Energieeinsparmöglichkeiten - Beleuchtungstechnik

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 und es gibt viel Raum für passive Energieeinsparungen. 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, wo eine permanente bzw. langandauernde Beleuchtung benötigt wird und wo Einsparungen nicht einfach durch das Ausschalten der Lampen möglich sind. Die Amortisationszeit von Investitionen ist von Fall zu Fall unterschiedlich, beträgt meist aber weniger als 2 Jahre.

Lampen und elektronische Vorschaltgeräte

Je nach Anforderungen, Typ und Alter des Beleuchtungssystems könnten effizientere Lampen installiert werden. Beispielsweise sind heute modernere Leuchtstoffröhren erhältlich, wobei bei einem Austausch der Beleuchtungsmittel auch die Vorschaltgeräte ausgetauscht werden müssen.

Es stehen auch neue Arten von Vorschaltgeräten zur Verfügung. Im Vergleich zu früheren elektromagnetischen Vorschaltgeräten erzielen diese eine erheblich höhere Energieeinsparung. 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 aber auch einige Nachteile. Ihre Betriebsfrequenz (zwischen 20.000 und 60.000 Hz) kann zu harmonischen Störungen oder Verzerrungen im elektrischen Netzwerk führen und erhöht das Risiko der Überhitzung oder einer Verringerung der Lebensdauer von Transformatoren, Motoren und Neutralleitern. Außerdem können Überspannungsauslöser deaktiviert werden, was zur Beschädigung von elektronischen Komponenten führt. Diese Probleme beschränken sich allerdings hauptsächlich auf Einrichtungen mit großen Beleuchtungsanlagen und einer hohen Anzahl an elektronischen Vorschaltgeräten. Aktuelle elektronische Vorschaltgeräte verfügen über einen passiven Filter zur Reduzierung der harmonischen Verzerrung auf unter 20 % des Grundschwingungsstroms oder sogar auf 5 % in empfindlicheren Systemen (Krankenhäuser, empfindliche Fertigungsanlagen etc.).

Abhängig von den jeweiligen Bedingenen 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 gemäß den Anforderungen an die Beleuchtung erleichtert es, Einsparungen zu berechnen und letzten Endes auch zu erzielen.

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 etc.), einen höheren Sehkomfort (durch die Vermeidung von Frequenzschwankungen und Flackern, das oft zu Kopfschmerzen und Augenbelastung führt) und verbesserte Farbwiedergabe.

Reflektoren

Eine weniger häufige Maßnahme zur Verbesserung der passiven Energieeffizienz, die aber in Verbindung mit dem Einsatz von Beleuchtungseinrichtungen mit Vorschaltgeräten erwähnt werden sollte, ist der Austausch von Reflektoren, die das Licht in die Bereiche werfen, wo es gebraucht wird. Neue Entwicklungen bei Material und Design führten zu einer höheren Qualität an Reflektoren, die an der bestehenden Beleuchtung angebracht werden können. Diese Reflektoren verstärken das nutzbare Licht, so dass in manchen Fällen der Umfang der Beleuchtung reduziert werden kann. Dies ermöglicht die Einsparung von Energie ohne Kompromisse bei der Beleuchtungsqualität einzugehen.

Neue Hochleistungsreflektoren bieten eine spektrale Effizienz von mehr als 90 % (siehe Abb. K16).

Abb. K16: Darstellung des allgemeinen Prinzips von Hochleistungsreflektoren

Dies bedeutet:

• Zwei Lampen können durch eine einzige Lampe ersetzt werden, was einem Einsparpotential von mindestens 50 % der durch die Beleuchtung anfallenden Stromkosten entspricht.
• Bestehende Leuchtmittel können mit Spiegelreflektoren nachgerüstet werden, ohne den Abstand zwischen den Leuchtmitteln anpassen zu müssen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Nachrüstvorgang einfach durchgeführt werden kann und das bestehende Deckendesign nur minimal verändert werden muss.

Beleuchtungssteuerung

Die oben genannten Maßnahmen für passive Energieeinsparungen schaffen Raum für weitere Einsparungen. Der Nutzen von Beleuchtungssteuerprogrammen 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, obwohl die Amortisationszeit normalerweise sehr gering ist und zwischen sechs und zwölf Monaten liegt. Außerdem ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Geräten erhältlich (siehe Abb. K17).

Abb. K17: Eine Auswahl von Geräten zur Beleuchtungssteuerung: Zeitschaltuhren, Lichtsensoren, Bewegungsmelder

• Timer zum Abschalten der Beleuchtung nach einer gewissen Zeit. Diese kommen am besten in Bereichen zum Einsatz, wo die Aufenthaltsdauer bzw. Dauer der Aktivität zeitlich klar definiert ist (wie in Gängen).
• Anwesenheits-/Bewegungsmelder zum Abschalten der Beleuchtung, wenn für eine gewisse Zeit keine Bewegungen erkannt wurden. Diese eigenen sich besonders für Bereiche, wo die Aufenthaltszeit nicht klar bestimmt werden kann (Lagerräume, Treppen etc.).
• Photoelektrische Zellen/Tageslichtsensoren zur Steuerung der Beleuchtung in der Nähe von Fenstern. Wenn genügend Tageslicht vorhanden ist, wird die Beleuchtung abgeschaltet 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) während Schwachlastzeiten (z. B. auf einem Parkplatz, der bis Mitternacht vollständig beleuchtet werden muss, aber wo die Beleuchtung zwischen Mitternacht und dem Sonnenaufgang reduziert werden kann).
• Spannungsregler, Vorschaltgeräte oder spezielle elektronische Geräte zur Optimierung des Energieverbrauchs der Beleuchtung (Leuchtstoffröhren, Natriumhochdrucklampen etc.).
• Fernbedienungen zur unkomplizierten und wirtschaftlichen Nachrüstung von bestehenden Anwendungen.

Diese verschiedenen Technologien können kombiniert und genutzt werden, um besondere Effekte oder Atmosphären zu schaffen. Programmierbare Beleuchtungstafeln in Versammlungsräumen (für Vorstandstreffen, Präsentationen, Konferenzen etc.) bieten eine Anzahl an verschiedenen 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. K18).

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.

Abb. K18: Beispielverbindungen über ein KNX-System von Schneider Electric

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