(LED-)Beleuchtung mit Loxone: Teil 1

Da unsere Baustelle ja gerade mal Pause macht, habe ich ein wenig Zeit mich im Blog mit anderen Dingen zu beschäftigen. Heute möchte ich etwas über unser Konzept, wie wir die Beleuchtung in unserem Haus mit Loxone realisieren wollen, schreiben.

Natürlich gibt es unendlich viele Möglichkeiten Räume zu beleuchten. Wir haben uns für folgendes Konzept entschieden:

• Wo möglich setzen wir auf LED-Beleuchtung, kein Halogen, keine Glühlampen, keine Energiesparlampen
• In Bereichen, die häufig verwendet werden, soll die Beleuchtung über Loxone (Automatisierung) gesteuert werden: Bad, Flure, Wohnzimmer, Küche, Außenbereiche
• Aus Kostengründen werden alle anderen Räume (Schlafzimmer, Keller) herkömmlich verkabelt

Aber auch mit Loxone gibt es nicht die eine Lösung, wie man die Beleuchtung aufbauen kann. Daher möchte ich Euch im Folgenden die Lösung vorstellen, die wir für unsere Rahmenbedingungen als optimal ansehen.

In diesem Teil gebe ich ein paar Grundlagen zu LED-Beleuchtungen. Im nächsten Teil stelle ich dann den Aufbau und die einzelnen Komponenten, die wir verwenden werden, vor.

Glüh- oder Energiesparlampen, Halogen oder LED? Welches Leuchtmittel ist das Richtige?

Auf normale Glühlampen zu setzen macht heute keinen Sinn mehr. Die im Moment wohl noch gängigste Variante ist der Wechsel zu Energiesparlampen. Ich HASSE diese Dinger: sie werden nicht sofort hell (klasse, wenn man mal nur kurz für 5 Sekunden irgendetwas aus dem Abstellraum nehmen will), das Licht sieht unnatürlich aus (obwohl hier in den letzten Jahren viel passiert ist) und die Entsorgung ist extrem umweltschädlich.

Eine andere Alternative sind Halogenlampen. Aber hier ist man mehr oder weniger auf Spots angewiesen. Die finden wir zwar schön, aber nicht in allen Räumen. Zudem ist die Installation von Spots recht teuer, da auf Grund der Hitzeentwicklung spezielle Einbaugehäuse verwendet werden müssen. Hinzu kommt dann die eigentliche Lampenfassung. Meist ist auch ein Trafo notwendig. Der Stromverbrauch ist bei Halogen allerdings deutlich geringer als bei herkömmlichen Glühlampen.

Bleibt noch LED-Beleuchtung. Diese werden wir wo technisch möglich und sinnvoll einsetzen. Sie haben gegenüber Halogen den Vorteil, dass die Hitzeentwicklung geringer ist. Der Stromverbrauch ist ebenfalls deutlich geringer als bei Halogen. Die reine Helligkeit ist mittlerweile kein Thema mehr genauso wie die (angenehme) Farbtemperatur der Leuchtmittel. Es gibt verschiedene Varianten: 12V, 24V oder 230V (teilweise ebenfalls Trafo notwendig). LED-Leuchten gibt es in verschiedenen Varianten: Gängig sind Spots, aber auch LED-Streifen, bei denen LEDs auf flexible, klebbare Streifen montiert sind. Diese lassen sich einfach auf die entsprechende Länge mittels "Schere" kürzen. Damit kann man extrem raumsparende Beleuchtungen basteln (unter Küchenhängeschränke, an Badezimmerspiegeln, Treppenstufen, in Einbauschränken, usw.). Ein besonderes Highlight: Es gibt RGB-LEDs, die ihre Farbe gezielt wechseln können. So kann man z. B. im Wohnzimmer den ganzen Raum in ein spezielles Licht, welches zur Stimmung passt, tauchen. 

Aber LEDs haben auch (noch) Nachteile: Teilweise erzeugen die sehr hellen LED-Spots auch ähnlich den Halogenlampen eine große Abwärme. Größtes Problem ist aber im Moment noch der Abstrahlwinkel. LED-Lampen erzeugen zwar ein sehr helles Licht, aber eben auf einen sehr kleinen Bereich fokussiert. Das ist natürlich zum Setzen von Beleuchtungsakzenten ganz nett, für eine raumfüllende Beleuchtung aber oft nicht wünschenswert. Aber hier arbeiten die Hersteller dran und es gibt bereits einige Lösungen auf dem Markt mit größeren Abstrahlwinkeln.

Hintergrundwissen LED-Beleuchtung

Bei der LED-Beleuchtung gibt es im Vergleich zur klassischen Beleuchtung einiges zu beachten:

Farbtemperatur

Mit Farbtemperatur eines Leuchtmittels wird die Farbe des Lichts, welches das Leuchtmittel abstrahlt, bezeichnet. Diese wird in der Einheit Kelvin (Temperatur) angegeben. Dabei entspricht ein niedriger Wert dem rötlich/gelben Bereich während ein größerer Wert dem bläulichen Bereich entspricht.

Farbtemperatur (Quelle: Wikipedia)

Am einfachsten kann man sich das vor Augen führen, wenn man eine herkömmliche Glühlampe mit einer Leuchtstoffröhre vergleicht: Das Licht einer Glühlampe empfinden wir als sehr angenehm, warm und weich. Das liegt daran, dass eine Glühlampe ein sehr breites Farbspektrum abwirft (wie die Sonne oder eine Kerze). Eine Glühlampe hat eine Farbtemperatur von  ca. 2700 K. Krass im Gegensatz dazu eine Leuchtstoffröhre: diese wirft ein sehr kaltes Licht und zudem ein sehr schmales Spektrum ab. Dieses Licht empfinden wir als extrem unangenehm. Eine Leuchtstofflampe hat eine Farbtemperatur von ca. 4500K.

Farbtemperatur verschiedener Leuchtmittel (Quelle und (c): Lichtforum Hamburg)

Farbspektrum verschiedener Leuchtmittel (Quelle und (c): Lichtforum Hamburg)

Leuchtstärke (Helligkeit)

Zu Zeiten der Glühbirne wurde die Helligkeit einer Birne in Watt angegeben. So weiß wahrscheinlich auch heute noch jeder, wie hell eine 100W-Birne ist. Für andere Leuchtmittel, wie z. B. eine LED-Birne, macht diese Angabe aber keinen Sinn mehr, da eine LED sehr viel mehr "Leuchtkraft" aus einem Watt herausholt als es die Glühbirne tut bzw. getan hat. Deswegen wird die Leuchtstärke mittlerweile in Lumen angegeben. Lumen ist die Einheit für das gesamte Licht, welches ein Leuchtmittel in allen Richtungen abgibt. Als Faustformel kann man sich merken: Eine 40 Watt Glühbirne hat 400 Lumen Licht abgegeben. Die nachfolgende Grafik von Wirsindheller.de zeigt eine Übersicht verschiedener Leuchtmittel, deren Watt-Angaben und der Leuchtstärke in Lumen.

Übersicht Leuchtmittel Watt/Lumen (Quelle und (c): Wirsindheller.de)

Abstrahlwinkel

Im Gegensatz zu herkömmlichen Glühbirnen, welche das Licht in allen Richtungen abstrahlen, haben LEDs ein gerichtetes, punktförmiges Licht, welches sie sozusagen nur in eine Richtung abgeben. Daher ist es sehr wichtig bei der Anschaffung darauf zu achten, in welchem Abstrahlwinkel die Leuchtmittel ihr Licht abgeben. Das muss dann auch bei der Planung zum Beispiel von Spots in der Decke mit berücksichtigt werden, wenn man eine komplette Ausleuchtung z. B. des Flures beabsichtigt. Typisch bei Spots sind zur Zeit Abstrahlwinkel von 30-35°. Selten findet man auch Spots mit einem Abstrahlwinkel von 60° oder gar 110°. Diese sind dann auch entsprechend teurer. Zur Berechnung des Durchmessers des Lichtkegels (also der ausgeleuchteten Fläche) habe ich ein kleines Excelprogramm geschrieben, welches unter folgenden Link heruntergeladen werden kann. Damit kann man den ausgeleuchteten Bereich eines Spots berechnen. Mittels der Tangensfunktion kann man das auch ohne Probleme selbst machen (wer seine Trigonomiekenntnisse mal wieder auffrischen will :-)).

Download als Excel-Programm: http://www.schlenn.net/baublog/berechnunglichtkegel.xlsx 

Berechnung des Lichtkegels (Download als Excelprogramm hier)

Lampenfassungen

LED-Lampen (Spots oder "Birnen") gibt es mit verschiedenen Fassungen, wobei sich mehr oder weniger 2 Standards durchgesetzt haben:

1. GU10 Sockel

GU10 Sockel (Hochvolt)

Zwei pilzartige Stifte zur Befestigung im Lampensockel. Das Leuchtmittel kann durch eine Drehung arretiert werden. Meist bei 230V-Leuchtmitteln verwendet.







2. GU5.3 (MR16) Sockel

GU5.3 Sockel (Niedervolt)

Zwei Stifte zur Befestigung im Lampensockel. Keine Arretierung. Wird für Niedervolt-Lampen (12V) verwendet.







3. E27 bzw. E14 Sockel

E27/E14 Sockel

Die herkömmliche Schraubenfassungen für Glühlampen. Eigentlich nur sinnvoll, wenn man herkömmliche Leuchtmittel durch LEDs ersetzen will.

Dimmen von LEDs

Update 14.09.14: Bitte beachtet dazu auch den Kommentar von Michael Möller (Voltus) weiter unten!

Möchte man LEDs dimmen, so muss man darauf schon bei der Anschaffung achten! Nicht alle LED-Leuchtmittel sind dimmbar. Des weiteren gibt es verschiedene Möglichkeiten LEDs zu dimmen:

1. 0-10V Verfahren

Hierbei bekommt die LED ein externes Signal zwischen 0 und 10 V und regelt analog die Stromzufuhr der LED entsprechend. "Empfängt" die LED z. B. 10V, so leuchtet sie mit 100%.

Nachteil ist, dass über weite Strecken durch Leitungswiderstände eventuell unterschiedliche Regelsignale bei den Leuchtmitteln ankommen. Zudem kann die LED nicht bis auf 0% gedimmt werden, da immer eine gewisse Mindestspannung vorhanden sein muss.

2. PWM (Pulsweitenmodulation)

Sehr weit verbreitetes Verfahren. Hierbei wird die LED in schneller Folge an- und abgeschaltet. Für das menschliche Auge ist das nicht sichtbar. Über das Verhältnis zwischen An- und Ausphase kann die Leuchtstärke geregelt werden. Erhöht man zum Beispiel die Abschaltphase gegenüber der Anschaltphase, so wird das Leuchtmittel dunkler. Vorteil ist, dass man die LED auch bis auf 0% herunterregeln kann. Nachteil ist, dass durch die Frequenz elektrische Felder entstehen können, auf die manche Leute empfindlich reagieren. Ich habe gelesen, dass man deswegen geschirmte Kabel verwenden sollte.