Beleuchtung in Innenräumen - Human Centric Integrative Lighting. Tran Quoc Khanh

über die Lichtqualität.

      Zu guter Letzt möchten die Autoren ihren Familien danken – für die moralische Unterstützung vor und während der Buchschreibphase mit einem nicht einfachen Inhalt in einer nicht einfachen Zeit.

      Darmstadt, 13. Februar 2021

       Tran Quoc Khanh, Peter Bodrogi und Trinh Quang Vinh

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      Einleitung und Motivation

      1.1 Einführung: ein historischer Rückblick und aktuelle Fragestellungen

      Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) definierte im September 1931, 90 Jahre vor der Erscheinung dieses Buches, die 2°-Normspektralwertfunktionen

(𝜆),

(𝜆),

(𝜆) für den visuellen Farbabgleich mit einem visuellen Gesichtsfeld von 1° bis 4°. Damit ist es möglich, für jeden Farbreiz beliebiger spektraler Zusammensetzung im sichtbaren Wellenlängenbereich die Farbvalenzen und die Normfarbwerte zu berechnen und die Farben zu charakterisieren sowie in einem wissenschaftlichen und industriellen Prozess zu kommunizieren. Hinzu kamen seit dem Ende des 19. Jahrhunderts bis heute die folgenden Entwicklungsschritte in der Lichttechnik:

      1 a) In der Beleuchtungstechnik und in der Fotometrie: Vom Ende des 19. Jahrhundert bis etwa zuden 80er-Jahren des 20.Jahrhunderts erlebten einige Erdteile eine stetig wachsende Entwicklung des Industrialisierungsprozesses (z.B. Maschinenbau, Schiffbau, Elektrotechnik, Bauwesen), sodass die Forschungen in der Beleuchtungstechnik sich darauf konzentrierten, anhand von physiologischen visuellen Leistungen wie Kontrastvermögen, Sehschärfe, Lesegeschwindigkeit oder Fehlerrate der verrichteten Arbeit die Anforderungen an die Arbeitsplätze im Büro und in der Fertigung zu formulieren, wobei die Kenngrößen Beleuchtungsstärke (in lx) oder die Leuchtdichte (in cd/m2)zugrunde gelegt wurden. Die Forschungsergebnisse auf diesem Themengebiet bis zum Ende des 20. Jahrhunderts bildeten die Grundlagen für die heutigen internationalen und nationalen Normen der Beleuchtungstechnik [1–3].

      2 b) In der Lichtquellentechnik: Von 1879 bis 1999 gab es eine Reihe von wichtigen Entwicklungsschritten von den Glühlampen über die Hochdruckentladungslampen, die Halogenglühlampen, Dreibanden-Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen (s. Tab. 1.1). Von 1994 bis heute erfährt die Lichtquellentechnik durch die neue Entwicklung von Hochleistungs-LEDs einen enormen Fortschritt. Die Lichtausbeute von weißen LEDs übertrifft die Werte der häufig verwendeten Entladungslampen (z.B. T5-Lampen, Cosmopolis-Lampen, HMI-Lampen). Die hohe Lichtausbeute der LEDs, die nach der V(𝜆)-Funktion für das Tagessehen bewertet wird, trägt positiv zur weltweiten Bemühung zur Energieeinsparung und Umweltschonung bei.

      3 c) In der CIE-Farbmetrik: Die Geschichte der CIE-Farbmetrik ist durch die ständigen Bemühungen gekennzeichnet, wahrnehmungstechnische Farbattribute (Helligkeit, Re-lativhelligkeit, Farbton, Buntheit, Farbsättigung) zu definieren und in einem perzeptiv gleichabständigen Farbraum vektoriell anzuordnen. Wenn diese wahrnehmungstechnisch gleichabständigen Farbräume geschaffen werden, können die Farbdifferenzen verschiedener Farborte dort berechnet und für die industriellen Qualitätskontrollen verwendet werden. Ein Nutzen der Farbdifferenzberechnung ist die Definition des Farbwiedergabeindex. Diese oben beschriebene Aufgabenstellung wurde in den letzten Jahrzehnten in mehreren Erkenntnisstufen (s. Tab. 1.2 sowie [4, 5]) mehr oder weniger optimal gelöst. Die Forschungsergebnisse der Farbwissenschaft werden bis heute in der farbgebenden Industrie (Displaytechnik, Filmtechnik, Drucktechnik, Textilindustrie) und zunehmend seit etwa 2010 auch in der Beleuchtungstechnik und in der Lichtquellentechnik (LED, OLED) verwendet.

Tab. 1.1 Große Meilensteine in der Entwicklung der Lichtquellentechnik. Quelle: TU Darmstadt.

Jahr	Inhalte
1854	Goebel: Glühlampe mit Bambusfaser
1879	Edison: Glühlampe mit Kohlefaden
1900	Cooper, Hewitt: Patent auf Quecksilberdampflampe
1906	Einführung der Wolfram-Metallfadenlampe mit Stickstofffüllung
1934	Einführung der Niederdruckentladungslampe mit Leuchtstoffen
1959–1960	Einführung der Halogenglühlampen
1971	Leuchtstofflampen mit Dreibandenkonzept
1980	Einführung der CFL-i (Energiespar)-Lampe
1994	Weiße LED auf der Basis von InGaN-Material

Tab. 1.2 Große Meilensteine in der Entwicklung der CIE-Farbmetrik. Quelle: TU Darmstadt.

Jahr	Inhalte
1931	Definition der 2°-Normspektralwertfunktionen (𝜆), (𝜆), (𝜆)
1960	Festlegung des UCS-Diagramms (Uniform Colour Scale)
1964	Definition des CIE 1964 (U*V*W*)-Farbraumes
1964	Definition der Normspektralwertfunktionen für ein 10°-Gesichtsfeld
1976	Definition der beiden Farbräume CIE L*a*b* (oder CIELAB) und CIE L*u*v* (oder CIE-LUV)
2004	CIE-Publikation: A Colour Appearance Model for Colour Management Systems: CIE-CAM02, Publication No. 159 (Vienna: Central Bureau of the CIE, 2004) [6]
2006	Definition des CAM02-UCS-Farbraums auf der Basis des Farbwahrnehmungsmodells CIE-CAM02 [7]

      Seit dem Beginn des 21. Jahrhunderts verstärkten sich einige lichttechnikrelevante Entwicklungstendenzen, die sich wie folgt äußerten:

       Die Gesellschaften in den großen Teilen der Erde (Nordamerika, Europa, China, Japan, Südostasien) sind informationstechnisch ausgerichtet. Die Arbeitsweise, die Arbeitsabläufe (Tag- und Nachtrhythmen) sowie die Arbeitsmittel (Monitore, Datensichtgeräte) erreichten eine neue Qualität. Zusätzlich zu den Gütemerkmalen wie Beleuchtungsstärke oder Gleichmäßigkeit und Blendung kamen andere Diskussionen über Licht und Gesundheit,