Energieeinsparmöglichkeiten - Beleuchtungstechnik

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Die Beleuchtung kann mehr als 35 % des Energieverbrauchs von Gebäuden ausmachen, je nachdem, welche Aktivitäten darin stattfinden. Beleuchtungssteuerung stellt eine der einfachsten Möglichkeiten dar, erhebliche Energieeinsparungen mit sehr geringen Investitionen zu erzielen, und ist eine der meistgenutzten Arten, um Energie zu sparen.

Beleuchtungssysteme für gewerbliche Gebäude unterliegen Normen, Verordnungen und Bauvorschriften. Diese Systeme müssen nicht nur funktionieren, sondern auch den Arbeitsschutzanforderungen entsprechen und zweckmäßig sein.

Oft findet sich in Büros eine überdimensionierte Beleuchtung, so dass es viele Möglichkeiten für passive Energieeinsparungen gibt. Diese können durch einen Austausch der ineffizienten Leuchtmittel oder alten Lampen gegen Alternativen mit hoher Leistung/niedrigem Energieverbrauch und durch die Installation von elektronischen Vorschaltgeräten erzielt werden. Diese Ansätze eignen sich besonders in Bereichen, in denen eine permanente bzw. langandauernde Beleuchtung benötigt wird und Einsparungen nicht einfach durch das Ausschalten der Lampen möglich sind. Die Amortisationszeit von Investitionen ist von Fall zu Fall unterschiedlich, beträgt meistens aber weniger als zwei Jahre.

Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten

Je nach Anforderungen, Typ und Alter des Beleuchtungssystems könnten effizientere Lampen installiert werden. Beispielsweise waren in den letzten Jahren modernere Leuchtstoffröhren der Standard, wobei bei einem Austausch der Beleuchtungsmittel auch die Vorschaltgeräte ausgetauscht wurden. Es standen auch neue Arten von Vorschaltgeräten zur Verfügung, die im Vergleich zu früheren elektromagnetischen Vorschaltgeräten eine erheblich höhere Energieeinsparung erzielen. T8-Lampen mit elektronischen Vorschaltgeräten verbrauchen beispielswiese 32 % bis 40 % weniger Strom als T12-Lampen mit elektronischen Vorschaltgeräten.

Vor diesem Hintergrund haben elektronische Vorschaltgeräte im Vergleich zu magnetischen Vorschaltgeräten jedoch einige Nachteile:

  • Ihre Betriebsfrequenz (zwischen 20 und 60 kHz) kann zu harmonischen Störungen oder Verzerrungen im elektrischen Netzwerk führen. Geeignete Filter müssen eingebaut werden.
  • Der Speisestrom der Standardgeräte weist eine hohe Verzerrung auf, so dass die typischen mit Oberschwingungen verbundenen Störungen vorhanden sind, wie z.B. eine Überlast des Neutralleiterstroms (siehe auch Kapitel M). Heute sind Geräte mit niedriger Oberschwingungsemission erhältlich, welche die Oberschwingungsverzerrung auf unter 20 Prozent des Grundschwingungsstroms oder sogar auf 5 % bei empfindlicheren Anlagen (Krankenhäuser, empfindliche Produktionsumgebungen usw.) senken können.

Leuchten mit LED Technik

Die erst vor wenigen Jahren eingeführte LED-Technologie ist wesentlich fortschrittlicher, insbesondere für intelligente Steuerungen. LEDs sind die Alternativlösung für Energieeinsparungen im Beleuchtungssektor.und haben sich mittlerweile auch bereits zum Standard etabliert.

Es handelt sich dabei um die erste Beleuchtungstechnologie, die sich für alle Bereiche eignet (Wohngebäude, Dienstleistungsgebäude, Infrastruktur usw.), eine hohe Energieeffizienz bietet und über intelligente Steuerungsmöglichkeiten verfügt.

Abhängig von den jeweiligen Bedingungen können andere Arten von Beleuchtungssystemen besser geeignet sein. Im Rahmen einer Bewertung der Beleuchtungsanforderungen werden die durchgeführten Aktivitäten und die benötigte Beleuchtungsstärke und Farbwiedergabe untersucht. Viele bestehende Beleuchtungssysteme liefern mehr Licht als notwendig ist. Die Planung eines neuen Systems nach den Anforderungen an die Beleuchtung ermöglicht eine einfachere Berechnung und letztendliche Erreichung von Einsparungen.

Neben den Einsparungen und ohne die Bedeutung der Einhaltung relevanter Normen und Vorschriften außer Acht zu lassen, bieten neue Beleuchtungssysteme eine Reihe weiterer Vorteile. Diese umfassen geringere Wartungskosten, die Möglichkeit, bedarfsgerechte Anpassungen vorzunehmen (Büroflächen, Durchgangsbereiche usw.), einen höheren Sehkomfort (durch die Vermeidung von Frequenzschwankungen und Flackern, das oft zu Kopfschmerzen und Augenbelastung führt) und verbesserte Farbwiedergabe.

Reflektoren

Spielen in der LED Technik nur eine untergeordnete Rolle da LED Lampen gegenüber den herkömmlichen Lampen bereits über fest definierte Abstrahlwinkel verfügen und nicht über 360° abstrahlen, wie Glüh.- oder Leuchtstofflampen.

Bei herkömmlichen Leuchtstoffleuchten kann jedoch durch den Austausch zu einem modernen Hochleistungsreflektor der über eine spektrale Effizienz von über 90% verfügt, (siehe Abb. K18) in Kombination mit einem elektronischen Vorschaltgerät die passive Energieeffizienz um mehr als 50% gesteigert werden.

  • Bestehende Leuchtmittel können mit Spiegelreflektoren nachgerüstet werden, ohne dass der Abstand zwischen den Leuchtmitteln angepasst werden muss. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Nachrüstvorgang einfach durchgeführt werden kann, weniger Arbeitsschritte nötig sind und das bestehende Deckendesign nur minimal verändert werden muss.

Abb. K18Darstellung des allgemeinen Funktionsweise von Hochleistungsreflektoren

Beleuchtungssteuerung

Die oben genannten Maßnahmen für passive Energieeinsparungen schaffen Raum für weitere Einsparungen. Der Nutzen einer Beleuchtungssteuerung liegt darin, Benutzern den gewünschten Komfort und Flexibilität zu bieten und gleichzeitig aktive Energieeinsparungen zu unterstützen und Kosten zu reduzieren, indem die Beleuchtung abgeschaltet wird, sobald sie nicht mehr benötigt wird. Es stehen unterschiedlich fortschrittliche Technologien zur Verfügung. Die Amortisationszeit ist normalerweise sehr gering und liegt zwischen sechs und zwölf Monaten. Außerdem ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Geräten erhältlich (siehe Abb. K19).

Abb. K19Eine Auswahl von Geräten zur Beleuchtungssteuerung: Zeitschaltuhren, Lichtsensoren, Bewegungsmelder

  • Zeitschaltuhren zum Abschalten der Beleuchtung nach Ablauf einer bestimmten
Zeit. Diese kommen am besten in Bereichen zum Einsatz, in denen die Aufenthaltsdauer bzw. Dauer der Aktivität zeitlich klar definiert ist (wie in Gängen).
  • Anwesenheits-/Bewegungsmelder zum Abschalten der Beleuchtung, wenn für eine bestimmte Zeit keine Bewegungen erkannt wurden. Diese eignen sich besonders für Bereiche, in denen die Aufenthaltszeit nicht klar bestimmt werden kann (Lagerräume, Treppen usw.).
  • Photoelektrische Zellen/Tageslichtsensoren zur Steuerung der Beleuchtung in der Nähe von Fenstern. Ist genügend Tageslicht vorhanden, wird die Beleuchtung ab- oder auf Nachtbetrieb umgeschaltet.
  • Programmierbare Zeitschaltuhren zum An- und Abschalten der Beleuchtung zu festen Zeiten (Ladenfassaden, Bürobeleuchtung bei Nacht und an Wochenenden).
  • Dimmbare Lampen für ein geringes Beleuchtungsniveau (Nachtbetrieb) in Schwachlastzeiten (z.B. auf einem Parkplatz, der bis Mitternacht vollständig beleuchtet werden muss, auf dem aber die Beleuchtung zwischen Mitternacht und Sonnenaufgang reduziert werden kann).
  • Spannungsregler, Vorschaltgeräte oder spezielle elektronische Geräte zur Optimierung des Energieverbrauchs der Beleuchtung (Leuchtstoffröhren, Natriumhochdrucklampen usw.).
  • Drahtlose Fernbedienungen zur unkomplizierten und wirtschaftlichen Nachrüstung bestehender Anwendungen.

Diese verschiedenen Technologien können kombiniert und genutzt werden, um Spezialeffekte oder eine besondere Atmosphäre zu schaffen. Programmierbare Beleuchtungstafeln in Versammlungsräumen (für Vorstandstreffen, Präsentationen, Konferenzen usw.) bieten eine Anzahl verschiedener Beleuchtungseinstellungen, die auf Knopfdruck gewechselt werden können.

Zentrales Beleuchtungsmanagement

Einige der derzeit verfügbaren Beleuchtungssteuerungssysteme, wie die auf Basis des KNX-Standards, bieten zusätzlich den Vorteil, dass sie in das Gebäudemanagementsystem integriert werden können (siehe Abb. K20).

Abb. K20Beispielverbindungen über ein KNX-System von Schneider Electric

Sie bieten eine höhere Flexibilität beim Management und eine zentrale Überwachung und ermöglichen weitere Einsparungen durch die Integration der Beleuchtungssteuerung in andere Systeme (z.B. Klimaanlagen). Manche Systeme ermöglichen eine Energieeinsparung von 30 %, obwohl die Effizienz von der Anwendung abhängt, die sorgfältig gewählt werden muss.

Damit diese Art von System Ergebnisse erzielt, müssen am Anfang der Planung und Umsetzung eine Bewertung des Energieverbrauchs, eine Untersuchung des Beleuchtungssystems mit Schwerpunkt auf der Ausarbeitung der besten Beleuchtungslösung sowie die Ermittlung potentieller Einsparungen bei Kosten und Energieverbrauch stehen. Was diese Art der Technologie anbelangt, bietet Schneider Electric Lösungen für Büros, Außenbeleuchtung, Parkplätze, Parks und Grünanlagen.