Grundlagen der Optik - Lumen, PAR und Bemessung der benötigten Beleuchtungsleistung

    • Grundlagen der Optik - Lumen, PAR und Bemessung der benötigten Beleuchtungsleistung

      Hallo zusammen,

      hier nun also - wie versprochen - die zweite Ausarbeitung von mir.
      Dieses mal geht es um die Einheiten Lumen und PAR.
      Vor allem der Bereich PAR wird hierbei etwas ausführlicher behandelt.

      Da ich in der Vergangenheit immer wieder angesprochen wurde nach welcher Grundlage ich die Auslegungen der Beckenbeleuchtungen vornehme, habe ich mich entschlossen dies im Rahmen dieses Dokuments etwas näher auszuführen.

      Viel Spass beim Lesen.

      Viele Grüße,

      Dietmar

    • Hi Dietmar,

      In sachen Lichttechnik und in der Flächenbeleuchtung in de Theorie gibt es an deiner Ausführung nichts zu rütteln.

      : 0,91*0,93*0,48*0,92*0,92*0,95*0,95 = 0,31
      Dieser Wirkungsgrad geht auch so völlig in ordnung.

      Wenn man das ganze in iner Konstanten sieht.
      Bei einem Fest definiertem Abstand leuchtmittel zur Fläche.

      Nehmen wir eine Leuchtquelle an die Theoretisch vollflächig 400 Par auf 0,6 m2 abgibt.

      Nun muss man aber den Verlust in der Tiefe rechnen.
      Du nimmst hier ja die Absorbtion im wasser an.
      Aber die Tiefe fehlt.

      Wenn ich jetzt mal auf einigen Messunge nachsehe so relativiert sich die Par extrem schnell.

      Meine Umgebaute Streambitz hat im Peak 635 par auf 30cm Abstand
      In der fläche müsst ich nen Mittelwert nehmen , da sie 40cm von der Mitte aus seitlich gesehen nur noch 200 Par ca Bringst.

      Wenn ich aber auf 50 cm Mssabstand gehe weren aus den 635 Par nur noch 300 Par
      auf 60 cm p150 par im Peak.

      Da ist das Grosse Problem.
      Man müsste eigentlich mal saubere Mittelwerts Berechnungen anstellen mit Hilfe von Hennings Messungen .

      Das Würde heissen alle Messungspunkte zusammenrechnen und durch die Messpunktanzahl teilen.

      das dan auf Vordefinierten Tiefen um eine Kennzahl zu erstellen, welche den Verlust in der Tiefe Beschreibt.
      Hier wird sich eine Blaulastige Beleuchtung anderst verhalten als eine Naturnahe.
      Lustigerweise würde die Kennzahl bei der Natürlichen besser sein, da man durch eine vernünftige Spektralwichtung einfach solider ist.
      Im Englischen
      Spectrum is Fixed.
      Sprich Stablilisiertes Spektrum.
      Mit Dieser kennzahl kann man dan bei einer Vordefinierten Grundmessung
      Aufhänghohe/vordefiniertes Grunspektrum und deine Gleichung eine Schema zum Verhalten in der Tiefe Entwickeln.
      Jedoch nur in einer Mittelwertsrechnung.

      Ist jetzt nur meine Idee.
      Alo nicht diese PAR/WATT Rechnung.

      Ich werd mich heute Abend mal ansetzen und eine These dazu aufstellen.
      Den wir haben 20 cm neuschnee was bedeutet mathe und Physik sind gestrichen .
      Schlitten fahren mit dem kind :yahoo:

      lg Ronny

    • Hallo,
      vielen Dank Dietmar für das Referat.

      Stimme Ronny zu, dass die Tiefe fehlt.

      Die Berechnug ist dennoch recht charmant für erste Näherungswerte, weil ich mich mit der Berechnung sehr simpel ein wenig annähern kann.
      Ich kann die Wattzahl nehmen, die Fläche herausrechnen und die Fläche meines Aquariums einsetzen. (div durch eingesetzte Fläche, hier 0,6 Mal meine Aqu-Fläche) und habe damit eine sehr vergröberte Idee, ob ich mit meiner Lampe - nur was die PAR-Werte anbelangt - wattmäßig sehr daneben liege oder nicht.
      - vorausgesetzt, Lichtverteilungsform und Aquarienform passen einigermaßen zueinander
      - und ich habe eine Lsmpe eines seriösen Herstellers
      Für mich passt das: ATI Sirius 2 auf einem Cube 65x65
      Das berücksichtigt alle anderen Faktoren - Lichtfarbe, welches Licht beötigen Korallen, wie ist die Lichtlenkung usw. -natürlich nicht, aber es ist eine schön gemachte simple Annäherung

      Danke hierfür.
      Salzige Grüße
      Sven. ><((((((*>

      ( Eheim,270l, 65x65x65, + Technikbecken, ATI Sirius X2, Maxspect 150, Nyos Quantum 120, Red Dragon Mini Speedy 3, UV JBL 36W, Ozon, Coral Box Mini Reactor 80 Pellets, ATI Essentials, Nopox)

    • Hi

      Ja seven ist ja eine Flächenberechnung.
      So jetzt mal Theoretisch weiter.

      Wir nehmen unsere Theorethisch Lampe mit dem Perfekten Spektrum.

      SO ich habe mir mal Vier Messdaten genommen.
      Nachzulesen wie immer auf salzwasserwelten.de Parmessungen Module.

      ACI LED
      AI 52
      Sirius X
      Illutronix Sea Light SW 100l

      So Als Hundert Protzend nehme ich immer 30 cm Messabstand.

      Hier habe ich mal auf allen Ebenen Die Verluste rausgerechnet.

      ACI

      45 cm 23,6%
      60 cm 44,19 %
      AI 52
      45 cm 13,22 %
      60 cm 33 ,82 %
      X4
      45 cm 20,9 %
      60 cm 38,65%
      Illu
      45 cm 17,95%
      60 cm 36,24%

      Das Ganze Nochmal wieviel leistung in % vorhanden ist

      Aci
      45 cm 76,4
      60 cm 55,81
      AI 52
      45 cm 86,78
      60 cm 66,18
      X4
      45 cm 79,1
      60 cm 61,35
      Illu
      45 cm 82,05
      60 cm 63,76



      Hieraus kann man dan eigendlich ganz einfach eine Kennzahl über den Mittelwert errechnen.
      Alle 45cm addieren /4/100

      Sorry Dietmar. in der Verlustabelle sieht deine gut aus aber muss halt mit reiun ;)

      wären also bei 45 cm Messabstand 18,91% Verlust Kennzahl 0,19
      wäre dan bei 60 cm 38,22% verlust kennzahl 0,38

      Kennzahl der Tatsächlichen restleistung
      bei 45 cm 0,81
      60 cm 0,61

      Wenn du diese an deine Multiplikation Hängst kommt Folgendes Heraus.
      Gesamtkennzahl
      45cm 0,25
      60 cm 0,18

      Gibt in der Gesamtheit dann
      45 cm 257W
      60 cm 360W
      Dies wäre nicht aber bei 60 cm
      Wenn ich jetzt also SPS auf 40 cm Wassertiefe Pflegen Möchte und mein Modul 20 über dem Becken ist muss es auf die 0,6M2 360w sauber verteillt bringen.
      uff....
      Mit T5 brauche ich hier für ein Bomben Becken 8x39w T5 sind 322w

      ich hänge euch mal flott die Zettel dazu an. Bin da Old scool den Papier ist geduldig.
      lg ROnny

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von Ronny ()

    • Hallo Ronny,

      pragmatischer Ansatz- danke für Deine Mühe; kann ich revht einfach nutzen

      zu T5: sind bei Deiner Angabe auch die Verluste berücksichtigt, die T5 - auch mit Reflektoren -an Licht haben, welches nicht ins Wasser gelangt? Oder gibt es diese Verluste nicht?

      Meine Erfahrungen im Süßwasser waren im Ergebis - bei guten LEDs- immer bei weniger Wattleistung deutlich sichtbar mehr Photosynthese als bei T5, egal mit welchen Röhren und Reflektoren (hier habe ich pber Jahre alles !ögliche an Marken und Kombinationen versucht)
      Voher 76w T5, nun 75W mit (max) 80% LED-> die Photosynthese ist stets durch Luftblasen sichtbar, die Pflanzen wachsen Faktor 2 schneller als mit T5.
      Ich konnte mir das nur mit geringerer Effizienz bei T5 bzw Lichtverlust durch die Bauform erklären.
      Ob das im Meerwasser auch so ist oder ob ich dabei etwas übersehe oder nicht kenne, weiss ich natürlich nicht.
      Salzige Grüße
      Sven. ><((((((*>

      ( Eheim,270l, 65x65x65, + Technikbecken, ATI Sirius X2, Maxspect 150, Nyos Quantum 120, Red Dragon Mini Speedy 3, UV JBL 36W, Ozon, Coral Box Mini Reactor 80 Pellets, ATI Essentials, Nopox)

    • Hallo zusammen,

      habe es leider nicht früher geschafft zu antworten.
      Um noch kurz auf die initial Frage von Ronny bzgl der Tiefe zurückzukommen - doch diese ist in der Berechnungsformel bereits berücksichtigt.
      In der Ausarbeitung ist zu diesem Zweck sogar ein Diagramm, dass die spektral Absorption durch 1m Wasser aufzeigt.
      Zur Ermittlung der mittleren Absorption habe ich hierfür die Asbortionsverluste im Wellenlngenbereich 383 - 615nm gemittelt, was in etwa 5 % ergibt.
      Die Unterschiede bezüglich der Wasserabsorption in diesem Wellenlängenbereich sind bei den verschiedenen Aquarientiefen fast zu vernachlässigen.
      Ob das Becken nun 40cm oder 70cm tief ist macht hier am Ende vielleicht 1-2 % aus.

      Was die Auflistung der PAR Werte in verschiedenen Abständen angeht - hier liegt meiner Meinung nach ein grundlegender Denkfehler vor.
      Bei den Werten die in meine Wirkungsgradberechnung eingehen handelt es sich um um echte Verluste im Hinblick auf das nutzbare Restlicht, also z.B. Erzeugung von Wärme in den Netzteilen oder den LEDs, Lichtverluste durch Reflektion an den Grenzschichten oder Absorption im Wasser,...
      Dies ist bei den abnehmenden PAR Werten in zunehmender Entfernung nicht der Fall. Hier handelt es sich um eine reine Abnahme der Bestrahlungsleitung aufgrund der Zunahme der zu bestrahlenden Fläche durch Vergrößerung des Abstands. (Strahlensatz)
      Ich hatte das in meiner ersten Ausarbeitung beschrieben.

      Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass Hennings Messungen in Luft durchgeführt wurden (zumindest soweit ich mich erinnere).
      Im Wasser wird sich auf alle Fälle ein schmalerer Beleuchtungskegel einstellen, was zu einer schwächeren Abnahme der Lichtleistung pro Entfernungseinheit im Vergleich zu den Messungen in Luft führen wird.

      Unter der Voraussetzung, dass der Öffnungswinkel des Beleuchtungskegels unterhalb von 120° (keine Lichtauskopplung durch die Seitenscheiben - siehe meine erste Ausarbeitung), kann man davon ausgehen, dass im Prinzip kein Licht im Becken mehr "verloren" geht.
      Aus energetischer Sicht wird die in das Becken eingekoppelte Energie im Regelfall dann auch dort absorbiert. Wo genau und mit welcher resultierenden Bestrahlungsstärke ist eine Frage der Lichtlenkung und der zu bestrahlenden Oberfläche.

      Gruß Dietmar

    • Hi Dietmar.

      Da muss ich dir leider wiedersprechen.
      Ich selber Messe ja auf wassersäule um genau dem Lift Problem aus dem Weg zu gehen.
      Der Par wert verhält sich genau oder ähnlich wie an der Luft.
      Auskoppelung spielt hier Eine geringe Rolle.
      Egal ob ich in einer Röhre Messe wo ausgekoppelt wird oder in einer Glasröhre wo reflektiert wird.
      Die aufgezeigten Vergleiche sind immer gleich .
      Und ob ich jetzt nach 30 cm 12,4. oder 12.1% Verlust habe ist in der Aquaristik auch egal.

      du hast da irgendwo nen denkfehler.
      Wenn ich das auf eine Messung in einer Sphere beziehen würde also eine Lihtvolumenrechnung passt das alles.

      Aber schau einfach in die Natur.
      Natürliches Licht hat eine Brutale Photonen dichte.

      Im energetischen satz sind bei dir die 400 Par zwar noch da aber ganz anderst verteillt.

      In der Natur ist es Energetisch einfach.
      Ohne das Spektrum jetzt einmal zu berücksichtigen.

      Wasseroberfläche ca 2500 Par
      Also
      WO 2500 Par = 100 % =0,04 im%
      5m =600 Par = 24% restenergie = 76 % Verlust
      10m=300 Par = 12% restenergie = 88 % Verlust
      15m =150 Par= 6% resenergie = 94 % Verlust
      20m = 100 Par =4% restebergie = 6 % Verlust.

      In der Beleuchtungs Technik ist das alles völlig korrekt . In der Aquaristik leider nicht.
      Ich bau mal einen Versuch auf und zeige dir das.
      Lg Ronny

    • Ich kenne ja dein Spetrometer nicht, aber ich bezweifle, dass sich damit unter Wasser messen lässt.
      Ich kann dir versichern, dass für die Aquaristik die gleiche physikalischen Grundlagen gelten wie überall auf der Welt.
      Lediglich das optische Medium ist ein anderes und auf Grund der meist begrenzen Aquariengrößen kommen Überlagerungseffekte hinzu, die man ensprechend kompensieren muss.

      Wie genau sieht denn dein Aufbau aus?

      Welche Leuchte, welcher Abstand, welche Wassertiefe, welche Beckengröße, welcher Sensor, wo platziert,...?

      Hast mal ein Bild oder eine Zeichnung über welchen Aufbau wir sprechen?

      Natürlich gibt es auch unter Wasser eine Strahlaufweitung wie in Luft, nur der Öffnungswinkel ist kleiner (Brechungsgesetz)
      Das bedeutet aber nicht, dass es irgend welche Verluste gibt, sondern lediglich, dass die bestrahlte Flche bei zunehmender Tiefe größer wird.

    • Hi Dietmar.
      Ja Theoretisch ist die Energie noch da.
      Richtig aber Praktisch nicht da es ja eine Umverteilung der Photonen Gibt.
      Warte ich mach die mal schnell ne zeichnung mit paint.
      Aber nicht lachen ;)

    • ig-meeresaquaristik.de/index.php/Attachment/12161/
      so da bin ich wieder.eine Glasfaser kann man ohne Probleme unter wasser postieren.
      Ich arbeite ohne weitwinkel öffnung im Spektrum , da sich das immer ganz gut verteillt.
      Im Par Bereich nimmst einfach eine Apogee.
      Das musst du aber erst neu Kallibrieren .Das macht der Hersteller oder schickt dir da Daten zu für ein Par Hundert Eruro .
      i
      Henning misst ansonsten ja mit dem Asense Tech lighting Passport und mit dem Getspec 2048 Glaube ich heisst das. Ein Par Kalibriertes Spektrometer.

      Wir haben aber von Apogee noch einen Zweiten Sensor erhalten den man an ein Votmeter Klemmen kann und sehr gute werte Abgibt.
      Auch wenn Die Zahlen nicht immer übereinstimmen, aber +-5 % sind in der Messordnung völlig Korrekt.

      Und alle geben in den Verlust % einen fast Identischen wert an +-5%
      Daher stelle ich nicht die Physik in frage sondern die Anwendbarkeit deines Energetischen satzes auf die Reelle Aquaristik.

      Versteh mich nicht Falsch .
      Ich bin ein Leidenschaftlicher HOBBY Physiker.
      Und in der Physik ist alles eine These bis sie 100% bewiesen wurde.
      Ich weiss das die Energie nicht Verpuffen kann. Das ist Physikalisch nicht machbar aber sie verringert sich Tangentiell zur tiefe.

      Aber echt nicht lachen :) wegen meiner Zeichnung.


      Eine Glasfaser

    • Hi Ronny,

      die Zeichnung ist doch gut.
      Sind das quadratische Säulen aus Glas?
      Was benutzt du denn als Lichtquelle? Größe, Abstrahlwinkel ?


      Wo hast du denn die Tiefenliste her?

      Wasseroberfläche ca 2500 Par

      Also
      WO 2500 Par = 100 % =0,04 im%
      5m =600 Par = 24% restenergie = 76 % Verlust
      10m=300 Par = 12% restenergie = 88 % Verlust
      15m =150 Par= 6% resenergie = 94 % Verlust
      20m = 100 Par =4% restebergie = 6 % Verlust.

      Da habe ich andere Werte - sind das Messwerte?


      Gruß Dietmar

    • Guten Abend Dietmar

      Habe zwei schöne Tage in Laax bei Skifahren erleben dürfen mit tollen Arbeitskollegen. ^^

      Bin leider erst jetzt zu deinem Zweiten vorzüglichen Bericht zu Lumen und PAR; Bemessung der Beleuchtungsleistung gekommen. :good:
      Erst einmal herzlichen Dank für diesen weiteren Beitrag.

      Ich glaube das ich da noch mal meine x Grafiken überarbeiten müsste, dass diese auch Physikalisch den Richtigen Wert angeben würden. ;( Ob dies dann auch bei allen anderen geändert wird weiss ich nicht und wen da auf einmal zwei Zahlen auftauchen stiftet dies sehr wahrscheinlich noch mehr Verwiegung in die ganze Beleuchtungsproblematik die wir ja vorliegen haben. :whistling:

      Beim ersten überfliegen legst du für die SPS oder LPS einen Wert fest, denn das Modul erreichen soll, wo für mich ebenfalls optimale Durchschnittswerte sind für diese Kategorien sind.

      Hier meine Frage.
      Liegt dieser Wert bei Eintritt in das Wasser oder auf dem Beckenboden, wo ja in den meisten Fällen ca. 50-60cm Wassertiefe sind, oder eben bei dem Tier wo es erreicht sollte, wo ja von oben bis unten zum Teil stehen.
      Hat der Europäische Handel den schon Module, die so einen flächigen konstanten PAR-Wert erreichen werden wie in deiner Berechnung dargestellt wird?
      Haben ja bei den meisten im Handel erhältlichen Modulen eigentlich ja mehr Punktuelle Teile wo hier ein Becken ausleuchten. Wie könnte ich die mit deiner Formel berücksichtigen. Respektive gäbe es da Annähernder Formeln?

      Sollte man bei einem Steuerbaren oder nichtsteuerbaren Modul nicht auch noch einen Abzug mit ins Spiel bringen. Denn da werden ja auch ein paar Watt verbraten wo die Steuerung frisst, sind zwar nur ca. 1% aber doch wieder etwas. Ebenfalls fehlt mir hier die Lüftung. Sind bei den in deiner Grösse genannten Watt Leistung auch wiederum ca. 1% wo da an den Lüftern weg geht (aktiv Lüftung).

      Könntest du für den „Ottonormalverbraucher“ Mal eine Skizze machen von deinem 1.00 x 0.60m Becken in der Ansicht, sprich mit der Wassertiefe, dem Aufgehängten Modul und den zu erwartenden PAR-Werten in den Wassertiefen von -15cm/-30cm/ -45cm und evtl. noch -60cm. (Müsste ja nach deiner Formel an allen Orten gleich sein). :whistling:

      Hier kann ich im Moment noch nicht nachvollziehen wie ich da wen ich davon ausgehe, dass kein Licht oberhalb des Becken verloren geht dieses jeweils auf den einzelnen Höhen erzielt wird, respektive sich nicht Reduziert wie in meinen Messungen wo ich mal in einem Würfel von 60x60x70cm mit Wasser befüllt im Zentrum mit einem Apogee gemacht habe. Dies auch mit verscheiden Lichtquellen und mit und ohne Strömung, respektive mit Osmosewasser, Salzwasser und mit Aufgewirbelten Partikel, wie sie ein Grundel erzeugt, gemessen habe und da auf die Tiefe keinen Konstanten PAR-Wert messen können, wie er nach deiner Berechnung der Fall sein sollte.

      Hier hat wie Ronny es auch erwähnt die Praxis mit der Theorie seine Probleme.

      Kann auch sein das ich im Moment irgendwo noch auf dem Schlauch stehe. Aber du wirst mir hier sicherlich weiter helfen.
      ><((((º> <º)))) ><

      Salzige Grüsse
      Henning

    • Hi

      Ja Henning
      Das liegt alles an Kunstlicht und natürlichem Licht.
      Wie gesagt der energetische Satz von Dietmar ist korrekt .
      Aber da ist nur ein kleiner umsetzungsfehler.
      Erklär ich dir morgen mal.
      Denke der Dietmar weiß was ich meine.
      Beer-Lambert Law. Das bersche Gesetz sprich strahlungsdämpfung .
      Und die ist bei LED Lichtquellen komischerweise extrem hoch .
      Warum weiß ich auch nicht.

      Das noch mit rein und alles ist gut.
      Wie gesagt Dietmar genießt meinen höchsten Respekt .

      Liebe Grüße ronny

    • Hallo Ronny,

      die Strahlungsdämpfungsanteile ala Beer-Lambert sind in meiner Formel bereits enthalten.
      Das sind ja genau die Absorptionskoeffizienten von Wasser und wie ich bereits geschrieben hatte ist da 1m Wassertiefe bereits mit berücksichtigt.
      Die sind bei LED-Licht übrigends exakt identisch wie bei jedem anderen Licht auch.
      Alle Lichtquellen senden die gleiche elektromagnetische Strahlung aus - da gibt es physikalisch keinen Unterschied.
      Daher gelten auch unabhängig von der Lichtquelle die gleichen Gesetzmäßigkeiten.

      Aber nur nochmals für mich zum Verständnis.
      Die Messungen, für die du die Skizzen erstellt hast - hattest du die mit der normalen Faser gemessen, irgend einem speziellen Messaufsatz oder mit einem Apogee?

      Gruß Dietmar