Welche Arten von IESNA-Straßenlaternen-Lichtverteilungsmustern gibt es und welche Anwendungen gibt es dafür?

Die Lichtverteilung von LED-Leuchten beschreibt die Verteilung, Richtung und Intensität des von ihnen abgegebenen Lichts. Sie beeinflusst maßgeblich die Lichteffizienz, Energieeffizienz und den Sehkomfort. Eine optimale Lichtverteilung sorgt für eine angemessene Beleuchtungsstärke und Gleichmäßigkeit, spart Energie, reduziert Blendung, erhöht die Sicherheit, verringert Lichtverschmutzung und schafft eine angenehme Lichtatmosphäre. LED-Beleuchtungsunternehmen sollten eine entsprechende Lichtverteilung entwickeln, um die Vorteile ihrer Leuchten zu nutzen. Lichttechniker und -designer sollten geeignete Lichtverteilungsmuster basierend auf den spezifischen Anforderungen auswählen, um optimale Lichteffekte mit LED-Leuchten zu erzielen.

Wenn eine Lichtquelle Licht ausstrahlt, kann es sein, dass die Ausbreitungsrichtung nicht der erwarteten Richtung entspricht. In solchen Fällen müssen spezielle Strukturen (wie Linsen und Reflektoren) entwickelt werden, um die Ausbreitungsrichtung des Lichts zu verändern. Dabei wird die räumliche Verteilung des Lichts angepasst, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Diese Methode zur Steuerung der Ausbreitungsrichtung des Lichts wird als photometrische Kurve oder Lichtverteilung der Leuchte bezeichnet.

Die Lichtstärkeverteilungskurve, allgemein bekannt als photometrische Kurve oder Lichtverteilungskurve (LDC), veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Leuchte. Die Intensitätsverteilungskurve wird direkt durch Messungen der Leuchte mit einem Photometer ermittelt. Gängige Formate für Intensitätsverteilungskurven sind IES (Nordamerika) und LDT (Europa). Als Käufer können wir diese Dateien auch beim Leuchtenhersteller beziehen. Es gibt zwei Methoden zur Darstellung photometrischer Kurven: Für Flutlichter wird in der Regel ein rechtwinkliges Koordinatensystem verwendet, während für die Innen- und Straßenbeleuchtung Polarkoordinaten verwendet werden.

Lichtverteilungskurve (Polarkoordinaten)

In einer Messebene, die durch die Mitte der Lichtquelle verläuft, werden die Lichtstärkewerte der Leuchte in verschiedenen Winkeln gemessen. Ausgehend von einer bestimmten Richtung wird die Lichtstärke in jedem Winkel markiert und durch Vektoren dargestellt. Durch Verbinden der Endpunkte dieser Vektoren entsteht die polare Lichtverteilungskurve/photometrische Kurve der Leuchte, wie auf der linken Seite der folgenden Abbildung dargestellt.

Lichtverteilungskurve (lineare Koordinaten)

Diese Verteilungskurve wird typischerweise für Geräte wie LED-Strahler und Flutlichter verwendet. Da die Strahlen dieser Leuchten in einem sehr kleinen Raumwinkel konzentriert sind, ist es schwierig, ihre räumliche Lichtstärkeverteilung in Polarkoordinaten darzustellen. Daher verwenden einige Hersteller lineare Koordinaten-Lichtverteilungskurven/photometrische Kurven zur Darstellung ihrer Lichtverteilung. Die vertikale Achse stellt die Lichtstärke (I) dar, während die horizontale Achse den Abstrahlwinkel darstellt, wie auf der rechten Seite des folgenden Bildes dargestellt.

IESNA-Klassifizierung der Lichtverteilungstypen

Die Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) blickt seit ihrer Gründung im Jahr 1906 auf eine über hundertjährige Geschichte zurück. Die von der IESNA eingeführte Klassifizierung von Lichtverteilungen wird auch heute noch häufig verwendet. Das Klassifizierungssystem für Leuchtenverteilungen ist im ANSI/IESNA-Standard RP-8-1983 klar definiert. Die von der Illuminating Engineering Society of North America definierten Leuchtentypen sind standardisierte Kategorien zur Beschreibung der Lichtverteilungsmuster von Leuchten. Diese Lichtverteilungstypen helfen Beleuchtungsexperten und -designern zu verstehen, wie Leuchten Licht erzeugen und wie sich Licht in einem bestimmten Bereich ausbreitet. Die IES definiert mehrere Standardverteilungstypen, die jeweils durch einen aus zwei Buchstaben bestehenden Code dargestellt werden. Zu den gängigen IES-Leuchtenverteilungstypen zählen Typ I, Typ II, Typ III, Typ IV und Typ V, gefolgt von römischen Ziffern (IV), wobei S, M und L jeweils für Kurz, Mittel und Lang stehen. Die genaue Klassifizierung wird durch 50% und die maximalen Intensitätspunkte der IES-Datei bestimmt, die in den folgenden Abschnitten ausführlich beschrieben werden.

Derzeit gibt es viele standardisierte Formate für photometrische Dateien. Gängige Formate sind EULUMDAT, CIE102 und IESNA LM-63. IESNA LM-63 wird in Nordamerika verwendet, EULUMDAT in Europa und CIE102 in Neuseeland. Der aktuelle Standard aus dem Jahr 2002 wurde vom American National Standards Institute (ANSI) genehmigt und anerkannt. IESNA LM-63-2002 hat sich zum dedizierten photometrischen Dateiformat für Nordamerika mit der Dateierweiterung „*.ies“ entwickelt.

Die Lichtverteilungstypen der IESNA definieren die Lichtverteilung von Leuchten genauer anhand der Form des beleuchteten Bereichs. Bei der seitlichen Lichtverteilung beschreibt dieses Muster, wie das Licht von der Leuchte gestreut wird, und ist durch den Punkt gekennzeichnet, an dem die Intensität 50% erreicht. Dieses Verteilungsmuster beinhaltet die Fähigkeit der Leuchte, Licht sowohl nach vorne als auch nach hinten zu projizieren. Einfach ausgedrückt: Wenn Sie eine einzelne Fahrspur beleuchten möchten, kann Typ I geeignet sein; wenn Sie zwei Fahrspuren beleuchten möchten, ist Typ II möglicherweise angemessener. Dies ist jedoch keine strikte Regel und wird von Faktoren wie Montagehöhe, Neigungswinkel, Armlänge und Abstand der Leuchte vom Straßenrand beeinflusst. Die IESNA hat fünf Hauptlichtverteilungsmuster definiert: Typ I, Typ II, Typ III, Typ IV und Typ V. Diese Klassifizierungen werden üblicherweise verwendet, um geeignete Spektren für Straßen unterschiedlicher Breite zu bestimmen.

In den von der IESNA veröffentlichten Standards wird die Straße längs in fünf Bereiche unterteilt, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Die seitliche Lichtverteilung wird anhand des Bereichs klassifiziert, in dem sich der maximale Intensitätspunkt der 50% befindet. Liegt der Intensitätspunkt der 50% in den Lichtverteilungskurven der oben genannten Leuchten im Bereich Typ III, wird der entsprechende Lichtverteilungstyp als Typ III klassifiziert. Aus dem Diagramm lässt sich grundsätzlich ableiten, dass diese Verteilung für dreispurige Straßen geeignet ist. Für verschiedene Anwendungsszenarien eignen sich unterschiedliche seitliche Lichtverteilungen, wie unten beschrieben:

• Typ I: 1–1 MH. Wenn die Lichtintensitätskurve des 50% zwischen 1 MH auf der Leuchtenseite und der Straßenseite liegt, sprechen wir von einer schmalen symmetrischen oder asymmetrischen Lichtverteilung vom Typ I. Geeignet für Gehwege, Pfade und einspurige Straßen.
• Typ II: 1–1,75 MH. Wenn die Lichtintensitätskurve des 50% auf der Straßenseite der Leuchte zwischen 1 MH und 1,75 MH liegt, sprechen wir von einer schmalen asymmetrischen Lichtverteilung vom Typ II. Geeignet für 1–2-spurige Straßen, Hauptstraßen und Autobahnen.
• Typ III: 1,75–2,75 MH. Wenn die Lichtintensitätskurve des 50% auf der Straßenseite der Leuchte zwischen 1,75 MH und 2,75 MH liegt, sprechen wir von einer breiten asymmetrischen Lichtverteilung vom Typ III. Geeignet für Hauptstraßen, Autobahnen und Parkplätze.
• Typ IV: 2,75–3,75 MH. Wenn die Lichtintensitätskurve des 50% auf der Straßenseite der Leuchte zwischen 2,75 MH und 3,75 MH liegt, sprechen wir von einer breiten, asymmetrischen Vorwärtslichtverteilung vom Typ IV. Geeignet für Parkplätze, Plätze und zur Wandbeleuchtung.
• Typ V: Symmetrisches kreisförmiges Muster mit kreisförmiger, symmetrischer Verteilung um die Leuchte herum, die eine gleichmäßige Lichtverteilung sowohl vorne als auch hinten gewährleistet. Geeignet für die Parkplatz- und Flächenbeleuchtung.

Vertikale und longitudinale Lichtverteilung

Die vertikale Lichtverteilung bezieht sich auf die vertikale Lichtverteilung einer Leuchte, basierend auf der Position der maximalen Lichtstärke (gemessen in Candela) im Raster parallel zur TRL. Die Straße entlang der TRL wird entsprechend ihrer Entfernung von der TRL (ausgedrückt als Vielfaches der Installationshöhe) in verschiedene Bereiche unterteilt. Die longitudinale Lichtverteilung beschreibt die Fähigkeit der Leuchte, Licht nach links und rechts zu projizieren, definiert durch den Punkt maximaler Intensität der Leuchte. Laut der Definition der IESNA gilt die Kategorie „S“ für Mastabstände von weniger als dem 2,25-Fachen der Montagehöhe, „M“ für Mastabstände zwischen dem 2,25- und 3,75-Fachen und „L“ für Mastabstände zwischen dem 3,75- und 6,0-Fachen. Dies ist jedoch keine strikte Regel und wird von Faktoren wie der Anordnung der Leuchte und den Straßenbedingungen beeinflusst. Im Allgemeinen sind Leuchten der Klassifizierung „S“ für kleinere Mastabstände geeignet, während Leuchten der Klassifizierung „L“ für größere Abstände geeignet sind.

In den von der IESNA veröffentlichten Normen wird die Straße quer in drei Bereiche unterteilt, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Die Längslichtverteilung wird anhand des Bereichs klassifiziert, in dem sich der Punkt der maximalen Lichtintensität gemäß 100% befindet. Liegt der Punkt der maximalen Lichtintensität der Straßenlaterne in den Lichtverteilungskurven der abgebildeten Leuchten im Bereich „mittel“, wird der entsprechende Lichtverteilungstyp als „Typ II mittel“ klassifiziert. Aus dem Diagramm lässt sich schließen, dass dieses Lichtverteilungsmuster einen Mastabstand von etwa dem 3,0- bis 3,5-fachen der Masthöhe aufweist. Verschiedene Längslichtverteilungen eignen sich für unterschiedliche Mastabstandsszenarien, wie unten beschrieben:

• VS, 0–1,0 MH: Wenn die Lichtintensitätskurve des 100% in den Querstraßenlinien zwischen 0 und 1,0 MH liegt, wird dies als VS-Längslichtverteilung (sehr kurz) bezeichnet.
• S, 1,0–2,25 MH: Wenn die Lichtintensitätskurve des 100% in den Querstraßenlinien zwischen 1,0 und 2,25 MH liegt, wird dies als S-Längslichtverteilung (kurz) bezeichnet.
• M, 2,25–3,75 MH: Wenn die Lichtintensitätskurve des 100% in den Querstraßenlinien zwischen 2,25 und 3,75 MH liegt, wird dies als Längslichtverteilung M (mittel) bezeichnet.
• M, 3,75–6,0 MH: Wenn die Lichtintensitätskurve des 100% in den Querstraßenlinien zwischen 3,75 und 6,0 MH liegt, wird dies als Längslichtverteilung L (Long) bezeichnet.
• VL, >6,0 MH: Wenn die Lichtintensitätskurve des 100% in den Querstraßenlinien über 6,0 MH liegt, wird dies als VL-Längslichtverteilung (Very Long) bezeichnet.

Anwendungsmerkmale der Längslichtverteilung

Wir haben DIALux evo verwendet, um die Anwendungen von Straßenlaternen vom Typ II S und Typ II M zu analysieren.

Die Straßenbedingungen sind wie folgt: Breite 7 Meter, drei Fahrspuren, 0,8 Meter Überhang, Masthöhe 8 Meter, Leuchtenabstand 36 Meter, gemäß Beleuchtungsniveau M4 gemäß EN13201.

Nach dem Importieren der photometrischen Daten von Typ II S und Typ II M in DIALux evo zur Analyse sind die Ergebnisse sehr eindeutig. Bei den photometrischen Daten von Typ II S wurde festgestellt, dass die longitudinale Lichtverteilung relativ kurz ist und das Licht nicht effektiv zu den Seiten der Leuchten verteilt. Daher muss der Abstand zwischen den beiden Leuchten auf 33 Meter reduziert werden, um sicherzustellen, dass die mittlere Position zwischen den beiden Leuchten ausreichend beleuchtet wird. Diese Anpassung ist notwendig, um die erforderliche Gleichmäßigkeit zu erreichen. Im Gegensatz dazu schneidet die Verteilung vom Typ II M in dieser Hinsicht mit einem Leuchtenabstand von 36 Metern besser ab, und alle Simulationsparameter erfüllen den M4-Standard. Der Abstand von 36 Metern entspricht dem 4,5-fachen der Montagehöhe und liegt damit leicht über dem von der IESNA empfohlenen 3,75-fachen. Daher ist es ratsam, die Ergebnisse der Lichtsimulation als Grundlage für die endgültige Auswahl der Leuchten zu verwenden.

Im Folgenden wird zunächst das Konzept der IESNA-Lichtverteilung vorgestellt, das die Verteilungen Typ I, Typ II und Typ III sowie die Konzepte der kurzen, mittleren und langen Lichtverteilung abdeckt, und deren praktische Anwendung kurz umrissen. Durch das Verständnis dieser Konzepte lässt sich schnell der für ein Projekt erforderliche photometrische Typ bestimmen. Beispielsweise eignet sich die Verteilung Typ II für ein- bis zweispurige Straßen, während die kurze Verteilung für Szenarien geeignet ist, bei denen der Mastabstand das Dreifache der Montagehöhe beträgt. Die mittlere Verteilung eignet sich für Mastabstände von dem Vier- bis Fünffachen der Montagehöhe. Natürlich sind diese Angaben nicht absolut, und die Validierung sollte mit DIALux oder einer anderen Straßenbeleuchtungssimulationssoftware durchgeführt werden.