DIALux-Tutorial 05: Eine einfache Methode zur Visualisierung von Adaptionsfeldern

Nach einjähriger Pause soll es heute mit dem DIALux-Tutorial weitergehen. Im fünften Teil möchte ich eine leicht ungenaue, dafür aber sehr einfache Möglichkeit vorstellen, um das Adaptionsfeld einer Straßenlampe bildlich darzustellen (bis hin zur Übernahme in POVRay).

Vor zwei Jahren hatte ich ja großspurig angekündigt, im „Frischen Wind” ein umfassendes Tutorial für die (kostenfreie) Lichtplanungs-Software DIALux unter Berücksichtigung der Bedürfnisse der ökologischen Beleuchtungsplanung entwickeln zu wollen. Geblieben ist es dann leider bei gerade einmal vier(!) Tutorial-Posts (Aufbau, Inhalte und Umweltbezug; Import von 3D-Objekten; Erstellung ansprechender DIALux-Videos, Effizienzbewertung bei Bodenleuchten), was rückwirkend betrachtet ein ziemlich armes Ergebnis ist. Da ich gerade in diesen Wochen und Monaten wieder sehr viel mit DIALux zu tun habe, und da die gerade einmal vier Tutorial-Ausgaben auch nach beinahe zwei Jahren noch zu den am häufigsten aufgerufenen Bloginhalten gehören, habe ich mich dazu entschlossen, die Serie im neuen Jahr fortzusetzen (was ich diesmal hoffentlich auch durchhalte). Beginnen möchte ich mit einer einfachen Methode zur Visualisierung eines Adaptionsfeldes.

Dazu kann ich auf ein praktisches Beispiel aus einem aktuellen Projekt an meinem Institut zurückgreifen, das gerade im vergangenen Monat sein (erfolgreiches) Ende gefunden hat. Ziel des Projekts “AUBELE” war die Entwicklung eines Lichtverschmutzungs-armen, autark versorgten LED-Beleuchtungssystems, das vor allem an Orten zum Einsatz kommen soll, an denen keine kabelgebundene Energieversorgung vorhanden ist und der Aufbau einer solchen mit dementsprechend hohen Kosten verbunden wäre. Die Energieversorgung erfolgt dabei über eine Wasserstoff-Brennstoffzelle mit optional zuschaltbarem Photovoltaik-System, wobei ein Großteil der Technik in dem Schaltkasten eingehäust wird, den man auf den nachfolgenden DIALux-Simulationen oft sieht (das nur damit sich niemand wundern muss, was das wohl für ein weißer Kasten sein könnte). Der Aufbau des Gesamtsystems wird in dem nachfolgenden Schema übersichtshalber dargestellt.

Unsere Aufgabe im Projekt bestand primär in der Erarbeitung des optischen Designs. Von zentraler Bedeutung ist dabei insbesondere die Erreichung bestimmter Abstrahlparameter, die auf Basis gängiger Vorschriften wie etwa der DIN EN 13 201 zu Projektbeginn gemeinsam von den Partnern festgelegt wurden. Hierunter fallen unter anderem Länge und Form des Adaptionsfeldes – der Strecke, über die sich das Sehvermögen eines Kraftfahrers allmählich an die Lichtverhältnisse im Einstiegsbereich anpassen soll (eben die Adaption).

Abrupte Änderungen an den Beleuchtungsverhältnissen sind dabei weniger wünschenswert als ein allmählicher Übergang von einer dunklen in eine helle und dann wiederum in eine dunkle Umgebung. Um den sicheren Ein- und Ausstieg der Passagiere direkt am Haltepunkt zu gewährleisten, muss an dieser Stelle eine Beleuchtungsstärke von 15lx über eine Fläche von 2x2m am Einstiegspunkt erreicht werden. Das Adaptionsfeld selbst soll sich auf Seiten des Einstiegspunktes 20m in beide Richtungen erstrecken, wobei die Lichtstärke zum Ende des Adaptionsfeldes allmählich auf 1lx abgesenkt werden soll. Über etwa 10m soll in beide Richtungen noch eine Lichtleistung von mindestens 3lx erreicht werden; für die andere Straßenseite ist eine um die Hälfte verringerte Feldlänge vorgesehen.

In ein grafisches Schema gepresst soll das Adaptionsfeld also ungefähr so aussehen:

Um zu überprüfen, ob unsere Leuchte diese Kriterien erfüllt kann man – na klar – eine Simulation mit DIALux durchführen. Eine solche Simulation kann – wie hier schon mal erläutert – so aussehen:

Besser geeignet, da klarer und übersichtlicher ist an dieser Stelle aber natürlich eine möglichst „einfache” Simulation ohne zu viel visuelle Ablenkung und “Drumherum”.

Um nun das Adaptionsfeld visuell gut darstellen zu können, kann man innerhalb solcher Szenarien mit flachen (10cm Höhe funktionieren gut), verschiedenfarbigen Quadern (zu finden unter Objekte > Standardelemente > Quader) arbeiten, wobei diese entsprechend verschachtelt oder übereinander angeordnet werden können. Über den Tab Geometrie in der Objektansicht lassen sich diese neuen Flächen so dimensionieren und ausrichten, dass sie – zumindest näherungsweise (für die exakte Darstellung solcher Adaptionsfelder gibt es ja in den DIALux-Berichten genauere, dafür aber visuell wenig überzeugende Darstellungsformen) – einem wie in dem obigen Schema gezeigten Adaptionsfeld entsprechen.

Der schrittweise Aufbau dieses Konstrukts sieht in unserem Beispielfall so aus:

Berechnet man nun die Lichtverteilung des Szenarios, so ergibt sich folgendes Ergebnis:

Die dunkelrote Fläche unmittelbar vor der Lampe kennzeichnet den Einstiegsbereich, in dem eine Lichtleistung von 15lx erreicht werden soll; die orangefarbene Fläche soll dagegen mit mindestens 3lx, die gelbe Fläche mit mindestens 1lx ausgeleuchtet werden. Wie bereits am Lichtkegel um die Lampe erkennbar ist, wird ein Großteil dieser Fläche mit in zunehmender Entfernung vom Einstiegspunkt abnehmender Lichtleistung ausgeleuchtet. Eine auf dieser Simulation aufbauende Detailsimulation mit Falschfarben ermöglicht im nächsten Schritt eine exakte Überprüfung der angestrebten technischen Parameter.

Wie die mit DIALux erstellte Falschfarbendarstellung zeigt, werden die vorgesehenen Abstrahlungscharakteristika beinahe vollumfänglich erreicht. Im weiß eingefärbten Bereich, der die Einstiegsfläche von 2x2m vollständig abdeckt, werden mindestens 15lx erreicht. Die rote Fläche kennzeichnet den Bereich, in dem mindestens 3lx erreicht werden; die hellgelbe Fläche dagegen den Bereich, in dem mindestens 1lx erreicht werden. Wie man an der breiten Überschneidung mit den farblich gekennzeichneten Zielflächen erkennt, werden die für das Adaptionsfeld geplanten Parameter bis auf eine Abweichung getroffen – die Länge des mit mindestens 1lx beleuchteten Adaptionsfeldes auf Seiten des Einstiegspunktes liegt in beiden Richtungen bei nur etwa 12-13m anstelle der ursprünglich vorgesehenen 20m.

Diese Abweichung der erreichten von den angestrebten technischen Parametern ist auf eine mangelhafte seitliche Lichtauslenkung an den Prototypen zurückzuführen, die sich jedoch vergleichsweise einfach durch den Einsatz entsprechend justierter Linsen in den Kopf der Lampe korrigieren lässt. Das kriegen wir also auch noch hin – und dann wird nochmal gemessen und simuliert. Und dank des Kniffs mit den eingefärbten und übereinander gestapelten Flächenelementen wird es dann kein Problem sein, die Passgenauigkeit der Abstrahlcharakteristik mit dem gewünschten Adaptionsfeld erneut zu überprüfen…

Das Projekt AUBELE wurde im Rahmen des Programms ZIM-Koop durch das BMWi gefördert.