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14:46 - Saturday, 19 October 2019
Unterwasserbeleuchtung PDF Print E-mail

 

Mehr zum Thema Unterwasserbeleuchtung in unserem aktuellen zEroPool-Bericht in der Schwimmbad&Sauna 9/10-2012.

 

 

                        

Abendliche Aufnahmen des zEroPool in verschiedenen Farbtönen eiines LED-Unterwasserscheinwerfers

 

 



Untersuchungen und Planungskriterien

Während der Projektlaufzeit werden unterschiedliche Leuchtsysteme von verschiedenen Herstellern im Fertigbecken zum Einsatz kommen. Darunter die HighEnd-Systeme von Lahme und Evaoptic. Schwerpunkt der Untersuchungen sind neben den reinen lichttechnischen Funktionen auch die Betriebs- und Investitionskosten, Wartungsaufwand sowie die Bedienung der Scheinwerfer.

Als Nutzungsdauer wurden 600 h über die 180 tägige Poolsaison zu Grunde gelegt. Dies ergibt eine durchschnittliche Betriebszeit von ca. 3.3 h pro Tag, die individuell kürzer oder auch länger sein kann. Für Naturpools zum Beispiel, die das ganze Jahr beleuchtet werden, sind die längeren Nutzungszeiten bei den Betriebskosten entsprechend zu berücksichtigen.   

Serienmäßig wurde das Becken mit einem 300 W PAR56-Scheinwerfer ausgeliefert. Der Scheinwerfer sitzt in einer anlaminierten Einbaunische in einer - nicht gerade lichttechnisch optimalen Position - nur ca. 30 cm über dem Beckenboden. Eine weitere Einbaunische ist nicht vorhanden, so dass für den Wunsch einer besseren Beckenausleuchtung auf effizientere Beleuchtungstechnik zurückgegriffen werden muss.

Unsere Anforderungen an eine Poolbeleuchtung sind u. a.

  • die blendfreie Ausleuchtung des Schwimmbeckenzugangs
  • ausreichende Ausleuchtung der Ein- und Ausstiegszonen
  • Erzeugen von diversen Lichteffekten
  • Illumination von Wasserattraktionen
  • geringe Betriebskosten und längere Wartungsintervalle
  • Kommunikation mit den Poolbenutzern
  • ...

Für die Dimensionierung einer guten Unterwasserbeleuchtung, die keine zusätzliche Umgebungsbeleuchtung mehr erfordert, kann eine Lichtstromdichte von ca. 400 lm pro m² Wasseroberfläche angesetzt werden. Für Wettkampfbecken sind jedoch 500 lm/m² die Norm. Beachtet werden muss dabei auch die Materialart der Beckenwandoberfläche, da beispielsweise ein Edelstahlbecken mehr Licht 'schluckt'. Für das GFK-Becken des zEroPool mit seiner ca. 20 m² großen Wasseroberfläche sind deshalb 8000 lm mehr als ausreichend.

 

 

 



Lichttechnische Grundlagen

Ausschlaggebend für die Beleuchtungsqualität ist nicht die Aufnahmeleistung der Scheinwerfer, da zum einen der Wirkungsgrad der verschiedenen Leuchtmittel stark voneinander abweicht (Glühlampe, Halogenlampe, Leuchtstoffröhre und LED) als auch der vom Wasser absorbierte Infrarotanteil der Leuchten unterschiedlich hoch ist und die Leistungen der Vorschaltgeräte und Netzteile erheblich abweichen können. Vielmehr ausschlagebend ist der Lichtstrom in Lumen bzw. die Lichtstromdichte in Lumen pro m² Wasseroberfläche und die möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Beckens.

Das Lumen ist eine photometrische Einheit (keine radiometrische) und berücksichtigt deshalb die unterschiedliche Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges. Zwei baugleiche Lichtquellen empfindet der Mensch als gleich hell, wenn diese den gleichen Lichtstrom (Lumen), unabhängig von der Farbe, haben. Das menschliche Auge hat seine max. Empfindlichkeit im gelbgrünen Bereich bei einer Wellenlänge bei 555 nm. Im Randbereich des sehbaren Lichtspektrums, also blau und rot, fällt die Empfindlichkeit des menschlichen Auges auf unter 10%.
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Bedeutend ist der Wirkungsgrad der Leuchtmittel, also das Verhältnis der abgestrahlten Lichtleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung, der u. a. in nebenstehender Tabelle wiedergegeben ist:
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                                   Wirkungsgrad              Lichtausbeute               Auslegung für ca. 400 lm/m²
Glühlampe                        3%                          10 - 15 lm/W
Halogenlampe                  7%                          15 - 20 lm/W                     20 - 25 W/m²
LED monochrom            25%                         bis 120 lm/W                        3 - 5 W/m²

 

 


Glühlampen-Scheinwerfer 

In Privatpools werden häufig die preisgünstigen 300 W Glühlampen-Scheinwerfer eingesetzt, die in PAR56 Scheinwerfergehäusen eingesetzt sind. PAR steht hierbei für die englische Abkürzung von "parabolic aluminized reflector", wobei die Zahl "56" den Gehäusedurchmesser in Achtelzoll wiedergibt. Es handelt sich um eine kurze Ausführung, die für möglichst flächige Ausleuchtungen Verwendung findet.

Der Wirkungsgrad der Glühlampen ist mit 3% sehr gering, was ein Grund für den gesetzlich verordenten Verkaufsstopp von Glühlampen in der Gebäudebeleuchtung war.

Die 300 W Glühlampe (Lichtausbeute 10 - 15 lm/W) erzeugt einen Lichtstrom von 3000 - 4500 lm, der allerdings durch Scheinwerferverluste noch verringert wird. Im Vergleich hierzu erzeugt eine 72 W Power-LED (Lichtausbeute mit 120 lm/W) einen Lichtstrom von über 8000 lm, der damit doppelt so hoch wie der einer 300 W Glühlampe ist. Für einen vergleichbaren Lichtstrom müssten also zwei 300 W Glühlampen eingesetzt werden. Ein Umstand, der leider oft vergessen wird.

Der 300 VA Sicherheitstransformator besitzt bei Volllast einen Wirkungsgrad von über 92% und hat damit eine Gesamtverlustleistung von 28 W (Eisenverluste ca. 10 W und Wicklungsverluste von ca. 18 W). Die gemessene Aufnahmeleistung inkl. Transformator lag bei ca. 310 W.

Der saisonale Energiebedarf für zwei Glühlampen-Scheinwerfer berechnet sich zu 372 kWh bzw. 93 €. Hinzu kommen dann die Kosten für zwei Ersatzlampen (2 x ca 40 €) und deren Montageaufwand unter Wasser. Sofern ein Fachbetrieb damit beauftragt wird, fallen hier weitere Kosten von ca. 80 € an. Mit insgesamt 253 € pro Saison ist der Glühlampen-Scheinwerfer also keineswegs günstig.

 

 

 



LED-Scheinwerfer 

LEDs wandeln den Strom direkt in annähernd monochromatisches Licht mit einem Wirkungsgrad von 25% um. Gegenwärtig sind Lichtleistungen von 120 lm/W serienmäßig machbar. Damit reicht für die 20 m² große Wasseroberfläche des zEroPools eine Aufnahmeleistung von 70 W aus, um die geforderte Leuchtstromdichte von 400 lm/m² zu erhalten. Die Energieeinsparung im Vergleich zur Glühlampe liegt dabei bei ca. 90%.

Einige wichtige Vorteile der LED-Scheinwerfer sind: 
  • Energieeinsparung von bis zu 90%
  • Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden (bei 70% Lichtleistung am Ende der Lebensdauer) 
    (fast 100 mal länger als konventionelle Glühlampen)
  • Bauformen deutlich kleiner und vorallem flacher => ansprechendere Designs möglich
  • Kabelquerschnitte deutlich geringer
  • häufiges Schalten unproblematisch
  • keine Einschaltverzögerung, d. h. sofortige 100% Helligkeit
  • kein Flimmern oder Flackern
  • deutlich geringe Wärmeentwicklung
  • ohne Quecksilber: gesundheits- und umweltfreundlich
  • keine IR- und UV-Strahlung

Weisses Licht wird entweder durch additive Farbmischung von z.B. RGB-Scheinwerfern erzeugt oder deutlich effizienter durch die Kombination einer blauen LED mit einer photolumineszierenden Schicht (meist Phosphor), die - ähnlich der Leuchtstoffröhre - das kurzwellige blaue Licht in den langwelligen weisse Spektrumsbereich verschiebt.

Diese Technik nutzen sowohl Evaoptic generell und Lahme bei ihrem monochromen 24x3W Power-LED-Scheinwerfer, der einen Lichtstrom von ca. 8200 lm in Tageslichtweiß (Farbtemperatur 6000 K, Herstellerangabe) liefert. Damit wird im zEroPool nicht nur rechnerisch eine Lichtsromdichte von 410 lm/m², sondern auch tatsächlich eine ausgezeichnete Beckenausleuchtung erreicht.

LEDs bieten aber den weiteren großen Vorteil, unterschiedliche Lichtfarben abgeben zu können, die über verschiedene Farb-LEDs (je nach Halbleitermaterial und Dotierung) erzeugt werden. In den üblichen RGB-Scheinwerfern werden Farb-LEDs der Primärfarben Rot, Grün und Blau gemeinsam verbaut. Weitere Farben des durch die drei Primärfarben  begrenzten Farbraums werden dann durch additive Farbmischung dieser drei Farb-LEDs erzeugt. Gesteuert wird dies mittels der bekannten DMX-Technik (Digital Multiplex). Auch die Farbe Weiß wird bei RGB-Scheinwerfern durch einen Mix dieser drei Farb-LEDs erzeugt.
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Evaoptic geht in Punt Farbmischung sogar noch einen Schritt weiter und integrierte in ihrem neuen A4 RGBW neben den drei Farb-LEDs zusätzlich noch eine vierte, weiße LED, mit der weitere interessantere Farbmischungen realisiert werden können. Jedes der vier Hochleistungs-Chip-LEDs hat eine Leistung von 50 W und brachte im zEroPool eine satte Lichtausbeute in allen Farbbereichen. Angesteuert wurde der Evaoptic-Scheinwerfer im Test über ein kleines und schön designtes Touch-Panel mit drei Berührungsfeldern für Ein/Aus, Farbauswahl mit mehreren Farbwechselprogrammen und Steuerung der Lichtintensität. Das Touch-Panel gibt die jeweilige Einstellung über eine achtstufige LED-Punktleiste wieder. Möglich ist aber auch die Fernbedienung über Tablet-PC oder Smartphone. Es lassen sich auch eigene Lichtshows programmieren. Der Scheinwerfer bietet zudem ein ‚Intelligent Power Control‘ (IPC), das den Scheinwerfer in allen möglichen Farbeinstellungen mit der maximalen Leistung von 50 W betreibt.  Der saisonale Verbrauch des A4 RGBW-Scheinwerfers liegt bei 30 kWh bzw. 7,50 €.

 

 

 

 



Scheinwerfernvergleich

Ein Lumen-Vergleich von Scheinwerfern ist mit Vorsicht zu genießen, da zum einen die Herstellerangaben deutlich differieren können und zum anderen LEDs nicht direkt mit Halogen und Glühlampen aufgrund der fehlenden Verluste von LEDs nicht direkt verglichen werden können. Dieser Umstand ist aber bekannt und in der Fachliteratur mehrfach beschrieben. Selbst der Vergleich von LED-Scheinwerfern ist nicht immer zielführend. So gab es z.B. LED-Scheinwerfer, die mit eiiner geringeren Lumen-Angabe eine bessere Ausleuchtung als LED-Scheinwerfer mit höherer Lumen-Anagbe hatten. Im Zweifelsfalle hilft hier nur der direkte Vergleich auf Messen oder in Ausstellungspools.

Der LED-Scheinwerfer ist dem Glühlampen- und Halogen-Scheinwerfern in vielen Punkten deutlich überlegen und die Entwicklung der LED-Technik schreitet schnell voran. Neben der farblichen Beckenausleuchtung und den schönen Scheinwerfer-Designs überzeugen die LED-Scheinwerfer vorallem durch ihren geringen Energieverbrauch und ihrer langen Lebensdauer, was beides zu den geringsten Betriebskosten führt.

 


 
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