LICHT
door Johan Van Lancker, clubblad Januari '95.

Licht... in het algemeen

Zonder licht zou er geen leven op aarde mogelijk zijn, er zou geen plantengroei zijn en het hele wereld-ecosysteem zou ten onder gaan. Licht en kleur zijn boeiende fenomenen. Ondanks de rol die ze in ons leven spelen, vinden we ze als vanzelfsprekend. Wij zijn ons niet bewust van de ingewikkelde wisselwerking tussen licht en de wereld zoals we die rondom ons zien. Het is de bedoeling in dit artikel duidelijk te maken wat licht betekent in het algemeen en in ons aquarium. Eerst moeten we een aantal gegevens en begrippen trachten te begrijpen.

Wat is eigenlijk "licht"

Licht is straling. Elk lichaam, vast, vloeibaar of gasvormig dat kan veranderen van energieniveau, produceert een straling. IJs wordt water, water wordt damp. Deze straling is elektromagnetische energie, en kan variëren in frequentie en golflengte. De frequentie bepaalt het aantal cycli van de straling per seconde en wordt uitgedrukt in Hertz (Hz). Golflengte is de afstand tussen twee opeenvolgende golven en wordt uitgedrukt in nanometer (nm).

Een natuurlijke lichtbron, ons best gekend is de zon. De stralen hebben een snelheid van 300.000 km/sec (lichtsnelheid). Slechts een deel van de stralen is voor het menselijk oog zichtbaar, namelijk de golflengte tussen 380 en 780 nm. Onder het zichtbare licht ligt het ultraviolette licht en daarboven het infrarode licht. Van de stralen die het oog kan waarnemen ziet ze de golven die bij de uitersten liggen minder goed, dan de waarden in het midden. Een lamp van 40 watt die straling geeft rond de 555 nm zal ons de indruk geven veel meer licht te geven dan dezelfde lamp die straling geeft rond de 700 of 400 nm. Met andere woorden ons oog is veel gevoeliger voor het groen-gele gebied van het spectrum.

Lichtkwaliteit en kleur.

Natuurlijk zonlicht, het daglicht, bestaat uit het volledige spectrum van het zichtbare licht, namelijk een egale straling van 380 tot 780nm. Zonlicht bestaat uit:
Lichtkleur Golflengte in nanometers

• Infrarood boven 780
• Rood 630-780
• Oranje 600-630
• Geel 560-600
• Groen 500-560
• Blauw 450-500
• Violet 380-450
• Ultraviolet (UV) minder dan 380

De kleur van een voorwerp wordt bepaald door de lichtsoort (blauw, rood of andere kleur) dat weerkaatst wordt door dat voorwerp. De andere lichtsoorten worden door het voorwerp geabsorbeerd. De lichtsoort moet uiteraard in de straling van de bron aanwezig zijn. Wit licht is dus een evenwichtige kombinatie van verschillende gekleurde lichtsoorten die in het zichtbare spectrum terug te vinden zijn. Kunstlicht is niet zo ideaal samengesteld, er is geen evenwichtige verhouding tussen de verschillende golflengten. Daardoor heeft iedere lichtbron zijn specifieke lichtkwaliteit

De kleurtemperatuur, dit is de zichtbare kleur van een lichtbron gemeten in graden Kelvin (0 k = -273 °C). Naarmate ons oog een kleur als koeler ervaart is de energiegolf kleiner en de kleurtemperatuur hoger.

• warm licht dat geel-oranje van kleur is heeft een lage kleurtemperatuur van 3.000 K en een golflengte van 600nm .
• koud licht dat blauw-violet van kleur is heeft een hoge kleurtemperatuur van 8.000 tot 10.000 K en een golflengte van 500nm (zonlicht heeft 10.000K).

Het licht en de lichtbronnen.

Elke lamp heeft elektrische energie nodig om licht voor te brengen. De hoeveelheid licht ze voortbrengt wordt bepaald door:

1. De lichtstroom, dit is de hoeveelheid licht die de lamp geeft, wordt uitgedrukt in lumen (l). De lichtstroom van een lamp gaat alle richtingen uit, hij kan getemperd, gericht, geconcentreerd enz. worden.
2. Het opgenomen vermogen, dit is de hoeveelheid energie die de lamp verbruikt, wordt uitgedrukt in watt (w).
3. Het lichtrendement, dit is de hoeveelheid licht (l) er per opgenomen vermogen (watt) gegeven wordt, wordt uitgedrukt in lumen/watt (l/w).
4. De stralingshoek, dit is de hoek die een reflector vormt om het licht in een bepaalde richting te sturen.
5. De lichtsterkte, dit is intensiteit van de lichtstroom (l) in een bepaalde richting en is een gevolg van lichtstroom en stralingshoek, wordt uitgedrukt in candela (cd)
6. De verlichtingsterkte, dit is de gemiddelde lichtstroom (l) die op een bepaald oppervlakte valt, verwijderd op een bepaalde afstand. Ze wordt uitgedrukt in lux, dit is de verhouding tussen lichtsterkte en het kwadraat van de afstand.
7. De kleurweergaveindex (Ra), geeft een aanduiding van de capaciteit van de lamp om de juiste kleuren weer te geven, Ra=100 is de hoogste index en komt overeen met natuurlijk wit licht dat het volledige continu spectrum heeft en alle kleurschakeringen van het spectrum weergeeft. Een lamp die slechts de drie hoofdkleuren (rood ,blauw, groen) weergeeft heeft een goede kleurweergave index. Maar die kleuren zullen slechts getrouw weergegeven worden indien elke schakering even gelijkmatig weergegeven wordt zoals bij het daglicht. Vb. een gloeilamp heeft een RA van 100 maar haar spectrum ligt meer in het oranje-rode deel en minder in het blauw-groene. Een wit blad papier lijkt bij een gloeilamp altijd een beetje geel.

Licht en planten

Licht is een van de belangrijkste levensbronnen die planten nodig hebben om krachtig te kunnen groeien. Licht stimuleert elementaire processen als bladgroen-synthese en fotosynthese.

Bij chlorofylsynthese (bladgroen-synthese) wordt er bladgroen, geproduceerd, het groene pigment in bladeren en stengels. Aangezien planten groen zijn wil dit zeggen dat de groene stralen worden weerkaatst (daardoor zien we de groene kleur), de andere kleuren (energie) worden geabsorbeerd.

Bij fotosynthese wordt er gezorgd voor de omzetting van kooldioxide en water in koolhydraten en zuurstof, dit is de groei van de plant. Het licht levert daarbij de energie die nodig is om het proces in werking te stellen. Uiteraard spelen andere factoren zoals temperatuur, watersamenstelling en voedingsstoffen enz. ook een belangrijke rol.

Het fotosyntheseproces verloopt veel intensiever bij licht in de rode en blauwe gebieden van het spectrum. Veel rood licht zorgt voor een langgerekte plantengroei, veel blauw licht voor een meer gedrongen groei. Een aanbevolen verhouding is 5 delen rood op 1 deel blauw.

De doelmatigheid van fotosynthese is het hoogst boven 1.000 lux.

We gebruiken in het aquarium tropische planten, principieel is daar 12 tot 14 uur zonlicht per dag. We laten onze lampen dan ook zo lang branden.

Het aquarium.

Voor we de lampen bespreken moeten rekening houden met een aantal lichtverliezen die optreden in het aquarium.

• De Lichtkap: Inderdaad we moeten er voor zorgen zo weinig mogelijk lichtverliezen te creëren in de lichtkap want die kunnen zeer groot zijn. De fabrikanten van verlichtingsarmaturen gebruiken speciale aluminium reflectoren en toch bekomen ze maar een lichtrendement van max 67%.
  Ikzelf heb een test gedaan bij een nieuw in te richten aquarium zonder water uitgerust met een houten kap, met volgende resultaten:

• kap niet behandeld 625 lux
• met witte kleefband 750 lux
• met aluminiumfolie 900 lux

Dit is een verschil van 45% tussen de uitersten !!

• Het water. Water houdt veel licht tegen en zeker als het gelig wordt door nitraten en turf.
• De dekruiten: Zij nemen ongeveer 3% licht weg, wie weet hoeveel als ze vervuild zijn en dat zijn ze altijd in meerdere, dan in mindere mate.
• Vervuiling op de lamp. Wanneer de lamp zelf nooit afgewassen wordt kan er na 8.000 branduren tot 20 % rendementsverlies optreden; afhankelijk volgens de zuiverheid van de omgevingslucht.

Lichtbronnen.

• Gloeilampen: deze zijn reeds lang verouderd, geven weinig lichtrendement, slechte kleurweergaveindex, veel warmte, lage kleurtemperatuur, korte levensduur (1000 uur
• Tl lampen :de huidige generatie lampen worden gebruikt door het overgrote deel van de aquarianen, en niet zonder reden, ze hebben een relatief lage aankoopprijs, hoog lichtrendement, hoge kleurweergaveindex, alle mogelijke kleurvariaties en een lange levensduur.
• Nog steeds denken veel aquariumliefhebbers dat de huidige tl lampen ieder jaar of zelf iedere 6 maand moeten vervangen worden omdat de levensduur bijna voorbij is, het lichtrendement teveel gedaald is, zelfs dat het kleurenspectrum is veranderd. Niets is minder waar, een aantal gegevens volgens de fabrikanten.

• Het kleurenspectrum.

Het kleurenspectrum van een lamp wordt bekomen door een mengeling van 3 soorten fosforpoeders die de drie basiskleuren rood, groen, en blauw vertegenwoordigen. Een lamp die bv. een mengeling van rood en blauw licht geeft kan in de loop van zijn levensduur geen groen licht afgeven eenvoudig omdat het groen licht niet aanwezig is.

• Levensduur en rendementsverlies

De Osram norm voor het opgeven van de branduren is de volgende: op 100 lampen moeten na 8000 branduren nog 80% van de lampen een lichtrendement geven van minimum 80%. Dit is bij 12 uur branden per dag 666 dagen of bijna 2 jaar

• lichtcurven van Sylvania

Lichtrendement van een lamp van 38mm ten overstaan van de huidige van 26mm:

Bij de lampen dia 26 scoren de 80 en 90 series nog 10% beter dan de standaard tl lampen en komen na 7.000 branduren maar aan een rendement van 90 %

Levensduur van de lampen zonder rekening te houden met rendementsverlies geeft nog 90 % van de lampen die branden na 12.000 branduren

• Rendementsverlies en temperatuur

Testen die ik uitgevoerd heb met een elektronische thermometer gaven mij in de lichtkap waarin 2 tl lampen geplaatst zijn (met de ballast op 2 cm naast de lamp) een temperatuur van 30Â C. Volgens Sylvania zijn er de volgende rendementen bij omgevingtemperaturen

Overzichtstabel van een aantal tl lampen die kunnen gebruikt worden in het aquarium

Bij het gebruik van tl lampen speelt de persoonlijke voorkeur een grote rol. Maar toch zijn er een aantal zaken waar men niet buiten kan. Men heeft groeilicht nodig en men heeft kijklicht nodig. groeilicht in de rode en blauwe zone van het spectrum doet de planten groeien, maar is voor veel mensen niet mooi om naar te kijken (vb. Grolux heeft een rode kleur en zeer slechte kleurweergaveindex). Daarom moet men dit compenseren met lampen die aangenaam kijklicht geven en een zeer goede kleurweergaveindex. Ook het lichtrendement en de aankoopprijs spelen een grote rol.

Mijn persoonlijke voorkeur gaat uit naar een combinatie van:

• 1 standaard tl lamp daglicht kleur 10 of 133
• 2 standaard tl lamp warmwit kleur 30 of 129
• 1 biolux tl lamp kleur 72

De beide eerste geven het hoogste lichtrendement tegen de laagste prijs, maar hebben een middelmatige kleurweergaveindex. Dit wordt gecompenseerd door de biolux lamp die een minder goed lichtrendement geeft maar wel een zeer goed kleurweergaveindex heeft, het volledige kleurenspectrum weergeeft, dus ook alle kleurschakeringen en zelf een kleine hoeveelheid UV licht. De standaardlampen branden gedurende de dag, de biolux 's avonds.

Hoeveel lampen.

Ons aquarium is bijvoorbeeld 160 x 70 diep x 60 cm hoog

We hebben gezien dat we minimum 1000 lux zouden moeten hebben.

lux = l gedeeld door kwadraat van de afstand.

als de hoogte vb 0,6m is dan is de formule lux= l/0,6x0,6

1000 lux = x l /0,36

x l = 1000/0,36= 2777 lumen

we hebben dus per vierkante meter bodem-oppervlakte 2777 lumen nodig

de oppervlakte van de bak is 1,6 x 0,7 = 1.12m² = 1,12 m²x 2777 l = 3110 lm

Als we rekening houden met rendementsverliezen van de lampen, diepte van het aquarium, reflectieverliezen enz., komen we gemakkelijk aan de factor 0,15 tot 0,25, Dit wil zeggen dat van de 3110 l die we nodig hebben er in het slechtste geval maar 3110 x 0,15 = 466 l overschieten. om aan onze 3110 lm te komen hebben we 3110/0,15= 20733 lm nodig; In een goed geval met factor 0.25 hebben we 3110/0,25 = 12440 lm. In dit geval nemen we 4 tl lampen verdeeld over de verschillende kleuren.

Halogeen metaaldamplampen. (HQL)

De ontwikkeling van deze lampen ,de laatste 10 jaar, maakt de toepassing in de aquaristiek meer en meer mogelijk. Deze lampen presteren nu een goede kleurweergave met een zeer hoog lichtrendement. Er zijn lampen beschikbaar in daglichtkleur alswel als in warmwitkleur. Het grote probleem bij dit concept van verlichting zijn de volgende

• Men gebruikt geen afdekkap en normaal ook geen afdekruiten, daardoor heeft men een grote verdamping.
• Men heeft niet altijd de mogelijkheid een aantal armaturen aan het plafond te bevestigen.
• De hoge aankoopprijs van de armaturen, die niet algemeen in de handel te vinden zijn.

Als men een veel beter lichtstroom wil hebben dan bij tl lampen, moet men al in de hogere vermogens van 150 W gaan. In de lagere vermogens zijn de ontladingslampen en tl lampen competitief, zelfs in de hogere vermogens is er weinig verschil in het lichtrendement.

vb. HQI-TS 150 /wdl is warmwit van kleur geeft 11.000 l en heeft een levensduur van 6.000 branduren. Als we deze gegevens vergelijken met de tabel van de tl lampen dan geven de tl lampen nog een beter lichtrendement. Met het voordeel van de mogelijkheid van een betere lichtverdeling over de gehele oppervlakte van het aquarium.

Misschien kan er in een later stadium nog een grondige studie gemaakt worden over deze materie.

Ik hoop enige duidelijkheid geschapen hebben en het licht nu in de duisternis schijnt!

Indien er nog vragen zijn kunnen die mij altijd gesteld worden; ik (Johan Van Lancker)zal zo goed mogelijk proberen te antwoorden binnen mijn mogelijkheden.