1. Einleitung

Die Gestaltung von Außenbeleuchtung ist eine komplexe Disziplin, die über einfache Raumbeleuchtung hinausgeht und die öffentliche Sicherheit, den Sehkomfort, den Energieverbrauch und die natürliche Umwelt maßgeblich beeinflusst. Die präzise Steuerung und Verteilung des Lichts ist der Schlüssel zum Erreichen dieser vielschichtigen Ziele. Dieser Artikel bietet eine umfassende Analyse wichtiger Lichtverteilungskonzepte – insbesondere Cutoff-Leuchten (einschließlich Full-Cutoff, Cutoff und Semi-Cutoff), Non-Cutoff-Leuchten und Batwing-Verteilungen – und vergleicht sie streng mit den etablierten Standards für Straßenbeleuchtung in Nordamerika (hauptsächlich definiert von der Illuminating Engineering Society of North America (IESNA)). Durch die Analyse der technischen Definitionen, Merkmale und typischen Anwendungen jedes Typs verdeutlicht dieser Artikel die Unterschiede und Synergien zwischen ihnen und bietet Fachleuten in Stadtplanung, Tiefbau und Lichtdesign wertvolle Einblicke für die Entwicklung nachhaltiger, konformer und hochwertiger Außenbeleuchtungslösungen.

2. Cutoff-Klassifizierung von Vorrichtungen verstehen

Die Cutoff-Klassifizierung von Leuchten definiert das Ausmaß, in dem Licht über die horizontale Ebene hinaus emittiert wird. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung von Lichtverschmutzung, Blendung und Lichteinfall. Diese Klassifizierungen, die ursprünglich von der Illuminating Engineering Society (IES) festgelegt wurden, bieten einen Rahmen für die Kontrolle der Lichtemission nach oben.

2.1. Full Cutoff-Spiele

Die Lichtverteilung von Full-Cut-off-Leuchten wird durch zwei strenge Standards definiert: Erstens ist die Lichtintensität (Candela) am Nadir (direkt darunter) bei 90 Grad oder darüber Null, was bedeutet, dass die Leuchte kein Licht direkt nach oben abgibt 1Zweitens darf der Candela-Wert bei einem vertikalen Winkel von 80 Grad oder mehr pro 1000 Lumen der bloßen Lampe 100 nicht überschreiten (d. h. 10%). 1Diese Grenzwerte gelten für alle seitlichen Winkel um die Vorrichtung herum.

Full-Cut-off-Leuchten sind so konzipiert, dass sie das gesamte Licht nach unten lenken und so Skyglow (die Aufhellung des Nachthimmels) und Light Trespass (unerwünschtes Licht, das auf angrenzende Grundstücke fällt) effektiv minimieren. 5. Diese Eigenschaft macht sie zur Einhaltung der Dark-Sky-Vorschriften und zum Schutz der nächtlichen Umgebungen von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus reduzieren sie durch die strikte Kontrolle des Hochwinkellichts die direkte Blendung erheblich und erhöhen so den Sehkomfort und die Sicherheit für Fahrer und Fußgänger. 6Ihre Effizienz, das Licht präzise nur dorthin zu lenken, wo es benötigt wird, trägt auch zur Energieeinsparung bei 6. Daher schreiben viele lokale Vorschriften und Umweltstandards in Nordamerika die Verwendung von Vollabschaltungsvorrichtungen vor oder empfehlen diese dringend. 5.

2.2. Cutoff-Vorrichtungen

Die Lichtverteilung von Cutoff-Leuchten wird durch bestimmte Candela-Grenzen definiert: Der Candela-Wert bei einem vertikalen Winkel von 90 Grad überschreitet nicht 25 (2,5%) 2. Am Nadir überschreitet der Candela-Wert bei einem vertikalen Winkel von 80 Grad nicht 100 (10%) 2Diese Grenzwerte gelten für alle seitlichen Winkel. Obwohl oberhalb von 90 Grad eine geringe Lichtmenge zulässig ist, kontrollieren Cutoff-Leuchten das nach oben gerichtete Licht im Vergleich zu Semi-Cutoff- oder Non-Cutoff-Leuchten immer noch deutlich und tragen so zur Reduzierung der Lichtverschmutzung bei.

2.3. Semi-Cutoff-Vorrichtungen

Bei Semi-Cut-off-Leuchten gelten weniger strenge Beschränkungen für das nach oben gerichtete Licht: Der Candela-Wert bei einem vertikalen Winkel von 90 Grad überschreitet 50 nicht (5%). 2Bei 80 Grad überschreitet der Candela-Wert 200 nicht (20%) 2Diese Grenzwerte gelten für alle seitlichen Winkel. Im Vergleich zu Full-Cutoff- oder Cutoff-Leuchten strahlen Semi-Cutoff-Leuchten in hohen Winkeln mehr Licht ab, wodurch das Risiko von Blendung und Himmelsaufhellung steigt. Sie werden im Allgemeinen nicht für ökologisch sensible Bereiche oder Situationen empfohlen, in denen eine strenge Kontrolle der Lichtverschmutzung erforderlich ist.

2.4. Nicht-Cutoff-Vorrichtungen

Non-Cutoff-Leuchten zeichnen sich durch das Fehlen von Lichtintensitätsbeschränkungen (Candela) oberhalb ihres maximalen Candela-Bereichs aus 2Diese Leuchten strahlen Licht in alle Richtungen ab, darunter auch erhebliche Mengen direkt nach oben und horizontal. Dieser Mangel an Kontrolle führt zu starker Lichtverschmutzung (Himmelsglühen), erheblichen Lichteinfall in angrenzende Grundstücke und oft zu unangenehmer Blendung 9Aufgrund wachsender Umweltbedenken und regulatorischer Bemühungen zur Kontrolle der Lichtverschmutzung wird ihre Verwendung in vielen Ländern zunehmend eingeschränkt oder verboten 6.

Die Entwicklung von Non-Cutoff- zu Full-Cutoff-Leuchten stellt einen sinnvollen Fortschritt in der Lichttechnik und im regulatorischen Rahmen dar, der die negativen Auswirkungen der Außenbeleuchtung mindern soll. Dieser Trend unterstreicht die wachsende Bedeutung von Umweltverantwortung und der Verbesserung der visuellen Qualität in der modernen Lichtgestaltung. Uneingeschränktes Licht (charakteristisch für Non-Cutoff-Leuchten) führt zu Problemen wie Blendung, Lichtstreuung auf angrenzende Grundstücke und weit verbreiteter Lichtverschmutzung. 9Umgekehrt wurden strengere Cutoff-Klassifizierungen, wie z. B. Full Cutoff, entwickelt, um diese Probleme anzugehen. Ihr Ziel ist es, „die Lichtverschmutzung zu reduzieren“, „das Himmelsleuchten zu minimieren“, „Blendung zu reduzieren“, „den Sehkomfort zu verbessern“ und „die Energieeffizienz zu steigern“. 5Diese Entwicklung in der Klassifizierung ist eine direkte Reaktion der Industrie und der Regulierungsbehörden (wie der International Dark-Sky Association und IES RP-33) auf die Erkenntnis, dass Lichtverschmutzung und Blendung erhebliche Probleme darstellen. Sie führt zu strengeren Standards und fördert verantwortungsvollere und nachhaltigere Beleuchtungspraktiken. Sie zeigt, dass sich die Lichtgestaltung von der bloßen Bereitstellung von Beleuchtung hin zu einer „hochwertigen“ Beleuchtung entwickelt hat, die die umfassenderen Auswirkungen auf Umwelt und Mensch berücksichtigt.

Bemerkenswert ist, dass das traditionelle Cutoff-Klassifizierungssystem durch das BUG-Bewertungssystem (Backlight-Uplight-Glare) ersetzt wird. 3Dieser Übergang markiert einen Schritt hin zu einem detaillierteren, umfassenderen und praxistauglicheren Ansatz zur Bewertung der Beleuchtungsleistung. Dabei wird berücksichtigt, dass Uplight nur ein Aspekt von Lichtverschmutzung und unbefugtem Zutritt ist. Das traditionelle Cutoff-System konzentriert sich primär auf die Lichtemission in Winkeln über 80° und 90° (Uplight). Die BUG-Bewertung hingegen unterteilt die sphärische Lichtverteilung in drei verschiedene Zonen: „Oben“, „Vorne“ und „Hinten“ und quantifiziert die Lichtmenge in jeder Zone. 3. Das bedeutet, dass nicht nur das Aufwärtslicht, sondern auch das nach hinten fallende Licht (Gegenlicht, das zu unbefugtem Eindringen führt) und die Blendung (Licht, das in einem steilen Winkel nach vorne austritt und möglicherweise Unbehagen verursacht) bewertet werden. Diese Verschiebung verdeutlicht, dass die Kontrolle des Aufwärtslichts zwar wichtig ist, aber nicht ausreicht, um eine wirklich umfassende und verantwortungsvolle Außenbeleuchtung zu erreichen. Gegenlicht kann zu erheblichem Lichteinfall auf benachbarte Grundstücke führen und Blendung beeinträchtigt direkt den Sehkomfort und die Sicherheit. Die BUG-Bewertung bietet Planern und Aufsichtsbehörden einen umfassenderen und differenzierteren Rahmen, um alle wichtigen Formen der Lichtverschmutzung und -störungen zu berücksichtigen. Dies ermöglicht eine präzisere Auswahl und Gestaltung von Leuchten und führt zu einer insgesamt besseren Beleuchtungsqualität, mehr Sicherheit und einem verbesserten Umweltmanagement durch den Übergang von einem einfachen Bestehen/Nichtbestehen-System zu einer abgestuften, mehrdimensionalen Bewertung.

Tabelle 1: Vergleich der Klassifizierungsmerkmale von Cutoff-Vorrichtungen

3. Batwing-Verteilung

Die Batwing-Verteilung stellt eine einzigartige optische Designstrategie dar, die auf die Optimierung der Lichtqualität und -gleichmäßigkeit innerhalb des beleuchteten Bereichs abzielt. Im Gegensatz zu Cutoff-Klassifizierungen, die das Aufwärtslicht steuern, oder den IESNA-Typen, die die Gesamtform des Lichts auf Oberflächen definieren, konzentriert sich die Batwing-Verteilung auf die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung.

3.1. Definition und einzigartiges Profil

Die Batwing-Verteilung zeichnet sich durch ihre Fähigkeit aus, eine außergewöhnlich gleichmäßige Lichtleistung über einen weiten Abstrahlwinkelbereich zu erzeugen. 12Der Name „Fledermausflügel“ leitet sich von der einzigartigen Form des Lichtintensitätsprofils ab, das in einem Polardiagramm an die Flügel einer Fledermaus erinnert und zwei Intensitätsspitzen auf beiden Seiten des Nadirs aufweist. 12.

Diese einzigartige Lichtverteilung wird typischerweise durch die Integration speziell entwickelter Diffusoren oder fortschrittlicher optischer Elemente in die Leuchte erreicht. Diese optischen Komponenten zerlegen das von LED-Quellen emittierte Licht in eine Reihe kleiner, gleichmäßig verteilter Strahlen. Dieser spezielle Diffusionsprozess wandelt die übliche „Hotspot“-Verteilung (bei der das Licht in der Mitte am hellsten ist und zu den Rändern hin schnell abnimmt) in eine deutlich gleichmäßigere Lichtverteilung um. 12. Darüber hinaus verwenden einige Batwing-Designs optische Filme, um eine „doppelt gebeugte Lichtintensität“ zu erreichen und so spezielle Beleuchtungsanforderungen zu erfüllen 13.

3.2. Vorteile und Anwendungen

Die Batwing-Verteilung bietet gegenüber herkömmlichen Lichtmustern mehrere wesentliche Vorteile:

• Gleichmäßigere Lichtleistung: Es gewährleistet eine gleichbleibende Beleuchtungsstärke über den gesamten Abstrahlwinkelbereich, minimiert Helligkeitsschwankungen und reduziert das Auftreten dunkler Flecken 12.

• Weniger Hotspots: Durch die Beseitigung konzentrierter Lichtbereiche lindert die Batwing-Verteilung Sehbeschwerden und schafft eine ästhetisch ansprechendere Lichtumgebung. 12.

• Verbesserter Sehkomfort und blendfreie Umgebung: Die gleichmäßige Lichtverteilung reduziert starke Kontraste und direkte Blendung deutlich und bietet dem Benutzer ein komfortableres und ergonomischeres Seherlebnis. 12.

• Verbesserte Produktivität und Stimmung: Studien zeigen, dass eine angenehme, blendfreie und gleichmäßige Beleuchtung die Produktivität und das allgemeine Wohlbefinden der Benutzer in verschiedenen Umgebungen wie Büros, Einzelhandelsräumen, Klassenzimmern und Bibliotheken positiv beeinflussen kann. 12.

Die Batwing-Verteilung ist eine ausgezeichnete Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen, die gleichmäßige, blendfreie Bedingungen erfordern:

• Gewerbe- und Industrieräume: Büros, Einzelhandelsumgebungen, Klassenzimmer und Bibliotheken profitieren von schatten- und hotspotfreier Beleuchtung, die die Konzentration verbessert und die Augenbelastung reduziert 12.

• Wohnraumbeleuchtung: Sie trägt dazu bei, eine gemütlichere und wärmere Atmosphäre in den eigenen vier Wänden zu schaffen.

• Indirekte Beleuchtung: Besonders effektiv ist die Verwendung von indirekten Pendelleuchten. Das Licht wird zur Decke gelenkt und beleuchtet den Raum indirekt. Dadurch entsteht ein breites, gleichmäßiges Muster reflektierten Lichts, das die Gleichmäßigkeit weiter verbessert und direkte Blendung reduziert. 12.

Die Batwing-Verteilung ist ein optisches Designmerkmal, das in Leuchten integriert werden kann und kein unabhängiges Klassifizierungssystem wie Cutoff- oder IESNA-Typen darstellt. Sie befasst sich mit der Lichtqualität und -gleichmäßigkeit innerhalb des beleuchteten Bereichs und dient als Ergänzung zu umfassenderen Klassifizierungssystemen. Dieser Unterschied ist entscheidend: Batwing ist kein Ersatz für IESNA- oder Cutoff-Klassifizierungen, sondern vielmehr eine ausgeklügelte optische Engineering-Lösung, die in Leuchten integriert werden kann, die bestimmte Cutoff- und IESNA-Anforderungen erfüllen. Beispielsweise kann eine für einen Parkplatz konzipierte Full-Cutoff-Leuchte (z. B. IESNA Typ V) Batwing-Optikelemente verwenden, um im gesamten Bereich ein gleichmäßig helles, kreisförmiges Lichtmuster ohne störende Hotspots zu gewährleisten. Dies verdeutlicht, dass effektives Lichtdesign mehrere sich überschneidende Überlegungen umfasst: Kontrolle des Streulichts (Cutoff), Gestaltung des beleuchteten Bereichs (IESNA) und Optimierung der Lichtqualität innerhalb dieses Bereichs (Batwing).

Die Entwicklung und Einführung der Batwing-Lichtverteilung spiegelt eine Designphilosophie wider, die über die rein quantitative Beleuchtung (z. B. das Erreichen einer bestimmten Beleuchtungsstärke) hinausgeht und qualitative Aspekte der Beleuchtung wie Sehkomfort und allgemeines Benutzererlebnis in den Vordergrund stellt. Dies markiert einen Reifegrad der Lichtplanung, bei dem menschliche Faktoren zunehmend in technische Spezifikationen integriert werden. Traditionelle Lichtplanung konzentrierte sich in erster Linie auf das Erreichen minimaler Beleuchtungsstärken. Allerdings gelten „Hotspots“ und „Blendung“ als Probleme, die zu „Unwohlsein und Ermüdung“, „visueller Belastung“ und der Schaffung „unfreundlicher“ Umgebungen führen. Die Vorteile der Batwing-Lichtverteilung (Gleichmäßigkeit, Blendungsreduzierung, gesteigerte Produktivität) beheben diese qualitativen Mängel direkt. 12Dies deutet auf eine Verschiebung der Prioritäten in der Lichtplanung hin. Zwar ist die Einhaltung quantitativer Lichtniveaus weiterhin wichtig, doch wächst das Bewusstsein, dass die „Qualität“ der Lichtverteilung – also wie gleichmäßig und angenehm das Licht verteilt wird – ebenso entscheidend für das menschliche Wohlbefinden, die Arbeitsleistung und die allgemeine Zufriedenheit mit der Beleuchtung von Räumen ist. Dies steht für einen umfassenderen, menschenzentrierten Ansatz in der Lichtplanung.

4. Nordamerikanische Straßenbeleuchtungsstandards: IESNA-Klassifizierungen

Die Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) hat ein grundlegendes Klassifizierungssystem entwickelt, das die Lichtverteilung auf horizontalen Flächen vorschreibt. Dies ist für die Gestaltung von Straßen, Parkplätzen und anderen Außenbereichen in Nordamerika von entscheidender Bedeutung. Dieses System bietet eine standardisierte Sprache zur Beschreibung der Leistung von Leuchten.

4.1. Übersicht über das IESNA-Klassifizierungssystem

Das IESNA-Klassifizierungssystem basiert in erster Linie auf der Form und dem Ausmaß des von der Leuchte erzeugten Beleuchtungsbereichs 8Es bietet wichtige Hinweise für die Planung und Installation verschiedener Außenbeleuchtungssysteme, einschließlich Straßen, Gehwegen und Parkplätzen 8Die Klassifizierung bestimmt die Lichtverteilung, indem sie auf einem standardisierten Raster misst, wo das meiste Licht auftrifft, und Punkte mit der höchsten und 50% Candela-Intensität (Lichtintensitätsverteilung) hervorhebt. Das System berücksichtigt sowohl die seitliche Lichtverteilung (quer zur Straße) als auch die vertikale Lichtverteilung (entlang der Straße). 8.

Der umfassende Standard für die Beleuchtung von Straßen und Parkplätzen in Nordamerika ist ANSI/IES RP-8 (Empfohlene Praxis für die Beleuchtung von Straßen und Parkplätzen). Dieses Dokument fasst zahlreiche frühere unabhängige Standards der IES zusammen und bietet detaillierte Anleitungen zu Design, Wartung, Energieeffizienz, Umweltverträglichkeit und Sicherheit für verschiedene Straßen- und Fußgängeranwendungen. 11.

4.2. Seitliche Lichtverteilungstypen (Typ I, II, III, IV, V, VS)

Diese Klassifizierungen definieren, wie das Licht seitlich entlang einer Straße oder eines Beleuchtungsbereichs verteilt wird, gekennzeichnet durch den Punkt, an dem die Leuchte 50% ihrer Lichtintensität erreicht 8.

• Typ I:

• Eigenschaften: Bietet ein schmales symmetrisches oder asymmetrisches elliptisches Lichtmuster, typischerweise mit einem Hauptstrahlwinkel von etwa 15 Grad. Die Candela-Trajektorie des 50% liegt zwischen einer Installationshöhe (MH) auf der Hausseite und einer Installationshöhe auf der Straßenseite 8.

• Anwendungen: Am besten geeignet für schmale, langgestreckte Bereiche wie Gehwege, schmale Wege, Begrenzungsbeleuchtung und einspurige Straßen 8.

  

• Typ II:

• Eigenschaften: Verfügt über ein schmales asymmetrisches Muster mit einer bevorzugten seitlichen Breite von 25 Grad. Die Candela-Trajektorie des 50% liegt zwischen einer Installationshöhe auf der Straßenseite und dem 1,75-fachen der Installationshöhe 8Dieser Typ eignet sich normalerweise für Leuchten auf der nahen Seite oder in der Nähe von relativ schmalen Straßen, deren Breite das 1,75-fache der geplanten Installationshöhe nicht überschreitet 9.

• Anwendungen: Geeignet für 1-2-spurige Straßen, Hauptkorridore, Autobahnen, breite Gehwege, kleine Seitenstraßen, Joggingpfade und Radwege 8.

  

• Typ III:

• Eigenschaften: Bietet ein breites asymmetrisches Muster, vorzugsweise mit einer seitlichen Breite von 40 Grad, das das Licht nach außen und zu den Seiten projiziert. Die Candela-Trajektorie des 50% liegt zwischen dem 1,75-fachen und dem 2,75-fachen der Installationshöhe 8Dieser Typ wird typischerweise an der Seite des zu beleuchtenden Bereichs montiert, wobei die Breite des beleuchteten Bereichs normalerweise weniger als das 2,75-fache der Masthöhe betragen sollte 16.

• Anwendungen: Wird häufig in Hauptkorridoren, Autobahnen, Parkplätzen und großen offenen Bereichen verwendet, die eine breitere Abdeckung erfordern 8.

  

• Typ IV:

• Eigenschaften: Weist ein asymmetrisches, nach vorne gerichtetes Lichtmuster auf, vorzugsweise mit einer seitlichen Breite von 60 Grad, und sorgt für eine starke und gleichmäßige Beleuchtung über einen Bereich von 90 bis 270 Grad. Die Candela-Strahlungsbahn des 50% liegt zwischen dem 2,75-fachen und dem 3,75-fachen der Installationshöhe 8Es strahlt ein elliptisches Lichtmuster aus, das stärker nach vorne gerichtet ist und eine geringere Breite aufweist als Typ III, wodurch es Lichtstreuung sehr effektiv kontrolliert. 8Es ist für die Montage an den Seiten breiter Straßen konzipiert, deren Breite das 3,7-fache der Installationshöhe nicht überschreitet 9.

• Anwendungen: Am besten geeignet für Randanwendungen, die eine Montage an Wänden oder Masten erfordern, wie z. B. Parkplätze, Plätze und Gebäudeaußenseiten, wo das Licht hauptsächlich nach vorne gerichtet werden muss und eine strenge Kontrolle über die Rückstreuung erforderlich ist 8Es strahlt Licht in einem halbkreisförmigen Muster aus 21.

  

• Typ V:

• Eigenschaften: Erzeugt ein vollständig symmetrisches kreisförmiges Lichtmuster mit gleicher Intensität in allen seitlichen Winkeln 4Die Candela-Trajektorie des 50% ist kreisförmig symmetrisch um die Leuchte 8.

• Anwendungen: Am besten geeignet für die Beleuchtung großer offener Bereiche von einem zentralen Montagepunkt aus, wie z. B. Parkplätze, Kreuzungen, Parks und allgemeine Arbeits- oder Arbeitsbereiche, in denen das Licht gleichmäßig in alle Richtungen projiziert werden muss 4.

  

• Typ VS:

• Eigenschaften: Ähnlich wie Typ V, erzeugt jedoch ein symmetrisches quadratisches Lichtmuster mit gleichbleibender Intensität in allen seitlichen Winkeln 4.

• Anwendungen: Geeignet für große Flächen, die eine gleichmäßige Platzbeleuchtung erfordern, wie Parkplätze und öffentliche Plätze 9.

  

Tabelle 2: IESNA-Typen der seitlichen Lichtverteilung (IV/VS)

4.3. Vertikale Lichtverteilungstypen (Sehr kurz, Kurz, Mittel, Lang, Sehr lang)

These classifications define how light is vertically distributed along the road based on the position of the maximum candela point 8. They are critical for determining appropriate pole spacing and ensuring uniform lighting along roadways.

• Very Short (VS): Maximum candela point falls between 0 to 1.0 times the installation height along the road 8. Recommended pole spacing is approximately 1 times the installation height 14.

• Short (S): Maximum candela point falls between 1.0 to 2.25 times the installation height along the road 8. Fixtures with “S” classification are generally suitable for situations where the pole spacing is less than 2.25 times the installation height 8.

• Medium (M): Maximum candela point falls between 2.25 to 3.75 times the installation height 8. This type is suitable for situations where pole spacing is between 2.25 to 3.75 times the installation height 8.

• Long (L): Maximum candela point falls between 3.75 to 6.0 times the installation height 8. Fixtures with “L” classification are suitable for larger pole spacing, specifically 3.75 to 6.0 times the installation height 8.

• Very Long (VL): Maximum candela point falls beyond 6.0 times the installation height 8.

Table 3: IESNA Vertical Light Distribution Types (VS, S, M, L, VL)

While the IESNA classifications are foundational, they serve more as guidelines rather than rigid rules. Their effective application requires consideration of numerous site-specific variables, underscoring the critical role of advanced lighting design tools and expert judgment in achieving optimal illumination. Several resources explicitly state that IESNA types are “guidelines” or “not fixed rules” and are influenced by factors like “fixture mounting height, tilt angle, arm length, and fixture-to-curb distance,” as well as “fixture layout and road conditions” 8. Documents also note the importance of “photometric data” and “modeling” in optimizing light distribution 15. The theoretical light distribution defined by IESNA types can change significantly due to specific installation parameters. For instance, incorrect mounting height or tilt angle may result in insufficient uniformity, excessive glare, or inefficient light distribution, even if the “correct” IESNA type is chosen. This complexity demands detailed photometric analysis and modeling, indicating that effective lighting design is an iterative and intricate process. It is not merely selecting a fixture type from a catalog. Designers must integrate theoretical knowledge (IESNA standards) with practical site conditions, validating their selections through advanced modeling tools. This emphasizes the value of expert lighting professionals in navigating these complexities to provide truly optimized and high-performance lighting solutions.

The IESNA system provides a solid framework for optimizing light coverage and pole spacing through its comprehensive classification of lateral and vertical light distribution. This dual classification directly contributes to improving energy efficiency and safety in roadway lighting projects. IESNA classifies light based on “lateral” (crossing the road, related to road width and coverage) and “vertical” (along the road direction, related to pole spacing) distribution 8. Lateral types (I-V/VS) match road widths (e.g., Type I for single lanes, Type II for double lanes, Type III for highways, Type V for large area lighting). Vertical types (S, M, L) correlate directly with “recommended pole spacing” and “pole height” 8. By precisely defining how light propagates laterally and vertically along the road, IESNA empowers designers to choose fixtures that minimize light overlap (wasting energy) and eliminate dark spots (affecting safety and visual comfort). For instance, opting for “long” vertical distribution can enable larger pole spacings, which can significantly reduce the number of poles and fixtures required for a given segment. This directly impacts initial installation costs and long-term energy consumption 8. Conversely, misjudging vertical distributions may lead to over-lighting or insufficient coverage between poles. The integration of lateral and vertical classifications allows for a highly optimized lighting design that is both functionally effective and resource-efficient. This optimization is crucial for achieving the goals outlined in standards like ANSI/IES RP-8-22, which include “minimizing energy use,” “enhancing driver visual quality,” and “providing high-quality light and increasing the visibility contrast of hazards” 18. It represents a systematic, scientific approach aimed at balancing lighting needs with economic feasibility, safety, and environmental impact.

5. Vergleichende Analyse und Designüberlegungen

Effective outdoor lighting design in North America reflects the complex interplay of various classification systems and optical characteristics. Understanding how cutoff fixtures, non-cutoff fixtures, batwing distributions, and IESNA classifications interact is crucial for developing optimal, compliant, and sustainable lighting solutions.

5.1. Interaktion zwischen Cutoff-Klassifikationen und IESNA-Typen

Cutoff classifications (full cutoff, cutoff, semi-cutoff, non-cutoff) primarily control the amount of light emitted above the horizontal plane, serving as key mechanisms for controlling light pollution and glare 1. In contrast, IESNA types (I-V/VS) describe the shape and distribution of light on the ground, determining the effectiveness of illumination in areas such as roads or parking lots 8.

In contemporary North American street lighting, there is an overwhelming emphasis on using full cutoff fixtures. This preference is driven by stringent dark sky initiatives, environmental protection goals, and the desire to minimize light trespass and glare 5. These full cutoff fixtures are subsequently designed with specific IESNA lateral and vertical distributions (for example, full cutoff Type III medium distribution fixtures). The “cutoff” aspect ensures environmental responsibility by preventing light from spilling upwards, while the “IESNA type” ensures light is functionally directed and distributed to the target area (e.g., a multi-lane highway or large parking lot). These two systems work synergistically: cutoff addresses “where light should not go,” while IESNA addresses “where light should go and how it should be distributed.”

5.2. Integration der Batwing-Verteilung mit IESNA-Klassifikationen

Batwing distribution itself is neither an IESNA classification nor a cutoff classification. Instead, it is a specialized optical design feature aimed at enhancing the “quality” and “uniformity” of light within the illuminated area 12. Its primary goal is to eliminate hotspots and provide a glare-free, comfortable lighting environment.

Batwing optical elements can be seamlessly integrated into fixtures with various IESNA distributions, particularly those designed for large-area coverage. For example, fixtures creating a symmetrical circular pattern (IESNA Type V) may be equipped with batwing optical elements 9. This combination creates a circular light pattern that is not only symmetrical but also exceptionally uniform without discomforting hotspots, making it highly suitable for areas requiring consistent lighting such as large plazas, central intersections, or open industrial spaces 9. Similarly, it may also be found in Type III distributions 23. This illustrates how batwing can serve as a qualitative enhancement within the quantitative framework of IESNA.

5.3. Umfassende Überlegungen zu nordamerikanischen Straßenbeleuchtungsprojekten

The selection of fixtures for streetlight projects in North America is a multidimensional optimization problem that necessitates a holistic approach balancing regulatory compliance (cutoff/BUG), functional requirements (IESNA lateral/vertical), and light quality (batwing, glare control), to achieve optimal safety, efficiency, and environmental management. This is seldom a singular, isolated choice.

• Energy efficiency: Strategically selecting fixtures with appropriate cutoff classifications (especially full cutoff) and optimized IESNA types directly contributes to energy savings. By directing light precisely to the required areas and minimizing waste (uplight, backlight, spillover), overall energy consumption can be reduced 6. The widespread adoption of LED technology further enhances these efficiencies owing to its inherent design flexibility and higher lumen/watt output 9.

• Visual comfort and safety: Minimizing glare and ensuring high illumination uniformity is crucial for visual comfort and safety. Proper cutoff fixtures can reduce discomfort glare for drivers and pedestrians, while appropriate IESNA types (potentially enhanced by batwing optical elements) ensure uniform light levels, reducing shadows and improving visibility of hazards 8. This directly correlates with reduced nighttime vehicle accident rates and increased pedestrian safety 18.

• Dark sky initiatives and environmental impact: Adhering to full cutoff principles as well as guidelines from organizations like DarkSky International 7 and IES Recommended Practices (such as RP-33 Outdoor Environmental Lighting Recommended Practice) 5 is crucial for mitigating skyglow, protecting natural nightscapes, and preserving nocturnal ecosystems. This reflects a growing environmental awareness within lighting design.

• Regulatory compliance: Local regulations, municipal codes, and state laws across North America often mandate specific cutoff classifications (e.g., full cutoff), and generally recommend or require various outdoor lighting applications to adhere to IESNA types 5. Compliance is not only a legal requirement but also a commitment to responsible urban development.

• Economic benefits: In addition to environmental and safety advantages, optimized lighting design guided by IESNA standards and cutoff requirements can lead to significant economic benefits. This includes reduced initial installation costs (for example, by optimizing pole spacing with IESNA vertical types 8) as well as reduced long-term operating costs through energy savings 18. Moreover, well-lit areas can enhance public perceptions and potentially attract more foot traffic into commercial districts, boosting economic activity 18.

In practical applications, fixtures must meet multiple requirements: for example, they need to be “full cutoff” to comply with dark sky regulations and minimize light pollution 6; they must possess the appropriate IESNA lateral type (e.g., Type II or Type III) to effectively illuminate roads of specific widths 8; they should have the appropriate IESNA vertical type (e.g., medium or long) for optimal pole spacing along the road, ensuring uniformity and cost-effectiveness 8; and they might need to incorporate batwing optical elements to ensure surface light is evenly distributed without glare, enhancing visual comfort for users 12. Furthermore, all designs must comply with local municipal codes 5. This multifaceted requirement indicates that lighting designers cannot simply isolate one IESNA type. They have to consider the cutoff rating of the fixtures, their internal optical elements (such as batwing), and how these characteristics work together to meet the project’s various functional, environmental, regulatory, and aesthetic objectives. The complexity of finding fixtures that can simultaneously meet all these criteria often necessitates detailed photometric analysis and modeling tools 15. This highlights the critical role of expert consultation and comprehensive design processes in modern outdoor lighting.

6. Fazit

Outdoor lighting design, particularly in North America, is a complex and nuanced field, centered on a profound understanding of various light distribution concepts. This article elucidates the fundamental distinctions between cutoff fixtures (full cutoff, cutoff, semi-cutoff), non-cutoff fixtures, and the specialized batwing distribution, providing a comprehensive comparison with the authoritative IESNA classification system for roadway lighting.

Cutoff classifications primarily serve as significant mechanisms for controlling light pollution and glare, where full cutoff fixtures represent the most stringent and environmentally friendly standards by directing all light downward. In contrast, non-cutoff fixtures significantly increase light trespass and skyglow due to the lack of such controls, resulting in their use becoming increasingly restricted. Batwing distribution differs from these broader classifications as it is an optical engineering solution focused on achieving exceptional uniformity and visual comfort within the illumination area, typically as a supplement to IESNA types for specific applications requiring hotspot-free lighting.

Ultimately, the best street lighting design in North America is a complex and comprehensive task. It requires integrating the precise, area-based distribution patterns specified by IESNA with strict cutoff requirements and, where appropriate, advanced optical solutions like batwing distribution. This integrated approach not only ensures functional lighting but also maximizes energy efficiency, enhances public safety and visual comfort, and maintains vital dark sky protection initiatives. Guiding the informed selection and professional design of fixtures under these integrated standards and considerations is crucial for creating sustainable, compliant, and high-quality outdoor lighting environments for communities.

Dies ist eine Voraussetzung für Straßenlaternen-Design.

Nun müssen wir auf Grundlage der oben genannten Bedingungen die Lichtverteilung für die Lampen auswählen und überprüfen.

Lassen Sie uns zunächst die Straßenbedingungen analysieren.

Bei der Linie 1 mit einer Fahrbahnbreite von 7m soll es sich um eine zweispurige Straße mit einseitiger Lampenanordnung, einem Mastabstand von 40m und einer Masthöhe von 7,5m handeln.

Bei der Linie 2 mit einer Straßenbreite von 14 m soll es sich um eine vierspurige Zweirichtungsstraße mit beidseitiger Lampenanordnung, einem Mastabstand von 40 m und einer Masthöhe von 9 m handeln.

Auf Grundlage dieser Straßenbedingungen wählen wir die Lichtverteilung aus und orientieren uns dabei an der IESNA-Kategorisierung für Straßenlaternen.

^ IESNA-Straßenlaternenklassifizierung, Nordamerikanisches Beleuchtungshandbuch, 10. Ausgabe

Für ein- bis zweispurige Straßen wählen wir typischerweise Straßenlaternen vom Typ II. Typ I eignet sich für Wege und Gehwege, während Typ III für Hauptverkehrsstraßen zum Einsatz kommt.

Wir können uns auf die folgenden Regeln basierend auf der Straßenbreite beziehen.

Gemäß der obigen Tabelle sollten wir die Verteilung Typ II L wählen. Unter Berücksichtigung des in den Straßenbedingungen festgelegten Abstands von 0,75 m zwischen der Lampe und der Straße werden wir unseren Mastabstand leicht anpassen und die Verteilung Typ II M oder S wählen.

Beginnen wir mit dem Testen der Route 1, indem wir die Straßenbedingungen in DIALux evo einstellen (wir vermeiden DIALux4.13, da es den für die Auswahl des neuen Standards erforderlichen Standard EN13201:2015 nicht unterstützt).

Hier müssen wir den Oberflächentyp als CIE C2 auswählen und die Option zur Berechnung nasser Straßenoberflächen aktivieren, indem wir W1 auswählen.

Die CIE-C2-Oberfläche entspricht Asphalt und hat eine ähnliche Reflektivität wie unser herkömmliches R3. Weitere Erläuterungen zu den Codes finden Sie weiter unten:

Wenn die Straßenbedingungen festgelegt sind, können wir die Lichtverteilung für Überprüfungsberechnungen auswählen.

Zur Überprüfung wählen wir eine S-Verteilung vom Typ II aus.

Stellen Sie die Bedingungen für die Lampenanordnung ein und konfigurieren Sie den Lampenlichtstrom auf die erforderlichen 5500 lm.

Verifizierungsergebnisse

Die Ergebnisse waren nicht zufriedenstellend; die Gleichmäßigkeit der Straßenhelligkeit lag unter der Normanforderung von 0,5 cd/m². Sowohl Uo und Uow als auch Ul lagen jedoch deutlich über den Normwerten.

Wir können daraus schließen, dass die Verteilung möglicherweise etwas unzureichend ist. Aber wo genau liegt der Fehler? Wir müssen das Raster zur Helligkeitsberechnung analysieren.

Durch die Analyse des obigen Berechnungsrasters haben wir den Mindestwert ermittelt, der zwischen den beiden Lampenmasten niedriger ist. Dies deutet darauf hin, dass die Lichtverteilung an beiden Enden verstärkt werden muss. Daher wählen wir für unsere Berechnungen direkt die Verteilung Typ II M.

Verifizierungsergebnisse

Die Ergebnisse sind alle zufriedenstellend und zeigen, dass diese Lichtverteilung die Kundenanforderungen unter dem angegebenen Lichtstrom von 5500 lm erfüllen kann.

Als nächstes schauen wir uns Route 2 an und legen die Straßenbedingungen fest: eine vierspurige, zweispurige Straße, M4-Standard, berechnete nasse Oberfläche.

Die Straßenverhältnisse auf der Route 2 sind im Wesentlichen dieselben wie auf der Route 1, mit der Ausnahme, dass es sich um eine vierspurige Zweirichtungsstraße mit beidseitiger Ampelanlage handelt, die um eine Ebene aufgewertet wurde.

Für die Anordnung wählen wir erneut die M-Verteilung vom Typ II.

Verifizierungsergebnisse

Beide Seiten haben die Bedingungen erfüllt und angegeben, dass diese Verteilung die Kundenanforderungen unter dem angegebenen Lichtstrom von 6500 lm erfüllen kann.

Durch diese Analyse wird deutlich, dass es Muster gibt, denen man bei der Auswahl der Lichtverteilung folgen sollte für Straßenbeleuchtung. Egal, ob man bestehende Produkte auswählt oder neue Distributionen entwickelt, man kann nach diesen Regeln entwerfen und dann durch Berechnungsergebnisse Mängel identifizieren und entsprechend gezielte Änderungen vornehmen.