Passive Solarsysteme und Komponenten Tageslichtnutzung bei der Beleuchtungssanierung einer Industriehalle

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1 FAKULTÄT BAUWESEN LEHRSTUHL FÜR TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG & BAUPHYSIK Passive Solarsysteme und Komponenten Tageslichtnutzung bei der Beleuchtungssanierung einer Industriehalle Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit Förderkennzeichen: A

2 ABSCHLUSSBERICHT Solarbau, TK 1 Passive Solarsysteme und Komponenten Tageslichtnutzung bei der Beleuchtungssanierung einer Industriehalle Projektleiter: Universität Dortmund Lehrstuhl für Technische Gebäudeausrüstung Univ.-Prof. Dr.-Ing. E.-R. Schramek Bearbeiter: Dipl.-Ing. Arch. Tanja Osterhage Dipl.-Ing. Bianca Wiemer Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit Förderkennzeichen: A Laufzeit des Vorhabens: Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit unter dem Förderkennzeichen A gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

3 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Hintergrund Zielsetzung 8 Messtechnische Untersuchung 2 Installation der Beleuchtungsanlage und der Messwerterfassung 2.1 Bauliche Situation Messtechnische Situation Aufbau der Messwerterfassung Überprüfung der vorhandenen Beleuchtungsstärke Elektrizitätszähler Regelung Steuerung Inbetriebnahme Messungen an der Beleuchtungsanlage 3.1 Handmessung der Beleuchtungsstärke Messung der mittleren Beleuchtungsstärke am Tag Messung der mittleren Beleuchtungsstärke bei Nacht Messung der mittleren Beleuchtungsstärke nach dem Umbau 3.2 Messung des Energieverbrauchs Vergleich der geregelten und ungeregelten Lichtbänder Vergleich der geregelten und ungeregelten Sicherheitsbeleuchtung Vergleich Sonnenschein- / Regentag Vergleich der Regelinstrumente Abschlussbewertung der messtechnischen Untersuchung Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Gebäude 53-55

4 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 4 Untersuchung der Planungswerkzeuge 7 Einführung 7.1 Einleitung: Vergleichende Untersuchung von Planungswerkzeugen Hard- und Software Übersicht Lichttechnik Software Verwendete Lichtplanungsprogramme Verwendete Hardwarekomponenten Bewertungsmaßstäbe Genauigkeit der Beleuchtungsberechnung Qualität der Darstellung / Visualisierung Benötigte Rechenzeit Benötigte Einarbeitungszeit Benötigter Eingabeaufwand Bedienungsfreundlichkeit Anschaffungskosten Notwendige Programme Mögliche Betriebssysteme Einsatzbereiche Einsatzgrenzen Sonstiges Das CAD-Modell Eigenschaften der Experimentierhalle Wahl des CAD-Systems Layer-Konventionen Modell Version Modell Version Modell Version Exkurs Radiosity-Berechnung Netzgenerierung Netze mit variablem Knotenabstand Netze mit homogenem Knotenabstand Rechenablauf 73-74

5 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Vergleich Handmessungen Simulationsergebnisse Vorhandene Messwerte Vorgehensweise Grafische Auswertung 76 8 Übersicht / Vorstellung der verwendeten Programme Leso-Dial Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung Relux Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung Dialux Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung Lightscape Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung VIZ Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung

6 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Radiance Kurzbeschreibung des Programms Beschreibung der Hardware Vorgehensweise Fazit/Zusammenfassung Erläuterung und Zusammenfassung der Ergebnisse Vergleich der Handmessung mit den Simulationsergebnissen Tatsächliche Messwerte Vorgehensweise Grafische Auswertung Vorstellung der Ergebnisse Vergleich der Ergebnisse Vergleich der durchschnittlichen Beleuchtungsstärkewerte Anwendung der Bewertungsmaßstäbe Verwendete Bewertungsmaßstäbe Fazit Quellen Glossar Abbildungsverzeichnis

7 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 7 1. Einleitung 1.1 Hintergrund Die Beleuchtung beeinflusst durch ihre Qualität die Sehleistung, die Aktivierung, die Arbeitssicherheit und das Wohlbefinden des Menschen. Die Beleuchtung ist deshalb so auszuführen, dass sie ihre jeweiligen Aufgaben erfüllt und sich harmonisch in den Raum einfügt. [DIN 5035] Von daher sollte bei der Installation der neuen Beleuchtungsanlage nicht nur ein moderner Ersatz für die mittlerweile marode Anlage erfolgen, sondern es sollte insgesamt die Qualität der Beleuchtungsanlage der Experimentierhalle optimiert werden. Qualität meint die Gesamtheit von Eigenschaften und Merkmalen eines Produktes oder einer Tätigkeit, die sich auf die Eignung zur Erfüllung gegebener Erfordernisse beziehen [DIN ]. Sie stellt also keine absolute Eigenschaft der Beleuchtungsanlage dar, sondern hängt von den gegebenen Anforderungen ab. Daher schlagen Cakir und Cakir [Cakir] mit ihrem Konzept der Gebrauchstauglichkeit der Beleuchtung einen neuen Beurteilungsmaßstab vor: Die Gebrauchstauglichkeit der Beleuchtung wird darin als das Ausmaß, in dem ein Produkt durch bestimmte Benutzer in einem bestimmten Nutzungskontext genutzt werden kann, um bestimmte Ziele effektiv, effizient und mit Zufriedenheit zu erreichen definiert. In diesem Konzept werden vier Ebenen Gesetze, Normen, Betrieb und Menschen unterschieden. Bei der Neukonzeption einer Beleuchtungsanlage müssen daher einige Aspekte Berücksichtigung finden: Zum einen ist eine Vielzahl von gesetzlichen Regelwerken einzuhalten, so z. B. das Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG), die Arbeitsstättenverordnung (ArbStättV) und die Bildschirmarbeitsplatzverordnung (BildscharbV). Hinzu kommen die entsprechenden Arbeitsstättenrichtlinien und letztendlich müssen auch die DIN- Normen (DIN 5035 Teil 1-8 bzw. DIN EN 12464, etc.) berücksichtigt werden. Zum anderen sind derartige Sanierungsmaßnahmen immer unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit zu betrachten. Hier sind insbesondere die Bereiche der Installation, des Betriebes und der Wartung der Beleuchtungsanlage zu hinterfragen. Das Nutzungskonzept sowie die Raumarchitektur in der Halle sind genauso zu beachten, wie die Sehaufgaben und Arbeitsmittel. Neben diesen verpflichtenden Anforderungen

8 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 8 sind auch die ökologischen Implikationen von Interesse. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Energieeinsparung und die Weckung eines ökologischen Bewusstseins bei den Nutzern der Halle zu richten. Die Akzeptanz durch den Nutzer führt zur Zufriedenheit am Arbeitsplatz und steigert die Motivation. 1.2 Zielsetzung In Büroräumen sind durch tageslichtabhängige Beleuchtungsregelungen Energieeinsparungen erzielt worden, ohne Abstriche an der Qualität der Beleuchtung in Kauf nehmen zu müssen. Da vergleichbare Untersuchungen in Industriehallen noch nicht vorliegen, wird die Installation der neuen tageslichtabhängig geregelten Beleuchtungsanlage in der Experimentierhalle der Universität Dortmund durch Untersuchungen des Lehrstuhls Technische Gebäudeausrüstung der Fakultät Bauwesen begleitet. Dabei steht die Beantwortung folgender Fragestellungen im Vordergrund: - Konnte die Qualität der Beleuchtung im Hinblick auf die Gütemerkmale der Beleuchtung verbessert werden? - Funktionieren die Regelung und die Abstimmung tageslichtabhängiger Beleuchtung einwandfrei? - Konnten die prognostizierten Energieeinsparungen tatsächlich erreicht werden? - Welche Regelungsinstrumente sind für den vorliegenden Gebäudetyp sinnvoll? - Welche Planungswerkzeuge (Simulationswerkzeuge) sind für einen derartigen Gebäudetypus einsetzbar? - Besteht durch die gewonnenen Erkenntnisse die Möglichkeit der Übertragbarkeit auf andere Gebäude? Positive und negative Erfahrungen sollen bei weiteren Modernisierungsmaßnahmen auf dem gesamten Campus der Universität berücksichtigt werden.

9 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 9 2 Installation der Beleuchtungsanlage und der Messwerterfassung 2.1 Bauliche Situation Die Universität Dortmund ist in zwei große Areale, die durch eine H-Bahn miteinander verbunden sind, geteilt. Der Campus gliedert sich in den Nord- und Südteil. Im nördlichen Teil befindet sich der Hauptcampus mit sämtlichen Bauten für die Verwaltung, den öffentlichen Gebäuden wie Zentralbibliothek, Mensa, etc. und sämtliche Fakultäten. Der Südcampus ist deutlich kleiner; hier befinden sich lediglich die Fakultät Bauwesen, die Raumplanung, der komplette Maschinenbau und die Informatik. Abbildung 2.1: Lageplan der Universität Dortmund (Experimentier-Halle Gebäudenummer 35) Da für die Fakultät Maschinenbau und die Umformtechnik Maschinen unverzichtbar sind, existieren auf dem Südcampus nicht nur Verwaltungs- und Institutsgebäude, sondern neben den entsprechenden Hörsaalgebäuden auch einige unterschiedlich große Hallen.

10 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 10 Bei dem zu untersuchenden Gebäude handelt es sich um die Experimentierhalle der Universität Dortmund am Campus Süd. Die Halle besitzt eine Gesamtlänge von 105 m bei einer Breite von 30 m. In der Länge ist sie in zwei unterschiedliche Bereiche unterteilt: Einen 700 m 2 großen Bereich B im östlichen Teil mit einer Höhe von 11 m und einen weiteren m 2 großen Bereich A im westlichen Teil mit einer lichten Höhe von 8 m. Abbildung 2.2: Lageplan Campus Süd der Universität Dortmund (Ex-Halle rot gekennzeichnet) Die beiden 105 m langen Seiten der Halle wurden entsprechend der Gebäudeausrichtung verglast. Der Haupttragstruktur der Experimentierhalle liegt ein Haupttragraster von 12 m zugrunde, das Nebenraster hat einen Achsabstand von 3 m. Fensterfront Bereich B Bereich A Abbildung 2.3: schematischer Grundriss der Experimentierhalle

11 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 11 Die Nordfassade ist eine Stahl-Glas-Konstruktion und entsprechend dem Nebenraster gegliedert. Die Verglasungselemente haben liegende Formate mit einer Höhe von max. 1,50 m. Trotz der hallenspezifischen Nutzung (hier wird auch mit dem Gabelstapler gefahren) wurde die Verglasung bis auf den Fußboden herunter geführt. Im Bereich B der Halle ist dies im unteren Raumbereich durch verschiedene Einbauten nicht möglich. Im oberen Bereich geht die bodentiefe Verglasung durch. Der Südfassade der Halle liegt eine gänzlich andere Fassadenkonstruktion zugrunde. Die Stahlträger wurden hier wie ein Fachwerk mit Mauerwerk ausgefüllt. Zur Sicherstellung des Außenbezugs eines Arbeitsplatzes wurden einzelne Lochfenster im System mit einer maximalen Fläche von 2 m² integriert. Gegen Ende des Betrachtungszeitraumes wurde eine neue Halle direkt vor die Südfassade der vorhandenen Halle gebaut, so dass jetzt nur noch ein geringes Maß an Tageslichteintrag gegeben ist. Abbildung 2.4: Lageplan Campus Süd der Universität Dortmund (Neubau grün gekennzeichnet) Für die verschiedenen Lehrstühle befinden sich in der Halle die entsprechenden Arbeitsgebiete. Im Bereich B sind die verschiedenen Versuchsstände der Lehrstühle und die entsprechenden Bürozellen sowie einzelne Versuchslabors zu finden. Die Zentralwerkstatt, das Werkzeuglager und sämtliche Maschinen der Fakultät Maschinenbau befinden sich hingegen im Hallenbereich A.

12 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 12 Die Beleuchtungsanlage wurde seit der Errichtung der Halle in Jahre 1970 nicht verändert. Diese Anlage war im Vergleich zur heutigen Technik überdimensioniert und arbeitete mit zu geringen Wirkungsgraden. Die Beleuchtung war ungeregelt und während der ganzen Arbeitszeit eines Jahres durchgängig in Betrieb. Abbildung 2.5: Innenansicht Ex-Halle von Bereich B aus geblickt Eine effizientere, richtig dimensionierte Beleuchtungsanlage würde den Energieverbrauch drastisch reduzieren. Aufgrund der großflächig verglasten Nordfassade könnte die künstliche Beleuchtung teilweise durch Tageslicht ersetzt und somit eine weitere Reduzierung der Energiekosten bewirkt werden. In Betracht kommt allerdings nur der 8 m hohe Hallenbereich A, da ein ausreichender Tageslichteintrag in dem 11 m hohen Hallenbereich B aus den bereits erwähnten Gründen nicht gewährleistet ist. Bei der angesprochenen Beleuchtungsanlage handelt es sich allerdings nur um die Allgemeinbeleuchtung der Halle inklusive der Sicherheitsbeleuchtung. Die jeweilige Arbeitsplatzbeleuchtung wird durch einzelne individuelle, den Bedürfnissen des Arbeitsplatzes entsprechenden, Leuchten sichergestellt. 2.2 Messtechnische Situation Grundlegend ist die Frage zu klären, welche Messtechnik erforderlich ist, um auf die gestellten Fragen antworten zu können. Zum einen wird nach der möglichen Ener-

13 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 13 gieeinsparung und zum anderen nach der Verwendung einer sinnvollen Regelungstechnik gefragt. Um eine plausible Aussage über die Energieeinsparungsmöglichkeiten machen zu können ist es notwendig den Stromverbrauch zu messen. Dies ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn die Daten für jedes Lichtband separat erfasst werden. Parallel dazu müssen die entsprechenden Einschaltzeiten der Lichtbänder aufgezeichnet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass messtechnisch relevante Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Lichtbändern entstehen. Abbildung 2.6: Verschaltung der Lichtbänder (Lichtband 3 und 6 Sicherheitsbeleuchtung) Wie bereits angesprochen befinden sich in der Halle die unterschiedlichen Arbeitsbereiche. Die Schaltmöglichkeiten der Lichtbänder müssen deshalb darauf abgestimmt werden. Aus der nutzungsspezifischen Notwendigkeit heraus wurde die Halle im Bereich A in 6 Felder unterteilt (Feld 5 und 6 hier nicht beziffert). Die Lichtbänder wurden dabei chronologisch von 1 bis 8 durchnummeriert. Es musste nunmehr noch eine weitere Unterteilung vorgenommen werden, da die Lichtbänder nicht nur einmal pro Feld bedienbar sein durften. Deshalb wurde eine Untergliederung in Gruppen vorgesehen, wobei die Halle zuerst in zwei Hälften und dann diese Hälften jeweils nochmals in vier Gruppen unterteilt wurden. Eine Gruppe beinhaltet also entsprechend zwei halbe Felder mit jeweils drei Lichtbändern. Eine Ausnahme stellen hierbei die Lichtbänder 3 und 6 dar, denn sie bilden jeweils eine eigene Gruppe und sind somit feldübergreifend. Diese Besonderheit ist notwendig, da bei der Größe der Halle eine Sicherheitsbeleuchtung vorzusehen ist.

14 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 14 Momentan werden nur die ersten vier Felder messtechnisch betrachtet. Aufgrund des abnehmenden Tageslichteinfalls mit zunehmendem Abstand von der verglasten Fensterfront werden bis jetzt nur die ersten drei der insgesamt acht Lichtbänder tageslichtabhängig geregelt. Pro Feld und Lichtband wurde ein Lichtsensor installiert. Die Lichtbänder werden somit gruppenweise geschaltet, um den Nutzern der verschiedenen Bereiche individuelle Eingriffsmöglichkeiten zu erlauben. Die anderen Lichtbänder sind bereits jetzt mit elektronischen Vorschaltgeräten ausgestattet, um eine nachträgliche Umstellung problemlos zu ermöglichen. Die technischen Daten werden allerdings, wie bereits angesprochen, für jedes einzelne Lichtband separat erfasst, um später genaue Aussagen über jedes einzelne Band machen zu können. Aus messtechnischer Sicht können nunmehr problemlos die Lichtbänder 8 und 7 mit dem Lichtband 5 in Bezug auf die Energieeinsparungsmöglichkeiten hin verglichen werden, da dort entsprechend die gleichen Einschaltzeiten vorhanden sind. Genauso kann mit den Lichtbändern für die Sicherheitsbeleuchtung Nummer 3 und 6 verfahren werden Aufbau der Messwerterfassung Im Zuge der Neuinstallation der Beleuchtungsanlage wurde auch die komplette Messtechnik installiert. In der Experimentierhalle im Bereich A befindet sich der Schaltschrank für die komplette Messtechnik, dieser ist in zwei Bereiche untergliedert. Im linken Teil befinden sich die Energiezähler, diese Daten werden wöchentlich durch die Mitarbeiter des Lehrstuhls abgelesen und in eine entsprechende Tabelle eingetragen. Die restlichen Daten werden von diesem Schrank per Datenkabel zur nahe gelegenen Unterverteilung geführt und von dort in das Hochschulnetz eingespeist. Vom Hochschulrechenzentrum werden die Daten dann von dem am Lehrstuhl befindlichen Messwertrechner in Intervallen von 5 Minuten abgefragt und gespeichert. Da es an der Hochschule teilweise zu Spannungsschwankungen bzw. kurzen Ausfällen im Stromnetz kommt, wurde der Messwertrechner an eine unabhängige Spannungsversorgung angeschlossen, somit können Verluste des Datenmaterials verhindert werden. Die Darstellung der Messwerte erfolgt auf einem PC-Bildschirm. Sollten dennoch Ausfälle in der Datenübertragung passieren, werden diese sofort

15 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 15 durch ein rotes Blinklicht auf dem Bildschirm des Rechners angezeigt. Da sich der Messwertrechner in unmittelbarer Nähe des Arbeitsplatzes befindet, können die Ausfälle der Messwerterfassungsanlage sofort bemerkt und in Kürze behoben werden. Wie bereits erwähnt, befindet sich der Schrank für die Messtechnik in der Experimentierhalle, somit sind direkte Anschlussmöglichkeiten der Kabel gegeben. In diesem Schrank befinden sich folgende Geräte: Ein Com-Server, jeweils zwei Doppelschalter für die Luxmatesteuermodule, die Steuermodule von Luxmate selbst, sowie die beiden Messwerterfassungsanlagen G00 und G01. Der Com-Server stellt die Daten aus der seriellen Schnittstelle der Messwerterfassung in das Netz. Falls Fehler am Server auftreten (z. B. Stromausfall), ist durch Betätigen der ok -Taste der Com- Server zurückzusetzen. Durch eine Telnet-Verbindung über Port 111 kann der serielle Port konfiguriert werden. Grundsätzlich waren keine besonderen Einstellungen notwendig. Bei völligem Versagen des Com-Server s kann über eine Telnet-Verbindung Port 9084 angesteuert werden. Dieses bewirkt ein Zurücksetzen des Com- Servers und eine eventuell blockierende Verbindung eines anderen Rechners wird dadurch unterbrochen. Um die Daten weiter zu bearbeiten empfiehlt es sich die globale Messwertliste in eine Excel- Tabelle zu exportieren. Abbildung 2.7: Schaltschrank in der Experimentierhalle Um qualitative Aussagen z. B. zum Energieverbrauch machen zu können, wird eine Vielzahl von Daten erfasst. Zur Kontrolle der Regelungstechnik wird die Beleuchtungsstärke in einer Achse quer zur Halle gemessen. Um eine Aussage über die erfolgte Energieeinsparung machen zu können wird der Energieverbrauch jedes einzelnen Lichtbandes festgehalten. Hinzukommen noch die Werte für die Schaltzustände der einzelnen Leuchtengruppen. Diese Forschungsstudie ist dazu gedacht, die Möglichkeit einer tageslichtabhängigen Regelung in einer Halle zu überprüfen. Aus diesem Grund werden die Steuerspannungen der einzelnen elektronischen Vorschaltge-

16 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 16 räte erfasst. Um den Vergleich zwischen einer Regelung und einer Steuerung anstellen zu können, werden die Steuercodes der digitalen Steuermodule abgefragt Überprüfung der vorhandenen Beleuchtungsstärke Auf einer leichten Trennwand, die sich in der Mitte von Feld 3 quer durch die Experimentierhalle zieht, wurde eine Reihe von acht Luxsonden montiert, so dass sich etwa unter jedem Lichtband ein Sensor befindet. Der Abstand zwischen den Luxsonden beträgt ca. 4,5 m. Durch ihre Lage sind sie optimal gegen Veränderungen innerhalb der Halle und gegen Beschädigungen geschützt. Abbildung 2.8: Lage der Luxsensoren in der Experimentierhalle Da sie mit einer Höhe von ungefähr 2 m über dem Fußboden nicht der Norm- Arbeitshöhe entsprechen, müssen die Messwerte entsprechend modifiziert werden. Die Beleuchtungsstärke muss laut Norm in einer Höhe von h = 85 cm über dem Fertigfußboden gemessen werden. Aufgrund des photometrischen Gesetzes lassen sich die Abminderungsfaktoren für die höher angebrachten Sensoren ermitteln.

17 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 17 E = E l r² Messwert = 1 r² Sensor r Sensor = h Halle h Sensor E korrigiert = 1 r² N r N = h Halle h Norm E korrigiert E = E korrigiert Messwert = E Messwert h h Halle Halle f h h Sensor Norm 2 Sensor Höhe über Fussboden Abminderungsfaktor f 1 2,14 0,67 2 2,10 0,68 3 2,12 0,68 4 2,07 0,69 5 2,07 0,69 6 2,07 0,69 7 2,07 0,69 8 2,07 0,69 Abbildung 2.9: Abminderungsfaktoren für die gemessene Beleuchtungsstärke Die Zählweise der Sensoren wird von der Wandseite der Halle beginnend festgelegt, analog zur Zählweise der Lichtbänder. In der Messwerterfassung wird die Abminderung mittels der oben angesprochenen Formel für jede einzelne Luxsonde durchgeführt. Vor dem Einbau mussten die Luxsonden kalibriert werden, indem bei absoluter Dunkelheit der Nullpunkt der aktiven Stecker der Luxsonde programmiert wurde, genauso wurde auch für den Tagpunkt verfahren.

18 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Elektrizitätszähler Die Elektrizitätszähler der acht Lichtbänder wurden von der für die Leuchteninstallation verantwortlichen Firma in einen Schaltschrank neben der Messwerterfassungsanlage angeschlossen. Um den anstehenden Energieverbrauch abzugreifen, sind an dem Energiezähler S0-Impulsausgänge angebracht, auf dem 100 Impulse pro kwh gesendet werden. Abbildung 2.10: Übersicht Elektrizitätszähler Um aus den Zählimpulsen der Energiezähler einen Wert für den Energieverbrauch zu erhalten, werden die gemessenen Impulse summiert, dieses geschieht wiederum ü- ber eine programmierte Formel im Messwerterfassungssystem. Da die Elektrizitätszähler 100 Impulse pro 1 kwh aussenden, muss die Summe durch 100 geteilt werden, um einen Energieverbrauch in kwh zu messen.

19 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Regelung Die in der Halle montierten Leuchten besitzen dimmbare elektronische Vorschaltgeräte, die von einem Light Controller angesteuert werden. Der Controller hat die Aufgabe die Informationen des Sensors umzusetzen und die daraus resultierenden Steuerbefehle für die angeschlossenen Vorschaltgeräte auszuführen. Er arbeitet mit einer Betriebsspannung von 230 V/50 Hz. Der Controller schickt auf Grund der Sensorinformationen eine Steuerspannung zwischen 1 V und 10 V an die sechs Leuchten pro Lichtband und Feld. Je nach Steuerstrom können von einem Controller bis zu 100 elektronische Vorschaltgeräte (EVG) gleichzeitig angesteuert werden, wenn von einem Steuerstrom von 0,5 ma pro EVG ausgegangen wird. Abbildung 2.11: Abbildung des Light Controller Von jedem Light Controller führt ein Kabel zum Schaltschrank der Messwerterfassung. Auf Basis der dort gemessenen Spannung kann die Dimmeinstellung der elektronischen Vorschaltgeräte gemessen werden. Liegt keine Spannung an ist die Beleuchtung ausgeschaltet. Die Steuermodule müssen vor Inbetriebnahme programmiert werden. Dafür wird bei einem den Tag repräsentierenden Beleuchtungsgrad die Dimmstufen der einzelnen Lichtbänder (3 pro Modul) eingestellt (Tagpunkt), das gleiche wird für einen Punkt bei Dunkelheit durchgeführt (Nachtpunkt). Abbildung 2.12: Abbildung des Beleuchtungsstärkesensors

20 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 20 Steuerung Zur Erfassung des Tageslichtanteils wurde pro Feld (Feld 1-Feld 4) ein stabiler Deckensensor im Bereich von Lichtband 7 angebracht. Bei der Platzierung der Sensoren sind einige Details zu beachten, damit die Funktionstüchtigkeit nicht eingeschränkt ist. Abbildung 2.13: Ausrichtungsanweisung Fa. Luxmate Abbildung 2.14: Maßanweisung So ist z. B. die Sensoröffnung mit freiem Blick in Richtung Tageslicht auszurichten, d.h. in diesem Fall mit Blick auf die verglaste Nordfassade. Bei der Montage ist zu beachten, dass kein direktes Tages- bzw. Kunstlicht in den Sensor einfällt und der Abstand des Sensors vom Fenster nicht größer ist als die Fensterbreite selbst. Der für die Messung eingesetzte Tageslichtsensor misst die im unmittelbar vor ihm liegenden Außenbereich vorhandene Beleuchtungsstärke und schließt aus den gewonnenen Daten auf die im Raum herrschende Beleuchtungsstärke. Abbildung 2.15: Tageslichtsensor Abbildung 2.16: Steuermodul

21 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 21 Im Schaltschrank sind vier Steuermodule eingebaut, die auf Grund der eingehenden Informationen jeweils eines Sensors drei Steuersignale pro Modul ausgeben. Anstatt diese Information an ein digital gesteuertes elektronisches Vorschaltgerät zu senden, werden die Signale direkt in die Messwerterfassung geführt. Das Signal wurde durch einen speziell programmierten Stecker so decodiert, dass in der Messwerterfassung eine prozentuale Angabe erscheint. Von dieser Prozentzahl kann entsprechend auf den Dimmzustand der Leuchten geschlossen werden. Bei der Programmierung der Steuermodule ist folgendes zu beachten: Die Steuerspannung der elektronischen Vorschaltgeräte mittels einer Steuerspannung von 0 ca. 10 V lässt sich linear auf das Steuersignal der Steuermodule übertragen. Es wird dabei angenommen, dass zwischen den Steuersignalen der Vorschaltgeräte und der Beleuchtungsstärke am Messpunkt eine proportionale Beziehung besteht. Um die Messpunkte zu programmieren wird ein geeigneter Zeitpunkt benötigt: Ein helles Fenster für den Tagpunkt und ein dunkles Fenster für den Nachtpunkt. Dann wird eine Kontrollmessung mit dem Handmessgerät durchgeführt und überprüft, ob die Beleuchtungsstärke von 300 lx erreicht wurde. Ist dies der Fall wird die Ausgangsspannung des EVG abgelesen, entsprechend prozentual umgerechnet und zur Programmierung des Steuermoduls verwendet. Hierbei ist zu beachten, dass für jedes EVG eine Gruppe der Steuermodule programmiert wird. Abschließend sollte eine Kontrolle der Steuerkennlinie auf korrekte Programmierung durch den Vergleich der Steuerlinie mit der EVG-Spannung durchgeführt werden.

22 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Inbetriebnahme Vor der Sanierung waren 447 zweiflammige Leuchten mit einer Gesamtleistung von 63 kw installiert. Bei der neuen Beleuchtungsanlage handelt es sich um einflammige Reflektorleuchten mit einer gesamten Systemleistung von 22 kw. Zur einfacheren Montage werden die Reflektorleuchten auf Tragschienen gesteckt. Abbildung 2.17: Abbildung der verwendeten Leuchten Die Installation der gesamten Beleuchtungsanlage hat im April des Jahres 2000 begonnen und wurde durch Schwierigkeiten bei der Installation (laufender Betrieb, Montage per Kranbahn) in die Länge gezogen. Bei der Neuinstallation wurden die manuellen Einschaltmöglichkeiten beibehalten, ebenso die getrennte Stromversorgung der Lichtbänder für die Sicherheitsbeleuchtung (Lichtband 3 und 6). Abbildung 2.18: Nordfassade mit Kabelkanal Diese können nicht per Taster ein- bzw. ausgeschaltet werden. Eine abschließende Einregulierung konnte somit erst Ende August und die notwendige bauaufsichtliche Abnahme im September 2000 erfolgen.

23 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 23 Leuchtenanzahl [-] Systemleistung [W] Gesamtleistung [W] Bestand nach Sanierung Abbildung 2.19: Gesamtleistung der installierten Leuchten vor und nach der Sanierung Dieser Umstand führte zu einer Verzögerung bei der Installation der Messwerterfassungssysteme. Die Verdrahtung sämtlicher Sensoren sowie die Programmierung und Erprobung der Messwerterfassung konnte erst im September bzw. Oktober 2000 durchgeführt werden. Nach Auswertung der ersten Messergebnisse und Überprüfung der Plausibilität hat sich herausgestellt, dass nicht alle Regelungselemente korrekt funktionieren. Nach einem Ortstermin im Februar 2001 mit der Herstellerfirma und der Überprüfung durch den zuständigen Ingenieur wurden die fehlerhaften Module ausgetauscht. Somit sind erst seit März 2001 verwertbare Messergebnisse vorhanden. Abbildung 2.20: Ansicht der komplett verglasten Nordfassade der Experimentierhalle Sowohl die Planung als auch die Installation der Beleuchtungsregelung von Lichtbändern in einer Industriehalle bedarf der Beachtung einiger Besonderheiten. So darf z. B. die Sicherheitsbeleuchtung durch die Regelung oder Steuerung nicht abgeschaltet werden, wenn es sich um einen Raum größer m² oder eine Arbeitsstätte mit besonderer Gefährdung handelt (Arbeitsstättenrichtlinie). Weiterhin sind für diese

24 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 24 Lichtbänder getrennte Lichtstromkreise und gesonderte Verschaltungen vorzusehen. Um bei einer derartigen Halle während der Installation Ausfälle in den Betriebszeiten zu vermeiden, ist es dringend erforderlich einen genau durchdachten Ablauf der Arbeiten und deren Koordination zu planen. Bei Ein-Schicht-Betrieben stellt sich das Problem der Ausfallzeiten nicht, da man die Installationen während der arbeitsfreien Zeit vornehmen kann. Eine genaue Betrachtung der vorhandenen Hallensituation ist für die Montage unverzichtbar, Montagehilfen wie Gerüste oder Krane sind kostenintensiv und sollten zielorientiert eingesetzt werden. Installateure verfügen selten über solche Gerätschaften, welche dann speziell geordert werden müssen. Eine aufwendigere Installation bringt Folgekosten für die Montage mit sich und bedingt letztendlich längere Montagezeiten. Im Anschluss an die Montage der Anlage muss für die Regelung der Beleuchtung die Anlagensensorik kalibriert werden. Dazu sind ebenfalls Montagehilfen notwendig, die auf Grund der Hallenhöhe wiederum genauso aufwendig ausfallen. Abbildung 2.21: Innenansicht der Halle von oben mit verglaster Nordfassade und allen Maschinen

25 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 25 3 Messung an der Beleuchtungsanlage 3.1 Handmessung der Beleuchtungsstärke Nach Installation der neuen Beleuchtungsanlage wurden zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten mehrere Handmessungen der mittleren Beleuchtungsstärke durchgeführt. Abbildung 3.1: Luxsensor Um eine Messung durchführen zu können wurden der oben dargestellte Sensor sowie ein Handmessgerät benötigt. Vor der ersten Messung wurde ein Messraster für die Experimentierhalle aufgestellt, damit bei allen Messungen die gleichen Stellen aufgenommen bzw. gemessen werden und somit die entsprechende Vergleichbarkeit sichergestellt wird. Das Raster von 5 x 5 m wurde an den Hallengrundriss und die Lage der Leuchten angepasst, so ergaben sich mindestens neun Messpunkte pro Feld. Abbildung 3.2: Handmessgerät

26 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 26 Die Messung wurde in einer Höhe von 85 cm durchgeführt, von daher konnte der angezeigte Wert direkt in die Messtabelle eingetragen werden und musste nicht erst wie bei den fest in der Halle montierten Luxsonden umgerechnet werden. Für eine Messung musste eine Zeitdauer von mindestens 1 Stunde eingeplant werden, was natürlich zur Folge hatte, dass sich die Beleuchtungssituation während einer Messung durchaus ändern konnte. Hinzu kommt, dass an manchen Stellen in der Halle aufgrund von Einbauten bzw. Maschinen keine Messung möglich war. Selbst in den unmittelbaren Nachbarbereichen der Maschinen war keine aussagekräftige Messung möglich. Diese Bereiche werden in den folgenden Messtabellen grau hinterlegt. Derartige Messungen wurden in entsprechenden Intervallen durchgeführt, hier nur einige exemplarische Beispiele.

27 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Messung der mittleren Beleuchtungsstärke am Tag Am in der Zeit von Uhr erfolgte eine Messung der mittleren Beleuchtungsstärke nach DIN 5035, Teil 6, mit Tageslichteinfluss. Die künstliche Beleuchtung war zu diesem Zeitpunkt vollständig eingeschaltet und der Himmel war überwiegend bedeckt, teilweise aber auch kurzfristig sonnig. Die mittlere Beleuchtungsstärke betrug zu diesem Zeitpunkt 906 lx (siehe auch Abb. 3.3) A Über- Tür Büro Büro B gabe- 683 Gang Masch C station D Masch Magnetraum 624 Masch E Masch. 755 Werk F zeug G Rolltor Tür Tür ausgabe 2841 Tür Abbildung 3.3: Messergebnisse der Beleuchtungsstärke am mit Tageslichteinfluss Messung der mittleren Beleuchtungsstärke bei Nacht Eine weitere Messung am in der Zeit von Uhr ohne Tageslichteinfluss ergab eine mittlere Beleuchtungsstärke von 287 lx (siehe auch Abb. 3.4) A Über- Tür Büro Büro B gabe- 282 Gang 193* 174* Masch C station * 234* D Masch Magnetraum 243 Masch E Masch. 206 Werk F zeug G Rolltor Tür Tür ausgabe 185 Tür Abbildung 3.4: Messergebnisse der Beleuchtungsstärke am ohne Tageslichteinfluss

28 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 28 Zu diesem Zeitpunkt waren einige Regelungsmodule noch defekt bzw. fehlerhaft kalibriert, diese sind in der oben dargestellten Messung mit einem * gekennzeichnet. Diese Fehler hatten zur Folge, dass die Beleuchtungsstärke an diesen Punkten bzw. Stellen zu niedrig war. Diese Mängel wurden, wie bereits erwähnt, nach Rücksprache mit den entsprechenden Firmen behoben. Der Umstand der mangelhaften Einregulierung führte im Anfangsstadium der Untersuchung zur Unzufriedenheit mancher Mitarbeiter in der Experimentierhalle. Nach einigen Gesprächen und Aufklärungsarbeit konnte jedoch eine Akzeptanz gegenüber einer tageslichtabhängigen Regelung erzeugt werden Messung der mittleren Beleuchtungsstärke nach dem Umbau Im Laufe des vorletzten Jahres (2002) wurden verschiedene Veränderungen im Maschinenpark der Experimentierhalle vorgenommen, so dass sich weitere nicht messbare Stellen ergeben haben. In Summe ist jedoch keine ausschlaggebende Veränderung der mittleren Beleuchtungsstärke festzustellen. Zur Überprüfung der Regelungselemente wurde in dem gleichen Jahr nochmals eine Kalibrierung der Regelungselemente durchgeführt, da die neuen Maschinen zu einer Veränderung des Reflektionsgrades führte. A B temporär verstellt Büro Büro neue Maschine 804 neue Maschine neue Maschine Schwärzraum neue Maschine C D Magnetraum 1625 Ventilator E F abgemauerter Bereich abgemauerter G Bereich Abbildung 3.5: Messergebnisse der Beleuchtungsstärke am mit Tageslichteinfluss Am Montag, dem , erfolgte in der Zeit von 10:00 11:00 Uhr eine weitere Messung mit Tageslicht der mittleren Beleuchtungsstärke nach DIN. Die künstliche

29 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 29 Beleuchtung war zu diesem Zeitpunkt vollständig eingeschaltet, teilweise in gedimmtem Zustand. Der Himmel war an diesem Tag blau und das Wetter entsprechend sonnig. Die mittlere Beleuchtungsstärke betrug zum Zeitpunkt dieser Messung lx (siehe auch Abb. 3.5).

30 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite Messung des Energieverbrauchs Unmittelbar nach Beendigung der Installation wurde durch eine manuelle Ablesung der Energiezähler der Energieverbrauch zu Beginn der Messung festgestellt. Nicht berücksichtigt sind in der folgenden Darstellung (Abb. 3.6) die unterschiedlichen Einschaltzeiten, die bei der Sicherheitsbeleuchtung (Lichtband 3 und 6) wesentlich höher sind. Diese Unterschiede werden jedoch in dem automatischen Messwerterfassungssystem berücksichtigt. Durch die Sanierung der Beleuchtungsanlage wurde, wie bereits angesprochen, die gesamt installierte Leistung gegenüber der vorherigen Situation um 65 % reduziert. Diese Entwicklung lässt sich durch die Verringerung der Leuchtenanzahl mit einer jeweils niedrigeren Systemleistung erklären Abbildung 3.6: Jahresenergieverbrauch [kwh] aller Lichtbänder Zum besseren Verständnis der Diagramme wurden den einzelnen Lichtbänder verschiedene Farben zugeordnet. Diese Zuordnung zieht sich durch die komplette Auswertung bzw. jedes aufgeführte Diagramm. Für die ungeregelten Lichtbänder werden

31 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 31 grundsätzlich rote Farbtöne und für die geregelten Lichtbänder grüne Farbtöne ausgewählt. Für eine qualitative Aussage (gleiche Einschaltzeiten) können entsprechend nur die Lichtbänder 3 und 6, sowie die Lichtbänder 5, 7 und 8 miteinander verglichen werden. Nach einem Messzyklus von einem Jahr ist erkennbar, dass die geregelten, fensternahen Lichtbänder deutlich weniger Energie verbrauchen als die ungeregelten. Diese Regelung bewirkt eine Reduzierung des Energieverbrauchs von ca. 30 %. Das direkt an der Fensterfront befindliche Lichtband 8 weist keinen eindeutig geringeren Energieverbrauch gegenüber dem benachbarten Lichtband 7 auf. Diese Tatsache lässt sich durch den parallel zur Nordfassade verlaufenden Kabelkanal erklären (siehe Abb. 2.19). Dieser verläuft unterhalb des Lichtbandes 8 und schirmt dadurch einen Teil des Kunstlicht-Lichtstromes ab. Als Folge dieser baulichen Situation erhöht die Regeleinrichtung das Beleuchtungsniveau über den nötigen Bereich. An diesem Beispiel ist sehr gut die Diskrepanz zwischen Planung und Wirklichkeit zu erkennen. Eine Begehung der Halle durch einen Fachplaner vor dem Umbau hätte diese bauliche Situation deutlich gemacht. Abbildung 3.7: Energieverbrauch pro Lichtband über den kompletten Zeitraum

32 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 32 Aus planerischer Sicht wäre das Lichtband dann auf das entsprechende Niveau abgehängt worden, um die prognostizierten Einsparungen erreichen zu können. In Abbildung 3.7 sind die unterschiedlichen Energieverbräuche, zu den entsprechenden Jahreszeiten, der jeweiligen Lichtbänder sehr deutlich zu erkennen. Das Lichtband 3 (Sicherheitsbeleuchtung) ist das ganze Jahr über im Dauerbetrieb (von morgens ca. 7 Uhr bis abends ca. 21 Uhr) und verbraucht entsprechend seiner Anforderung die meiste Energie und zwar ,4 kwh. Die Steigung der Geraden für das Lichtband 3 in Abbildung 3.7 ändert sich über das ganze Jahr nicht, der Verbrauch ist gradlinig. Die Linie für das Lichtband 6 verläuft mit einer viel geringeren und sich über das Jahr ändernden Steigung. Die Steigung ist in den Sommermonaten viel flacher als in den Wintermonaten. Das bedeutet, dass das Lichtband in den entsprechenden Kalenderwochen weniger Energie verbraucht als in den restlichen Wochen des Jahres. Während des Betrachtungszeitraumes hat das geregelte Lichtband 6 in Summe kwh weniger verbraucht als das ungeregelte. Dies ergibt eine Einsparung von ca. 30 %. 3.3 Vergleich der geregelten und ungeregelten Lichtbänder In Abbildung 3.8 sind jeweils die geregelten Lichtbänder 7 sowie 8 und das ungeregelte Lichtband 5 mit gleicher Einschaltdauer gegenüber gestellt. Die gleichen Betriebszeiten resultieren daraus, dass diese Leuchten grundsätzlich nur gemeinsam, das heißt pro Gruppe (zwei Felder), ein- bzw. auszuschalten sind. Diese Tatsache ist notwendig, um qualitative Vergleiche des Energieverbrauchs aufstellen zu können. Abbildung 3.8 gibt den Energieverbrauch pro Kalenderwoche je Lichtband an. Zur besseren Übersicht wurde der Messzyklus in unterschiedliche Bereiche gegliedert. Diese sind im Diagramm unterschiedlich eingefärbt; zum einen in den Frühjahr / Sommer-Bereich, dieser ist hellgrau hinterlegt, und zum anderen in den Herbst / Winter-Bereich, dieser ist wiederum dunkelgrau hinterlegt. Entsprechend des Angebots an Tageslicht, dass heißt dem sichtbaren Anteil der Sonnenstrahlung, nimmt nicht nur der Energieverbrauch sondern auch die Einschaltdauer der Lichtbän-

33 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 33 der ab. Dieser Sachverhalt ist in Abbildung 3.8 deutlich zu erkennen. Im Frühjahr und Winter herrscht der größte Energieverbrauch. Zum Sommer hin reduziert sich dieser Verbrauch und steigt zum Herbst hin wieder an. Abbildung 3.8: Liniendiagramm des Energieverbrauchs pro Lichtband über den kompletten Zeitraum Die rote Messkurve steht hier für das ungeregelte Lichtband 5, welches sich ungefähr in der Hallenmitte befindet. Über dem gesamten Messzeitraum liegt diese Kurve über den Kurven für die geregelte Beleuchtung. Bei der genauen Untersuchung der einzelnen Messwerte hat sich herausgestellt, dass die gesamte Energieeinsparung noch größer ausgefallen wäre, wenn die Arbeitnehmer nach dem Verlassen ihres Arbeitsplatzes die Allgemeinbeleuchtung ausschalten würden. Dieses Phänomen konnte dadurch festgestellt werden, weil an jedem Tag die Beleuchtung zum gleichen Zeitpunkt ausgeschaltet wird und zwar gegen 20 Uhr. Die Mitarbeiter der Halle haben allerdings nur eine tägliche Arbeitszeit bis 15:45 Uhr und am Freitag bis 12:30 Uhr. Bei einer abendlichen Begehung der Halle konnte festgestellt werden, dass diese Aufgabe momentan durch den Nachtpförtner übernommen wird.

34 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 34 Abbildung 3.9: Energieverbrauch für Lichtband 5/7/8 für die erste Jahreshälfte 2001 Abbildung 3.10: Energieverbrauch für Lichtband 5/7/8 für die erste Jahreshälfte 2002

35 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 35 Abbildung 3.11: Energieverbrauch für Lichtband 5/7/8 für die erste Jahreshälfte 2003 In den Abbildungen sind die Energieverbräuche pro Lichtband und Kalenderwoche für die erste Jahreshälfte (Januar Juni) aufgetragen. In den ersten Wochen eines jeden Jahres sind die Verbräuche sehr gering, dies rührt daher, dass zwischen den Feiertagen und dem Jahreswechsel allgemeine Urlaubszeit ist. Abbildung 3.9 hat für 2001 zu Jahresbeginn die höchsten Werte, dieses lässt sich durch die defekten Regelungselemente klären, welche im März 2001 ausgetauscht wurden. Die Abbildungen 3.10 und 3.11 geben ein repräsentatives Bild wieder. Zu Beginn des Jahres ist die Beleuchtungsanlage häufig in Betrieb und selten gedimmt, da nicht genügend Tageslicht vorhanden ist. Zur Mitte des Jahres nimmt die Einschaltdauer ab, da die natürliche Beleuchtung ausreichend ist. Hinzu kommt, dass die künstliche Beleuchtung öfter durch die Regelungseinrichtung gedimmt werden kann. In den ersten Wochen des Jahres verbraucht das fensternahe Lichtband 8 merklich weniger Energie als das benachbarte Lichtband 7, im Verlaufe des Jahres reduziert sich diese Differenz in der Energieeinsparung. Dieser Sachverhalt lässt sich dadurch erklären, dass die Sonne in den Wintermonaten sehr tief steht und deshalb von den gegenüberliegenden Fassaden reflektiert und auf die verglaste Nordfassade der Halle gespiegelt wird. Der reflektierte Lichteintrag reicht hierbei allerdings nur für den unmit-

36 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 36 telbaren fensternahen Bereich aus. Für beide Lichtbänder ist jedoch grundsätzlich eine Einsparung gegenüber Lichtband 5 festzustellen. Abbildung 3.12: Energieverbrauch für Lichtband 5/7/8 für die zweite Jahreshälfte 2001 Abbildung 3.13: Energieverbrauch für Lichtband 5/7/8 für die zweite Jahreshälfte 2002

37 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 37 In den Abbildungen 3.12 und 3.13 sind die Energieverbräuche pro Lichtband und Kalenderwoche für die zweite Jahreshälfte aufgetragen. Für die beiden Jahre sind keine großen Unterschiede in der Grafik zu erkennen. Schwankungen der einzelnen Werte pro Kalenderwoche sind nur natürlich, denn kein Tag ist wie der andere und entsprechend verhält sich die tageslichtabhängige Regelung. Bis ungefähr zur 37. KW verbraucht das ungeregelte Lichtband 5 bis zu 45 % mehr Energie als die geregelten Lichtbänder. Im Verlauf der weiteren Kalenderwochen bis hin zum Jahresende reduziert sich diese Einsparung bis zu 15 %. In den Übergangsmonaten hat sich herausgestellt, dass die Nutzer der Halle die Regelung außer Kraft setzen, weil sie die Beleuchtungssituation als zu dunkel empfinden. Man kann durch schnelles Aus- und Einschalten der Beleuchtung die Regelung für ca. 1 Stunde außer Kraft setzen. Diese Möglichkeit ist eigentlich dazu gedacht, bei bestimmten Veranstaltungen eine 100 %-ige Leistung der Beleuchtung sicherstellen zu können. Jetzt wird diese Möglichkeit teilweise von den Nutzern der Halle verwendet. So lässt sich der Anstieg des Energieverbrauchs in den Wochen vor Weihnachten erklären. Durch den wiederholten Einschaltvorgang wird deutlich mehr E- nergie verbraucht als im Dauerbetrieb, denn die geregelten Lichtbänder müssen im Gegensatz zu den ungeregelten Lichtbändern von ihrem gedimmten Zustand auf 100 % Leistung herauf regeln. So ist der Pik in den Abbildungen 3.12 und 3.13 am Ende des jeweiligen Jahres zu erklären. Abbildung 3.14: Bildschirmkopie des Messwerterfassungsprogramms (an einem Tag im November)

38 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 38 Abbildung 3.14 zeigt eine Bildschirmkopie des Messwertprogramms an einem Tag im November. Sehr markant sind die stündlich auftretenden starken Steigungen von einzelnen Linien, die dann für einen gewissen Zeitraum linear bleiben. Besonderes Augenmerk ist auf die Veränderungen der Lichtbänder 7 und 8 in den Gruppen 1 und 2 zu legen. Hier handelt es sich um den vorher beschriebenen Eingriff des Nutzers. Die Beleuchtung wird manuell kurz aus- und eingeschaltet, dies bewirkt den senkrecht ansteigenden und dann gleichbleibenden Energieverbrauch (z. B. 12 bzw. 13 Uhr). Die Verbräuche der anderen Lichtbänder verlaufen in dem betrachteten Zeitraum, wie es die Tageslicht-Situation erfordert. 3.4 Vergleich der geregelten und ungeregelten Sicherheitsbeleuchtung Einen deutlichen Einblick auf die eingesparte Energie stellt der Vergleich zwischen den ungeregelten und geregelten Lichtbändern der Sicherheitsbeleuchtung dar (siehe Abb. 3.15). Zum besseren Verständnis ist anzumerken, dass diese Beleuchtung spe- Energieverbrauch geregelter / ungeregelter Lichtbänder 200,00 180,00 160,00 140,00 Energieverbrauch [kwh] 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, Kalenderwoche Lichtband 3, ungeregelt Lichtband 6, geregelt Abbildung 3.15: Energieverbrauch der Sicherheitsbeleuchtung über den kompletten Zeitraum

39 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 39 ziell durch den Hochschul-Pförtner ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dies erfolgt in der Regel morgens um ca. 7 Uhr und abends gegen 20 Uhr. Daraus ergibt sich im Durchschnitt eine Einschaltdauer von 13 Stunden. Aus der Anzahl und Art der eingebauten Leuchten und deren Einschaltdauer ergibt sich dementsprechend ein durchschnittlicher wöchentlicher Energieverbrauch von rund 125 kwh. Die Schwankungen des E- nergieverbrauchs pro Woche in Abbildung 3.15 lassen sich durch die Abweichungen der Einschaltdauer erklären. Unterschiedliche Zeiten ergeben sich zum Beispiel durch Feiertage (Absinken unter den Standardverbrauch) oder entsprechend durch Wochenendarbeit (Steigen über den Standardverbrauch). Wie schon in den vorangegangenen Diagrammen werden die zwei Jahreshälften durch verschiedene Grautöne verdeutlicht, hellgrau für die erste Jahreshälfte und dunkelgrau für die zweite Jahreshälfte. Betrachtet man Abbildung 3.15 fällt der parallele Verlauf der beiden Linien ins Auge. Lediglich während ein paar Kalenderwochen des Betrachtungszeitraumes unterscheiden sich die Steigungen der beiden Linien. In den Sommermonaten ist der Abstand der beiden Kurven deutlich größer als in den Wintermonaten. Eine große Energieeinsparung liegt dann vor, wenn der Abstand zwischen den parallel verlaufenden Kurven auch entsprechend groß ist. Ein geringer Abstand zwischen den Linien bedeutet dann eine geringe Einsparung. Abbildung 3.16: Energieverbrauch für Lichtband 3 und 6 für die erste Jahreshälfte 2001

40 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 40 Abbildung 3.17: Energieverbrauch für Lichtband 3 und 6 für die erste Jahreshälfte 2002 Abbildung 3.18: Energieverbrauch für Lichtband 3 und 6 für die erste Jahreshälfte 2003

41 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 41 Von den bereits angesprochenen fehlerhaften Regelungselementen waren nur die Lichtbänder für die Allgemeinbeleuchtung betroffen, nicht die nunmehr betrachtete Sicherheitsbeleuchtung. Die Energieeinsparung für die geregelte Sicherheitsbeleuchtung fällt über die erste Jahreshälfte nicht unter 10 %. Im Gegensatz zur Allgemeinbeleuchtung kann man hier stetig eine deutliche Einsparung erkennen. Zur Jahresmitte hin steigt diese Einsparung immer weiter an. Im Gegensatz zur Allgemeinbeleuchtung ist eine größere Einsparung zu verzeichnen, denn es darf nicht vergessen werden, dass die Einschaltzeiten sich nicht durch Nutzerbeeinflussung ändern lassen. Bei der Allgemeinbeleuchtung hat sich in den Sommermonaten die Einschaltdauer verkürzt, weil die Nutzer der Ansicht waren, dass das Beleuchtungsniveau durch Tageslicht ausreichend ist. Abbildung 3.19: Energieverbrauch für Lichtband 3 und 6 für die zweite Jahreshälfte 2001

42 UniDo - LS TGA Abschlussbericht Seite 42 Abbildung 3.20: Energieverbrauch für Lichtband 3 und 6 für die zweite Jahreshälfte 2002 Auch für die zweite Jahreshälfte kann eine deutliche Energieeinsparung zwischen den geregelten und ungeregelten Lichtbändern der Sicherheitsbeleuchtung festgestellt werden. In den Sommermonaten ist eine Reduzierung des Energieverbrauchs um fast 50 % festzustellen, im weiteren Jahresverlauf nimmt diese Einsparung dann, entsprechend des Angebots an Tageslicht ab, und reduziert sich zum Jahresende bis auf max. 10 %. Die Jahresverläufe sind nicht exakt gleich, dies ist auch schlecht möglich, denn das Angebot an Tageslicht ist nicht jedes Jahr identisch. Dennoch lässt sich eine tendenzielle Aussage nach einem Intervall von zwei bzw. drei Jahresrhythmen abgeben.