Grundlagen zum UV- und Lichtschutz
- Sonnenlicht – schädigende Strahlung
- Aus Norden kommt doch keine Sonne - also auch keine UV-Strahlung?
- Der Grad der Schädigung hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab
- Nicht alle Materialien reagieren gleich
- Was kann ein Luxmeter im Zusammenhang mit UV-Schutz leisten?
- Aber wir haben doch eine Farbverglasung - die muß doch UV-Strahlen abhalten?
- Die Sache mit den 99% UV-Schutz - oder eine Statistik...
Sonnenlicht – schädigende Strahlung
Das Strahlungsspektrum, welches uns von der Sonne erreicht liefert uns bekanntermaßen nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch für uns nicht sichtbare Strahlung.
Die mit dem Sonnenlicht auf die Erde treffende Strahlung kann, wenn wir ihr zu viel ausgesetzt sind, z.B. Sonnenbrand oder Hitzschläge verursachen.
Diese Strahlung gefährdet aber auch historische Substanz und Konservierungsmaterialien. Die UV-Strahlung nahm seit 1967 um etwa 15% für den Sonnenstand im Februar zu (BayFORKLIM-Schlußbericht 2000).
Historische Farbpigmente bleichen aus, historische Bindemittel werden durch die UV-Strahlung zerstört und kreiden ab, durch UV-Strahlen verspröden Lackschichten und durch IR-Strahlen entstehen Spannungen und die Lackschichten platzen teilweise ab; Konservierungsmaterialien vergilben etc..
Um die Prozesse zu verstehen ist ein Blick auf die solare Strahlung hilfreich:
Aus Norden kommt doch keine Sonne - also auch keine UV-Strahlung?
Diese Annahme ist leider gründlich falsch!
Die Begründung findet man z.B. in Rudolf W. Schulze, Strahlenklima der Erde auf Seite 90:
"Das besondere Merkmal der Ultraviolettenstrahlung gegenüber der Globalstrahlung ist ihre hohe Streuung an den Molekülen der Atmosphäre, die nach kürzeren Wellenlängen nach dem Rayleighschen Gesetz umgekehrt zu deren vierten Potenz ansteigt.
Dies hat zur Folge, daß die aus dem Himmelsgewölbe zum Erdboden kommende Ultraviolettenstrahlung meist 10- bis 20-mal stärker ist als die direkte ultraviolette Sonnenstrahlung."
Sie sehen, auch auf der Nordseite eines Gebäudes kommt man um einen UV-Schutz nicht herum wenn es gilt wertvolles Kulturgut zu schützen.
Gleichwohl stellt sich die Frage wieso dann in der Praxis viele Schäden an Kunstgegenstände in Südausrichtung zu finden sind.
Nun, neben der UV-Strahlung, welche die molekularen Struktur der Materialien schädigt, spielt die IR-Strahlung, je nach Aufbau der Kunstgegenstände eine entscheidende Rolle.
Die mit der IR-Strahlung einhergehende Erwärmung und Abkühlung der Objekte setzt diese einer ständigen Ausdehnung und Kontraktion aus. Durch diese Längenänderungen kann es zu Spannungen im Material kommen, so dass, die durch die UV-Strahlung in seiner Molekülstruktur vorgeschädigten Materialien entsprechende Risse zeigen.
Sie sehen, sind die Objekte entsprechend empfindlich bedarf es sowohl UV++ als auch IR-Schutz.
Der Grad der Schädigung hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab
Nun könnte man meinen es sei für den Grad der Schädigung egal ob Stoffe mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. Licht mit 546 nm oder UV-Strahlung mit 389 nm) bestrahlt werden.
Dem ist jedoch nicht so!
In einer Arbeit von Judd aus Hilbert wurde aus Untersuchung bei 546 nm ein relativer Schädigungsfaktor von 1 an hand der Schädigungemenge (z.B. gemessenen Farbveränderungen, Versprödung etc.) festgelegt; bei z.B. 389 nm jedoch ein relativer Schädigungsfaktor von 90 und bei 365 nm sogar von 135! (siehe Abbildung)
Das bedeutet, dass idealisierter Weise, ein z.B. mit 389 nm bestrahlter Gegenstand 90 mal schneller altert als ein mit 546 nm bestrahlter!
Nicht alle Materialien reagieren gleich
Je nach ihrer molekularen Struktur reagieren die verschiedenen Materialien unterschiedlich.
Hier finden Sie eine beispielhafte Zusammenstellung von Materialien mit evtl. fotochemisch kritischen Eigenschaften / Grenzwellenlänge der spektralen Transmissionskante (1%) unter Berücksichtigung einer Farbwiedergabe Ra 98%
- 385 nm Kunststoffen mit eigenem UV-Schutz (für Innenanwendung)
- 385 nm Zerstörung von modernen Bindemitteln (Innenanwendung)
- 385 nm Holzbestandteile, unbehandelt
- 385 nm organische Pigmente in modernen Malmitteln (Innenanwendung)
- 385 nm Papier (Haderngrundlage)
- 395 nm historische Bindemittel
- 395 nm historische Textilien, vorgeschädigt
- 400 nm organische Pigmente in historischen Malmitteln
- 400 nm Pigmente in unbehandeltem Holz
- 400 nm Historische Tuschen und Tinten
- 405 nm Kunststoffen ohne eigenen UV-Schutz
- 405 nm Pigmente in historischen Textilien
- 405 nm Eiweißstrukturen ( z.B. Feucht- und Trockenpräparate, Leder, Federn, Haut, Haar)
- 405 nm Pigmente in Eiweißstrukturen
Was kann ein Luxmeter im Zusammenhang mit UV-Schutz leisten?
...und warum 50 Lux - ein Wert ist der wenig aussagekräftig ist!
Der Messensor der Beleuchtungsstärkemessgeräte (Luxmeter) wurde entwickelt um auf die Hellempfindlichkeit des Menschen abgestimmte Werte zu erhalten.
Manche Luxmeter - siehe die Bedienungsanleitung rechts - messen die Energie nur in einem sehr kleinen Meßbereich, dieses hier sage und schreibe 90 nm "entfernt" von der Definition von UV-Strahlung!
Der Messensor eines Luxmeters wurde NICHT entwickelt um absolute Energiemengen zu messen!
Hierfür gibt es Spektrometer, die in Abhängigkeit der Wellenlänge die entsprechende Energiemenge detektieren können.
Diese oben beschriebene Ausrichtung eines Luxmeters hat zur Folge, dass z.B. eine bestimmte Menge Energie bei 550 nm, also grünes Licht, vom Luxmeter mit z.B. 50 Lux angezeigt wird während im blauen Teil des Spektrums, bei z.B. 405 nm jedoch eine ca. 100fach höhere Energiemenge auf das Objekt auftrifft um ebenfalls 50 Lux angezeigt zu bekommen!
Erinnern Sie sich noch an die Untersuchung von Judd aus Hilbert?
Bei 405 nm ist der relative Schädigungsfaktor nach Judd aus Hilbert 60! Natürlich bei gleicher Energiemenge wie bei 546 nm!
Daraus folgt, dass wenn das Luxmeter bei einer hauptsächlich im Blaubereich abstrahlenden Lichtquelle 50 Lux zeigen würde...
...tatsächlich jedoch ein 6.000-fach höherer Schädigungsfaktor vorliegen würde!
(100fach höhere Energiemenge [um 50 Lux zu erreichen] x 60fachem relativem Schädigungsfaktor)
Vielleicht stimmen Sie mit uns überein, dass man die Überschrift dieses Absatzes angesichts dieser Zusammenhänge besser ändern sollte in "50 Lux - ein Wert der irreführend ist"...
...zumindest - wenn der 50 Lux-Wert isoliert betrachtet wird.
Interessant in diesem Zusammenhang ist übrigens noch, dass einfache Luxmeter auf dem Markt sind die erst ab 470 nm messen - d.h. zwischen 400 nm und 470 nm bleibe bei so einem Messaufbau eine verhängnisvolle Meßlücke!
Denn bis 400 nm messen die meisten einfachen UV-Meßgeräte. Dabei werden die Energiemengen auch bei diesen UV-Messgeräten nur integrativ betrachtet und ebenfalls gewichtet, meist so dass diese zwischen 380 nm und 400 nm in der Regel die Energie schwächer gewichten.
Auf der Grafik rechts sehen Sie noch einmal verdeutlicht, welch geringen Überschneidungsbereich zwischen dem relativen Schädigungsfaktor und der Meßkurve dieses Luxmeters besteht.
Aber wir haben doch eine Farbverglasung - die muß doch UV-Strahlen abhalten?
Auch diese Annahme stimmt nur zum Teil!
Man muß sich schon die Transmissionskurven der einzelnen Farbgläser im Detail ansehen!
Dabei muß man auch unterscheiden ob es sich um durchgefärbte Gläser oder Gläser mit einem Farbauftrag handelt.
Hier haben wir Ihnen einmal verschiedene Beispiele zusammengestellt.
Die Sache mit den 99% UV-Schutz - oder eine Statistik
Allenthalben kann man von 99% UV-Schutz lesen...
... ähnlich wie der 50 Lux-Wert sollte auch dieser 99%-Wert kritisch hinterfragt werden!
Denn dieser Wert bezieht sich nicht auf eine exakte Wellenlängenangabe sondern er bezieht sich nur auf den physikalisch definierten UV-Bereich.
Wenn also zwischen ca. 310 nm (hier beginnt in der Regel die Transmission der meisten in der Architektur verwendeten Gläser) und 380 nm 1% Energie durch das so genannte "UV-Schutzglas" dringt liegt ein 99%tiger Schutz vor (Integralwert).
In der Regel (siehe Meßkurven) stellt man dabei bei einem VSG-Glas mit 1,52 mm unbehandelter PVB-Folie bei 380 nm 1% Transmission fest; bei einem VSG-Glas mit 0,38 mm PVB-Folie liegt die 1%-Transmissionskante bei ca. 365 nm.
Bei 400 nm (nach der Untersuchung von Judd und Hilbert liegt hier bereits ein relativer Schädigungsgrad von > 60 vor!) liegt die Transmission bei VSG-Gläsern mit 1,52 mm unbehandelter PVB-Folie und "99%-UV-Schutz" bereits wieder bei ca. 65%; der relative Schädigungsgrad wird also auf ca. 39 reduziert.
Bei VSG-Gläsern mit 0,38 mm unbehandelter PVB-Folie und "99%-UV-Schutz" sogar bereits wieder bei ca. 90%; der relative Schädigungsgrad wird also nur auf ca. 54 reduziert.
Bei unseren Standard-UV-Schutzgläsern liegt die 1%-Transmissionskante bei 400 nm. Somit reduzieren wir den relativen Schädigungsgrad bei 400 nm auf ca. 0,6!
Neben unseren Standard-UV-Schutzgläsern mit 1%-Transmission bei 400 nm sind bei Sondergläsern auch 1%Transmissionskanten bei 410 nm, 420 nm oder 430 nm möglich.
Bitte hinterfragen Sie also %-Angaben kritisch und lassen Sie sich im Zweifelsfall eine Meßkurve vorlegen. Einen interessanten Artikel zum Thema % finden Sie übrigens auch hier.
Mit der 99% Logik hätten unsere Gläser bis zu 126% UV-Schutz!
Nun das ist eine einfache Rechnung - ein 99%tiger UV-Schutz wird im Regelfall angegeben, wenn der Schutz von 280 bis 380 nm geht (= 100%), der Schutz unseres Glases geht aber bis 400 / 406 nm - das sind folglich 120 / 126%.
Unser Glas schützt je nach Aufbau mit seinem 1% Transmissionspunkt somit ca. 20 bis 26 nm mehr als die sonst am Markt üblichen UV-Schutzgläser mit sogenannten "99%" Schutz. Dies entspricht einer Reduktion des Schädigungsfaktors von Judd aus Hilbert um 30 Einheiten.
Hinzu kommt dass sich gerade im Einsatz als transparenter UV-Schutz viele Schutzmaterialien im Laufe der Zeit zersetzen, da der UV-Schutz durch eine "Opferstruktur" erreicht wird. Nicht jedoch bei unserem UV-Schutz.
Wie unser UV-Schutz arbeitet erfahren Sie hier.