Energieeffiziente Modernisierung der Beleuchtung und Messanforderungen

Im Zeitalter steigender Stromkosten – unter anderem aufgrund der hohen Inflation, gesetzlicher Auflagen und immer höherer Energieerzeugungskosten – sind Einzelverbraucher, Unternehmen und Kommunalverwaltungen quasi gezwungen, nach Lösungen zur Senkung der Ausgaben und der Nachfrage nach Strom zu suchen. Seit einigen Jahren ist eine der beliebtesten Lösungen dieses Problems der Austausch von Leuchtmitteln. Nichts regt die Phantasie nämlich mehr an (und hat einen entscheidenden Einfluss auf die Entscheidung, in Energieeffizienz zu investieren) als die Aussicht weniger zahlen zu müssen. Ist es wirklich so einfach? Denken wir mal darüber nach.

Arten von Lichtquellen

Licht ist für den Menschen seit Jahrhunderten unentbehrlich, es wirkt sich auf das Leben des Menschen, seine Umgebung und seinen Arbeitsplatz aus. Das „gesündeste“ Licht ist optimal eingesetztes, natürliches Tageslicht. Eine der wichtigsten natürlichen Lichtquellen ist natürlich die Sonne, die durch die auf ihrer Oberfläche vorgehenden Kernfusionsreaktionen Energie abgibt. Diese Energie erreicht unseren Planeten in Form von Strahlung, d.h. eines Stroms aus elektromagnetischen Wellen und Elementarteilchen. Was wir üblicherweise als Licht bezeichnen, ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der von der Netzhaut des menschlichen Auges wahrgenommen wird. Jahrelange Untersuchungen haben es ermöglicht, die Länge der mit dem bloßen Auge sichtbaren Wellen zu bestimmen: dabei handelt es sich um einen Bereich von etwa 380 bis 780 nm.

Indem es den Menschen bewusst ist, was Sonnenlicht ist, welche Auswirkungen es auf das Leben auf der Erde hat, hat er versucht, eigene Lichtquellen zu erschaffen. Lange Jahre über wurde die Dunkelheit mit Fackeln und Lagerfeuern erhellt, ihnen folgten Öllampen und Kerzen. Bereits 1668 wurde in der Londoner Innenstadt eine Straßenbeleuchtung mit Öllaternen eingeführt. Der nächste große Sprung kam 1853, als der polnische Apotheker Ignacy Lukasiewicz in Lemberg die Paraffinlampe erfand. Inzwischen sind verschiedene Arten von Glühbirnen und LEDs gängig. Sie werden ständig weiterentwickelt, und eines der Hauptziele dieser fortschreitenden Entwicklung ist es, ein Produkt zu schaffen, das möglichst wenig Energie verbraucht und gleichzeitig möglichst viel Lichtstrom erzeugt.

Die Beleuchtung mit LED-Lichtquellen ist heutzutage am beliebtesten. Die LEDs gelten als die energieeffizienteste Lösung. Um den gleichen Lichtstrom wie eine 9-Watt-LED-Glühbirne zu erzielen, müsste eine Entladungslampe (Leuchtstoffröhre) etwa 13 Watt und eine Wolframglühbirne etwa 70 Watt verbrauchen.

Suche nach Einsparungen und Anforderungen an die Beleuchtung

In Anbetracht der steigenden Lebenshaltungskosten für die Haushalte und der Betriebskosten von Unternehmen und Selbstverwaltungsorganen bemüht man sich, diese oft schmerzhaften Preiserhöhungen einzuschränken. Eine dieser Maßnahmen ist die Modernisierung der Beleuchtung. In den Haushalten erfolgt die Umstellung der Lichtquelle oder Leuchte meist von herkömmlichen Glühbirnen auf LEDs. Bei solchen Änderungen sind neben dem Preiskriterium auch andere Aspekte relevant, wie:

die Bestimmung des Raums, in dem die Modernisierung erfolgt,
die Lichtstromleistung,
die Farbtemperatur,
der Typ des Vorbaus aktuell eingesetzter Lampe.

Zusätzliche Attribute sind:

der Farbwiedergabeindex Ra,
der Lichtstromwinkel,
die Anzahl der Einschaltzyklen,
die Dimmbarkeit,
die Lebensdauer.

Das Ergebnis einer solchen Modernisierung unterliegt der subjektiven Einschätzung der Einwohner. Eine unsachgemäß ausgewählte Beleuchtung kann sich auf die Raumästhetik und die richtige Farbwahrnehmung auswirken, ferner kann sie einen negativen Einfluss das Wohlbefinden und die Körperfunktion haben. Die Wahl des richtigen Produkts hingegen kann dem Raum einen neuen Charakter verleihen und sich positiv auf unsere Verfassung auswirken. Im Gegensatz dazu fallen die Kosten nur einmal an und machen sich sofort in Form von niedrigeren Stromrechnungen bemerkbar.

Abb. 1 Vergleich der Leistung herkömmlicher Glühbirnen und LEDs in Bezug auf den Lichtstrom

Für Unternehmen und andere Arbeitsstätten sind die Gründe für die Modernisierung vorhandener Beleuchtung in erster Linie in der Energieeffizienz, erhöhter Produktivität und Sicherheit am Arbeitsplatz zu suchen. Die Stromverbrauchskosten für die Beleuchtung des gesamten Gebäudeinnenbereichs (Arbeitsplätze, Flure, Einrichtungen) sowie des Außenbereichs (Beleuchtung, Parkplätze, Straßen) steigen ständig weiter. Im Gegensatz zu Haushalten gelten für Arbeitsplätze besondere Vorschriften für die Beleuchtung (aber natürlich sind auch hier die für Haushalte einschlägigen Aspekte relevant).

Ein wichtiger erster Schritt vor der Durchführung solcher Änderungen ist die Durchführung eines Energie-Audits im Unternehmen, das Informationen über die aktuelle Verteilung der Leuchten und die Art der verwendeten Quellen (einschließlich Notbeleuchtung), die Qualitätsparameter der bestehenden Elektroinstallation und die Höhe des Energieverbrauchs enthält (das Audit wird u. a. durch Netzqualitätsanalysatoren der Serie PQM von Sonel und Multifunktionsmessgeräte für elektrische Installationsparameter Sonel MPI mit einem Schreibermodul unterstützt).

Gemäß den Leitlinien der Normen DIN EN 12464-1 und DIN EN 12464-2 sollten Beleuchtungsstärkemessungen nach durchgeführter Modernisierung der Beleuchtung unter anderem in den folgenden Situationen vorgenommen werden:

Nach einem Wechsel der Beleuchtungsart, z. B. von Leuchtstoffröhren auf Energiesparlampen, oder nach dem Austausch gebrauchter Glühbirnen durch neue, aber mit einer anderen Leistung,
Nach einer Umgestaltung des Raums, z. B. nach der Errichtung (oder Abriss) von Trennwänden usw. im Raum, wenn sich die Beleuchtungsstärke verschlechtern kann.

Es wird empfohlen, für die Durchführung solcher Untersuchungen geeignete Messgeräte zu verwenden. Sonel S.A. hat gleich drei Modelle von Beleuchtungsstärkemessgeräten im Sortiment. Es umfasst u.a. die Geräte Sonel LXP-2 (für grundlegende Messungen der Arbeitsplatz- und Allgemeinbeleuchtung), Sonel LXP-10B (auch für Messungen der Notbeleuchtung) und Sonel LXP-10A (für die genauesten Messungen der Klasse A). Die Multifunktionsmessgeräte für elektrische Installationsparameter Sonel MPI-540-PV, Sonel MPI-540, Sonel MPI-530-IT und Sonel MPI-530 verfügen ebenfalls über die gleichen Messmöglichkeiten.

Abb. 2 Luxmeter Sonel LXP-2, LXP-10A, LXP-10B

In der Arbeitsumgebung wird die Beleuchtung als ein Störfaktor eingestuft. Es ist daher wichtig zu beachten, dass die korrekte Durchführung von Beleuchtungsstärkemessungen und folglich die Ergebnisse und Maßnahmen, die im Zusammenhang mit ihnen ergriffen werden, sich auf das Wohlbefinden der Mitarbeiter, ihre Arbeitseffizienz und ihren Grad an Konzentration und Ermüdung während der Arbeit auswirken. Eine korrekte Messung wird nicht nur durch die richtige Ausrüstung, sondern auch durch qualifiziertes Messpersonal gewährleistet. Damit die Ergebnisse als zuverlässig gelten und die Arbeiten nach dem Stand der Technik ausgeführt werden können, muss es nämlich über Kenntnisse im Bereich der photometrischen Messungen verfügen.

Seit einigen Jahren entscheiden sich die lokalen Selbstverwaltungsorgane immer häufiger für eine teilweise oder vollständige Modernisierung der Beleuchtung in städtischen und ländlichen Gebieten. Eine solche Beleuchtung besteht u.a. aus der Beleuchtung von Verkehrsstraßen, Geh- und Radwegen, Plätzen, Grünanlagen usw. In vielen Städten, Gemeinden und Dörfern dominiert seit Jahren die Natriumdampfbeleuchtung, die derzeit nach und nach durch moderne LED-Lösungen verdrängt wird. Sowohl Natriumdampf- als auch LED-Lichtquellen haben ihre Befürworter und Gegner.

Zu den Vorteilen der Natriumdampflampen gehört ihre höhere Lichtausbeute, d.h. der Lichtstrom (Lichtleistung) in Lumen, der aus 1 W Energie gewonnen wird. Der lm/W-Wert allein spiegelt jedoch nicht die tatsächlichen, durch das menschliche Auge wahrgenommenen Reize wider – das hängt mit dem sehr engen Lichtspektrum, d. h. dem Bereich der emittierten Wellenlängen zusammen. Aus diesem Grund müssen Natriumdampflichtquellen zwecks Gewährleistung guter Sichtbarkeit eine viel höhere Lichtleistung haben.

Ein weiterer wichtiger Aspekt im Bereich der Straßenbeleuchtung ist der Farbwiedergabeindex CRI (eng. Colour Rendering Index), der auch mit Ra bezeichnet wird. Der Farbwiedergabeindex wird in numerischer Form im Bereich von 0-100 angegeben, wobei je höher der Wert ist, desto besser die Farbwiedergabe. Der Wert 100 bezieht sich auf weißes Licht und spiegelt vermutlich natürliches Sonnenlicht wider, bei dem die beleuchteten Objekte natürlich aussehen. Ein Farbwiedergabeindex von 0 entspricht monochromatischem Licht, bei dem die visuelle Erfahrung sehr schlecht was bewirkt, dass das menschliche Auge ein verzerrtes und unnatürliches Bild wahrnimmt. Durch die in einem solchen Fall eintretende intensivere Funktion des Gehirns, das versucht, das durch die Augen wahrgenommene Bild richtig zu interpretieren, tritt eine schnellere Körperermüdung ein. Nieder- und Hochdruck-Natriumdampflampen haben einen sehr niedrigen Ra-Wert von 10-25.

Inzwischen erreichen die LED-Quellen für die Straßenbeleuchtung den Wert von bis zu 90. Sie bieten ein breites Lichtspektrum. Das bedeutet, dass für die Gewährleistung erforderlicher Sichtbarkeit weniger Energie benötigt wird. Moderne LED-Beleuchtung weist sich außerdem durch eine deutlich längere Lebensdauer und eine viel geringere Abbaurate (d.h. die Rate, mit der der erzeugte Lichtstrom abnimmt) aus. Dadurch müssen Lichtquellen dieser Art viel seltener ersetzt oder repariert werden.

Abb. 3 Ansicht einer Straße vor und nach der Modernisierung der Beleuchtung

Bevor man sich für einen Wechsel von Natriumdampf- zu LED-Beleuchtung entscheidet, wird empfohlen, alle Parameter der Leuchten und Leuchtmittel genau zu analysieren, da die Gegenüberstellung von nur zwei ausgewählten Merkmalen nicht ausschlaggebend genug sein kann. Es ist zu beachten, dass bei der Planung von Straßenbeleuchtungen heutzutage nicht nur die Erfüllung von Beleuchtungsparametern, sondern auch Umweltaspekte, die Auswirkungen der Beleuchtung auf die Umgebung und Fragen im Zusammenhang mit dem Erscheinungsbild der Anlage (Ästhetik von Lichtmasten und Leuchten, visuelle Führung oder Farbtemperatur von Lichtquellen) berücksichtigt werden müssen. Indem man sich für die Modernisierung vorhandener Beleuchtung entscheidet, sollte darauf geachtet werden, dass die abgegebenen Angebote auch die folgenden Aspekte beinhalten:

Durchführung von Messungen und eine den Vorschriften und Normen entsprechende Beleuchtungsplanung,
Auswahl von Leuchten anerkannter Hersteller, deren Produkte über alle erforderlichen Zertifikate und Zulassungen verfügen,
Abbau alter Leuchten und Leuchtmittel, Strukturen und manchmal sogar der versorgenden elektrischen Netzinfrastruktur sowie Montage neuer Komponenten.

Ein weiterer Vorteil ist die Sicherstellung der Wartung modernisierter Beleuchtungsinfrastruktur für einen bestimmten Zeitraum.

Hierbei ist hervorzuheben, dass die derzeitigen Automatisierungs- und Steuerungslösungen für die Straßenbeleuchtung eine frei gestaltbare Steuerung und Anpassung u.a. der Beleuchtungsstärke (Lichtstromsteuerung) in Abhängigkeit von der Tageszeit, dem aktuellen Wetter oder der Entscheidung des Infrastrukturbetreibers ermöglichen. Auf dem Markt ist eine Reihe von Unternehmen tätig, die die von ihnen angebotenen Dienstleistungen auf dieses Thema abgezielt haben. Indem man sich für eine Modernisierung der Beleuchtung entscheidet, wird empfohlen, das Thema umfassend anzugehen und eine Option zu wählen, die zwar teurer ist, aber fortschrittliche Möglichkeiten für die Verwaltung der gesamten Anlage bietet. Solche Angebote umfassen:

Steuerung der Ein- und Ausschaltzyklen der Straßenbeleuchtung,
Anpassung der Leistung des erzeugten Lichtstroms und Erstellung eines Zeitplans (Profils) für den Betrieb einzelner Straßenleuchten,
Flexible Erstellung und Verwaltung von Leuchtengruppen,
Erstellung von Karten mit markierten Lichtpunkten,
Messung und Aufzeichnung des Energieverbrauchs und Archivierung dieser Daten,
Warnung bei Vorfällen mit Angabe ihres Standorts.

Anhand einer Reihe von Beispielen lässt sich feststellen, dass sich der Austausch der Leuchtmittel durch LEDs bereits nach wenigen Jahren amortisiert und sich die Einsparungen in Form von niedrigeren Stromrechnungen bemerkbar machen. Die Auswahl eines umfassenden Beleuchtungsmanagements ist eine weitaus bessere Lösung als Ad-hoc-Ideen wie die komplette Abschaltung der Beleuchtung ganzer Straßen oder Stadtteile. Versetzung der Städte und Dörfer in Dunkelheit kann die Sicherheit und das Wohlbefinden der Bewohner beeinträchtigen.

Ähnlich wie im Fall von Unternehmen sollten auch die lokalen Behörden bei der Modernisierung der Beleuchtung Beleuchtungsmessungen durchführen. In den Planungsanforderungen oder Ausschreibungen wird die Durchführung von Beleuchtungsstärkemessungen und die Vorlage von Berichten über die durchgeführten Prüfungen gefordert. Nur aus den Messungen kann ermittelt werden, ob die Berechnungen und Angaben bei der Planung und Ausführung der Modernisierungsarbeiten die beabsichtigte Wirkung auch wirklich erzielt haben. Anhand des Berichts kann der Leiter der Elektroarbeiten feststellen, ob die Arbeiten ordnungsgemäß ausgeführt wurden. Der Anwendungsbereich, die Kriterien und die Methode zur Messung der Straßenbeleuchtung sind in der DIN EN 13201 definiert, insbesondere in den Blättern:

DIN EN 13201-2 Straßenbeleuchtung – Teil 2: Gütemerkmale,
DIN EN 13201-4 Straßenbeleuchtung – Teil 4: Methoden zur Messung der Gütemerkmale von Straßenbeleuchtungsanlagen.

Im zweiten Teil der Norm werden die Beleuchtungsklassen der Bereiche, in denen die Prüfungen durchgeführt werden, sowie die Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichtegrenzwerte definiert. Der vierte Teil befasst sich mit den Bedingungen und Messverfahren für die Messung photometrischer Qualitätsparameter von Straßenbeleuchtungsanlagen, d.h. der Parameter, die ihre Effizienz gemäß den oben genannten Klassen quantitativ festlegen. Ähnlich wie im Fall von Messungen am Arbeitsplatz können Prüfungen der Beleuchtungsstärke mit den Geräten Sonel LXP und Sonel MPI-540-PV, Sonel MPI-540, Sonel MPI-530-IT und Sonel MPI-530 durchgeführt werden.

Gebühren für Wirkenergie ab, für Blindenergie auf

Es ist zu bedenken, dass die Einschränkung des Wirkenergieverbrauchs bei der Verwendung von LED-Leuchtmitteln nicht das einzige Element ist, das einen Einfluss auf die Höhe der Stromrechnung hat. Nach einer Modernisierung der Beleuchtung von herkömmlichen auf LED-Lösungen erfassen die Stromzähler eine erhöhte Erzeugung kapazitiver Blindleistung. Das ist ein relevanter Aspekt, da die in dem betreffenden Land einschlägigen Vorschriften der Stromhändler die Verbraucher mit den Kosten ihrer Erzeugung und Einspeisung in das Netz belasten können! Im Gegensatz dazu wird die Erzeugung induktiver Blindleistung aber abnehmen.

Um die Erzeugung kapazitiver Blindleistung einzuschränken oder nahezu zu eliminieren, wird der Einsatz von Kondensatorbanken oder Drosseln empfohlen. Andere Lösungen sind intelligente Blindleistungsregelungssysteme wie z. B. Kompensatoren, die die Qualitätsparameter des Netzes auf der Grundlage der aktuellen Blindleistungsmesswerte unter Verwendung von Berechnungsalgorithmen und der Funktionsweise ihrer Komponenten ändern. Das ist sehr ergebnisreich und wirkt sich direkt auf die Höhe der Blindleistungsgebühren aus. Um eine Kondensatorbank, eine Drossel oder einen Kompensator richtig auszuwählen, sollte ein Energieaudit mit Hilfe von Netzqualitätsanalysatoren durchgeführt werden. Sonel S.A. verfügt über eine ganze Reihe von Analysatoren der Reihe PQM sowie Multifunktionsmessgeräte MPI mit einem Analysatormodul, die diese Maßnahme zuverlässig umsetzen lassen. Auf der Grundlage der gewonnenen Ergebnisse gibt die mitgelieferte Software Sonel Analysis 4 einen vollständigen Einblick in die Situation und ermöglicht geeignete, für individuelle Bedürfnisse maßgeschneiderte Lösungen auszuwählen.

Zusammenfassung

Unternehmen, Selbstverwaltungsorgane oder Haushalte, die mit steigenden Stromkosten konfrontiert sind, müssen geeignete Vorbeugungsmaßnahmen ergreifen. Eine dieser Maßnahmen ist die Modernisierung der Beleuchtung. Traditionelle Lichtquellen werden durch Lösungen auf Grundlage der LED-Technologie ersetzt, die weniger energieaufwändig ist und gleichzeitig für ein visuelles Erlebnis mit dem Potenzial für eine größere und flexible Anpassung an den jeweiligen Bedarf sorgt. Wie jede vereinzelte Veränderung hat auch diese positiven und negativen Auswirkungen, wobei die positiven weitaus zahlreicher sind.

Die Entscheidung über eine Modernisierung sollte auf vorherigen Untersuchungen, einem Energieaudit, beruhen, damit die gewählte Lösung den Bedürfnissen am besten abdeckt und gleichzeitig das angestrebte Ziel: die Senkung der Stromgebühren, zu erreichen ermöglicht. Im Angebot von Sonel S.A. sind Werkzeuge vorhanden, die dank ihrer Messmöglichkeiten in jeder Phase der Modernisierung die Arbeit aller Beteiligten unterstützen: von den Projektanten der Lösungen über die Kontraktoren bis hin zu den Verbrauchern. Die Wahl eines richtigen Geräts und die Fähigkeit es sachgemäß verwenden zu können, lassen sicherstellen, dass die komplette Modernisierung des Beleuchtungssystems auch wirklich korrekt durchgeführt wird.

Autor:
Adam Szczepanik
Produktmanager bei SONEL S.A.

Mehr Möglichkeiten zum Energiesparen

In der Zeit der steigende Medienpreise ist jede Ersparnis sehr gewünscht. Möchten Sie geeignete Maßnahmen ergreifen, um Ihre Energiekosten zu optimieren? Beispiele für die Anwendung von Sonel-Produkten im Bereich der Verbesserung der Energieeffizienz finden Sie auf: Energieeffizienz – Energie sparen!