LED-Beleuchtung und konservatorische Anforderungen – der Schädigungsfaktor

Ein Mann misst den Lichtschadenfaktor eines Gemäldes mit einem Messgerät im Museum.

Licht, vor allem aber der UV-Anteil im Spektrum, lässt Farben und Materialien von Kunstwerken ausbleichen und altern. In welchem Maß das Spektrum einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer LED, Kunst schädigt, wird mittels des Schädigungsfaktors beschrieben. Da hochwertige LEDs weder UV-Strahlung noch Infrarotstrahlung emittieren, eigenen sie sich besonders für die Beleuchtung von sensiblen Exponaten.

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Was ist der Schädigungsfaktor?

Prinzipiell hat jede Belichtung eine schädigende Wirkung: Farben verblassen, ändern ihren Farbton, werden dunkler; Materialien werden spröde, lösen sich auf, bilden Risse.

Der Schädigungsfaktor (Fdm, rel), auch Schädigungsindex (DI engl. Damage index) genannt, beschreibt, wie schädigend die Strahlung einer Lichtquelle für Farben und die Beschaffenheit von Materialien ist. So umfasst beispielsweise das Sonnenlicht sowohl die unsichtbare UV-Strahlung als auch sichtbares kurzwelliges Licht. Aus diesem Grund ist es für viele Materialien deutlich schädlicher als mit LEDs erzeugtem Kunstlicht.

Der Schädigungsfaktor ist abhängig vom Spektrum einer Lichtquelle und dem darin enthaltenen schädigungswirksamen Anteil des Lichts. Er ist der Quotient von schädigungswirksamer Bestrahlungsstärke (W/m²) und Beleuchtungsstärke (lx bzw. lm/m²) und wird typischerweise in Milliwatt pro Lumen (mW/lm) angegeben. Werte < 0,2 gelten für die Beleuchtung von Kunst als akzeptabel. Während frühere Leuchtmittel diesen Wert oft deutlich übersteigen, liegen aktuelle hochwertige LEDs unter diesem Wert. Leuchten mit warmweißer Lichtfarbe sind hier im Vorteil, da ihr Spektrum keine UV-Strahlung und nur einen geringen kurzwelligen Blauanteil enthält. Der Schädigungsfaktor dieser LEDs liegt deutlich unter 0,2.

Wie wird der Schädigungsfaktor angewendet?

Der Schädigungsfaktor allein gibt nur einen Anhaltspunkt für das Schädigungspotential eines Spektrums. Wie schädigend das Licht für ein Exponat tatsächlich ist, hängt zusätzlich von diesen Faktoren ab:

Relative Beleuchtungsempfindlichkeit der beleuchteten Materialien (Hs,dm in Wh/m²)
Bestrahlungsstärke (W/m²)
Bestrahlungsdauer (ts in h)
Anteil des Infrarotanteils im Spektrum (kann bei LED-Leuchten vernachlässigt werden)

Die relative Beleuchtungsempfindlichkeit (Hs,dm) beschreibt, ab welcher Strahlungsmenge Schäden an einem Exponat auftreten. Sie ist abhängig vom Material des Exponats und muss letztlich individuell von Experten festgelegt werden.

Hier ein paar typische Materialien und Anhaltspunkte für die Beleuchtungsempfindlichkeit:

Zeitungspapier

Aquarellfarbe auf Papier

Hs,dm = 175 Wh/m²

Textilien

Hs,dm = 290 Wh/m²

Hs,dm = 5 Wh/m²

Ölfarbe auf Leinwand

Hs,dm = 850 Wh/m²

Die Bestrahlungsstärke (Edm) bemisst die schädigungswirksame Bestrahlung, die auf dem Objekt auftrifft (W/m²). Der Wert ist Bestandteil des Schädigungsfaktors eines Spektrums.

Schließlich ist auch die Belichtungsdauer (ts) von großer Bedeutung. Neben der Beleuchtungsstärke (E) definiert dieser Faktor die Zeitspanne bis zu einer Schädigung. Dabei muss beachtet werden, dass Lichtschäden kumulativ sind, d.h. 1 Stunde bei 1000 lx wirkt gleich wie 1000 Stunden bei 1 lx. In Museen stehen Lichtplaner und Kuratoren daher vor der Herausforderung, ein Exponat ausreichend hell zu beleuchten, sodass Details zu erkennen sind, ohne jedoch Gefahr zu laufen, es durch zu lange Exposition (zu schnell) zu schädigen.

Beispiel:

Wie lange ein Objekt belichtet werden kann, bis Schäden auftreten, können Sie mit dieser Formel ermitteln:

ts = Hs,m / (Fdm,rel x E)

Ein Ölgemälde auf Leinwand soll mit einer 3000K Ra97 LED-Leuchte mit einem Schädigungsfaktor von 0,155mW/lm mit 200lx beleuchtet werden. Nach der vorgenannten Tabelle liegt die Beleuchtungsempfindlichkeit des Exponats bei 850 Wh/m².

ts = 850 Wh/m² / (0,000155 W/lm x 200 lx)

ts = 27.419 h

Bei der Beleuchtung mit Tageslicht durch ein Fenster beträgt der Schädigungsfaktor des Spektrums dagegen 0,333mW/lm. Bei ansonsten gleichen Werten würde sich die Rechnung so darstellen:

ts = 850 Wh/m² / (0,000333 W/lm x 200 lx)

ts = 12.763 h

Aufgrund der energiereichen Wellenlängen im UV- sowie bläulichen Spektralbereich des Sonnenlichts kann das Exponat nur halb so lange dem Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Wie lichtempfindlich ist welches Exponat?

Für eine grobe Einstufung der Materialien legt die CIE 157 4 Klassen fest, über die als Faustformel die max. Beleuchtungsstärken und Belichtungszeiten ermittelt werden können.

Empfindlichkeit Exponat, Objekt

Beschreibung

Max. Beleuchtungsstärke

unbegrenzt

Grenzwert jährliche Belichtungszeit

unbegrenzt

1. Unempfindlich

Das Objekt besteht vollständig aus Materialien, die dauerhaft sind, das heißt, sie reagieren nicht auf Licht.
Beispiele: die meisten Metalle, Stein, das meiste Glas, echte Keramik, Emaille, die meisten Mineralien.

2. Geringe Lichtempfindlichkeit

Das Objekt umfasst dauerhafte Materialien, die leicht auf Licht reagieren.
Beispiele: Öl- und Temperamalerei, Fresken, ungefärbtes Leder und Holz, Horn, Knochen, Elfenbein, Lacke, einige Kunststoffe.

200 lx

600.000 lxh/a

50 lx

150.000 lxh/a

3. Mittlere Lichtempfindlichkeit

Das Objekt enthält flüchtige Materialien, die mäßig lichtempfindlich sind.
Beispiele: Kostüme, Aquarelle, Pastellzeichnungen, Wandteppiche, Drucke und Zeichnungen, Manuskripte, Miniaturen, Gemälde in Leimfarben, Tapeten, Gouache, gefärbtes Leder und die meisten naturkundlichen Gegenstände, einschließlich botanischer Exemplare, Pelze und Federn.