Beleuchtung nachhaltig und ökologisch gestalten

Die durchschnittliche Schlafdauer eines Erwachsenen liegt bei knapp sieben Stunden. Je nach Jahreszeit schwankt die Verfügbarkeit von Tageslicht hierzulande jedoch zwischen 8 und 16 Stunden. Das bedeutet, dass man entsprechend zwischen einer und neun Stunden des Tages andere Lichtquellen als Tageslicht benötigt. Seit Jahrtausenden bediente sich der Mensch des offenen Feuers für diesen Zweck. Nicht nur als klassisches Holzfeuer, sondern besonders auch in Form von Fackeln, Kienspänen und Kerzen.

Mit der Erfindung von Gasleuchten und später des elektrischen Lichts wurde Helligkeit noch schneller und leichter verfügbar und dazu auch noch deutlich billiger. Inzwischen stellt Licht kaum noch einen nennenswerten Kostenfaktor dar – leider, könnte man sagen. Viele Lichtquellen sind ineffizient und verbrauchen damit mehr Strom als nötig; das belastet die Umwelt. Hinzu kommt der unbewusste Umgang mit künstlichem Licht.

Über Städten bildet sich eine regelrechte "Lichtglocke" – oft als "Lichtsmog" bezeichnet.

Der übermäßige Gebrauch künstlicher Lichtquellen verbraucht nicht nur unnötig elektrische Energie, sondern hat auch massive Auswirkungen auf die Umwelt. Es wurde errechnet, dass in einer einzigen Sommernacht über eine Milliarde Insekten an Straßenlaternen zugrunde gehen – allein in Deutschland. Auch Zugvögel werden durch das unnatürliche Licht irritiert, ebenso viele Pflanzen und Tiere. Die Auswirkungen auf den Menschen sind umstritten.

Dennoch: Ganz ohne künstliches Licht ist unser Alltag in seiner jetzigen Form nicht mehr denkbar. Damit stellt sich die Frage, wie man dieses Licht möglichst nachhaltig und sinnvoll erzeugen kann. Dabei spielt natürlich der Energieverbrauch eine große Rolle, aber auch andere Faktoren sind wichtig: Das Leuchtmittel selbst sollte nachhaltig sein. Dies beinhaltet die gesamte Lebensdauer des Leuchtmittels: Die Herstellung, die zu erwartende Lebensdauer, aber auch Möglichkeiten der umweltgerechten Entsorgung. Außerdem sollte das erzeugte Licht als angenehm empfunden werden und zweckdienlich sein. Macht man es sich abends mit einem Buch gemütlich, bevorzugt man meist eher gedämpftes, warmes Licht. Bei Arbeiten, in denen es auf Präzision ankommt, braucht es möglichst tageslichtgetreues Licht mit guter Farbwiedergabe. Ein gutes Leuchtmittel sollte nicht unruhig flackern und absolut geräuschlos sein.

Die Glühbirne – ein Nachruf

Von vielen wird die Glühbirne – seit dem 1.9.2012 in der gesamten EU verboten – nach wie vor als das (elektrische) Leuchtmittel mit dem angenehmsten Farbspektrum angesehen. Damit sind aber auch schon alle Vorteile der Glühbirne genannt. Ganze 93 % der eingesetzten Energie werden von der Glühbirne nämlich nicht in Licht, sondern in Wärme umgewandelt. Damit handelt es sich eher um eine elektrische Heizung, die nebenher noch Licht produziert. Hinzu kommt die geringe Lebensdauer von durchschnittlich etwa 1000 Betriebsstunden.

Schönes Licht, aber ineffizient und kurzlebig: Die Glühbirne.

Einzelne Modelle können auch deutlich länger halten – den Weltrekord hält das bereits über 110 Jahre alte „Centennial Light“. Das Centennial Light ist die älteste Glühbirne der Welt und wurde in den 1890er Jahren gefertigt. Spätestens seit 1901, als sie der örtlichen Feuerwehr geschenkt wurde, brennt diese Lampe bis auf wenige Unterbrechungen durchgängig in Livermore, Kalifornien. Dort ist sie auch zu besichtigen, ferner existiert eine Webcam (Link siehe unten).

Entscheidend für die Lebensdauer von Glühbirnen ist aber vor allem die Dauer der Schaltzyklen. Es sind die starken Anschaltströme, die dem Glühfaden zu schaffen machen und ihn letztendlich durchbrennen lassen. Diese Belastung blieb dem Centennial Light weitestgehend erspart. Es brennt inzwischen auch nur noch mit knapp 7 % seiner ursprünglichen Leuchtkraft. Es taugt daher nur sehr begrenzt als Beweis, dass haltbare Glühbirnen möglich sind.

Richtig ist aber auch, dass von Seiten der Hersteller, im Rahmen eines geheimen Kartells, viel Arbeit investiert wurde, um die Lebensdauer der Glühbirnen auf etwa 1000 Stunden zu standardisieren. Es ist nicht ganz klar, ob es hier tatsächlich um die bewusste Verkürzung der Lebensdauer von Glühbirnen ging (geplante Obsoleszenz), um den Absatz zu fördern. Die Hersteller argumentieren, dass die Lebensdauer einer Glühbirne nun einmal vom Stromverbrauch und von der Helligkeit der Birne abhänge. Wolle man bei gleicher Helligkeit die Lebensdauer erhöhen, müsse man den Stromverbrauch erhöhen. Nach dieser Darstellung führte die Anpassung der Lebensdauer lediglich zu einer verbesserten Vergleichbarkeit der Glühbirnen unterschiedlicher Hersteller.

Die Glühwendel einer Glühlampe bestand seit den 1920er-Jahren aus Wolfram. Wolfram ist ein sehr hartes Metall und besitzt den höchsten Schmelzpunkt aller bekannten Metalle. Erst der Einsatz von Wolfram hat Glühbirnen mit großer Helligkeit möglich gemacht. Das sich helle Glühlampen mit akzeptablem Stromverbrauch und nennenswert längerer Lebensdauer produzieren ließen, ist also unwahrscheinlich. Das Glühlampenverbot ist damit ökologisch sinnvoll, da es eine überholte und verschwenderische Technik aus unserem Alltag verbannt. Aber was ist mit den Alternativen?

Kerzenlicht

Noch schöner, noch ineffizienter und noch kurzlebiger: Kerzenlicht.

Bevor wir uns die moderneren Neuentwicklungen ansehen, gehen wir noch einmal in der Geschichte der Leuchtmittel zurück in das Zeitalter vor der Glühlampe. Kerzenlicht wird meist als besonders warm, angenehm und gemütlich empfunden. Seit einiger Zeit gibt es sogar in Deutschland hergestellte Kerzen aus Bio-Rapsöl. Die sind fast CO2-neutral – lediglich der Anbau, die Herstellung und der Transport wirkt sich auf die CO2-Bilanz aus, nicht jedoch das Verbrennen der Kerze selbst. Zudem sind sie unabhängig von der Erdölförderung wie die handelsüblichen Paraffinkerzen. Für eine Rapskerze müssen auch keine Bienen leiden.

Wie aber jeder weiß, werden Kerzen sehr heiß. Sie stellen ein gewisses Brandrisiko dar und haben ein noch ungünstigeres Verhältnis zwischen der Produktion von Wärme und Licht als Glühlampen. Die Lichtausbeute beträgt gerade einmal ein Zehntel der schon schlechten Lichtausbeute der Glühbirne! Das spürt man auch im Geldbeutel. Kostet der einstündige Betrieb einer 60 W-Glühbirne mit Ökostrom etwa 1,7 Cent, muss man für eine Stunde Kerzenlicht rund 13 Cent bezahlen. Dabei ist die Helligkeit der Kerze deutlich geringer. Als Leuchtmittel für den Alltag taugen Kerzen deshalb eher nicht.

Energiesparlampen sind effizienter  als Glühbirnen – doch sie enthalten Quecksilber.

Energiesparlampe

Die Erfindung der Energiesparlampe (korrekt eigentlich: Kompaktleuchtstofflampe) machte das Verbot der Glühlampe überhaupt erst möglich. Die ersten Modelle waren dabei aber noch sehr gewöhnungsbedürftig: Flackern, Geräuschentwicklung und kaltes, unangenehmes Licht waren die Regel. Doch in Hinblick auf die Energieausbeute waren diese Lampen der Glühbirne auch damals schon um Längen voraus. Sie versprachen eine vier- bis fünfmal höhere Lichtausbeute und damit bis zu 80 % Energieersparnis. Auch die Lebensdauer ist im Schnitt rund zehnmal höher als die der Glühlampen.

Während die ersten Startschwierigkeiten wie Flackern, Geräuschentwicklung und Lichtfarbe inzwischen weitestgehend passé sind, haben alle Energiesparlampen immer noch ein großes Problem: Sie enthalten Quecksilber, welches bei Produktion und Entsorgung eine Umweltbelastung darstellen kann. Auch das Zerbrechen einer Energiesparlampe im Haushalt kann gerade für Haustiere, Kinder und Schwangere zum Problem werden, wenn nicht rechtzeitig adäquat reagiert wird.

LED-Lampen

LED-Lampen sind im Gegensatz zu Energiesparlampen giftfrei und verbrauchen noch einmal etwas weniger Strom und halten noch einmal länger. Damit sind sie in diesen Punkten den Energiesparlampen deutlich überlegen. Bezieht man diese Faktoren in seine Überlegungen mit ein, so ist auch der höhere Anschaffungspreis im Vergleich zu Energiesparlampen kein Hinderungsgrund – die Ersparnisse beim Energieverbrauch und durch die längere Lebensdauer wiegen diesen Nachteil wieder auf.

LEDs sind außerdem unempfindlich gegenüber Wärme oder Kälte, lassen im Laufe der Zeit kaum in der Leuchtkraft nach, erreichen direkt nach dem Einschalten ihre maximale Helligkeit und sind unempfindlich gegenüber häufigem Ein- und Ausschalten. Inzwischen gibt es sogar LEDs, die beim Dimmen das Leuchtverhalten einer Glühlampe nachahmen, indem sie nicht nur dunkler werden, sondern auch in einer wärmeren Farbtemperatur leuchten. LEDs gibt es mit allen erdenklichen Sockeln: Nicht nur für Decken- und Stehlampen mit dem typischen E14- bzw. E27-Fassungen gibt es LED-Leuchtmittel, sondern auch für Halogenlampen- und Leuchtstoffröhrenfassungen.

LED-Lampen sind bis auf Weiteres das Leuchtmittel der Wahl.

Dennoch hatte auch diese Technik ihre Kinderkrankheiten: Kaltes Licht, Flackern, Surren – die bereits von der Energiesparlampe bekannten Probleme waren auch für die LED-Lampen ein Problem, sind aber inzwischen weitestgehend beseitigt. LED-Lampen erreichen inzwischen in Farbwiedergabe und Farbtemperatur auch bessere Werte als Energiesparlampen. Somit ist die LED-Lampe ein fast ideales Leuchtmittel. Die Energiesparlampe muss damit definitiv als überholt angesehen werden.

Doch auch die LED hat einen kleinen Haken: Das Licht einer LED ist immer gerichtet und hat einen gewissen Abstrahlungswinkel (Lichtkegel), wohingegen Energiesparlampen und Glühbirnen in alle Richtungen mehr oder weniger gleichmäßig Licht abgeben. Diesem Problem begegnen die Hersteller, indem sie in einen Lampensockel mehrere LEDs verbauen und zusätzlich lichtstreuende Elemente einsetzen.

Farbtemperatur und Farbwiedergabe

Mit den aktuellen Technologien ist es möglich, sogenannte Vollspektrum-LED-Leuchtmittel herzustellen. Diese sollen dem natürlichen Tageslicht besonders nahe kommen. Die Hersteller versprechen, dass sich ein positiver Effekt auf die Gesundheit einstelle, Ermüdungserscheinungen vorgebeugt werden und dieses Licht besonders angenehm für die Augen sei. Angeblich profitieren auch Pflanzen von Vollspektrum-LEDs. Wissenschaftlich belegt ist in jedem Fall die Wirksamkeit von tageslichtähnlichem Licht bei Winterdepressionen.

Aber nicht immer will man hellstes Tageslicht. Je nach Stimmung, Tageszeit und Einsatzzweck ist es sinnvoll, unterschiedliche Beleuchtungslösungen zu haben. Dabei sind zwei Werte entscheidend: Einerseits die Farbtemperatur und andererseits die Farbtreue, gemessen mit dem Farbwiedergabeindex.

Die Farbtemperatur wird in °K angegeben, höhere Werte stehen dabei für "kälteres" und niedrigere Werte für "wärmeres" Licht. Das ist so wie mit glühendem Metall: Weißglühendes Metall ist heißer als rotglühendes. Werte unter 3300 °K gelten als "warmweiß", Werte zwischen 3300 °K und 5000 °K gelten als "neutralweiß" und Werte über 5000 °K gelten als "kaltweiß" oder auch "tageslichtweiß". Eine Kerze hat beispielsweise eine Farbtemperatur von 1500 °K, Mondlicht hat 4120 °K.

Ein Einsatz von "warmem" Licht wirkt gemütlich und behaglich. Außerdem sind wir es gewohnt, dass sanftes Licht immer eine etwas wärmere Farbtemperatur hat. Dies entspricht einfach unseren Sehgewohnheiten von Sonnenauf- und Untergängen, Kerzen oder Lagerfeuern. Kaltes, gedämpftes Licht kennen wir vor allem als Mondlicht – schnelle Ermüdung kann die Folge sein. Neutralweißes Licht eignet sich gut für die Ausleuchtung von Arbeitsplätzen. Tageslichtweiß kommt überall dort zum Einsatz, wo einfallendes Tageslicht künstlich verstärkt werden muss, zum Beispiel in Gallerien mit großen Glasfronten. Andernfalls käme es zu irritiereden Farbschatten. Auch bei Arbeiten nach Einbruch der Dämmerung kann Tageslichtweiß genutzt werden – viele körpereigene Prozesse, die für unseren Schlaf-/Wachrhythmus verantwortlich sind, sind abhängig von Tageslicht. Durch den Einsatz von tageslichtähnlichen Leuchtmitteln kann so die Ermüdung gemindert werden.

Die Farbtemperatur ist aber nicht der einzige relevante Wert. Ebenso relevant ist der Farbwiedergabeindex. Denn zwei Lampen mit der gleichen Farbtemperatur stellen zwar weiß gleich dar, können aber bei Farben ganz unterschiedliche Resultate erzielen. Unter Umständen zerstört eine schlechte Farbwiedergabe die gesamte Raumatmosphäre, weil einzelne Farbtöne nicht richtig wiedergegeben werden.

Der Farbwiedergabeindex gibt dabei an, wie ähnlich die Farbwiedergabe eines Leuchtmittels dem Farbspektrum einer Referenzlichtquelle (Glühbirne oder Tageslicht, je nach Farbtemperatur) kommt. Der beste Wert ist 100, wobei die Skala nach unten offen ist und auch negative Werte zulässt. Eine Natriumdampf-Niederucklampe – bekannt zum Beispiel als gelbe Straßenlaterne über Kreuzungen – hat sogar einen negativen Farbwiedergabeindex.

Vollspektrumlampen reichen fast an die Farbwiedergabequalität von Tageslicht (Ra=100) heran und erreichen Werte von über 90, handelsübliche LED-Leuchtmittel mit vergleichbarer Farbtemperatur können oft deutlich darunter liegen.

Während die Farbtemperatur wichtig für die Stimmung ist und den Bedürfnissen und Vorlieben entsprechend gewählt werden kann, sollte bei der Farbwiedergabe immer auf einen besonders hohen Wert geachtet werden, um farbstichige Ergebnisse möglichst zu vermeiden.

Was sind die nächsten Entwicklungen?

Derzeit sind zwei Technologien in der Entwicklung, die weitere Verbesserungen versprechen. Eine davon ist eine Weiterentwicklung der Energiesparlampe und die andere eine Weiterentwicklung der LED-Technologie. Bei der Weiterentwicklung der Energiesparlampe wird ein Gasgemisch mit Hilfe von Mikrowellen entzündet. Die Technologie kommt ohne Quecksilber aus und ist günstiger als aufwändige LEDs. Das Licht soll noch einmal qualitativ besser sein als das der LEDs, außerdem sollen mit dieser Technik höhere Lichtströme (also hellere Lampen) möglich sein, die bei LED-Technik bestenfalls nur mit klobiger Kühlung möglich sind. Die Lampe wird unter der Bezeichnung 3rdPPBulb in Deutschland entwickelt. Jedoch ist fraglich, was die eingesetzte Technologie im Hinblick auf die Elektrosmog-Belastung bedeutet.

Die nächste Generation an LED-Lampen ist bereits vielfältig im Einsatz, insbesondere in Handy - Displays. Die Rede ist von OLEDs. OLEDs sind organische Materialien, die Licht abgeben, sobald sie elektrisch angeregt werden. OLEDs sind wie LEDs sehr sparsam, haben jedoch den Vorteil, dass sich das organische Material flächig auftragen lässt. Somit werden ganz neue Formen der Beleuchtung denkbar wie beispielsweise selbstleuchtende Zimmerdecken. Beide Technologien können aber in puncto Lichtausbeute und Lebensdauer (noch) nicht mit aktuellen LEDs mithalten.

Fazit

LED-Lampen sind beim gegenwärtigen Stand der Technik und wohl auch noch bis auf einige Jahre das Mittel der Wahl, um stromsparend und umweltbewusst für angenehmes Licht zu sorgen. Sie sind unbedingt den anderen erhältlichen Alternativen (Energiesparlampe, Halogenlampen) vorzuziehen. Es lohnt sich, sich beim Kauf einer LED-Lampe vorher umfassend zu informieren. Einerseits gibt es teilweise deutliche Unterschiede in der Qualität und andererseits halten LED-Lampen bei haushaltsüblicher Nutzung ungefähr ein Vierteljahrhundert. Das rechtfertigt auch mittelhohe zweistellige Anschaffungspreise, bedeutet aber auch, dass man die Leuchte sorgfältig wählen sollte.

Weiterführende Links

Centennial Light (Englisch): http://www.centennialbulb.org/
Quecksilber in Energiesparlampen: http://www.lgl.bayern.de/gesundheit/arbeitsplatz_umwelt/projekte_a_z/ir_quecksilber_energiesparlampen.htm