Deshalb werden LED Lampen und Einbaustrahler trotzdem so heiß

Deshalb werden LED Lampen und Einbaustrahler trotzdem so heiß

Werden LED Lampen oder Einbaustrahler verbaut, kommt es oft zur Befürchtung, dass diese zu heiß werden und es dadurch zu Bränden kommen kann. Wenn aber einige Dinge beachtet werden, ist hier keine Gefahr für einen Brand vorhanden.

Wieso wird eine LED Lampe heiß?

Bereits in der Schule wird vermittelt, dass eine herkömmliche Glühlampe funktionsbedingt heiß sein muss, denn sonst würde der Metalldraht nicht glühen. Die LED Lampe hingegen mag es lieber kalt, denn je heißer sie wird, umso schneller altert sie. Letztendlich bedeutet dies, dass zu heiße LED Lampen schneller kaputt gehen. Aus diesem Grund haben die meisten LED Lampen ein Gehäuse aus Metall sowie eine gerippte Oberfläche, damit viel Wärme abgegeben werden kann. Hochwertige LED Lampen sind daher sehr oft schon am Gewicht erkennbar.

Metall ist der einzige Wärmeleiter, der die Hitze vom LED-Chip ableitet und an die Umgebung abgibt. LED Lampen mit einem Kunststoffgehäuse leuchten meist eher dunkel, da sie kaum Leistung haben und wenig Wärme abgeben müssen. Solche LED Lampen sind meist besonders günstig erhältlich. Zu Bedenken ist jedoch auch bei LED Lampen, dass diese gerade am Kühlkörper hohe Temperaturen aufweisen. Sicherlich kann man dies nicht mit der Wärme einer herkömmlichen Glühbirne vergleichen, aber es reicht, um sich zu verbrennen.

Die Temperaturentwicklung bei einer LED Lampe

Einen Großteil der aufgenommenen Energie wird bei der LED Lampe nicht in Licht, sondern in Wärme verwandelt. Mit ca. 80 % ist dies aber immer noch weniger als bei einer herkömmlichen Glühlampe mit 95 %. Die Hitzeentwicklung der LED Lampe lässt sich ganz einfach physikalisch berechnen. Direkt am Halbleiter entstehen pro cm ² Temperaturen von ca. 4,5 Watt. Zum Vergleich erzeugt eine Herdplatte pro cm ² ca. 5 Watt. Aus diesem Grund müssen auch LED Lampen zwingend gekühlt werden, denn ansonsten würden sie nur wenige Sekunden leuchten, bevor sie schmelzen. Plant man LED Lampen oder Einbaustrahler an Orten zu verbauen, die keine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleisten, sollte man auf LED Lampen mit einer leistungsfähigen Kühlung setzen. In jedem Fall dürfen die empfindlichen Halbleiter keine Temperaturen von 120 Grad Celsius und mehr erreichen, denn dann ist die Lebensdauer der LED Lampen deutlich verkürzt.

Werden zwei gleich helle Leuchtmittel in der Wärmeentwicklung und der Lichtabgabe miteinander verglichen, wird es noch deutlicher.

• 60 Watt Glühlampe mit 730 Lumen
• 6 Watt LED Lampe mit 730 Lumen

Bei der Glühlampe werden 95% der Energie in Wärme umgesetzt, während es bei der LED Lampe nur rund 65 % sind. Somit ergibt sich folgende Wärmeleistung:

• Glühlampe: 60 Watt x 0,95 (95%) = 57 Watt Wärmeleistung
• LED Lampe: 6 Watt x 0,65 (65%) = 3,9 Watt Wärmeleistung

Somit ist die Verlustwärme bei der Glühlampe ca. 15 x höher als bei einer LED Lampe.
Vollkommen neu auf dem Markt sind flüssig gekühlte LED Lampen. Deren Abwärme wird durch Mineralöle abgeführt, sodass diese nicht mehr zu heiß werden können. Diese Leuchtmittel profitieren von einer einfachen Bauweise und sind dabei robust und langlebig. Bisher findet man solche LED Lampen noch nicht sehr häufig auf dem Markt.

Infrarotwärme bei einer LED Lampe?

Die 57 Watt Verlustwärme der oben erwähnten Glühlampe wird in nicht sichtbarer Infrarot-Strahlung an die Umgebung abgegeben. Dies sorgt dafür, dass sich das Glas der Glühlampe so stark erhitzt, dass man sich beim Berühren sofort die Finger verbrennt. Bei den LED Lampen kommt es nicht zu einer Infrarot-Strahlung. Aus diesem Grund kann man sich an einer LED Lampe auch nicht verbrennen. Wo aber geht die Verlustwärme von 3,9 Watt hin? Die LED Lampe ist ein Halbleiter, sodass die Verlustwärme nicht allein abstrahlt, sondern über eine Kühlung abgeführt werden muss. Wäre dies nicht der Fall, würde die LED Lampe keine lange Lebensdauer haben.

Wie viel Wärme gibt eine LED Lampe ab?

Diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden, denn es hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Unter anderen von folgenden Faktoren:

• Effizienz
• Lichtleistung
• Größe
• Einbauort

Gerade bei leistungsschwachen LED Lampen ist die Abwärme so gering, dass sie ohne Bedenken an die Umgebung abgegeben werden kann. Bei leistungsstarken LED Lampen ist somit die integrierte Kühlung von besonderer Bedeutung. Ebenfalls ausschlaggebend für die Abwärme ist die Größe des Leuchtmittels. Eine kleine LED Lampe bietet natürlich weniger Platz für einen Kühlkörper und erscheint somit auch wärmer. Aus diesem Grund ist der Einbauort ein wichtiges Kriterium bei LED Lampen und Einbaustrahlern. Gerade bei Einbaustrahlern kann die Wärmeentwicklung problematisch werden. Die Einbaustrahler werden in der Regel in einer Decke verbaut, sodass entstehende Abwärme nur nach unten abgegeben werden kann. Hier gilt es auf eine gute Metallkonstruktion des Einbaustrahlers zu achten.
Durch die Nutzung von mehr Einbaustrahlern auf gleicher Fläche kann die Wärmeentwicklung ebenfalls gering gehalten werden. Pro Einbaustrahler wird so die Leistung reduziert. Daher ist es ratsam lieber zu 8 Einbaustrahlern mit je 500 Lumen zu greifen als zu 5 Einbaustrahlern mit je 800 Lumen. Man erzielt so die gleiche Helligkeit, reduziert dabei aber gleichzeitig die Wärmeentwicklung eines jeden einzelnen Einbaustrahlers.
Mit 12-Volt Niedervolt-Einbauspots kann man die Wärmeentwicklung nochmals reduzieren, denn es kommt zu einer deutlich geringeren Wärmeentwicklung als bei einem 230 Volt Einbaustrahler.

Was ist der Tc-Punkt bei LED Lampen?

Wie bereits erwähnt können auch LED Lampen sehr heiß werden. Jedoch entsteht bei LED Lampen die Hitze nicht gleichmäßig und kann auch nicht abgeführt werden. Hersteller benennen daher für jede LED Lampe den TC-Punkt (Referenzpunkt). Der TC-Punkt besagt, dass eine bestimmte Temperatur nicht überschritten werden sollte, da sonst die Lebensdauer leidet. Somit wird klar, dass auch bei einer LED Lampe die Hitze irgendwo hin muss. Dies geschieht mit Wärmeleitbrücken und Kühlkörpern, die die Wärme nach außen ableiten. Aus diesem Grund benennen Hersteller in ihren Datenblättern zu den LED Lampen den TC-Punkt. Der TC-Punkt (casing temperature) steht für die Gehäusetemperatur, die an der heißesten Stelle gemessen wird. Ist zum Beispiel eine Maximaltemperatur von 90 Grad Celsius angegeben, dann sollte diese auch nicht überschritten werden. Zeigen Messfühler oder Sensoren höhere Werte an, dann ist die LED Lampe oder der Einbaustrahler ungünstig verbaut, was sich wiederum negativ auf die Lebensdauer auswirkt. Im Übrigen beziehen sich die Angaben der Hersteller zur Lebensdauer einer LED Lampe auf eine durchschnittliche Raumtemperatur von 25 Grad Celsius und einer ausreichenden Luftzirkulation.

 

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