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)

Diese Klassifizierungen definieren, wie das Licht vertikal entlang der Straße verteilt wird, basierend auf der Position des maximalen Candela-Punkts 8. Sie sind entscheidend für die Bestimmung des geeigneten Mastabstands und die Gewährleistung einer gleichmäßigen Beleuchtung entlang der Straßen.

• Sehr kurz (VS): Der maximale Candela-Punkt liegt zwischen 0 und 1,0 Mal der Installationshöhe entlang der Straße 8Der empfohlene Mastabstand beträgt etwa das 1-fache der Installationshöhe 14.

• Kurz (S): Der maximale Candela-Punkt liegt zwischen dem 1,0- und 2,25-fachen der Installationshöhe entlang der Straße 8Leuchten mit der Klassifizierung „S“ eignen sich im Allgemeinen für Situationen, in denen der Mastabstand weniger als das 2,25-fache der Installationshöhe beträgt 8.

• Mittel (M): Der maximale Candela-Punkt liegt zwischen dem 2,25- und 3,75-fachen der Installationshöhe 8Dieser Typ eignet sich für Situationen, in denen der Polabstand zwischen dem 2,25- und 3,75-fachen der Installationshöhe liegt 8.

• Lang (L): Der maximale Candela-Punkt liegt zwischen dem 3,75- und 6,0-fachen der Installationshöhe 8Leuchten mit der Klassifizierung „L“ eignen sich für größere Mastabstände, genauer gesagt für das 3,75- bis 6,0-fache der Installationshöhe 8.

• Sehr lang (VL): Der maximale Candela-Punkt liegt unter dem 6,0-fachen der Installationshöhe 8.

Tabelle 3: IESNA-Typen der vertikalen Lichtverteilung (VS, S, M, L, VL)

Obwohl die IESNA-Klassifizierungen grundlegend sind, dienen sie eher als Richtlinien denn als starre Regeln. Ihre effektive Anwendung erfordert die Berücksichtigung zahlreicher standortspezifischer Variablen, was die entscheidende Rolle moderner Lichtplanungstools und Expertenwissens für eine optimale Beleuchtung unterstreicht. Mehrere Quellen weisen ausdrücklich darauf hin, dass es sich bei den IESNA-Typen um „Richtlinien“ bzw. „keine festen Regeln“ handelt und diese von Faktoren wie „Montagehöhe der Leuchte, Neigungswinkel, Armlänge und Abstand der Leuchte zum Bordstein“ sowie „Leuchtenanordnung und Straßenbedingungen“ beeinflusst werden. 8. In den Dokumenten wird auch auf die Bedeutung von „photometrischen Daten“ und „Modellierung“ bei der Optimierung der Lichtverteilung hingewiesen 15Die durch IESNA-Typen definierte theoretische Lichtverteilung kann sich aufgrund spezifischer Installationsparameter erheblich ändern. Beispielsweise kann eine falsche Montagehöhe oder ein falscher Neigungswinkel zu unzureichender Gleichmäßigkeit, übermäßiger Blendung oder ineffizienter Lichtverteilung führen, selbst wenn der „richtige“ IESNA-Typ gewählt wird. Diese Komplexität erfordert eine detaillierte photometrische Analyse und Modellierung und zeigt, dass effektives Lichtdesign ein iterativer und komplexer Prozess ist. Es geht nicht nur darum, einen Leuchtentyp aus einem Katalog auszuwählen. Designer müssen theoretisches Wissen (IESNA-Standards) mit praktischen Standortbedingungen kombinieren und ihre Auswahl mithilfe fortschrittlicher Modellierungstools validieren. Dies unterstreicht die Bedeutung erfahrener Lichtexperten bei der Bewältigung dieser Komplexitäten, um wirklich optimierte und leistungsstarke Beleuchtungslösungen bereitzustellen.

Das IESNA-System bietet durch seine umfassende Klassifizierung der lateralen und vertikalen Lichtverteilung einen soliden Rahmen zur Optimierung der Lichtverteilung und des Mastabstands. Diese duale Klassifizierung trägt direkt zur Verbesserung der Energieeffizienz und Sicherheit bei Straßenbeleuchtungsprojekten bei. IESNA klassifiziert das Licht nach der lateralen (über die Straße querenden, bezogen auf Straßenbreite und -abdeckung) und vertikalen (entlang der Straßenrichtung, bezogen auf den Mastabstand) Verteilung. 8Laterale Typen (IV/VS) entsprechen der Straßenbreite (z. B. Typ I für Einzelfahrspuren, Typ II für Doppelfahrspuren, Typ III für Autobahnen, Typ V für Großflächenbeleuchtung). Vertikale Typen (S, M, L) korrelieren direkt mit dem „empfohlenen Mastabstand“ und der „Masthöhe“. 8Durch die präzise Definition der seitlichen und vertikalen Lichtausbreitung entlang der Straße ermöglicht IESNA Planern die Auswahl von Leuchten, die Lichtüberlappungen (Energieverschwendung) minimieren und dunkle Flecken (die Sicherheit und Sehkomfort beeinträchtigen) vermeiden. Beispielsweise ermöglicht die Wahl einer „langen“ vertikalen Lichtverteilung größere Mastabstände, wodurch die Anzahl der für einen bestimmten Abschnitt benötigten Masten und Leuchten deutlich reduziert werden kann. Dies wirkt sich direkt auf die anfänglichen Installationskosten und den langfristigen Energieverbrauch aus 8Umgekehrt kann eine falsche Einschätzung der vertikalen Verteilung zu Überbeleuchtung oder unzureichender Abdeckung zwischen den Masten führen. Die Integration von lateralen und vertikalen Klassifizierungen ermöglicht ein hochoptimiertes Beleuchtungsdesign, das sowohl funktional effektiv als auch ressourcenschonend ist. Diese Optimierung ist entscheidend für das Erreichen der in Normen wie ANSI/IES RP-8-22 festgelegten Ziele, darunter „Minimierung des Energieverbrauchs“, „Verbesserung der Sichtqualität für Fahrer“ und „Bereitstellung hochwertiger Beleuchtung und Erhöhung des Sichtbarkeitskontrasts von Gefahren“. 18Es handelt sich um einen systematischen, wissenschaftlichen Ansatz, der darauf abzielt, den Beleuchtungsbedarf mit der wirtschaftlichen Machbarkeit, der Sicherheit und den Auswirkungen auf die Umwelt in Einklang zu bringen.

5. Vergleichende Analyse und Designüberlegungen

Effektive Außenbeleuchtungsgestaltung in Nordamerika spiegelt das komplexe Zusammenspiel verschiedener Klassifizierungssysteme und optischer Eigenschaften wider. Das Verständnis des Zusammenspiels von Cutoff- und Non-Cutoff-Leuchten, Batwing-Verteilungen und IESNA-Klassifizierungen ist entscheidend für die Entwicklung optimaler, konformer und nachhaltiger Beleuchtungslösungen.

5.1. Interaktion zwischen Cutoff-Klassifikationen und IESNA-Typen

Cutoff-Klassifizierungen (Full Cutoff, Cutoff, Semi Cutoff, Non Cutoff) steuern in erster Linie die Menge des über der horizontalen Ebene emittierten Lichts und dienen als Schlüsselmechanismen zur Kontrolle von Lichtverschmutzung und Blendung 1Im Gegensatz dazu beschreiben IESNA-Typen (IV/VS) die Form und Verteilung des Lichts auf dem Boden und bestimmen die Wirksamkeit der Beleuchtung in Bereichen wie Straßen oder Parkplätzen 8.

In der modernen nordamerikanischen Straßenbeleuchtung wird überwiegend auf die Verwendung von Full-Cutoff-Leuchten gesetzt. Diese Präferenz wird durch strenge Dark-Sky-Initiativen, Umweltschutzziele und den Wunsch, Lichteinfall und Blendung zu minimieren, vorangetrieben. 5Diese Full-Cut-off-Leuchten werden anschließend mit spezifischen IESNA-Quer- und Vertikalverteilungen entwickelt (z. B. Full-Cut-off-Leuchten Typ III mit mittlerer Lichtverteilung). Der Cut-off-Aspekt gewährleistet Umweltverträglichkeit, indem er Lichtstreuung nach oben verhindert, während der IESNA-Typ sicherstellt, dass das Licht funktional auf den Zielbereich (z. B. eine mehrspurige Autobahn oder einen großen Parkplatz) gerichtet und verteilt wird. Diese beiden Systeme arbeiten synergetisch: Cut-off regelt, „wohin das Licht nicht gelangen soll“, während IESNA regelt, „wohin das Licht gelangen und wie es verteilt werden soll“.

5.2. Integration der Batwing-Verteilung mit IESNA-Klassifikationen

Die Batwing-Verteilung selbst ist weder eine IESNA-Klassifizierung noch eine Cutoff-Klassifizierung. Vielmehr handelt es sich um ein spezielles optisches Designmerkmal, das darauf abzielt, die „Qualität“ und „Gleichmäßigkeit“ des Lichts innerhalb des beleuchteten Bereichs zu verbessern. 12. Sein Hauptziel besteht darin, Hotspots zu vermeiden und eine blendfreie, angenehme Lichtumgebung zu schaffen.

Batwing-Optikelemente lassen sich nahtlos in Leuchten mit verschiedenen IESNA-Verteilungen integrieren, insbesondere in solche, die für eine großflächige Abdeckung ausgelegt sind. Beispielsweise können Leuchten, die ein symmetrisches Kreismuster erzeugen (IESNA Typ V), mit Batwing-Optikelementen ausgestattet werden. 9Diese Kombination erzeugt ein kreisförmiges Lichtmuster, das nicht nur symmetrisch, sondern auch außergewöhnlich gleichmäßig ist, ohne störende Hotspots. Daher eignet es sich hervorragend für Bereiche, die eine gleichmäßige Beleuchtung erfordern, wie große Plätze, zentrale Kreuzungen oder offene Industrieflächen. 9. Ähnlich kann es auch in Typ III-Verteilungen gefunden werden 23Dies veranschaulicht, wie Batwing als qualitative Verbesserung im quantitativen Rahmen von IESNA dienen kann.

5.3. Umfassende Überlegungen zu nordamerikanischen Straßenbeleuchtungsprojekten

Die Auswahl der Leuchten für Straßenbeleuchtungsprojekte in Nordamerika ist ein mehrdimensionales Optimierungsproblem. Es erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften (Cutoff/BUG), funktionale Anforderungen (IESNA lateral/vertikal) und Lichtqualität (Batwing, Blendschutz) berücksichtigt, um optimale Sicherheit, Effizienz und Umweltverträglichkeit zu erreichen. Dies ist selten eine einzelne, isolierte Entscheidung.

• Energieeffizienz: Die strategische Auswahl von Leuchten mit geeigneter Cutoff-Klassifizierung (insbesondere Full Cutoff) und optimierten IESNA-Typen trägt direkt zur Energieeinsparung bei. Durch die gezielte Ausrichtung des Lichts auf die benötigten Bereiche und die Minimierung von Lichtverlusten (Uplight, Backlight, Spillover) kann der Gesamtenergieverbrauch gesenkt werden. 6Die weitverbreitete Einführung der LED-Technologie steigert diese Effizienz zusätzlich, da sie über eine inhärente Designflexibilität und eine höhere Lumen/Watt-Leistung verfügt. 9.

• Sehkomfort und Sicherheit: Die Minimierung von Blendung und die Gewährleistung einer hohen Gleichmäßigkeit der Beleuchtung sind entscheidend für Sehkomfort und Sicherheit. Geeignete Cutoff-Leuchten können die Blendung von Autofahrern und Fußgängern reduzieren, während geeignete IESNA-Typen (ggf. durch Batwing-Optikelemente ergänzt) für gleichmäßige Lichtverhältnisse sorgen, Schatten reduzieren und die Sichtbarkeit von Gefahren verbessern. 8Dies steht in direktem Zusammenhang mit einer geringeren Zahl von nächtlichen Autounfällen und einer erhöhten Sicherheit für Fußgänger. 18.

• Dark Sky-Initiativen und Umweltauswirkungen: Einhaltung der Grundsätze zur vollständigen Abschaltung sowie der Richtlinien von Organisationen wie DarkSky International 7 und IES-Empfehlungen (wie z. B. RP-33 „Outdoor Environmental Lighting Recommended Practice“) 5 ist entscheidend für die Eindämmung des Himmelsleuchtens, den Schutz natürlicher Nachtlandschaften und die Erhaltung nächtlicher Ökosysteme. Dies spiegelt ein wachsendes Umweltbewusstsein bei der Lichtplanung wider.

• Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Lokale Vorschriften, kommunale Verordnungen und Landesgesetze in Nordamerika schreiben oft bestimmte Cutoff-Klassifizierungen vor (z. B. Full Cutoff) und empfehlen oder verlangen im Allgemeinen, dass verschiedene Außenbeleuchtungsanwendungen den IESNA-Typen entsprechen. 5. Die Einhaltung dieser Vorgaben ist nicht nur eine gesetzliche Vorgabe, sondern auch eine Verpflichtung zu einer verantwortungsvollen Stadtentwicklung.

• Wirtschaftliche Vorteile: Neben Umwelt- und Sicherheitsvorteilen kann eine optimierte Beleuchtungsplanung, die sich an IESNA-Standards und Cutoff-Anforderungen orientiert, auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen. Dazu gehören geringere Installationskosten (z. B. durch Optimierung des Mastabstands bei vertikalen IESNA-Typen). 8) sowie langfristig reduzierte Betriebskosten durch Energieeinsparungen 18Darüber hinaus können gut beleuchtete Bereiche die öffentliche Wahrnehmung verbessern und potenziell mehr Fußgängerverkehr in Geschäftsviertel locken, was die Wirtschaftstätigkeit ankurbelt. 18.

In der Praxis müssen die Leuchten mehrere Anforderungen erfüllen: Sie müssen beispielsweise „vollständig abgeschaltet“ sein, um die Vorschriften für dunklen Himmel einzuhalten und die Lichtverschmutzung zu minimieren. 6; sie müssen über den entsprechenden IESNA-Seitentyp (z. B. Typ II oder Typ III) verfügen, um Straßen bestimmter Breiten effektiv zu beleuchten 8; sie sollten den entsprechenden vertikalen IESNA-Typ (z. B. mittel oder lang) für einen optimalen Mastabstand entlang der Straße haben, um Einheitlichkeit und Kosteneffizienz zu gewährleisten 8; und sie müssen möglicherweise optische Batwing-Elemente integrieren, um sicherzustellen, dass das Oberflächenlicht gleichmäßig und ohne Blendung verteilt wird, was den Sehkomfort für die Benutzer erhöht 12Darüber hinaus müssen alle Entwürfe den örtlichen Gemeindevorschriften entsprechen 5Diese vielschichtige Anforderung zeigt, dass Lichtplaner sich nicht einfach auf einen IESNA-Typ beschränken können. Sie müssen die Cutoff-Bewertung der Leuchten, ihre internen optischen Elemente (wie z. B. Batwing) und das Zusammenspiel dieser Eigenschaften berücksichtigen, um die verschiedenen funktionalen, ökologischen, regulatorischen und ästhetischen Ziele des Projekts zu erreichen. Die Komplexität der Suche nach Leuchten, die all diese Kriterien gleichzeitig erfüllen, erfordert oft detaillierte photometrische Analysen und Modellierungstools. 15Dies unterstreicht die entscheidende Rolle der fachkundigen Beratung und umfassender Designprozesse bei der modernen Außenbeleuchtung.

6. Fazit

Die Gestaltung von Außenbeleuchtungen ist, insbesondere in Nordamerika, ein komplexes und differenziertes Feld, das auf einem fundierten Verständnis verschiedener Lichtverteilungskonzepte basiert. Dieser Artikel erläutert die grundlegenden Unterschiede zwischen Cutoff-Leuchten (Full Cutoff, Cutoff, Semi Cutoff), Non-Cutoff-Leuchten und der speziellen Batwing-Verteilung und bietet einen umfassenden Vergleich mit dem maßgeblichen IESNA-Klassifizierungssystem für Straßenbeleuchtung.

Cutoff-Klassifizierungen dienen in erster Linie als wichtige Mechanismen zur Kontrolle von Lichtverschmutzung und Blendung. Full-Cutoff-Leuchten entsprechen dabei den strengsten und umweltfreundlichsten Standards, da sie das gesamte Licht nach unten lenken. Im Gegensatz dazu erhöhen Non-Cutoff-Leuchten aufgrund fehlender Kontrollen den Lichtdurchgang und die Himmelsaufhellung deutlich, was zu zunehmenden Einschränkungen ihrer Verwendung führt. Die Batwing-Verteilung unterscheidet sich von diesen allgemeineren Klassifizierungen, da sie eine optische technische Lösung darstellt, die auf außergewöhnliche Gleichmäßigkeit und Sehkomfort innerhalb des Beleuchtungsbereichs ausgerichtet ist. Sie wird typischerweise als Ergänzung zu IESNA-Typen für spezielle Anwendungen verwendet, die eine hotspotfreie Beleuchtung erfordern.

Die optimale Straßenbeleuchtung in Nordamerika ist eine komplexe und umfassende Aufgabe. Sie erfordert die Integration der präzisen, flächenbezogenen Verteilungsmuster der IESNA mit strengen Cutoff-Anforderungen und gegebenenfalls fortschrittlichen optischen Lösungen wie der Batwing-Verteilung. Dieser integrierte Ansatz gewährleistet nicht nur funktionale Beleuchtung, sondern maximiert auch die Energieeffizienz, erhöht die öffentliche Sicherheit und den Sehkomfort und trägt zum Schutz des dunklen Himmels bei. Die fundierte Auswahl und professionelle Planung von Leuchten unter Berücksichtigung dieser integrierten Standards und Überlegungen ist entscheidend für die Schaffung nachhaltiger, konformer und hochwertiger Außenbeleuchtungsumgebungen für Gemeinden.

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.