Nachrüsten oder neue Technik? Umrüsten von T8 Leuchtstoffröhren auf T5 Röhren

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1 Nachrüsten oder neue Technik? Umrüsten von T8 Leuchtstoffröhren auf T5 Röhren Technische und rechtliche Besonderheiten Universität Karlsruhe (TH) Lichttechnisches Institut Christian Karnutsch

2 Lichttechnische Grundlagen Lichtstrom Φ V : [Φ V ] = lm (Lumen) Beleuchtungsstärke E V : [E V ] = lux= lm / m 2 Lichtstärke I V : Lichtausbeute η: [I V ] = cd (Candela) = lm / sr = Lumen pro Raumwinkel [η] = Φ V / P = lm / W Sind der Sehfähigkeit des Auge angepassten fotometrischen Grundgrößen der Lichttechnik

3 Lichtausbeute η= Φ V / P bei T8-und T5-Lampen T8-Lampe im 50Hz-Betrieb bei 25 C: T5-Lampe im HF-Betrieb bei 25 C: T5-Lampe im HF-Betrieb bei 35 C: η= 89 lm/w = 5200 lm / 58 W η= 95 lm/w = 3320 lm / 35 W η= 104 lm/w = 3650 lm / 35W Die Lichtausbeute dient zur Charakterisierung der Lampen hinsichtlich der ihrer Effizienz.

4 Leuchtenwirkungsgrad = Φ Leuchte / Φ Lampe Leuchtenwirkungsgrad η L Ist das Verhältnis von der Leuchte emittieren Lichtstroms Φ Leuchte auf die Nutzebene zu dem der Lampe emittierten Lichtstroms Φ Lampe. Achtung: Diese Definition weicht von der genormten Definition ab!

5 Nutzlumen und Leuchtenwirkungsgrad Lampe freistrahlend Standard Trapezleuchte Standard Trapezleuchte mit Hochleistungsoptik Leuchtenwirkungsgrad η L zwischen 30% und 50% Leuchtenwirkungsgrad η L zwischen 55% und 65% Leuchtenwirkungsgrad η L zwischen 80% und 90% Zu Beleuchtende Fläche

6 Nutzlumen und Leuchtenwirkungsgrad für T8 58W / T5 35W Lampe freistrahlend Standard Trapezleuchte Standard Trapezleuchte mit Hochleistungsoptik T8: 5200 lm T5: 3325 lm η L = 40% T8: 5200 lm T5: 3325 lm η L = 60% T8: 5200 lm T5: 3325 lm η L = 90% T8: 2080 lm T5: 1320 lm (-36%) T8: 3120 lm T5: 1992 lm T8: 4680 lm T5: 2993 lm

7 Erster möglicher Umrüstfall von T8 58W nach T5 35W Lampe freistrahlend Lampe freistrahlend mit Hochleistungsoptik T8: 5200 lm T5: 3325 lm η L = 40% Steigerung von η L notwendig! T5: 3325 lm η L = 90% T8: 2080 lm T5: 1320 lm (-36%) T5: 2993 lm (+43%)

8 Zweiter möglicher Umrüstfall von T8 58W nach T5 35W Standard Trapezleuchte Standard Trapezleuchte mit Hochleistungsoptik T8: 5200 lm T5: 3325 lm η L = 60% Steigerung von η L notwendig! T5: 3325 lm η L = 90% T8: 3120 lm T5: 1992 lm (-36%) T5: 2993 lm (-4%)

9 Systemwirkungsgrad: KVG, Lampe und Leuchte η System = η el * η* η L komp. KVG η el = 72% KVG: η el = 81% VVG: η el = 89% T8-EVG: η el = 92% resolite T5: η el = 95% resolite T5 + KVG η el = 91% T8 bei 25 C: η= 89 lm/w T5 bei 25 C: η= 95 lm/w T5 bei 35 C: η= 104 lm/w η L = 40% η L = 60% η L = 90%

10 Systemwirkungsgrad am Beispiel einer T8-Trapezleuchte η System = η el * η* η L Nutzlumen T8 KVG-Trapezleuchte bei 25 C: η System = 43 lm/w 3120 lm resolite T5-System-Trapezleuchte bei 25 C: η System = 78 lm/w ( +81% ) 2993 lm (-4%) T8 KVG-Trapezleuchte bei 35 C: η System = 39 lm/w 2808 lm resolite T5-System-Trapezleuchte bei 35 C: η System = 85 lm/w ( +8% ) 3285 lm (+17%)

11 individuelle Bewertung der Lichtanlage ist nötig Simulation der Lichtverteilung in einer Lagerhalle T8-Trapezleuchte im KVG-Betrieb Resolite T5 35W im Hinblick auf: Lichtverteilung der Leuchte im Ist-Zustand und nach Optimierung des Leuchtenwirkungsgrades Umgebungstemperaturen, Ist-Zustand der Lichtverteilung Kompensationsart der Lichtanlage allgemeinen mechanischen Zustand der Lichtanlage (Fassungen, Verdrahtung, Kompensationskondensatoren usw.)

12 Rechtliche Besonderheiten: CE-Kennzeichnug zwingend erforderlich: Elektromagnetische Verträglichkeit (von Elektro- und Elektronikprodukten, 2004/108/EG) -> EMV und Stromoberwellen EN Die CE-Kennzeichnung kann man sich selber vergeben, sie ist daher kein Güte-Siegel. Viele Hersteller lassen sich die CE-Kennzeichnung von TÜV oder VDE vergeben um mit den Markennamen des TÜVs und des VDEs zu werben -> trotzdem kein Qualitätsmerkmal das GS-Zeichen vom VDE oder TÜV ist lichttechnisch nicht relevant

13 Relevante Normen: EN Arbeitsweise von Vorschaltgeräten EN 60929: Wechselstromversorgte elektronische Vorschaltgeräte für röhrenförmige Leuchtstofflampen Anforderungen an die Arbeitsweise - Vorheizung der Lampe - Zündung der Lampe - Lampenbetrieb - Anormale Bedingungen: Lampendefekt, Leuchtmittelentnahme usw. - Lebensdauer und Temperaturen

14 Relevante Normen: EN Besondere Anforderungen EN : Geräte für Lampen- Teil 2-3: Besondere Anforderungen an wechselstromversorgte elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen - Wendelbruch der Lampe - End-Of-Life-Erkennung - Gleichrichtereffekt - Deaktivierte Lampe

15 Relevante Normen: EN Allgemeine und Sicherheitsanforderungen EN : Geräte für Lampen- Teil 1: Allgemeine und Sicherheitsanforderungen - legt fest, wie ein Vorschaltgerät zu konstruieren ist - Kriechstrecken, Luftstrecken, Netzeingang usw. - Aufschriften - allg. elektrotechnische Sicherheitsanforderungen für Vorschaltgeräte EN : Leuchten Teil1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen - maximal zulässige Fassungsgewichte von 500g bei T8-Fassungen - definiert Fassungsarten - definiert Semileuchte, d.h. Leuchte in der Leuchte, nur zum Teil anwendbar

16 Relevante Normen: EN Elektromagnetische Verträglichkeit EN 55015: Grenzwerte und Messverfahren für Funkstöreigenschaften von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen und ähnlichen Elektrogeräten - definiert die zulässigen leitungsgebundenen Störaussendungen im Frequenzbereich von 9 khz bis 30 MHz und neu bis 300 MHz mit Quasispitzenwert-und Mittelwertdetektor - eine Standardleuchte für Retrofitsysteme ist in Vorbereitung

17 Varianten von Retrofit: 1. Das KVG wird durch ein EVG ersetzt T8 Lampe bleibt erhalten -> Charakteristik der Leuchte bleibt erhalten -> Eingriff in die Leuchte, man wird zum Leuchtenbauer, d.h. neues CE-Kennzeichen für die Alt-Leuchte notwendig (EMV und Stromoberwellen) -> freiwillige Prüfzeichen wie z.b. das VDE-ENEC gelten nicht mehr -> Haftung geht über an den Leuchtenbauer (meistens Elektriker) T8 Lampe wird durch eine T5-Lampe ersetzt -> Wenn die Charakteristik der Leuchte erhalten bleiben soll, fehlt 36% des Lichts -> Wenn die Nutzlumen erhalten bleiben sollen, muß optisch in die Leuchte eingegriffen werden um den Leuchtenwirkungsgrad zu erhöhen -> freiwillige Prüfzeichen wie z.b. das VDE-ENEC gelten nicht mehr -> Haftung geht über an den Leuchtenbauer (meistens Elektriker)

18 Varianten von Retrofit: 2. Externes EVG mit T5-Lampe Charakteristik der Leuchte bleibt erhalten, aber 36% weniger Licht nur mit einem optischen Eingriff in die Leuchte um den Leuchtenwirkungsgrad zu steigern ist gleiches Licht machbar (Bewertung der LVKs alt und neu ist notwendig) freiwillige Prüfzeichen wie z.b. das VDE-ENEC gelten nicht mehr, da kein bestimmungsgemäßes Leuchtmittel eingesetzt wird (das gilt auch für den Einsatz von 51W T8 Lampen) Kein elektrischer Eingriff in die Leuchte Gewährleistung und Garantie des Leuchtenherstellers erlischt (da KVG-Leuchten meistens älter als 2 Jahre sind, spielt das eine untergeordnete Rolle) EMV-Verträglichkeit ist von EVG-Hersteller nachzuweisen auf Umgebungstemperaturen, Zustand der Fassungen usw. ist zu achten

19 Prinzip des resolite T5 T8 - Leuchtstofflampe im veralteten KVG Betrieb KVG Eingangsleistung 65 W 80 W T8 - Leuchtstofflampe wird ersetzt durch Senkung der Energiekosten um 40 % bis 51 % Effiziente T5 - Leuchtstofflampe mit Aufsteck-EVG resolite T5 KVG Eingangsleistung 39 W EVG T5 - Leuchtstofflampe 19

20 Prinzip des resolite T5 ohne Reflektor Lichtstrom 5200 lm Effiziente T5 - Leuchtstofflampe mit Aufsteck-EVG resolite T5 und Hochleistungsreflektor mit Reflektor z.b. 500 lux Licht wird in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt, z.b. Decke Senkung des Lichtstroms aber Beibehaltung der Beleuchtungsstärke auf der Nutzfläche, durch einen Hochleistungsreflektor Lichtstrom 3000 lm Licht wird nur in den Arbeitsbereich abgestrahlt z.b. 500 lux 20

21 ENEC Zertifikat Auszeichnungen ENEC Zertifizierung durch den VDE lachende Welt von ClimatePartner Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg Von links nach rechts: Ingolf Baur, Tanja Gönner, Thomas Popp, Dr. Antje Dau, Sebastian Bartlakowski, Dr. Peter Fritz 21

22 Lichtverteilungskurve (LVK) Lichtstrom Eingangsleistung Wirkungsgrad T8 (58 W) mit KVG resolite T5 35 W mit KVG 5200 lm 3799 lm 71 W 39,5 W 73 lm/w 96 lm/w Universität Karlsruhe Betrieb jeweils mit KVG, bei 25 C Raumtemperatur 22

23 EMV Messung Einhaltung der EMV-Richtlinien (DIN EN55015) 23

24 Eingehaltene Normen Lampen- und Leuchtennormen: DIN EN (VDE 0712 Teil 30): ; EN : (Geräte für Lampen) DIN EN (VDE 0712 Teil 33): ; EN A1 + A2: (Geräte für Lampen Teil 2-3: Besondere Anforderungen an wechselstromversorgte elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen) DIN EN (VDE 0712 Teil 23):2006-; EN 60929: (Wechselstromversorgte elektronische Vorschaltgeräte für röhrenförmige Leuchtstofflampen Anforderungen an die Arbeitsweise) DIN EN : 2004 (Leuchten Teil1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen) EMV-Normen: DIN EN 55015:2006 (Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen und ähnlichen Elektrogeräten) DIN EN :2006 (Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-2: Grenzwerte Grenzwerte für Oberschwingungsströme (Geräte-Eingangsstrom <= 16A je Leiter)) DIN EN : A1: A2:2005 (Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-3: Begrenzung von Spannungsänderungen, Spannungsschwankungen und Flicker in öffentlichen Niederspannungs-Versorgungsnetzen für Geräte mit einem Bemessungsstrom <= 16A je Leiter, die keiner Sonderanschlussbedingung unterliegen) DIN EN 61547: A1:2000 (Einrichtungen für allgemeine Beleuchtungszwecke - EMV-Störfestigkeitsanforderungen) 24

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