LICHT UND BELEUCHTUNG LED – wie viel Licht braucht das ... ?· LED, „Lichtfarbe Tropical“ und…

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<p>DATZ 5/201616</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA</p> <p>Die Zahl der Anbieter von LED-Beleuchtungssystemen nahm in den letzten Jahren deutlich zu. Waren diese Systeme anfangs tendenziell zu lichtschwach, werden nun zunehmend sehr leistungsstarke Varianten angeboten. Nicht immer sind sie dann so sparsam, wie man es erwartet. Wie findet man also heraus, welches System fr das eigene Aquarium am sinnvollsten ist? | VON PETRA FITZ</p> <p>LICHT UND BELEUCHTUNG</p> <p>LED wie viel Licht braucht das Aquarium?</p> <p>I n DATZ 10/2015 stellte ich eine leistungsstarke LED-Beleuchtung fr Aquarien vor (Scaping Light von LiWeBe) und verglich sie mit LED zwei anderer Hersteller (Pulzar HO dim von Giesemann und Aqua LED Style Light CWC von Lumlight). Schon dabei wurde deutlich, dass lichtstarke LED-Leuchtmittel kaum weniger Strom verbrauchen als nor-male Aquarienbeleuchtungen mit T8/T5-Leuchtstoffrhren.</p> <p>In DATZ 3/2014 (Titelthema Licht) rechnete ich fr zwei LED-Leuchtmittel durch, wie lange es dau-ert, bis man infolge des geringeren Stromverbrauchs im Vergleich zu T8 und T5 wirklich Geld spart. Dabei be-rcksichtigte ich den tatschlichen Verbrauch der Leuchtmittel, die An-schaffungskosten und die Kosten fr den Leuchtmittelwechsel (LED schaf-fen ja viel mehr Betriebsstunden als T5- und T8-Leuchtstoffrhren).</p> <p>Heraus kam dabei, dass man mit dem einen Modell (Rebie) schon nach ein bis zwei Jahren Geld spart, mit dem anderen (Lumlight) hingegen sechs bis zwlf Jahre dazu braucht. Die groen Differenzen der Amorti-sationszeiten liegen in den verschie-denen Anschaffungskosten und dem stark unterschiedlichen Stromver-brauch der Leuchtmittel begrndet. Da gibt es bei den Herstellern deut-liche Unterschiede.</p> <p>Bestimmung der Lichtparameter und der elektrischen Leistungsaufnahme verschiedener Beleuchtungssysteme (LED und T8/T5-Leuchtstoffrhren)</p> <p>DATZ 5/2016 17</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMANun stellt sich natrlich die Frage, </p> <p>wie leistungsstark (und damit ener-gieintensiv) die Leuchtmittel ber-haupt sein mssen, Erfahrungen lie-gen ja seit Jahrzehnten mit Leucht-stoffrhren (T5 und T8) vor. Wie schneiden also die LED im Vergleich zu diesen bewhrten Systemen ab?</p> <p>Um diese Frage zu beantworten, muss man zunchst klren, wie viel Licht die unterschiedlichen Systeme tatschlich in das Aquarium bringen und welche Qualitt es besitzt.</p> <p>LichtleistungDie Lichtleistung eines Leuchtmittels wird in Lumen angegeben. Lumen ist die physikalische Einheit des Licht-stroms. Der Lichtstrom eines Leucht-mittels wiederum ist definiert als die gesamte Lichtleistung, die es in alle Richtungen abstrahlt, einfacher aus-gedrckt: ein Ma dafr, als wie hell wir ein Leuchtmittel empfinden.1</p> <p>Leuchtstoffrhren strahlen in alle Richtungen ab, LED-Leuchten fast nur nach unten (meist in einem 120-Grad-Winkel). Mithilfe von Reflektoren lsst sich jedoch das meiste Licht der Rh-ren nach unten, ins Aquarium, len-ken. Haben also zwei Leuchtmittel dieselbe Lumen-Leistung, aber eine unterschiedliche Abstrahl-Geometrie, so kann man sie schlecht direkt mit-einander vergleichen, wenn es um die Frage geht, wie viel Licht die Fische und Pflanzen wirklich erreicht.</p> <p>Viel genauer wre es, den tatsch-lich im Aquarium ankommenden Lichtstrom zu messen, also die Be-leuchtungsstrke. Sie gibt an, wie viel Lumen pro Quadratmeter auf eine bestrahlte Oberflche treffen (Einheit Lux). Sie ist mit einem Messgert di-rekt zu ermitteln (Empfangsgre). Je weiter man sich vom Leuchtmittel entfernt, desto geringer wird die gemessene Beleuchtungsstrke. Des-halb gibt man zu einer ermittelten Be-leuchtungsstrke immer an, in wel-chem Abstand von der Lichtquelle sie bestimmt wurde.</p> <p>Kennt man die Beleuchtungsstrke eines Leuchtmittels in unterschiedli-</p> <p>Skizze zur Lichtausbreitung unter Wasser</p> <p>Seney Reef-Sensor, auf einem Aluwinkel fixiert</p> <p>DATZ 5/201618</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA</p> <p>chen (Aquarien-)Tiefen, kann man gut beurteilen, welche Pflanzen sich (wo) noch pflegen lassen, denn deren Lichtbedarf wird am exaktesten in Lux in Wuchshhe angegeben.</p> <p>Fr Aquarianer und Gartenteich-besitzer gibt es ein einfaches Mess-gert, mit dem neben Temperatur, pH-Wert und Ammonium-Gehalt auch die Lichtsituation zu bestimmen ist: das Seneye Reef. Sein Lichtsensor misst neben der Beleuchtungsstrke (unter Wasser) die fotosynthetisch ak-tive Strahlung (PAR-Einheit in mol/[m x s]) sowie die Lichtfarbe (auch Lichttemperatur genannt, Einheit Kel-vin = K).</p> <p>Mit diesem Gert ma ich die Lichtparameter verschiedener LED-Beleuchtungssysteme unter realen Be-dingungen. Neben den LED von Giese-mann, Lumlight und LiWeBe nahm ich auch die schon erwhnte Rebie-LED in die Messreihe auf. Ebenfalls dabei waren je eine gngige T5- und T8-Leuchtstoffrhre.</p> <p>Damit die Messungen mglichst genau wurden, baute ich einen Halter fr das Seneye. Auf einem Alu-Winkel war der Lichtsensor am waagerechten Schenkel fixiert. Ein Abstandhalter sorgte dafr, dass der Winkel unter Wasser genauso weit von der Aqua-rienwand entfernt war wie oberhalb des Wasserspiegels. Hier war der Ab-stand durch den Glassteg bedingt. So </p> <p>befand sich der Sensor unter Wasser parallel zur Oberflche. Am Aluwinkel (senkrechter Schenkel) brachte ich in Fnf-Zentimeter-Abstnden Markie-rungen an, sodass die Eintauchtiefe des Sensors einfach festzulegen war.</p> <p>Zur Messung positionierte ich die Leuchtmittel (LED-Lichtbalken, T5- und T8-Leuchtbalken) genau ber </p> <p>dem Sensor. So konnte ich immer die maximale Beleuchtungsstrke in ei-ner bestimmten Tiefe ermitteln. Der Abstand von der Unterkante der Licht-quelle zur Wasseroberflche war stets gleich (sieben Zentimeter). Schlielich fanden alle Messungen im selben Aquarium statt, da die ermittelte Be-leuchtungsstrke nicht nur von der Lichtquelle abhngt, sondern auch von der Wassertrbung und -farbe (Gerbstoffe, Ausscheidungsprodukte der Fische) sowie von der Oberfl-chenbewegung (Reflexion und Streu-ung des Lichts).</p> <p>Natrlich sorgte ich dafr, dass die Pflanzen nicht beschattet wurden, und gefttert wurde immer erst nach den Messungen. Die Vermessung der verschiedenen Leuchtmittel fand un-mittelbar nacheinander statt, wobei ich den Filter ausgeschaltet hatte, da-mit die Wasseroberflche mglichst unbewegt war.</p> <p>Die Leuchtmittel brannten alle gleich lange (eingeschaltet eine Stun-</p> <p>Pulzar Ho dim (Tropic) von Giesemann</p> <p>Alle Lichtparameter- Messungen fanden im selben </p> <p>Aquarium statt</p> <p>DATZ 5/2016 19</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA</p> <p>de vor Messbeginn) und whrend der gesamten Messdauer. So vermied ich Schwankungen in der Lichtleis-tung durch unterschiedliche (Tages-)Betriebszeiten.</p> <p>Die vermessenen Leuchtmittel wa-ren unterschiedlich alt, es war also zu bercksichtigen, dass mit der Zeit ein gewisser Leistungsverlust erfolgt. Des-halb ist das Betriebsalter der Leucht-mittel immer mit angegeben.</p> <p>Neben der Lichtleistung interes-sierte mich der tatschliche Strombe-darf der Leuchtmittel. Ich bestimmte ihn mit einem kalibrierten Strommess-gert.</p> <p>Die untersuchten LED-Systeme waren (sinngeme, gekrzte Wieder-gabe der Herstellerbeschreibung): Das Pulzar Ho Dim (Tropic) von Giesemann ist ein dimmbares Hoch-leistungs-Lichtsystem, dessen Licht-leistung deutlich ber der anderer LED-Streifen liegt. Ausgestattet ist es mit Keramik-LED aus dem Haus Cree. Ein LED-Modul ersetzt eine zweiflam-</p> <p>mige Neonrhren-Beleuchtung (T8/T5). Daten zur vermessenen Modul-Lnge 1070 Millimeter: 65 Watt, be-stckt mit 65 Coolwhite-, zehn grnen, fnf blauen, fnf roten und fnf warmweien LED, ausreichend fr ein Aquarium mit den Maen 130 x 50 x 60 Zentimeter (L x B x H), bis 7.150 Lumen (110 Lumen pro Watt) (www.giese-mann.de 2015). Bei dem Aqua LED Style Light von Lumlight als Neonrhren-Ersatz han-</p> <p>delt es sich um hochwertige SMD-LED, die in einem schmalen Aluminium-Gehuse wasserfest in einem Silikon-bett verbaut sind. Daten: bei einer Lnge von 1.125 Millimetern beispiels-weise 20 Watt Energiebedarf und bis 1.800 Lumen (90 Lumen pro Watt); </p> <p>eine LED-Leiste pro 30 Zentimeter Aquarientiefe (die Hhe des Beckens spielt keine Rolle), drei LED-Streifen in den Lichtfarben W (warmwei, 3.500 K) und C (coolwhite, 6.500 K) kombinierbar; dimmbar. In der Aus-fhrung Aqua LED Style Light RGB ist die mittlere Reihe durch RGB er-setzt. Mittels Tageslichtsimulator lsst sich der Tageslichtverlauf simulieren (www.led-aquarium.eu 2015). Der Scaping Light Biotop von Li-WeBe ist eine leistungsstarke LED-Be-leuchtung mit bis zu 145 Lumen pro Watt, also einer Lichtleistung, die um rund ein Drittel hher ist als die an-derer Markenhersteller. Es werden drei weie LED-Streifen (wahlweise 2.500 bis 10.000 K) plus ein RGB-Strei-fen verbaut. Handgefertigt nach Kun-denwunsch, werden die Lichtfarben kombiniert und die 24-Volt-DC-SMD-LED (momentan vom Typ 5630 und 3527) in einem sehr massiven Aluwen-deprofil installiert. In Kombination mit einem Controller ist jede Tages-</p> <p>Neon-Ersatz Aqua LED Style Light (CWC) von Lumlight</p> <p>Einzelheiten zu den Systemen finden sich auf den </p> <p>Websites der Hersteller</p> <p>DATZ 5/201620</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA lichtsituation simulierbar, denn jeder </p> <p>LED-Kanal lsst sich einzeln ansteu-ern; Daten: vier 48-Zentimeter-LED-Streifen (Gehuse bis 60 Zentimeter), zweimal 5.000 K (zusammen 26,9 Watt), einmal 2.500 K, einmal RGB (www.liwebe.de Mai 2015). Rebie bietet LED neuester Genera-tion fr Swasseraquarien. Die Licht-farbe Tropical Duo kombiniert 6.500 und 13.000 K und bietet einen Ersatz fr klassische T8-Leuchtstoffrhren mit analoger Lichteinheit (nicht fr elek tronische Vorschaltgerte geeig-net), nur der alte Starter muss durch den mitgelieferten LED-Starter ersetzt werden. Das System reduziert die Stromkosten auf ein Drittel. Daten: 120-Zentimeter-Rhre, beispielsweise zwlf Watt, 216 LED und 990 Lux (persn liche Mitteilung der Firma Re-bie: 1.188 Lumen, also 99 Lumen pro Watt); einsetzbar fr Aquarien bis 50 Zentimeter Hhe (www.rebie.de 2015).</p> <p>Lichtparameter und WassertiefeBeleuchtungsstrke: Bei der Bewer-tung der Ergebnisse muss man unbe-dingt beachten, dass die gemessenen Lux-Werte die maximale Beleuch-tungsstrke darstellen, da sie ja direkt unter der Lichtquelle ermittelt wur-den. Wie die Skizze zur Lichtausbrei-tung unter Wasser zeigt, verringern sich die Beleuchtungsstrken nicht nur in zunehmender Wassertiefe, son-dern auch mit zunehmendem seitli-chen Abstand zur Lichtquelle.</p> <p>In der ersten Grafik ist die gemes-sene Beleuchtungsstrke in zuneh-mender Wassertiefe dargestellt, der erste Messwert nennt die Strke in drei Zentimetern Tiefe. Je nach Her-steller sind hier groe Unterschiede zu erkennen. So konnte ich beim Scaping Light Biotop (LiWeBe) ma-ximal satte 18.300 Lux messen, beim Aqua Style Light (Lichtfarbe CWC, drei Betriebsjahre, Lumlight) und bei der LED Tropical Duo (Rebie) hin-gegen nur rund 4.000Lux. Die T5-Rh-re (Ultra Tropic, JBL) lag mit 5.500 Lux deutlich ber dem T8-Leuchtmit-tel (Tropic, JBL), die Pulzar Ho dim LED, Lichtfarbe Tropical und Tropical Duo, von Rebie</p> <p>Scaping Light Biotop von LiWeBe</p> <p>DATZ 5/2016 21</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA(Giesemann) brachte noch einmal </p> <p>knapp die doppelte Lichtleistung (10.300 Lux) des T5-Leuchtmittels.</p> <p>In 43 Zentimetern Wassertiefe kommen bei T5, T8, Rebie-LED und Lumlight-LED nur noch rund 800 Lux an. Die Giesemann-LED beleuchtet dieselbe Tiefe noch mit guten 2.300, die LiWeBe sogar noch mit 3.100 Lux!</p> <p>Was mich wunderte, war das Er-gebnis bei T5- und T8-Leuchtmitteln: Ab einer Eindringtiefe von gut 13 Zentimetern stellte ich zwischen bei-den kaum einen Unterschied in der Beleuchtungsstrke fest.</p> <p>Vergleicht man nun die Beleuch-tungsstrke der vermessenen JBL-T8/T5-Leuchtmittel (Tropic und Ul-traTropic) mit jener der LED, zeigt sich, dass die LED von Rebie (neu) und Lumlight (drei Jahre alt) dem T8-Leuchtmittel vergleichbar sind. Giese-mann ist etwa doppelt so hell, LiWeBe toppt das T8-Leuchtmittel sogar um das Vierfache! Anders ausgedrckt ersetzt eine Pulzar Ho Dim (Giese-mann) zwei, die Scaping light Bio-top (LiWeBe) sogar drei oder vier T5-Leuchtmittel. Will man mehrere T5-Leuchtmittel durch nur eine LED er-setzen, stellt sich die Frage, ob eine gute Ausleuchtung tiefer Becken auch gegeben ist.</p> <p>In meinem Test (DATZ 10/2015) leuchtete eine LiWeBe-LED das Aqua-rium gut aus (Wrfel, 65 x 65 x 65 Zentimeter), bei einem meiner Kun -den reichte eine einflammige Beleuch-tung mit Pulzar Ho dim (Giesemann) fr ein 250 x 60 x 60 Zentimeter groes Aquarium ebenfalls (ber die Becken-lnge waren zwei 1.070 Millimeter lan-ge LED hintereinander angebracht).</p> <p>Und wie viel Lux brauchen die Aquarienpflanzen? Laut Wilster-mann-Hildebrandt (2012) bentigen anspruchslose Arten (etwa Cryptocoryne affinis oder Anubias nana) 1.000 bis 2.000 Lux in Wuchshhe, Pflanzen mit mittleren Ansprchen (beispiels-weise Althernanthera reineckii, Echinodorus spp.) etwa 3.000 Lux. Son-nenanbeter wie Crassula helmsii, Lilaeopsis brasiliensis, Hemianthus calli</p> <p>trichoides oder Pogostemon stellatus freuen sich ber 3.000 bis 5.000 Lux.</p> <p>Hier wird schon deutlich, dass hohe Aquarien besondere Anforde-rungen an die Beleuchtung stellen, will man das Grn auch auf dem Grund noch ppig gedeihen lassen. Bei Aquascapes ist meist die gesamte Flche mit Bodendeckern bewachsen. Um die ntige Beleuchtungsstrke von beispielsweise 3.000 bis 5.000 Lux bei H. calli trichoides sicherzustellen, dr-fen die Becken selbst bei den licht-starken LED nicht hher als 30 bis 40 Zentimeter sein.Lichtfarbe: Die vermessenen LED-Leuchtmittel haben alle ein Vollspek-trum mit einer Lichtfarbe, die fr S-wasseraquarien geeignet ist. Da weie LED ber ein Vollspektrum hnlich </p> <p>dem Sonnenlicht verfgen, enthalten sie alle Wellenlngen des sichtbaren Lichts und damit auch smtliche Far-ben. Auf seinem Weg durch das Was-ser wird das Licht schwcher, weil es adsorbiert und gestreut wird. Dabei ist die Adsorption umso strker, je grer die Wellenlnge ist. So wird rotes Licht (Wellenlnge 650 bis 780 Nanometer) wesentlich strker adsorbiert als blau-es (380 bis 490 Nanometer).</p> <p>Es kommt also zu einer Verschie-bung der Lichtfarbe (des Spektrums) auf dem Weg durch das Wasser hin zu krzeren Wellenlngen (blau), die Lichtfarbe wird khler (hhere Kel-vin-Zahl). Dieser Vorgang ist unter dem Begriff (Farb-)Extinktion (Aus-lschung) bekannt. So kommt in sehr tiefen Wasserschichten fast nur noch </p> <p>Im Aquarium gemessene Beleuchtungsstrke in unterschiedlichen Messtiefen</p> <p>Lichtfarbe verschiedener LED in Abhngigkeit der Wassertiefe (im Aquarium gemessen)</p> <p>DATZ 5/2016</p> <p>TITE</p> <p>LTH</p> <p>EMA</p> <p>22</p> <p>blaues Licht an, das rote wird bereits nach wenigen Metern ausgelscht. Die Frage war, ob man mit dem Mess-gert schon bei relativ geringen Was-sertiefen eine Vernderung der Licht-farbe berhaupt feststellen kann. Man kann aber nicht so, wie erwartet </p> <p>Bei den LED-Leuchtmitteln gab es durchgehend den Trend, dass die Lichtfarbe mit zunehmender Wasser-tiefe wrmer wurde, also genau an-ders herum als erwartet! Bei den T5-und T8-Leuchtmitteln lie sich kein signifikanter Einfluss der Eindringtie-fe auf die Lichtfarbe messen.</p> <p>Auf...</p>

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