Die Glaskugel bleibt halb leer – wer LED propagiert, muss ganzheitlich denken

Wir fordern alle Politiker auf, den Fokus ganzheitlich auf die neuen Lichtquellen zu richten und nicht einseitig auf die Energie-Effizienz zu fokussieren und erwarten daher LED im Aussenraum mit Augenmass, nur noch unterhalb 3000 Kelvin.

Wir gratulieren den EKZ für die Einsicht, dass nur beleuchtet werden soll, was nötig ist, für die intelligente Reduktion der Strassenbeleuchtung in Urdorf und die Auszeichnung Watt d’Or 2018 für das Energiesparen bei der öffentlichen Beleuchtung.

Die EKZ bedanken sich für den Watt d’Or 2018: Plakatierung an vielen Bahnhöfen in eigener Sache.

Jedoch erfüllt die Watt d’Or Kugel das Versprechen der EKZ «der Umwelt zuliebe» nicht voll und ganz, die Glaskugel und das Versprechen bleiben halb leer und ohne Glanz.

Wir haben uns die Mühe gemacht und jede einzelne der 27 preisgekrönten intelligenten Strassenlampen mit dem Spektrometer ausgemessen. Wir kommen so auf eine verlässliche Statistik, was das Licht dieser LED-Leuchten betrifft. Es ist erstaunlich effizient, sprich kaltes Licht mit folgenden Durschnittswerten:

Tabelle 1: Messwerte der preisgekrönten LED in Urdorf, n=27
Farbtemperatur, CCT 4360±160 Kelvin
Farbwiedergabeindex, CRI 71 ± 1
Relatives gemitteltes Spektrum der 27 LED-Lampen in Urdorf.

In Regenbogenfarben der wahrnehmbare und sichtbare Teil des Lichts der kalten LED (in Weissblau).
Die dunkelblaue, mittelblaue und hellblaue Kurve gibt die Empfindlichkeit der menschlichen Rezeptoren auf das Licht für die Innere Uhr, das Nachtsehen (wenig Licht) und das Tagsehen (genügend Licht) an.

Ein Vergleich mit den daneben stehenden, alten Strassenlampen mit orangem Natriumlicht an derselben Strasse, wohl identisch mit jenen Leuchten, die ersetzt worden sind, zeigt die typischen Werte einer warmen, fast monochromen Lichtquelle.

Tabelle 2: Messwerte der benachbarten alten (und wohl auch ersetzten) Hochdruck-Natriumdampf-Leuchten an der gleichen Strasse, n=3
Farbtemperatur, CCT  1947±104 Kelvin
Farbwiedergabeindex, CRI  24±2
Relatives gemitteltes Spektrum von drei benachbarten Natriumdampf-Hochdruck-Lampen in Urdorf

In Regenbogenfarben der wahrnehmbare und sichtbare Teil des Lichts der Natriumdampf-Hochdrucklampe (in Orange).
Die dunkelblaue, mittelblaue und hellblaue Kurve gibt die Empfindlichkeit der menschlichen Rezeptoren auf das Licht für die Innere Uhr, das Nachtsehen (wenig Licht) und das Tagsehen (genügend Licht) an.

Fokus Energie-Effizienz

Die EKZ, Energieagenturen und das Bundesamt für Energie stellen in ihren Überlegungen die Energieeinsparungen ins Zentrum. Darum auch die hohe Farbtemperatur der LED. Das Spektrum einer idealen Leuchte würde genau die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Tag-Sehens (himmelblau) ausfüllen. Das kann weder der alten Natriumdampflampe (orange), noch der neuen LED (weissblau) exakt gelingen (es gelingt keiner künstlichen Lichtquelle). Aber je besser es mit wenig Strom gelingt, umso effizienter ist die Lichtquelle.

Fokus Umwelt: Gesundheit, Artenschutz

Was über und neben der Kurve für sichtbares Licht produziert wird, ist verschwenderisch oder sogar störend, weil es blenden oder den Schlaf unterdrücken kann (dunkelblaue Wahrnehmungskurve).

Die hohen blauen Lichtanteile von kaltweissen LED werden besser von den Melanopsin-Rezeptoren wahrgenommen, die das Schlafhormon Melatonin unterdrücken und den Schlaf stören können. Man sieht deutlich, dass dieses Licht bei der Natriumdampflampe fast fehlt.

Die neuen LED in Urdorf konkurrenzieren auch mit der Farbe des Vollmondes, was flugfähige Tiere irritieren kann.

Fazit warme LED < 3000K

Die Internationale Dark-Sky Gesellschaft (IDA) empfiehlt schon seit 2009 bei LED auf eine Farbtemperatur unterhalb von 3000 Kelvin zu setzen.

Die Lebensdauer von LED-Leuchten für den Strassenraum wird mit 20 Jahren angenommen. In der Schweiz finden seit 2017 vermehrt Förderprogramme für Umrüstungen statt und es werden von der Energieagentur Leuchten mit einer Farbtemperatur von 3000 bis 4500 Kelvin wie die in Urdorf propagiert, welche die Umwelt stärker beeinflussen.
Wir von Dark-Sky Switzerland können und wollen nicht akzeptieren, dass die einseitige Fokussierung auf die Energie-Effizienz neue ökologische Probleme schafft. Das widerspricht klar dem Prinzip der Vorsorge im Umweltschutzgesetz.

Wenn also auf LED umgerüstet wird, dann sollte man die volle Qualität nutzen, die diese Leuchtmittel bieten können und das Nützliche (Intelligenz) mit dem Angenehmen (warmes Licht) verbinden, wie das exemplarisch bereits in der Schweiz im Kanton Graubünden gezeigt wurde.

Tabelle 3: Messwerte von LED-Strassenlampen mit 2700 Kelvin, n=3
Farbtemperatur, CCT 2744 ± 12 Kelvin
Farbwiedergabeindex, CRI  83 ± 0
Relatives gemitteltes Spektrum von drei warmweissen LED-Lampen in Fläsch (GR) In Regenbogenfarben der wahrnehmbare und sichtbare Teil des Lichts der warmen LED (in lichtgelb).
Die dunkelblaue, mittelblaue und hellblaue Kurve gibt die Empfindlichkeit der menschlichen Rezeptoren auf das Licht für die Innere Uhr, das Nachtsehen (wenig Licht) und das Tagsehen (genügend Licht) an.

Dass die warme LED < 3000 K etwas weniger effizient ist als die kalte von oben, sieht man an der geringeren Überlappung mit der himmelblauen Kurve des Tagsehens.

Die geringere Effizienz rührt von der stärkeren Umwandlung des blauen Lichts (Spitze links) in wärmeres Licht (Spitze rechts), welche nicht verlustfrei möglich ist.

Die Störung durch das Licht in der Wahrnehmung des Tag-/Nacht-Rezeptors (in Dunkelblau) nimmt ab, ebenso wie die Störung fast aller nachtaktiven Tierarten, welche sich auf das blauere Sternen- und Mondlicht als Orientierungshilfe spezialisiert haben.

Für Artenvielfalt und Schlafgesundheit

Die Mission für die Artenvielfalt in Frankreich hat im Jahr 2015 bereits eine Metastudie publiziert, welche die Störwirkungen unterschiedlicher Lichtfarben auf verschiedene Tierarten einordnet. Die EU hat den Faden 2017 aufgenommen.

Demnach sind alle Arten von kurzwelliger Strahlung wie UV-Licht behelligt.  Ebenso scheint das für blaues Licht zu gelten. Nur bei grünem Licht nimmt die Betroffenheit ab, bei Plankton und in einem gewissen Mass bei Amphibien und Reptilien. Wer die Umwelt am geringsten stören will, macht schmalbandiges Gelbes Licht, aber nicht in der Nähe von Süsswasser und Feuchtgebieten, wo die Fische, Amphibien und Reptilien leben.

Einfarbige Bernstein-LED sind daher gar keine so schlechte Idee, auch wenn deren Licht eher bei Orange anzusiedeln ist. Vögel sind nachweislich von Rot-Orangem Licht behelligt, vermutlich weil sie sich an der natürlichen Dämmerung stark orientieren.

Ein Nebeneffekt der Reduktion von blauen Lichtanteilen wäre der gesündere Schlaf des Menschen, da uns das blaue Licht wach macht.

Für eine Reduktion der Lichtverschmutzung

Licht, das horizontal sichtbar bleibt, landet anderswo hoch oben in der Atmosphäre und streut am Himmel. Daher ist nicht nur Licht nach oben ein Problem, sondern alles Licht, was nicht gegen unten gerichtet ist und das indirekte Licht von unten ebenso.

Die Streuung in der Atmosphäre an trockener Luft ist stärker für blaues Licht als für rotes. Die Streuung an den Wassertröpfchen in Nebel und Wolken ist eine andere, sie ist farbneutral, d.h. reflektiert den gesamten Regenbogen.

Für alle drei obigen Lichtquellen sieht die Streuung in der Atmosphäre (trockene Luft) wie folgt aus.

Licht aus der kalten LED (blau) streut wesentlich stärker als das Licht der Natriumdampflampe (orange) und Licht aus der warmen LED (gelb). Dies ist das physikalische Bild, nicht alle Arten sehen Licht gleich. Die physikalische Streuung wurde erstmals von Raleigh beschrieben und nach ihm benannt.

Wahrnehmung der Lichtverschmutzung (Mensch)

Die Streuung des Lichts am Himmel wie es durch Rezeptoren des Menschen (die Innere Uhr und die Sehsinne mit eingeschlossen) potentiell wahrgenommen oder gesehen werden kann. Immer noch dominiert das kalte Blau über die wärmeren Lichtquellen (Gelb, Orange).

Sichtbarkeit der Lichtverschmutzung (Mensch)

Sichtbarkeit des am Himmel gestreuten Lichts unterschiedlicher Lichtquellen. Der persönliche Eindruck des Autoren, dass man Natriumdampflicht (Orange) am Himmel zumindest in Wassertröpfchen fast so gut sieht wie das kalte LED-Licht (Blau) scheint sich zu bestätigen. Warme LED (Gelb) oder noch besser Amber-LED (nicht dargestellt) sind hier im klaren Vorteil für die Astronomie.

 

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