Lux, Dosis und Schaden pro Lumen

Im Museum ist Licht nicht nur eine Frage der Sichtbarkeit, sondern ein Reagenz. Jedes Photon, das ein Pigment, eine Faser oder eine Tinte trifft, trägt Energie, und ein Teil dieser Energie bricht chemische Bindungen. Der Vorgang ist kumulativ und irreversibel: ein verblasstes Aquarell kehrt nicht zurück. Die richtige Frage lautet daher nicht wie hell ist der Raum, sondern wie viel Licht hat dieses Objekt seit Beginn der Ausstellung erhalten, und mit welchem Spektrum.

1. Wie viel Lux: Empfindlichkeitskategorien

Die Grenze hängt vom Material ab, nicht vom Raum. CIE 157 ordnet Materialien vier Empfindlichkeitskategorien zu, jeweils mit maximaler Beleuchtungsstärke und Jahresbudget. Die europäische Norm DIN EN 16163:2025-10 — Leitlinien und Verfahren für die Auswahl geeigneter Beleuchtung für Innenausstellungen — führt denselben Ansatz fort und ist die in Leistungsverzeichnissen zu nennende Referenz.

Kategorie 3 und 4 haben dieselbe Luxgrenze, aber Jahresbudgets im Verhältnis zehn zu eins. Der Luxwert allein beschreibt nicht das Risiko, sondern nur den Augenblick.

2. Die Dosis

Beispiel: eine Zeichnung bei 50 Lux, Museum 8 Stunden täglich an 300 Tagen:

• Kategorie 3 (Budget 150.000 lx·h): knapp eingehalten;
• Kategorie 4 (Budget 15.000 lx·h): achtfach überschritten — diese Zeichnung darf etwa 37 Tage im Jahr in der Vitrine stehen, nicht 300.

3. Schaden pro Lumen

Nicht alle Wellenlängen schädigen gleich. CIE 157 formalisiert dies mit einer Schadensfunktion:

Ergebnis: mit diesem Wert schädigt 380 nm rund siebenmal stärker als 550 nm; bei besonders empfindlichen Materialien, wo b 0,0195 erreicht, steigt das Verhältnis auf etwa achtundzwanzig. Gewichtet man das Spektrum der Leuchte mit dieser Funktion und teilt durch den Lichtstrom, erhält man den Schaden pro Lumen in mW/lm — die einzige Größe, die zwei Quellen bei gleicher wahrgenommener Helligkeit vergleichbar macht.

Eine herkömmliche weiße LED ist ein blauer 450-nm-Chip unter gelbem Phosphor: schmaler, sehr hoher Peak genau dort, wo die Schadensfunktion zu wirken beginnt. Eine violett gepumpte LED (SunLike, Optisolis) nutzt einen Chip bei ca. 405 nm mit Breitbandphosphor: nahezu kontinuierliches Spektrum, kein schmaler Blaupeak — das Blau bleibt, nur verteilt — und deutlich bessere Farbwiedergabe, Ra über 95 und R9 über 80.

Was oft zu lesen ist — die violette Pumpe habe auch den geringeren Schaden pro Lumen — stimmt nicht, und die Rechnung zeigt es. Gewichtet man die von den Chipherstellern veröffentlichten Spektren mit der Funktion der CIE 157 (b = 0,0115, Band 380-780 nm):

Drei Schlussfolgerungen. Die violette Pumpe enthält mehr Ultraviolett, fünf- bis sechsmal so viel wie eine gewöhnliche weiße LED, bleibt aber fast eine Größenordnung unter Halogen. Bei gleicher Farbtemperatur ist ihr Schaden pro Lumen um rund dreißig Prozent höher: ein kontinuierliches Spektrum hoher Farbtreue legt je erzeugtem Lumen mehr Energie ins Violett-Blau. Vor allem aber: zwischen den beiden Chips liegen dreißig Prozent, zwischen 200 Lux und 50 Lux dreihundert. Entschieden wird über Dosis und Stunden, nicht über die LED-Marke. Null Schaden gibt es ohnehin nicht: sichtbares Licht schädigt immer.

4. Ultraviolett und Infrarot

Der gängige Satz — „LEDs emittieren kein UV“ — ist eine Vereinfachung und taugt nicht als Zusicherung. Wörtlich genommen gilt er für keine weiße LED: auch bei blauer Pumpe, Chip bei 450 nm, bleibt unterhalb 400 nm ein Ausläufer — wenig, unter 1 µW/lm nach den Katalogspektren, bei kaltweiß mehr — aber nicht null. Erst recht falsch ist er für LEDs mit sehr hoher Farbwiedergabe und violetter Pumpe, deren Chip bei 405-415 nm sitzt, also an der UV-A-Grenze, mit einem spektralen Ausläufer unter 400 nm bei 4-6 µW/lm. Die Emission bleibt gering gegenüber ungefiltertem Halogen oder Leuchtstoff, ist aber eine zu prüfende Größe und nicht als null anzunehmen. Es geht nicht darum, diesen Ausläufer zu leugnen, sondern ihn zu messen: maßgeblich ist der Ultraviolettanteil in µW/lm, klassischer Museumsrichtwert 75 µW/lm auf der Objektebene. Nach den Katalogspektren liegt eine violett gepumpte LED hoher Farbtreue bei 4 bis 6 µW/lm, eine gewöhnliche weiße LED unter 1, ungefiltertes Halogen allein im Band 380-400 nm über 40: also weit innerhalb des Richtwerts, aber nicht „UV-frei“. Für Kategorie 4 wird ein Schnittfilter bei 400 nm ergänzt — nach unserer Rechnung senkt er das Ultraviolett von 4,5 auf 1,0 µW/lm, ohne die Farbwiedergabe anzutasten — oder eine blaue Pumpe gewählt. Vollständig gesagt: der Filter nimmt das Ultraviolett, nicht den Schaden, denn den Schaden pro Lumen macht fast ausschließlich das sichtbare Licht. Infrarot bleicht nicht, sondern wärmt: in der geschlossenen Vitrine ist nicht die Strahlung das Problem, sondern die Leuchte, die die Luft erwärmt. Treiber außerhalb der Vitrine und Kontrolle der Innentemperatur zählen daher so viel wie das Spektrum.

5. Farbe: CRI genügt nicht

Ra 90 bei R9 nahe null ist bei günstigen LEDs typisch: Lackrot, Purpur und Hauttöne wirken stumpf. Im Kunstmuseum ein schwerer Mangel. Referenz-Farbtemperatur ist 3000 K, 2700 K in historischen Räumen. Diese Wahl wiegt schwerer als die Art der Pumpe: bei identischem Chip erreicht die kaltweiße Version um 6000 K rund 60 % mehr Schaden pro Lumen als die 3000-K-Version, und allein das Band 420-480 nm trägt dort fast 60 % des Gesamtschadens.

6. Prüfung im Saal

• Beleuchtungsstärke auf der Objektebene messen;
• Gleichmäßigkeit in der Vitrine (Verhältnis min/max);
• gemessenes Spektrum der installierten Leuchte, nicht das Datenblatt;
• Betriebsstunden protokolliert, nicht geschätzt;
• Temperatur und Feuchte in der Vitrine.

7. Was ins Leistungsverzeichnis gehört

• gemessenes Spektrum in numerischer Form, Schrittweite ≤ 5 nm;
• Schaden pro Lumen nach CIE 157, mit angegebenem Koeffizienten b;
• Ra ≥ 95, R9 ≥ 90, Farbtoleranz 3 SDCM;
• Ultraviolettanteil unter 400 nm in µW/lm auf der Objektebene deklariert (Richtwert ≤ 75 µW/lm) und Bestrahlungsstärke über 700 nm in mW/lm deklariert;
• maximale Beleuchtungsstärke je Materialkategorie nach CIE 157 / DIN EN 16163;
• Jahresdosisbudget in lx·h und Verfahren zur Aufzeichnung;
• Dimmung von 1 % bis 100 % ohne Farbtemperaturdrift;
• deklarierte Wärmeabgabe in der Vitrine.

8. Häufige Fragen

Das hängt von der Empfindlichkeit des Materials ab, nicht von der Art des Raumes. Die vier Kategorien der CIE 157 reichen von keiner Begrenzung für Stein, Metall, Keramik und Glas bis zu 50 Lux für Seide, Zeitungspapier und flüchtige Farbstoffe, mit 200 Lux für Öl, Tempera und Holz und 50 Lux für Textilien, Aquarelle, Druckgrafik und gefärbtes Leder. Der Luxwert allein genügt nicht: entscheidend ist die Jahresdosis.

Die Dosis ist die Beleuchtungsstärke multipliziert mit der Expositionszeit und wird in Luxstunden gemessen. Ein Objekt, das mit 50 Lux acht Stunden am Tag an dreihundert Tagen im Jahr beleuchtet wird, erhält 50 x 8 x 300 = 120.000 Luxstunden pro Jahr. Das liegt noch unter den 150.000 Luxstunden der Kategorie 3 der CIE 157, aber achtmal über den 15.000 der Kategorie 4.

Weil der Schaden nicht von den Lux abhängt, sondern vom Spektrum. Die Schadensfunktion der CIE 157 gewichtet jede Wellenlänge mit einer zum Violetten und Ultravioletten hin steigenden Exponentialfunktion: dieselbe Menge sichtbaren Lichts erzeugt mehr Schaden, wenn sie reich an Blau und Violett ist. Die unterscheidende Größe ist der Schaden pro Lumen in Milliwatt pro Lumen.

Die richtige Frage lautet nicht, ob sie Ultraviolett emittiert oder nicht: der Satz "eine LED emittiert kein Ultraviolett" ist ungenau und taugt nicht als Zusicherung. Keine weiße LED emittiert unterhalb 400 nm null: die blau gepumpte bei 450 nm bleibt nach den Katalogspektren unter 1 Mikrowatt pro Lumen, wenig, aber nicht nichts, und bündelt dafür das dominante Maximum des gesamten Spektrums bei 450 nm, wo die Schadensfunktion noch stark gewichtet; eine LED mit sehr hoher Farbwiedergabe und violetter Pumpe bei 405-415 nm hat ihr Maximum an der Ultraviolettgrenze und einen Ausläufer unter 400 nm, jedoch bei einem sehr kleinen Leistungsanteil, da nahezu das gesamte Licht vom Breitbandphosphor wieder abgestrahlt wird. Verglichen wird über das Integral: die Schadensfunktion der CIE 157 lautet exp(-b(lambda-300)) mit b zwischen 0,0115 und 0,0195 je Nanometer, ein Watt bei 405 nm wiegt also das 1,7- bis 2,4-fache eines Watts bei 450 nm, nicht das Tausendfache. Gewichtet man die veröffentlichten Spektren der Chiphersteller über 380-780 nm mit b gleich 0,0115, ergeben sich bei gleicher Farbtemperatur rund 4,5 Mikrowatt pro Lumen unter 400 nm für die violette Pumpe gegenüber 0,8 bei einer gewöhnlichen weißen LED und rund 40 bei ungefiltertem Halogen sowie ein Schaden pro Lumen von 0,208 gegenüber 0,159 Milliwatt pro Lumen: die violette Pumpe hat also mehr Ultraviolett und rund dreißig Prozent mehr Schaden pro Lumen, dafür Ra 96 und R9 über 80. Es sind Katalogspektren, keine Messungen der fertigen Leuchte. Zwischen den Chips liegen dreißig Prozent, zwischen 200 und 50 Lux dreihundert: entschieden wird über Dosis und Stunden. Zu fordern sind der aus dem gemessenen Spektrum der Leuchte berechnete Schaden pro Lumen und der Ultraviolettanteil in Mikrowatt pro Lumen, dessen klassischer Museumsrichtwert 75 Mikrowatt pro Lumen beträgt; für besonders empfindliche Materialien wird ein Schnittfilter bei 400 nm ergänzt oder eine blaue Pumpe gewählt.

CRI oder Ra ist ein Mittelwert über acht pastellfarbene Muster und sagt fast nichts über gesättigte Rottöne. R9 ist der Index für gesättigtes Rot, wo günstige LEDs einbrechen: eine Leuchte kann Ra 90 und ein R9 nahe null zeigen, und dann wirken Hauttöne und Lackrot stumpf. Rf und Rg des TM-30-Systems messen mittlere Farbtreue und mittlere Sättigung an 99 Mustern und sind weit aussagekräftiger. Für Museen sind Ra über 95 und R9 über 90 sinnvoll.

Nachprüfbare Anforderungen statt Adjektive. Gemessenes Spektrum in numerischer Form, Schaden pro Lumen nach CIE 157 deklariert, Mindestwerte für Ra und R9, Ultraviolettanteil unter 400 nm in Mikrowatt pro Lumen auf der Objektebene deklariert und Bestrahlungsstärke über 700 nm in Milliwatt pro Lumen deklariert, maximale Beleuchtungsstärke je Materialkategorie, jährliches Dosisbudget in Luxstunden und ein Verfahren zur Aufzeichnung der Exposition. Damit wird der Angebotsvergleich technisch und nicht nur preislich.

9. Von der Norm zum Projekt

Zusammengenommen zeigen diese Zahlen, dass das Einhalten der Grenzwerte keine Frage der Leistung ist, sondern dreier aufeinanderfolgender Entscheidungen: das Spektrum, das bestimmt, wie viel Schaden jedes Lumen trägt; der Lichtkegel, der bestimmt, wo diese Lumen landen — ein auf das Objekt zugeschnittener Kegel vergeudet keine Dosis an Rückwand und Rändern der Vitrine; und die Aufzeichnung, die das Budget von einer Prognose zu einem Messwert macht. Als Leistungsanforderungen formuliert, machen genau diese drei Punkte Angebote in einer technisch gewichteten Ausschreibung vergleichbar.