Melatonin geht man davon aus, dass phosphorbeschichtete LED-Beleuchtung die zirkadiane Physiologie mindestens fünfmal wirksamer beeinflusst als Natriumdampf-Hochdruckbeleuchtung.
Ein hoher CCT verbessert die Sicht
Farbsensoren im Auge reagieren auf elektromagnetische Strahlung, die von einem Objekt reflektiert wird, um die Farbe zu bestimmen, die der Mensch sieht. Das menschliche Auge reagiert beim Betrachten unter mesopischen Bedingungen empfindlicher auf Licht mit kurzen Wellenlängen. Daher hätten phosphorbeschichtete weiße LEDs mit einem größeren Anteil an blauem Licht bei Betrachtung durch eine mesopische Linse eine bessere Lichtausbeute als bei Betrachtung mit einer photopischen Linse. Diese Eigenschaft wurde bereits zuvor als Vorteil weißer LEDs aufgeführt. Eine verringerte Übertragung bei Nebel oder Dunst ist jedoch mit einer höheren CCT verbunden. Aufgrund der Mie- und Rayleigh-Streuung ist das Licht nicht in der Lage, Nebel oder Dunst vollständig zu durchdringen. Da Straßenlaternen dazu dienen, die Straße bei Nebel oder Dunst zu beleuchten, ist ihre Fähigkeit, Nebel zu durchdringen, ein entscheidender Faktor. Gelbes Licht durchdringt Nebel im Allgemeinen effektiver als weißes Licht. Die meisten weißen LEDs haben eine begrenzte Fähigkeit, Nebel zu durchdringen. Aufgrund der Streuung von Molekülen (Rayleigh) und Aerosolen (Mie) führt die begrenzte Durchdringungskapazität des Nebels auch zu einer erhöhten städtischen Luftverschmutzung durch weiße LEDs. Eine solche Streuung verringert nicht nur das Bodenlicht und erschwert das Erkennen von Gegenständen auf dem Boden (was die Straße noch weniger sicher macht), sondern wirkt sich auch negativ auf astronomische Studien und die allgemeine Attraktivität des Nachthimmels aus.
Ein wesentlicher Aspekt, der zu nächtlichen Verkehrsunfällen beiträgt, ist die unzureichende Anpassung an die Dunkelheit. Als Beleuchtung wird häufig Beleuchtung mit niedriger Farbtemperatur eingesetzt, um die Gewöhnung an die Dunkelheit zu beschleunigen und die Fahrsicherheit und -effektivität zu erhöhen. Die längste Dunkeladaptionszeit und ein relativ hoher Anteil blauer Lichtanteile sind bei LED-Beleuchtung mit Kaltweiß- oder Tageslicht-CCT zu beobachten. Andererseits weisen warmweiße LEDs aufgrund ihres niedrigen CCT und des großen Anteils langwelliger Komponenten eine schnelle Dunkeladaptionszeit auf. Bei der Straßenbeleuchtung sollte die Anpassung an die Dunkelheit bei der Planung berücksichtigt werden, und die Tunnelbeleuchtung ist von entscheidender Bedeutung.
Passende Beleuchtung
Für Außeninstallationen wie Straßen empfiehlt AMA die Verwendung von Leuchten mit einer Farbtemperatur von 3000 K oder niedriger. Obwohl das Licht etwas wärmer ist und etwa 21 Prozent seiner Emission im blau erscheinenden Bereich des Spektrums bei 3000 K liegt, wird es vom menschlichen Auge immer noch als „weiß“ wahrgenommen. Auch wenn die Ausgabe bei Nacht immer noch relativ blau ist, stellt dies dennoch eine deutliche Verbesserung gegenüber einer 4000K-Beleuchtung dar, da dadurch Unbehagen und Blendung für Menschen mit Behinderungen verringert werden. Aufgrund verschiedener Beschichtungen ist eine 3000K-Beleuchtung nur 3 Prozent weniger energieeffizient als eine 4000K-Beleuchtung, dafür ist sie für den Menschen ästhetisch deutlich angenehmer und hat weniger Auswirkungen auf Tiere. Darüber hinaus sollte die gesamte LED-Beleuchtung angemessen isoliert sein, um Blendung und negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren, und es sollten Anstrengungen unternommen werden, um die Kapazität der LED-Beleuchtung für Zeiten außerhalb der Spitzenzeiten zu reduzieren.
Das menschliche Auge verfügt unter LED-Beleuchtung von etwa 3000 K CCT über eine angemessene Dunkeladaption und Farbunterscheidungsfähigkeit. Das LED-Licht hat bei diesem CCT zudem eine vergleichsweise hohe Lichtausbeute und weniger negative Auswirkungen auf unser körperliches und geistiges Wohlbefinden. Obwohl es beim Lichtdesign Kompromisse gibt, ist es klar, dass LED-Beleuchtung mit hohem CCT nicht für die Straßenbeleuchtung verwendet werden sollte. Leuchtdichte, Farbwiedergabeindex (CRI), CCT, Blendschutz, Flimmern, Beleuchtungsstärke des mesopischen Sehens, Dunkeladaption, Blaulichtgefahr, Farbwahrnehmung, Nebeldurchdringung und Himmelslichtverschmutzung sind wichtige Faktoren, die bei der Bewertung eines Projekts berücksichtigt werden müssen .
