Leitfaden für Energieaudits von Beleuchtungssystemen Schwerpunkt: Beleuchtungssysteme in Gewerbe- und Industriebetrieben ( Hallenbeleuchtung ),

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1 Leitfaden für Energieaudits von Beleuchtungssystemen Schwerpunkt: Beleuchtungssysteme in Gewerbe- und Industriebetrieben ( Hallenbeleuchtung ), Stand: September 2013

2 Das Programm energieeffiziente betriebe ist Teil der vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Lebensministerium) gestarteten Klimaschutzinitiative klima:aktiv. Es bietet spezielle Informations- und Beratungsangebote für Industrie und Gewerbe, zeigt Möglichkeiten zur Erschließung von Einsparpotenzialen auf und unterstützt bei deren Umsetzung. Strategische Gesamtkoordination: Lebensministerium, Abt. Umweltökonomie und Energie, Dr in. Martina Schuster, Dr in. Katharina Kowalski, Elisabeth Bargmann, BA, DI Hannes Bader Kontakt: Titelfoto: Lichtdesign Gratzel Programmmanagement: Österreichische Energieagentur /Austrian Energy Agency Haftungsausschluss Das Projektmanagement von klima:aktiv energieeffiziente Betriebe hat im Rahmen der Beraterinformationen verschiedene Informationen zu ausgewählten Themenbereichen erstellt und den Teilnehmern als mögliche Hilfsmittel für die spätere Projektarbeit zur Verfügung gestellt. Diese Informationen stellen lediglich Vorschläge für mögliche Maßnahmen dar, die vom Berater in Eigenverantwortung auf das jeweilige Projekt und den Kunden angepasst werden müssen. Die Haftung für mögliche Schäden aus der Verwendung dieser Informationsunterlagen in der Praxis wird vom Projektmanagement hiermit ausdrücklich ausgeschlossen. Die Verwendung dieser zur Verfügung gestellten Informationsunterlagen gilt als ausdrückliches Anerkenntnis dieser Haftungsregelung. Impressum Herausgeberin und Hersteller: Österreichische Energieagentur Austrian Energy Agency, Mariahilfer Straße 136, A-1150 Wien; Tel. +43 (1) , Fax +43 (1) ; Internet: Für den Inhalt verantwortlich: DI Peter Traupmann Autor Oskar Mair am Tinkhof, MSc - Österreichische Energieagentur Unter Mitarbeit von: Robert Gratzel, MAS Lichtdesign Gratzel

3 Inhalt 1 Verwendung dieses Leitfadens Allgemeine Anforderungen an das Energieaudit Begriffe Informationen zur Datenerfassung Erhebung des Energieverbrauchs Erhebung der Lichtqualität Erstellung eines Datenerhebungsbogens für die Datenerfassung Informationen zur Analyse Analyse des Energieverbrauchs Analyse der Lichtqualität Analyse der Wirtschaftlichkeit Erstellung eines Bewertungsbogens für die Analyse Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Lichtregelung Optimierung des Raumwirkungsgrades Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln Ersatz von Betriebsgeräten Ersatz der Leuchte Ersatz der Lampe Zusammenfassung - Bewertung der einzelnen Maßnahmen Anhang 1 Erhebungsbogen für den Energieverbrauch Anhang 2 Belegungsfaktor für Betriebe Anhang 3 Benchmark Werte Anhang 4 - Lampenbezeichnung Quellennachweis und weitere Informationen I

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5 1 Verwendung dieses Leitfadens Bezüglich des Ablaufs eines Energieaudits wird auf die ÖNORM EN verwiesen. Die Norm versteht unter einem Energieaudit die systematische Inspektion und Analyse des Energieeinsatzes und des Energieverbrauchs eines Systems oder einer Organisation mit dem Ziel, Energieflüsse und das Potential für Energieeffizienzverbesserungen zu identifizieren und diese zu berichten (Quelle: ÖNORM EN ). Nach Norm läuft ein Energieaudit nach folgendem Schema ab (vgl. Abbildung 1-1): Abbildung 1-1: Ablauf eines Energieaudits (Quelle: Adaptiert aus ÖNORM EN , 2012) Die konkreten Tätigkeiten und Inhalte der in Abbildung 1 dargestellten Schritte sind in der Norm nachzulesen. 1

6 Zusammenfassend dargestellt beginnt der prinzipielle Ablauf eines Energieaudits mit einem einleitenden Kontakt, in dem man sich mit dem Unternehmen hinsichtlich Zielen, Erfordernissen und Erwartungen an das Energieaudit einigt. Danach sind in einer Auftaktbesprechung alle interessierten Kreise über die festgelegten Ziele, den Anwendungsbereich, die Grenzen und die Tiefe des Energieaudits zu informieren. Diese beiden Schritte werden von klima:aktiv durch ein standardisiertes Anschreiben an die Unternehmen und den Einsatz des klima:aktiv Audittools Protool unterstützt. Gemeinsam mit dem Unternehmen (bzw. einer vom Unternehmen zu Verfügung gestellten Ansprechperson) sind dann anschließend alle relevanten Daten zu erfassen und die zu prüfenden Objekte vor Ort zu inspizieren. In einem nächsten Schritt sind die gesammelten Daten und Informationen zu analysieren, um die Energieeinsparmöglichkeiten identifizieren zu können. Bei diesen Schritten können die von klima:aktiv entwickelten Auditleitfäden als Hilfestellung herangezogen werden. Die Ergebnisse des Energieaudits sind abschließend zu dokumentieren und dem Unternehmen vorzulegen. Hierfür wurde von klima:aktiv eine Berichtsvorlage erstellt, die den Vorgaben und Anforderungen der ÖNORM EN im Wesentlichen entspricht. Für die Durchführung von Energieaudits in Beleuchtungssystemen finden sich in dem vorliegenden Dokument zusätzliche Anleitungen und Hilfestellungen. Weitere allgemeine Informationen zu der Durchführung von Energieaudits finden sich in der ÖNORM EN Spezielle Anforderungen an das Energieaudit in Gebäuden, an Industriestandorten und in Transportsystemen werden in den Normentwürfen ÖNORM EN Teil 2, Teil 3 und Teil 4 beschrieben. Hinsichtlich der Qualifikation des/der Energieauditors/in gilt: dieser muss angemessen qualifiziert sein, alle von der Organisation gelieferten Informationen vertraulich behandeln und auf objektive Art und Weise handeln. Konkrete Anforderungen an die Qualifizierung von Energieauditoren werden im fünften Teil der Energieauditnorm Qualifikation von Energieauditoren behandelt, welcher sich derzeit [Stand: April 2013] in der Entwurfsphase befindet. 1.1 Allgemeine Anforderungen an das Energieaudit Aus der bisherigen Erfahrung hat sich gezeigt, dass insbesondere auf folgende Vorgaben aus der ÖNORM EN zu beachten sind: Vertrauliche Ergebnisse, objektive Beratung Die durch das Audit erhaltenen Ergebnisse müssen vertraulich behandelt werden. Der Energieauditor muss das Unternehmen objektiv beraten und die erzielten Ergebnisse transparent darstellen Eine Ansprechperson im Unternehmen Das betroffene Unternehmen muss eine Person nominieren, die als Ansprechperson dient und mit dem/der EnergieauditorIn zusammenarbeitet. Die Person hat dafür Sorge zu tragen, dass dem Energieauditor angeforderte Daten zu Verfügung gestellt werden bzw. hat diesen bei der Erhebung der Daten (auch vor Ort) zu unterstützen. 2

7 1.1.3 Bewertung der bereitgestellten Information Der Energieauditor muss bewerten, ob die bereitgestellten Informationen ausreichen, um die vereinbarten Zielsetzungen zu erreichen. Ist dies nicht der Fall stellt dies ein Abbruchkriterium des Energieaudits dar bzw. ist der Schwerpunkt auf die Datenerfassung (auch über längeren Zeitraum als Energiedatenerfassung) zu legen Vorauswahl bei komplexen Einheiten Bei einer entsprechenden Größe des Unternehmens und der damit verbundenen hohen Anzahl an zu untersuchenden Einheiten ist eine Vorauswahl zu treffen. Um ein strukturiertes Vorgehen zu gewährleisten, sollten zuallererst Maßnahmen dort gesetzt werden, wo die höchsten energetischen Einsparungen erzielt werden können (unter Berücksichtigung der damit verbundenen Kosten) Ableitung von Leistungskennzahlen Für die Darstellung der Energieeffizienz im Unternehmen sind quantifizierbare Parameter, die einen Einfluss auf den Energieverbrauch des Unternehmens bzw. der mit den einzelnen Technologien versorgten Prozesse haben, zu berücksichtigen. Das können z.b. Durchsatz in der Produktion, weitere Input-, Outputfaktoren, Betriebszeiten der Maschinen, Arbeitszeit, Helligkeit, Innentemperatur, Wetterbedingungen etc. sein (der Begriff in der Norm ist dafür Anpassungsfaktor ). Es obliegt der Verantwortung des Energieauditors diese in Absprache mit dem Unternehmen festzulegen. Nach der Berücksichtigung aller auf den Energieverbrauch Einfluss nehmenden Faktoren ist daraus eine Leistungskennzahl zu wählen, mit der die Energieintensität des Unternehmens oder eines Systems/Prozesses abgebildet werden kann. Unter dem Begriff Energieeffizienz ist das Verhältnis zwischen einer erzielten Leistung bzw. Ertrag an Dienstleistung, Gütern oder Energie und der eingesetzten Energie zu verstehen. Beispiele für Leistungskennzahlen sind: kwh/durchsatz in Produktion, kwh/m2, kwh/mitarbeiter, kwh/dienstleistung etc Beachtung von Betriebsgrößen und Einflussfaktoren Prinzipiell sind Messungen von benötigten Betriebsgrößen (z.b. Energieverbrauch, Leistungsbedarf, Volumenstrom, Druck, Betriebszeit etc.) immer Hochrechnungen oder Abschätzungen dieser Größen vorzuziehen Erhebung zusätzlicher Dokumente Neben dem Energieverbrauch sind ggf. auch relevante bereits durchgeführte Messungen, Betriebs- und Wartungsdokumente, Nutzerverhalten und relevante Wirtschaftsdaten wie z.b. den derzeitigen Verrechnungstarif zu erheben. 3

8 2 Begriff egriffe Zu den vier wesentlichen Grundgrößen in der Lichttechnik zählen (vgl. Tabelle 2-1, Abbildung 2-1): Tabelle 2-1: Grundlegende Begriffe in der Lichttechnik (Quelle: licht.de, 2013) Begriff Kurz- Maß- Definition zeichen einheit Lichtstrom φ lm Von einer Lichtquelle abgegebene Strahlungsmenge im sichtbaren Bereich Lichtstärke I cd Menge des Lichts, die in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird Beleuchtungsstärke E lm/m² Menge des Lichtstroms, die auf eine bestimmte Fläche auftritt bzw. lx Leuchtdichte L 2 Lichttechnische Grundgröße, die vom Auge cd/m wahrgenommen wird (Helligkeitseindruck) Abbildung 2-1: Weg von der Lichtquelle bis zum Auge (Quelle: Philips, 2013) Für das grundlegende Verständnis von Beleuchtungssystemen sind folgende Zusammenhänge von zentraler Bedeutung (Quelle: licht.de, 2013): Vor etwa Jahren begann der Mensch, Feuer als Wärme- und Lichtquelle einzusetzen. Doch erst Ende des 19. Jahrhunderts begann mit Erfindung der Glühlampe das Zeitalter der elektrischen Beleuchtung. Physikalisch betrachtet, ist Licht der relativ kleine Bereich innerhalb der elektromagnetischen Strahlung, die das menschliche Auge wahrnehmen kann. Mehr als 80 Prozent aller Informationen aus der Umwelt nimmt der Mensch mit seinen Augen auf. Das Auge verfügt über erstaunliche Fähigkeiten und arbeitet ähnlich einer Fotokamera. Unzureichendes Licht oder Dunkelheit verhindern gutes Sehen; wir werden unsicher und können uns schlechter orientieren. Für jeden dieser Bereiche werden in der ÖNORM EN weiterführende Begriffe definiert (siehe dazu Tabelle 2-2). 4

9 Tabelle 2-2: Definition der wesentlichen Begriffe (Quelle: licht.de, 2013) Begriff Kurz- Maß- Definition zeichen einheit Bereich Beleuchtungsanlage Allgemeinbeleuchtung Gleichmäßige Beleuchtung eines Raumes Arbeitsplatzbeleuchtung Zusätzliche Beleuchtung zur Allgemeinbeleuchtung für eine spezielle Sehaufgabe Direkte Beleuchtung Anteil des Lichtstroms direkt auf der Nutzebene beträgt: % Indirekte Beleuchtung Anteil des Lichtstroms direkt auf der Nutzebene beträgt: 0-10 % Elektrischer Anschlusswertungsanlage pro Flächeneinheit Maximaler Leistungsbedarf der Beleuch- W/m 2 Bereich Beleuchtungsmittel Vorschaltgerät Leuchte Lampe (Leuchtmittel) Lichtausbeute einer η Strahlungsquelle Bereich Licht und Farbe Wartungswert der Beleuchtungsstärke Wartungswert der Leuchtdichte Lichtfarbe Ē m lm/w lx cd/m 2 K Vorrichtung zur Betreibung von Entladungslampen Gerät zur Betreibung von Lampen und Verteilung des Lichtes Quelle optischer Strahlung, meist im sichtbaren Bereich Verhältnis zwischen ausgesandtem Lichtstrom zu verbrauchter Leistung Wert, unter den die mittlere Beleuchtungsstärke nicht sinken darf Wert der mittleren Leuchtdichte, der nicht unterschritten werden darf Die Lichtfarbe beschreibt das farbliche Aussehen des Lichts einer Lampe. Die Lichtfarbe wird charakterisiert durch die Farbtemperatur in Kelvin [K]: - Warmweiß (ww) < K - Neutralweiß (nw) K K - Tageslichtweiß (tw) > K Farbwiedergabe Allgemeiner Farbwiedergabe-Index CIE 1974 Reflexionsgrad Bereich Auge und Sehen Sehleistung Sehkomfort R a ρ Das Licht von Lampen gleicher Lichtfarbe kann unterschiedliche Farbwiedergabeeigenschaften haben. Auswirkung einer Lichtart auf den Farbeindruck von Objekten. Farben werden als natürlich empfunden, wenn wir sie unter Tageslicht sehen. Mittelwert für einen festgelegten Satz von 8 Testfarben Verhältnis zwischen zurückgeworfenem Lichtstrom zu auffallendem Lichtstrom Leistung des visuellen Systems Subjektives Wohlbefinden 5

10 3 Informationen zur Datenerfassung Zur Durchführung eines Energieaudits von Beleuchtungssystemen sind abhängig von den vereinbarten Zielen und der Gründlichkeit unterschiedliche Daten zu erfassen (siehe dazu auch Abschnitt 0). Die Informationen sind dabei vom Anlagenbetreiber vor dem Außeneinsatz bereitzustellen oder gemeinsam mit dem/der EnergieauditorIn im Zuge des Außeneinsatzes zu erheben. Zu den grundlegenden Informationen gehören (vgl. auch ÖNORM EN bzw. Abschnitt 3.3): Allgemeine Informationen zum Beleuchtungssystem: - Grundrissplan inkl. Kennzeichnung der beleuchteten Zonen - Schema des Beleuchtungssystems - Grundlegende Beschreibung der Beleuchtungsmittel - Regelbeschreibung und Einstellungen Energiebezogene Daten: - Energieverbrauch des Beleuchtungssystems in verschiedenen Zeitintervallen (stündlich, täglich, monatlich, jährlich abhängig von der vereinbarten Gründlichkeit) Informationen hinsichtlich der Lichtqualität: - Lichtstrom, Beleuchtungsstärke, Blendung Inhalt dieses Kapitels ist die Beschreibung der wesentlichen Methoden und Werkzeuge zur Erfassung der energiebezogenen Daten und den Informationen hinsichtlich der Lichtqualität. 3.1 Erhebung des Energieverbrauch rauchs In der ÖNORM EN werden einige Methoden beschrieben, wie der Energieverbrauch von Beleuchtungssystemen erhoben werden kann. In Anlehnung an diese Norm werden die wesentlichen Methoden im folgenden Abschnitt beschrieben. Generell ergeben sich folgende Möglichkeiten (vgl. Abbildung 3-1): Erhebung des Energieverbrauchs von Beleuchtungssystemen Berechnung anhand von realen Betriebswerten Berechnung anhand von Planungswerten Elektronische Erfassung durch ein Messsystem Umfassendes Verfahren Schnellverfahren Energiemessgerät direkt im Lichtkreis Lichtmanagementsystem Gebäudeleittechnik ÖNORM EN SIA NORM 380/4 DIN V NORM Abbildung 3-1: Möglichkeiten zur Bestimmung des Energieverbrauchs von Beleuchtungssystemen (Quelle: In Anlehnung an die ÖNROM EN 15193, 2007) 6

11 3.1.1 Berechnung anhand von realen Betriebswerten Bei dieser Variante stellt der erste Schritt eine Auflistung der im Betrieb verwendeten Lampen und Betriebsgeräte und deren Anzahl dar. Durch Addition der elektrischen Leistungen dieser Komponenten erhält man die elektrische Anschlussleistung der installierten Beleuchtungsanlage in [kw]. Dieser Wert ist anschließend mit der Einschaltdauer der Beleuchtungsanlage zu multiplizieren. Als Hilfestellung für diesen Prozess kann das im Anhang 1 befindliche Erhebungsformular verwendet werden. Für eine erste grobe Abschätzung können anstelle der Einschaltdauer die Betriebszeiten des Unternehmens herangezogen werden (vgl. Tabelle 3-1): Tabelle 3-1: Betriebszeiten verschiedener Betriebe (Eigene Quelle bzw. ÖNORM EN 15193, 2007) Bezeichnung Annahmen Summe 1 Schichtbetrieb 8h pro Tag, 5 Tage pro Woche, 50 Wochen im Jahr h/a 2 Schichtbetrieb 16h pro Tag, 6 Tage pro Woche, 50 Wochen im Jahr h/a 3 Schichtbetrieb 24h pro Tag, 6 Tage pro Woche, 50 Wochen im Jahr h/a Rollende Woche 24h pro Tag, 7 Tage pro Woche, 50 Wochen im Jahr h/a Büros h/a Tag, 250 h/a Nacht h/a Krankenhäuser, Hotels, Verkaufsräume h/a Tag, h/a Nacht h/a Für die Berechnung der tatsächlichen Einschaltdauer der Beleuchtungsanlage ist unter anderem auschlaggebend welche Bereiche in der Nacht und welche am Tag beleuchtet werden wie die Versorgung mit Tageslicht erfolgt welche Art der Lichtregelung umgesetzt wurde (z.b. Umschaltung Tagschicht, Nachtschicht) ob Beleuchtungszeiten für Reinigungs- oder Wartungsarbeiten notwendig sind ob sich die Belegung verändert u.v.m. Dies lässt sich oft nur über Messungen feststellen oder über umfassendere Methoden berechnen (siehe auch Abschnitt 3.1.2). 7

12 3.1.2 Berechnung anhand von Planungswerten Für die Berechnung des Energieverbrauchs von Beleuchtungssystemen anhand von Planungswerten stehen generell folgende Methoden zur Verfügung: Berechnung anhand eines Schnellverfahrens: Dazu zählen all jene Methoden, bei welchen der Energieverbrauch durch Multiplikation der beleuchteten Fläche mit einfachen spezifischen Kennwerten berechnet werden kann. Spezifische Kennwerte für den Energieverbrauch können aus folgenden Regelwerken entnommen werden: - ÖNORM EN 15193: In der ÖNORM EN finden sich für 8 Gebäudearten und in Abhängigkeit der Regelungsart (manuelle oder automatische Regelung) spezifische Kennwerte für den Energiebedarf von Beleuchtungssystemen (siehe Anhang F in der Norm). - ÖNORM H 5059: Auch aus der ÖNORM H 5059 (Nationale Ergänzung zur ÖNORM EN 15193) können spezifische Energieverbrauchskennwerte für 14 verschiedene Gebäudenutzungsarten entnommen werden. Diese sind in der Einheit [kwh/m²a] angegeben. - SIA-NORM 380/4: In der SIA Norm stehen spezifische Kennwerten für 22 Standardnutzungen zur Verfügung. Dadurch kann grob der Energieverbrauch pro Zone berechnet werden. In der ÖNORM EN und H 5059 ist eine Abschätzung hingegen nur pro Gebäude möglich. - Elektrischer Anschlusswert: Falls der elektrische Anschlusswert der Lampe bekannt ist, kann dieser mit der beleuchteten Fläche und der Brenndauer multipliziert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass dieses Verfahren nur für eine grobe Abschätzung des Energieverbrauchs herangezogen werden kann. Für eine genauere Bestimmung des Energieverbrauchs ist ein umfassenderes Verfahren zu wählen. Berechnung anhand von umfassenden Verfahren: Die umfassenden Verfahren unterscheiden sich von den Schnellverfahren dadurch, dass für die Berechnung des Energieverbrauchs relativ viele Planungswerte erforderlich sind. Die Bestimmung dieser Werte ist oftmals relativ aufwändig und erfordert spezielle Informationen. In den folgenden Abschnitten sind zwei umfassende Verfahren beschrieben. - ÖNORM EN 15193: Der Energiebedarf der Beleuchtung errechnet sich in dieser Methode durch die Addition des Energiebedarfs während des Betriebes und dem Energiebedarf im Standbybetrieb: EE Formel (1) EE Ges Gesamter Energieverbrauch für die Beleuchtung [kwh] EE B Energieverbrauch im Betrieb [kwh] EE S Energieverbrauch im Standbybetrieb [kwh] 8

13 Der Energieverbrauch im Betrieb kann folgendermaßen berechnet werden: P Gesamte installierte Nennleistung [W] F c Konstanter Beleuchtungsfaktor [ ] F D Tageslichtabhängiger Faktor [ ] F o Belegungsfaktor [ ] t n t D Betriebsstunden der Beleuchtungsanlage während der Nacht [h/d] Betriebsstunden der Beleuchtungsanlage während des Tages [h/d] Formel (2) Berechnungsmethoden für die einzelnen Kennwerte finden sich in der ÖNORM EN Für eine grobe Abschätzung können folgende Werte verwendet werden: F c = 1 bei Anlagen ohne Konstantlichtregelung 1 ; 0,9 bei Anlagen mit Konstantlichtregelung F D = 1 für Betriebe und Büros mit manueller Schaltung; 0,9 für Anlagen mit Tageslichtsensoren F o = Abhängig von der Regelungsart zwischen 0,4 und 1 (Detailinformationen siehe Anhang 2). Für Fertigungshallen und Einzelbüros mit manueller Steuerung liegt der Wert bei 1 Beim Standbybetrieb ergibt sich der Energieverbrauch durch das Laden des Notbeleuchtungssystems und den Standbybetrieb des Regelsystems. Der Energieverbrauch im Standbybetrieb kann folgendermaßen berechnet werden: EE! "# " $ P pc Gesamte installierte parasitäre Leistung der Regelung [W] P em Gesamte installierte Ladeleistung der Notbeleuchtung [ ] t y t D t N t e Stunden für ein Standardjahr 8760 [h/a] Formel (3) Betriebsstunden der Beleuchtungsanlage/Regelung während dem Tag [h/d] Betriebsstunden der Beleuchtungsanlage/Regelung während der Nacht [h/d] Betriebsstunden während dem Laden der Notbeleuchtung [h/d] Berechnungsmethoden für die einzelnen Kennwerte finden sich in der ÖNORM EN SIA-NORM 380/4: Im Leitfaden für die Anwendung der Empfehlungen: SIA 380/4 Elektrische Energie im Hochbau wird das grundlegende Verfahren zur Berechnung des Energieverbrauchs von Beleuchtungssystemen vorgestellt. In der Praxis steht zur Berechnung des Strombedarfs entsprechend der SIA-Norm eine Reihe von Tools zur Verfügung. Beispiel: download&catid=3&cid=7&lang=de, Zugriff am Regelungsart bei der das Licht im Innenraum auf eine vorgegebene Beleuchtungsstärke geregelt wird 9

14 In der Norm wird beschrieben, wie die installierte spezifische Nennleistung der Leuchten und die Volllaststunden bestimmt werden können: Berechnung der spezifischen Leistung: q q E & ' η () η (* η + Formel (4) spezifische Leistung [W/m²] Beleuchtungsstärke [lx] p Planungsfaktor [ ] η LP Lichtausbeute Lampe und Vorschaltgerät [lm/w] η LB Leuchtenbetriebswirkungsgrad [ ] η R Raumwirkungsgrad [ ] Mehr Informationen zur Bestimmung der einzelnen Faktoren finden sich im Abschnitt 5.3. Berechnung der Volllaststunden: Volllaststunden sind die Summe aller Stunden bei der das Betriebsmittel (Leuchte) bei Nennleistung in Betrieb waren. Die einzelnen Teillastzeiten werden aufsummiert und ergeben somit die Volllaststunden (grafische Bestimmung; siehe auch Abbildung 3-2). Abbildung 3-2: Tagesverlauf der installierten Leistung (Quelle: toplicht.ch, 2013) 10

15 Standardwerte für die Volllaststunden können alternativ auch aus der SIA-NORM 380/4 entnommen werden. Für Produktionsbetriebe liegen diese zwischen und h/a (grobe Arbeit bzw. feine Arbeit). Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch Multiplikation der Nutzungsstunden mit einem Betriebsfaktor (Anleitung dazu in der SIA-NORM 380/4). - DIN V NORM : Der Energieverbrauch von Beleuchtungssystemen kann auch nach der DIN V NORM erfolgen. Diese Methode ist sehr umfangreich und wird deshalb nicht näher beschrieben Elektronische Erfassung durch ein Messsystem Die genaueste Methode ist die Messung des Energieverbrauchs mit Hilfe eines Messsystems. Dazu steht eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung: Energiemessgerät essgerät direkt im Lichtkreis: Für die Durchführung einer Messung über einen kurzen Zeitraum kann ein Energiemessgerät direkt im Lichtkreis installiert werden (vgl. Abbildung 3-3). Dazu stehen einfache und relativ günstige Geräte mit und ohne Datenlogger zur Verfügung. In der Abbildung 3-3 ist ein einfacher Messaufbau dargestellt. Abbildung 3-3: Beispiel für die Bestimmung des Energieverbrauchs über eine Energiemessgerät; 1: Zuleitung; 2: Messgerät Lichtkreis 3; 4: Messgerät Lichtkreis 5 (Quelle: ÖNORM EN 15193, 2007) Verfügbare Messgeräte: - Energiekostenmessgerät bis 3,5 kw inkl. Datenlogger (ca. 60 ) - Wechselstromzähler 1x230V, 32A Dauerbetrieb mit Impulsausgang (ca. 70 ) - Drehstromzähler für Direktanschluss bis 65A mit Impulsausgang (ca. 130 ) - Drehstromzähler für Wandleranschluss ohne Kommunikationsmodul (ca. 180 ; Kommunikationsmodul ca. 100 ) - Datenlogger ohne Auswertungssoftware (ca. 800, Auswertungssoftware ca. 700 ) 11

16 Lichtmanagementsystem: ntsystem: Unter einem Lichtmanagementsystem wird ein System verstanden, welches die gesamte Lichttechnik organisiert. Die einzelnen Komponenten sind mit einem Bus verbunden und werden von einer zentralen Steuereinheit aus geregelt. Der Energieverbrauch jeder einzelnen Komponente kann dadurch genau erfasst werden (vgl. Abbildung 3-4). Abbildung 3-4: Beispiel für die Bestimmung des Energieverbrauchs über eine Lichtmanagementsystems; 1: Busleitung; 2: Zuleitung; 3: Spannungsmessgerät; 4: Strommessgerät; 5: Lichtregler; 6: Lampen (Quelle: ÖNORM EN 15193, 2007) Gebäudeleittechniksystem: Ein Gebäudeleittechniksystem erfasst neben dem Energieverbrauch des Beleuchtungssystems in der Regel auch den Energieverbrauch der gesamten Haustechnik. Messwerte werden meist mit Hilfe eines digitalen Zählers erfasst und über ein Bussystem an einem Datenspeicher geschickt. Das Messintervall ist so zu wählen, dass die Erwartungen an das Energieaudit erfüllt werden können (vgl. auch Abschnitt 0). Wichtig ist es dabei, dass ausschließlich der Energieverbrauch des Beleuchtungssystems gemessen wird. In der Praxis hat sich oftmals gezeigt, dass neben dem Beleuchtungssystem auch andere elektrische Verbraucher am gleichen Abgang angeschlossen sind. Vor der Durchführung der Messung ist die geforderte Systemgrenze von einer qualifizierten Fachkraft zu überprüfen. Die gesammelten Informationen zum Energieverbrauch sind anschließend einer Plausibilitäts- und Vollständigkeitsprüfung zu unterziehen. Falls die Datenqualität es zulässt, ist eine vorläufige Liste mit Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz in Abhängigkeit der Lichtqualität vor der Durchführung des Außeneinsatzes anzufertigen. Fehlende Daten sind, falls relevant, im Zuge des Außeneinsatzes zu erheben. 12

17 3.2 Erhebung der Lichtqualität Unter Lichtqualität werden alle jene Merkmale verstanden, anhand denen die Güte der künstlichen Beleuchtung beschrieben werden kann. Diese sind von den Merkmalen der Sehaufgabe und dem Sehvermögen der Person abhängig. In der ÖNORM EN werden die Anforderungen an die Lichtqualität an Arbeitsstätten anhand der folgenden Gütemerkmale festgelegt: Leuchtdichteverteilung Beleuchtungsstärke Lichtrichtung, Räumliche Beleuchtung Variabilität des Lichts (Niveau und Farbe des Lichts) Blendung Flimmern Lichtfarbe und Farbwiedergabe des Lichts Einzelne Kennwerte können entweder elektronisch erfasst oder aus Datenblättern erhoben werden. Generell gilt: Um eine standardisierte Bewertung vornehmen zu können, gilt der Hellempfindlichkeitsgrad V(λ) eines photometrischen Normalbetrachters als Bezugsgröße (relative Hellempfindlichkeit in Abhängigkeit der Wellenlänge; Wert 1 bei 555 nm; vgl. auch Abbildung 3-5). Abbildung 3-5: Hellempfindlichkeitsgrad eines photometrischen Normalbetrachters (Quelle: PTB, O.J.) 13

18 3.2.1 Kennwerte aus Datenblättern Um eine einfache Bewertung der Lichtqualität vornehmen zu können, können einzelne Kennwerte auch aus den entsprechenden Datenblättern der einzelnen Komponenten erhoben werden. In der Praxis finden sich für eine Leuchte Angaben hinsichtlich des Lichtstroms, des Farbwiedergabe-Indexes und der Lichtfarbe. Beispiel: 35W/840 Lampenleistung (ohne Betriebsgerät) = 35 W R a > 80 Lichtfarbe = 4000K Für eine detaillierte Analyse sind jedoch die vor Ort bestimmten Kennwerte heranzuziehen Elektronische Erfassung durch ein Messgerät Die genaueste Methode zur Bestimmung der Lichtqualität ist die messtechnische Bestimmung der einzelnen Kennwerte vor Ort. Dadurch können lokale Einflussfaktoren auf die Lichtqualität wie z.b. Schmutz und Verschattungen mit berücksichtigt werden. Zur elektronischen Erfassung stehen prinzipiell folgende Messgeräte zur Verfügung (vgl. Tabelle 3-2): Tabelle 3-2: Messgeräte zur Erhebung der Lichtqualität (Quelle: Lindemuth, 1992) Gütemerkmal Messgerät Ergebnis Bemerkung Beleuchtungsstärke Lichtrichtung und Schattigkeit Lichtfarbe Reflexionsgrad Leuchtdichte Luxmeter (ca. 30 bis ) lx Messabstand einhalten (h = 0,75 m bei horizontaler Fläche) Zur Bestimmung der durchschnittlichen Beleuchtungsstärke sind Messungen in mehreren gleich großen Teilmessflächen durchzuführen Luxmeter lx Zu messen sind: zylindrische und horizontale Beleuchtungsstärke in einer Höhe von 1,2 m über dem Boden Farbmessgerät (ca ) ρdif-messgerät oder indirekt durch RAL- Farbschablone Leuchtdichtemessgerät mit Spiegelreflexoptik (ca bis ) K Eignung des Messgerätes prüfen - Indirekte Bestimmung: Bestimmung der RAL Farbnummer und Eingabe in ein lichttechnisches Computerprogramm Alternative Methode: Messung der Leuchtdichte und der Beleuchtungsstärke und Berechnung des Reflexionsgrades (ρ = L/E*3,14; gilt nur für matte Oberflächen) cd/m² Messwinkel einhalten (ca. 1 ) Alternativ auch mit Hilfe eines Luxmeters inkl. Aufsatz messbar 14

19 Im Allgemeinen gilt: Die Messgeräte müssen geeicht sein Entladungslampen müssen 100 Stunden gealtert sein; Glühlampen mindestens 10 Stunden Entladungs- und Leuchtstofflampen müssen mindestens 15 Minuten eingebrannt sein, damit sich ein stationärer Zustand einstellt Einflüsse von Fremdlicht sind zu vermeiden (Tageslicht bei Innenbeleuchtung Jalousien schließen) Einflüsse durch Hindernisse oder Abschattungen (z.b. durch messende Personen) sind zu vermeiden Einflüsse durch Reflexion (z.b. helle Kleidung der messenden Personen) sind zu vermeiden Herkömmliche Luxmeter messen nicht das Spektrum einer LED Leuchte Bei jeder Messung ist ein Messprotokoll anzufertigen. Dabei sind folgende Daten zu erheben: - Raumtemperatur und Umgebungstemperatur vor und nach der Messung - Versorgungsspannung an der Eingangsklemme oder Netzspannung an einer Steckdose Für die Messung und Darstellung von photometrischen Daten von Lampen und Leuchten finden sich zusätzliche Informationen in der ÖNORM EN Die gesammelten Informationen zur Lichtqualität sind anschließend einer Plausibilitäts- und Vollständigkeitsprüfung zu unterziehen. Falls die Datenqualität es zulässt, ist eine vorläufige Liste mit Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz in Abhängigkeit der Lichtqualität vor der Durchführung des Außeneinsatzes anzufertigen. Fehlende Daten sind, falls relevant, im Zuge des Außeneinsatzes zu erheben. 15

20 3.3 Erstellung eines Datenerhebungsbogens für die Datenerfassung Für die optimale Zusammenarbeit mit dem/der Energiebeauftragten im Unternehmen sollte bereits im Vorfeld der Datenerhebung ein Datenerhebungsbogen erstellt werden, um den Aufwand für diesen Teilprozess abschätzen zu können. In diesem sind alle erforderlichen Daten und Methoden zusammenzufassen. Dabei kann es hilfreich sein, sich schon vorab Gedanken hinsichtlich der geplanten Analysen zu machen. Wie eingangs erwähnt, richten sich die Granularität und der Umfang der erforderlichen Daten in erster Linie nach der Tiefe und dem Umfang des Energieaudits. Weitere Einflussfaktoren sind die Ergebnisse aus dem Außeneinsatz und die Anforderungen in Abhängigkeit der geplanten Analysen (siehe dazu auch Kapitel 4 - Informationen zur Analyse). Für ein durchschnittliches Energieaudit 2 sollten mindestens folgende Daten erhoben werden (siehe Tabelle 3-3): Tabelle 3-3: Beispiel für einen Datenerhebungsbogen (Eigene Quelle) Erforderliche Daten Bemerkung (für Grobanalyse) Bemerkung (für Detailanalyse) Allgemeine Informationen Grundrissplan inkl. Kennzeichnung der beleuchteten Zonen Schema des Beleuchtungssystems Grundlegende Beschreibung der Beleuchtungsmittel Regelbeschreibung und Einstellungen Von Energiebeauftragten im Unternehmen bereitzustellen. Eventuell vor Ort zu erstellen Informationen zum Energieverbrauch Energieverbrauch pro Lichtkreis Berechnung und Zone in [kwh/a] bzw. [kwh/h] anhand von Planungswerten: Intervall: 1 Jahr Informationen hinsichtlich der Lichtqualität Lichtstrom [lm] Aus Datenblatt Beleuchtungsstärke [lx] Blendung Farbwiedergabe Mindestanforderung: Beschreibung der Lampe (Typ, Nennleistung, Farbwiedergabe, Lichtfarbe; Gegebenenfalls LBS oder ILCOS Code siehe auch Anhang 4) und der Betriebsmittel (Typ, Verlustleistung) Art der Regelung, Betriebsabläufe, Belegung Erfassung durch ein Messgerät mit Datenlogger: Intervall: 1 Stunde Anzahl: 8 Stunden Zeitraum: 4 charakteristische Tage im Jahr Erhebung vor Ort mittels Luxmeter URG-Wert aus Berechnung Ra-Wert aus Datenblatt 2 Durchschnittliches Energieaudit: In einem ersten Schritt soll erhoben werden, ob der Energieverbrauch des Beleuchtungssystems den groben Richtwerten entspricht und ob die Lichtqualität die gesetzlichen Auflagen erfüllt (Grobanalyse). In einem zweiten Schritt soll das Optimierungspotential einzelner Maßnahmen untersucht und bewertet werden (Detailanalyse). 16

21 4 Informationen zur Analyse Nach der Datenerfassung und dem Außeneinsatz ist der nächste Schritt die Analyse des Beleuchtungssystems. Dazu stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung: Durchführung einer Grobanalyse (Benchmarking): Durch den Vergleich von Messwerten auf Jahresbasis mit spezifischen Kennzahlen aus der Literatur kann der Energieverbrauch und die Lichtqualität der Beleuchtungsanlage relativ rasch bewertet werden. Ein Nachteil dieser Methode ist die geringe Aussagekraft der Ergebnisse. Durchführen einer Detailanalyse (Potentialabschätzung): Bei dieser Methode werden mögliche Optimierungsmaßnahmen anhand von Messwerten auf Stundenbasis untersucht und bewertet. Der Aufwand für die Durchführung einer solchen Analyse ist relativ groß, jedoch bilden die Ergebnisse eine sehr gute Entscheidungsgrundlage. In dem folgenden Kapitel werden die beiden Methoden in Abhängigkeit des zu untersuchenden Gegenstandes beschrieben. 4.1 Analyse des Energieverbrauchs Durchführung einer Grobanalyse - Benchmarking Bei einer Grobanalyse wird der Energieverbrauch des Beleuchtungssystems mit spezifischen Kennzahlen aus der Literatur verglichen und bewertet. In der Regel gilt: Liegt der Messwert über dem Benchmark Wert sollte eine Optimierungsmaßnahme umgesetzt werden. In folgenden Regelwerken finden sich Anforderungen an die Energieeffizienz von Beleuchtungssystemen und deren Komponenten in Nicht-Wohngebäuden (siehe Tabelle 4-1): Tabelle 4-1: Anforderungen an die Energieeffizienz (Quelle: siehe Spalte Regelwerk) Regelwerk: ÖNORM EN LENI (lighting energy numeric indicator) [kwh/m²a] Regelwerk: ÖNORM H 5059 LENI (lighting energy numeric indicator) [kwh/m²a] Regelwerk: SIA-NORM 380/4 LENI (lighting energy numeric indicator) [kwh/m²a] Verfügbar für 8 Gebäudearten und in Abhängigkeit der Regelungsart (manuell oder automatisch); Beispiel Produktionsbetrieb, manuelle Regelung: 43,7 kwh/m²a; Detailinformationen siehe Anhang 3 Verfügbar für 14 Gebäudenutzungsarten. Die aus diesem Regelwerk herangezogene Kennzahl fließt in Österreich in die Energieausweisberechnung ein und führt indirekt zu einer Anforderung an die Energieeffizienz von Beleuchtungssystemen. Beispiel Verkaufsstätten: 70,6 kwh/m²a Generell ist zu unterscheiden zwischen Einzelanforderungen (z.b. an die Lichtqualität; siehe Abschnitt 4.1.2) und Anforderung an das System (unter anderem an den Energieverbrauch). Der ermittelte Beleuchtungsenergiebedarf für das Gebäude fließt in der Schweiz als Kriterium zur Bewertung von Gebäuden nach dem Minergie Standard ein. Beispiel Produktion (grobe Arbeit): 31 kwh/m²a; Detailinformationen siehe Anhang 3 17

22 Regelwerk: Verordnung (EG) Nr. 245/2009 (Ökodesign-Richtlinie) Wirkungsgrad des Vorschaltgeräts [ ] Abhängigkeit des Zeitraums nach dem Inkrafttreten der Für folgende Typen von Vorschaltgeräten wurden in Verordnung, Anforderungen festgelegt (Grenzwerte siehe Verordnung): Stromverbrauch der Leuchte im Vergleich zum Gesamtstromverbrauch des Vorschaltgerätes Lichtausbeute [lm/w] LLMF [ ]3 LSF [ ]4 Umschaltbare Vorschaltgeräte Ausgewählte steuerungsunfähige Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen Vorschaltgeräte für Hochdruckentladelampen Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen ohne eingebautes Vorschaltgerät Für folgende Leuchtentypen wurden in Abhängigkeit des Zeitraums nach dem Inkrafttreten der Verordnung, Anforderungen festgelegt (Grenzwerte siehe Verordnung): Leuchten für Leuchtstofflampen ohne eingebautes Vorschaltgerät Leuchten für Hochdruckentladungslampen Für folgende Lampentypen wurden in Abhängigkeit des Zeitraums nach dem Inkrafttreten der Verordnung, Anforderungen festgelegt (Grenzwerte siehe Verordnung): Leuchtstofflampen ohne eingebautes Vorschaltgerät Einsockel-Leuchtstofflampen welche mit - einem elektromagnetischen und einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben werden - nur mit einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben werden mit einer quadratischen Form oder (sehr) hoher Lichtleistung Zweisockel-Leuchtstofflampen (alle Durchmesser) Hochdruckentladungslampen Hochdruck-Natriumdampflampen Metallhalogenidlampen Sonstige Hochdruckentladungslampen 3 Lampenlichtstromerhalt (englisch: Lamp Lumen Factor; abgekürzt: LLMF): Diese Kennzahl beschreibt das Verhältnis zwischen den ausgesendeten Lichtstrom an einem angegebenen Zeitpunkt und dem ursprünglichen Lichtstrom. 4 Lampenüberlebungsfaktor (englisch: Lamp Survival Factor; abgekürzt: LSF): Diese Kennzahl beschreibt den Anteil an noch funktionsfähigen Lampen bezogen auf die Gesamtanzahl an einem angegebenen Zeitpunkt und unter vorgegebenen Bedingungen und Schaltfrequenzen. 18

23 Generell gilt, dass der Energieverbrauch nicht auf Kosten der Lichtqualität gesenkt werden darf (siehe dazu ÖNORM EN ). Eine Minimierung des Energieverbrauchs ist entsprechend der Norm unter anderem möglich durch Tageslichtnutzung, Berücksichtigung der Raumbelegung und der klimatischen Bedingungen, Verbesserung der Wartungseigenschaften und Optimierung der Lichtsteuerung/-regelung Durchführung einer Detailanalyse Potentialabschätzung Für die Abschätzung und Bewertung des Optimierungspotentials gilt es den Zustand der Beleuchtungsanlage vor der Umsetzung der Maßnahme (vorher) und den Zustand nach der Umsetzung der Maßnahme (nachher) zu beschreiben. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu untersuchen. Empfohlen wird eine Bewertung auf Stundenbasis. Generell kann unterschieden werden zwischen Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln und Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln: Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln: Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Lichtregelung Optimierung des Raumwirkungsgrades Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln: Ersatz des Vorschaltgerätes Ersatz der Leuchte Ersatz der Lampe Eine genauere Beschreibung der einzelnen Maßnahmen und die Auswirkung auf den Energieverbrauch finden sich in Kapitel 5 und Analyse der Lichtqualität Die Anforderungen an die Lichtqualität ergeben sich primär aus den Merkmalen der Sehaufgabe und dem Sehvermögen der Person. Weiters wird unterschieden zwischen Anforderungen im direkten Bereich der Sehaufgabe und den Anforderungen im unmittelbaren Umgebungsbereich und Hintergrundbereich (vgl. dazu auch die ÖNORM EN , 2011). Die Anforderungen hinsichtlich den Kriterien: Beleuchtungsstärke, Blendung und Farbwiedergabe variieren relativ stark in Abhängigkeit der Aufgabe und der Tätigkeiten und werden deshalb für folgende Innenraumbereiche einzeln angegeben. Verkehrszonen innerhalb des Gebäudes Allgemeine Bereiche innerhalb von Gebäuden Industrielle und handwerkliche Tätigkeiten Büros Verkaufsräume Öffentliche Bereiche Ausbildungseinrichtungen Gesundheitseinrichtungen Verkehrsbereiche 19

24 4.2.1 Durchführung einer Grobanalyse Benchmarking Bei einer Grobanalyse geht es darum, die gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der Lichtqualität zu überprüfen. Folgende Checks sind dabei durchzuführen: Nachweis der Beleuchtungsstärke: Für den Nachweis ist die Beleuchtungsstärke mit Hilfe eines Luxmeter zu bestimmen (siehe Abschnitt 3.2.2) und mit dem Wartungswert der Beleuchtungsstärke zu vergleichen (Wert, unter den die mittlere Beleuchtungsstärke nicht sinken darf). Für die Praxis gelten im Allgemeinen folgende Richtwerte (vgl. Tabelle 4-2): Tabelle 4-2: Allgemeine Anforderungen an die Beleuchtungsstärke (Quelle: Entnommen aus ÖNORM , 2011) Anforderung Beispiele für Nutzungseinheiten Verkehrsflächen Verkehrsflächen, Flure, Lagerbereiche, Vorrats-, Lagerräume Laderampen, Treppe, Fahrwege mit Personenverkehr (HR- Lager) Grobe Arbeiten Kantinen, Teeküchen, Waschräume, Räume für haustechnische Anlagen, Materialaufbereitung, Arbeiten an Öfen und Mischern (Zement) Vorbereitungs- und Backräume in Bäckereien, Kabel- Drahtherstellung, Sortieren und Waschen von Produkten, Mahlen, Mischen, Abpacken (Nahrungsmittelindustrie), Schneiden und Sortieren von Gemüse, Draht- und Rohrzieherei, Druckgießerei, Schweißen, Arbeiten an der Hobelblank, Leimen, Zusammenbau Mittlere Endbearbeitung, Glasieren, Dekorieren, Arzneimittelherstellung, Reifenproduktion, Arbeitsplätze in Schlachthöfen und Anforderung Fleischereien, Kontrolle von Gläsern und Flaschen, Lederfärben, Schuhmacherei, Handschuhherstellung, Feine Maschinenarbeiten (Metallbe- und -verarbeitung), Zuschneiden, Vergolden, Papiersortierung (Druckereien ), Spinnen, Sehr feine Arbeiten Weben, Flechten, Karosseriebau, Montage Farbkontrolle, -prüfung, Qualitätskontrolle, Schleifen, Verzieren (Glasindustrie), Lackieren, Ausbessern (Automobilbau) Bearbeitung Herstellen von Edelsteinen, Uhrenmacher, Elektronikwerkstätten, Prüfen und Justieren (Elektroindustrie) Ē [lx] m 100 lx 150 lx 200 lx 300 lx 500 lx lx lx 20

25 Nachweis der Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke: Für den Nachweis ist der Quotient aus der minimalen Beleuchtungsstärke und der mittleren Beleuchtungsstärke zu bestimmen. Folgende Mindestwerte der Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke Uo sollten nicht unterschritten werden: Im Bereich der Sehaufgabe: Abhängig von der Sehaufgabe; siehe ÖNORM Im unmittelbaren Umgebungsbereich: Uo 0,40 Im Hintergrundbereich; Uo 0,10 Nachweis der Blendung: Unter Blendung versteht man Störungen durch zu hohe Leuchtdichten. Für den Nachweis ist der URG-Wert nach der Tabellenmethode des CEI Unified Glare Rating-Verfahrens (URG) zu bestimmen (Mehr Informationen siehe ÖNORM 12464). Typische Werte liegen bei 25. Für Bildschirmtaugliche Bürobeleuchtung sollte der URG-Wert unter 19 liegen. Nachweis der Farbwiedergabe: Für den Nachweis ist der Farbwiedergabe-Index zu bestimmen bzw. vom Datenblatt der Leuchte abzulesen. Typische Werte liegen bei R a = 80. Weitere Anforderungen an die Farbwiedergabe von einzelnen Leuchten findet sich zudem in der Verordnung (EG) Nr. 245/2009 zur umweltgerechten Gestaltung und den Betrieb von Leuchtstofflampen ohne eingebautes Vorschaltgerät, Hochdruckentladungslampen sowie Vorschaltgeräte und Leuchten. Neben den in der Norm genannten Kriterien gibt die SIA-NORM weiters Grenzwerte für den Reflexionsgrad der Lamellen von Sonnenschutzsystemen und von Räumen vor (Werte siehe Tabelle 4-3). Zusammengefasst ergeben sich somit beispielhaft in einer Papier- und Papierwarenfabrik folgende Anforderungen an die Lichtqualität (siehe Tabelle 4-3): Tabelle 4-3: Anforderung an die Beleuchtung in einer Papier- und Papierwarenfabrik (Quelle: ÖNORM , 2011) Bereich der Tätigkeit Ē [lx] URG m [] L Uo [] R [] a Arbeiten an Holländern, Kollergängen, Holzschleiferei ,4 80 Papierherstellung und -verarbeitung, Papier- und Wellenpappenmaschinen, Kartonagenfabrikation Allgemeine Buchbinderarbeiten, z.b. Falten, Sortieren, Leimen, Schneiden, Prägen, Nähen , ,6 80 Reflexionsgrad der Lamellen zwischen 40 % bis 60 %; Decke: 70 %; Wände; 50 %; Boden: 20 % Durchführung einer Detailanalyse Potentialabschätzung Für die Abschätzung und Bewertung des Optimierungspotentials gilt es den Zustand der Beleuchtungsanlage vor der Umsetzung der Maßnahme (vorher) und den Zustand nach der Umsetzung der Maßnahme (nachher) zu beschreiben. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu untersuchen. Empfohlen wird eine Bewertung auf Stundenbasis. Generell kann unterschieden werden zwischen Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln und Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln: 21

26 Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln: Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Lichtregelung Optimierung des Raumwirkungsgrades Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln: Ersatz des Vorschaltgerätes Ersatz der Leuchte Ersatz der Lampe Eine genauere Beschreibung der einzelnen Maßnahmen und die Auswirkung auf die Lichtqualität finden sich im Kapitel 5 und Analyse der Wirtschaftlichkeit Eine wirtschaftliche Betrachtung ist immer dann durchzuführen, wenn auch eine Bewertung der Energieeinsparung und eine Bewertung der Lichtqualität durchgeführt werden. Für eine Bewertung sind die Gesamtkosten pro Jahr zu ermitteln. Diese setzen sich bei einer Beleuchtungsanlage aus folgenden Kostenarten zusammen: Investitionskosten der Beleuchtungsanlage (Installationsmaterial, Betriebsmittel, Leuchte, Lampe und Montage) Laufende Kosten der Beleuchtungsanlage (Energiekosten, Kosten für den Ersatz der Lampen, Reinigungskosten, siehe auch Abschnitt 6.3.3) Typische Investitionskosten finden sich unter: Zugriff am Informationen zu laufenden Kosten finden sich unter Zugriff am ; Energieeinsparung gegenüber ineffizienten Produkten in 10 Jahren In der Regel bieten sich folgende statische Investitionsrechenverfahren für die wirtschaftliche Bewertung der Maßnahmen an: Kostenvergleichsrechnung bzw. Rentabilitätsrechnung. 22

27 4.3.1 Kostenvergleichsrechnung Bei einer Kostenvergleichsrechnung wird generell unterschieden zwischen einer Neuinvestition und einer Ersatzinvestition. Bei einer Ersatzinvestition geht es darum, eine bestehende Beleuchtungsanlage durch eine Beleuchtungsanlage mit einer höheren Energieeffizienz, einer höheren Lichtqualität oder einer höheren Wirtschaftlichkeit zu ersetzen. Der Zeitpunkt ab dem ein Kostenvorteil entsteht, kann anhand der folgenden Formel errechnet werden: A -./ :; =9 >?@8:= AB: A... statische Amortisationsdauer [a] Investitionskosten [ ] Differenz der laufenden Kosten [ /a] Return on Investment Formel (5) Bei der Berechnung des Returns on Investment (ROI) geht es darum, durch die Kosteneinsparung eine höhere Verzinsung zu erwirtschaften, als eine risikolose Anlageform. Dabei gilt: Desto höher der ROI desto besser. Der ROI kann folgendermaßen berechnet werden: ROI F3GG0H0.I J0H KLMG0.J0. N4120. O:P77B:QB: ROI... Return on Investment [%] Investitionskosten [ ] Differenz der laufenden Kosten [ /a] 100% Formel (6) 4.4 Erstellung eines Bewertungsbogens für die Analyse Für die Durchführung der Analyse kann es hilfreich sein, einen Bewertungsbogen zu erstellen. In diesem sind alle relevanten Informationen einzutragen. Für die Durchführung einer Grobanalyse (Benchmarking) reicht meist eine Bewertung auf Jahresbasis nach folgendem Bewertungsschema (vgl. Tabelle 4-4): Tabelle 4-4: Bewertungsbogen für die Grobanalyse von zwei Zonen (Eigene Quelle) Zone Prozes- se im Energie- verbrauch Energie- verbrauch Abwei- chung Licht- qualität Lichtqualii- tät IST Abwei- chung Betrieb Beleuch- tung SOLL* Beleuch- tung IST SOLL* 1 2 * Für den Benchmarking-Wert ist die Literaturquelle anzugeben; Für die Lichtqualität sind geeignete Faktoren zu wählen (Beispiel: Ē m, URG L, Uo, R a ) 23

28 Um das Optimierungspotential einer Beleuchtungsanlage abzuschätzen (Detailanalyse) gilt es den Zustand der Beleuchtungsanlage vor der Umsetzung der Maßnahme (vorher) und den Zustand nach der Umsetzung der Maßnahme (nachher) zu beschreiben. Empfohlen wird eine Bewertung auf Stundenbasis nach folgendem Schema (bezogen auf einen Standardtag; vgl. Tabelle 4-5): Tabelle 4-5: Bewertungsbogen für die Detailanalyse für eine Zone (Eigene Quelle) Uhr- zeit Pro- zesse im Betrieb Energie- verbrauch Beleuch- tung vorher Energie- ver- brauch Beleuch- tung nachher* Energie- einsparung (berech- net) Licht- quali- tät vorher Lichtqua- lität nacher* Verändee- rung der Lichtqualii- tät (Be- schreibung ) Summe * Es ist anzugeben, welche Maßnahme(n) betrachtet wird (werden); Für die Lichtqualität sind geeignete Faktoren zu wählen (Beispiel: Ē m, URG L, Uo, R a ) Für eine Betrachtung auf Jahresbasis ist das Ergebnis mit der Anzahl der Betriebstage pro Jahr zu multiplizieren (Arbeitstage 2013: 261; Zugriff am ; abzüglich der Feiertage = 247 Tage). 24

29 Für eine genauere Analyse von bestimmten Maßnahmen (z.b. Optimierung der Tageslichtnutzung) wird empfohlen die Bewertung für zumindest vier charakteristische Tage durchzuführen (abhängig von der Jahreszeit) und entsprechend hochzurechnen. Dadurch erübrigt sich die Suche nach einem durchschnittlichen Tag, da die Jahresgangkurve relativ genau nachgebildet werden kann. Empfohlen wird eine Bewertung an folgenden vier Tagen: 21. März 90 Tage 60 Tage 21. Juni 91 Tage 63 Tage 23. September 92 Tage 64 Tage 21. Dezember 91 Tage 60 Tage 364 Tage 247 Tage (Arbeitstage Mo-Fr abzgl. Feiertage) Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Durch die Darstellung von mehr als vier Beispieltagen kann die Genauigkeit der Ergebnis noch weiter gesteigert werden, erfordert in der Regel aber den Einsatz eines Simulationsprogrammes. Folgende Standardprogramme stehen für detailliertere Auswertungen zur Verfügung: DIALux ( Zugriff am ) Relux ( Zugriff am ) Eine umfassende Analyse der Lichtqualität kann in einem der zwei österreichischen Lichttechniklabors durchgeführt werden: Lichtlabor Bartenbach ( Zugriff am ) Lichtlabor Donau-Universität Krems ( Zugriff am ) Für die Folgeabschätzung bzw. Berechnung der Wirtschaftlichkeit sind anschließend die Eigenschaften des Beleuchtungssystems vor und nach der Umsetzung der Maßnahme zu beschreiben (vgl. Tabelle 4-6). 25

30 Tabelle 4-6: Bewertungsbogen für die Folgeabschätzung (Eigene Quelle) Indikator Vor der Umsetzung der Maßnahme Nach der Umsetzung der Maßnahme Steuerung / Bedienbarkeit Bezug zur Außenwelt Umweltbelastung Optik der Beleuchtungsanlage Abhängigkeit gegenüber den Umgebungsbedingungen (Erschütterung, Spannungsschwankungen, Schalthäufigkeit, Umgebungstemperatur) Lebensdauer der Lampen Energiekosten Wartungsaufwand (Lampenersatz) Reinigungsaufwand 26

31 5 Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungs- mitteln Maßnahmen (relativ) unabhängig von den Beleuchtungsmitteln sind immer dann besonders relevant, wenn die in der Tabelle 5-1 gegebenen Bedingungen erfüllt sind. Tabelle 5-1: Bedingungen, bei denen die Umsetzung einer Optimierungsmaßnahme untersucht werden sollte (Eigene Quelle) Maßnahme Submaßnahme Einbau von transparenten oder transluzenten vertikalen Bauteilen Einbau von Lichtlenksystemen Maßnahme besonders relevant wenn keine transparenten Bauteile vorhanden sind.... transparente Bauteile vorhanden sind. Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Lichtregelung Optimierung des Raumwirkungsgrades Einbau von transparenten horizontalen Bauteilen Einbau von Lichtleitsystemen Optimierung der bestehenden Bauteile Sensibilisierung der Mitarbeiter Einbau eine Aktors Einbau eines Steuersystems Einbau eines Regelsystems Ersatz der Leuchte Veränderung der Raumaufteilung Oberflächenbehandlung... keine transparenten horizontalen Bauteile vorhanden sind.... keine konventionelle Tageslichtnutzung möglich ist.... die lichttechnischen Eigenschaft der bestehenden Fenstergläser mangelhaft sind.... immer relevant.... eine manuelle Ein-Aus Schaltung vorhanden ist.... ein Aktor vorhanden ist.... ein Steuersystem vorhanden ist.... eine Deckenleuchte oder eine Leuchte mit einer nicht optimalen LVK installiert ist.... eine Veränderung der Raumnutzung bzw. -aufteilung möglich ist.... ein indirektes Beleuchtungssystem installiert ist bzw. die Raumoberflächen mit dunklen Farben gestaltet sind. 27

32 5.1 Optimierung der Tageslichtnutzung Ausgangslage In den Brachen Gewerbe- und Industrie wird zum Schutz vor äußeren Einflüssen ein Großteil der zu erledigenden Tätigkeiten innerhalb von Gebäuden durchgeführt. Dies ermöglicht den Einsatz von technischen Systemen zur Herstellung jedes beliebigen Raumklimas (Temperatur, Feuchte, Lichtqualität...) unabhängig von den äußeren Gegebenheiten. Auf der anderen Seite wird aufgrund der lokalen Gegebenheiten oftmals auf den (hybriden) Einsatz von natürlich vorkommenden Ressourcen (z.b. Tageslicht) verzichtet. Generell gilt: Durch die erhöhte Nutzung von Tageslicht kann das Wohlbefinden und die Gesundheit gesteigert werden können die solaren Wärmegewinne gesteigert werden (Thema Heizwärmebedarf) und kann der Energiebedarf für die Bereitstellung von künstlichem Licht reduziert werden. Auf der anderen Seite ist zu beachten, dass die Tageslichtnutzung zeitlich und saisonal beschränkt ist durch das Wetter beeinflusst ist räumlich begrenzt ist (Thema Lichtverteilung) zur Blendung in Fensternähe führen kann (Thema Lichtqualität) und zur sommerlichen Überhitzung von Räumen führen kann (Thema Kühlenergiebedarf). Zusammenfassend geht es also darum, die Vorteile, welche sich aus der Tageslichtnutzung ergeben, zu maximieren, ohne auf die Nachteile zu vergessen (Liste siehe oben) Optimierungsvarianten Generell gilt, dass die Tageslichtnutzung nur in den seltensten Fällen als einzige Lichtlösung eingesetzt werden kann. In Zeiten mit geringem Tagelichtanteil bzw. in Zeiten mit erhöhten Lichtanforderungen ist die Lichtqualität mit einem konventionellen System herzustellen (hybrides System). Zur Optimierung der Tageslichtnutzung stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung (vgl. Tabelle 5-2) 28

33 Tabelle 5-2: Möglichkeiten zur Optimierung der Tageslichtnutzung; Referenzszenario: Raum ohne transparente Bauteile Möglichkeit Bildbeschreii- bung 5 Varianten Vor- und Nachteile Einbau von transparenten oder transluzenten vertikalen Bauteilen Einbau von Lichtlenk lenksystemen Fenster, transparente Türen, transparente Garagentore, Glasbausteine Lenkjalousien, holografischoptische Elemente, lichtreflektierende Decken + Sichtverbindung nach außen möglich (Interaktion mit der Außenwelt; gilt nur für transparente Bauteile) - Geringe Raumtiefe - Verschattung durch umliegende Bäume möglich - Fensterflächen sollten rund 10 % der Raumgrundfläche betragen (OIB 3) Zusätzlich zu transparenten Bauteilen + Tieferliegende Raumbereiche können erreicht werden + Maximale Raumtiefe: 4 bis 7 Meter + Auch bei bedecktem Himmel wirksam Einbau von transparenten horizontalen Bauteile Lichtkuppel, Lichtbänder, Sheddächer (Sammelbegriff: Oberlichter) + Dreifach höhere Leuchtdichte als bei Seitenlicht + Nutzung des thermischen Auftriebs zur natürlichen Entlüftung, Rauchabzug Bedienbarkeit Oberlichter sollten rund 8% der Raumgrundfläche betragen 5 Bildquelle: Baunetz Wissen, 2013 bzw. Itore,

34 Möglichkeit Bildbeschreii- bung 5 Varianten Vor- und Nachteile Einbau von Lichtleit leitsystemen Heliostaten, Lichtkamine, Lightpipes Licht kann weiter als bei Lichtlenksystemen transportiert werden (bis zu 20 Meter) Entlegene Räume können mit Tageslicht versorgt werden - Nur bei direkter Sonneneinstrahlung möglich - Hoher technischer Aufwand (Regelung) - Keine Doppelnutzung möglich Optimierung der bestehenden Bauteilen Ersatz von Glaselementen Lichtdurchlässigkeitsfaktor sollte mindestens 0,65 betragen (OIB 3) Bewertung der Energieeinsparung, Lichtqualität und Wirtschaftlichkeit Bewertung der Energieeinsparung Die Energieeinsparung ergibt sich in erster Linie durch die Reduktion der Betriebszeiten der elektrischen Beleuchtungsanlage. In der Regel gilt: Das Beleuchtungssystem kann ausgeschaltet werden, wenn die Qualität des Tageslichtes zumindest gleich groß ist wie die geforderte Lichtqualität im Inneren des Raumes. Der Zusammenhang zwischen diesen beiden Kenngrößen wird über den Tageslichtquotienten beschrieben. Dieser gibt das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsstärke an einem Punkt im Innenraum (E p ) und der gleichzeitig vorhandenen horizontalen Beleuchtungsstärke im Freien bei bedecktem Himmel und unverbauter Himmelshalbkugel an (E a vgl. auch Abbildung 5-1). 30

35 Abbildung 5-1: Zusammensetzung und Einflussparameter des Tageslichtquotienten (Quelle: Jung, N.J) Für den Tageslichtquotienten gilt: Der Tageslichtquotient setzt sich aus der Summe des direkten Anteils des Himmelslichtes, dem Außenreflexionsanteil und dem Innenreflexionsanteil zusammen. Weiters sind die Verluste durch Verglasung, Versprossung und Verschmutzung zu berücksichtigen. Daraus ergibt sich, dass sich in Abhängigkeit der gewählten Verbauung unterschiedliche Tageslichtquotienten ergeben. In der folgenden Abbildung 5-2 und Abbildung 5-3 finden sich Beispiele für Tageslichtquotienten bei unterschiedlichen Verbauungssituationen. 31

36 Abbildung 5-2: Tageslichtquotient in Abhängigkeit der Raumsituation. K F =Fensterfläche zu Raumgrundfläche (Quelle: FH Münster, 2013) Es ist deutlich zu erkennen, dass bei Oberlichten in der Regel sehr viel höhere Tageslichtquotienten erreicht werden können als bei seitlich verbauten Fenstern. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Leuchtdichte am Zenit höher ist als die Leuchtdichte in der Horizontalen. Ein weiterer Vorteil von Oberlichten ist, dass Sie in der Regel nicht durch benachbarte Elemente verschattet werden (vgl. auch Tabelle 5-2). Abbildung 5-3: Räumliche Verteilung des Tageslichtquotienten im Detail. In den Grafiken ist zu erkennen, dass der Tageslichtquotient mit der Raumtiefe abnimmt (Quelle: Baunetz Wissen, 2013 und Schottke, 2007) Für die horizontale Beleuchtungsstärke im Freien bei bedecktem Himmel gilt: Diese ist vom Standort, der Jahreszeit und der Uhrzeit abhängig (vgl. auch Abbildung 5-4). 32

37 Abbildung 5-4: Horizontale Beleuchtungsstärke bei bedecktem Himmel für einen Standort auf 51 nördlicher Breite für verschiedene Monate und Uhrzeiten (Quelle: Hauser, O.J.) Eine detaillierte Beschreibung für die Berechnung des Tageslichtquotienten findet sich in der DIN (Tageslicht in Innenräumen, Teil 3). Aufgrund der Komplexität empfiehlt es sich für die Bestimmung des Tageslichtfaktors eine Software zu verwenden (vgl. Abschnitt 4.4). Bei vertikalen Elementen sollte der Tageslichtquotient im ungünstigsten Punkt im Innenraum mindestens 0,9 % betragen; bei horizontalen Elementen gilt für den ungünstigsten Punkt ein Minimalwert von 4 %. Als grober Richtwerte für den mittleren Tageslichtquotienten bei unterschiedlichen Verbauungssituationen können die Werte aus der Abbildung 5-2 oder aus der Tabelle 5-3 herangezogen werden: Tabelle 5-3: Richtwerte für den mittleren Tageslichtquotienten; nur Seitenlicht; Wärmeschutzfenster; ohne Beschattung oder Verbauung (Quelle: Jung, O.J.) Charakteristik des Innenraums Innenraums Verhältnis Fensterfläche zur zur Bodenfläche [ ] Mittlerer TageslichtTageslichtquotient [%] Sehr helle Räume 0,3 bis 0,5 6 Helle Räume 0,15 bis 0,3 3 0,1 1 < 0,1 0,5 Mittelhelle Räume Tageslicht nur in Fensternahen Zonen 33

38 Kennt man nun den mittleren Tageslichtquotienten und die erforderliche Beleuchtungsstärke im Innenraum, kann man anhand der folgenden Grafik den Anteil der Betriebszeit abschätzen, in welcher der Raum ausschließlich mit Tageslicht beleuchtet werden kann (vgl. Abbildung 5-5): Abbildung 5-5: Zusammenhang zwischen Tageslichtquotient, Beleuchtungsstärke und Betriebszeiten; Betriebszeiten zwischen 7:00 und 17:00 Uhr im Sommer und zwischen 08:00 und 18:00 Uhr im Winter; Grobanalyse (Quelle: IMPULS-Programm, O.J.) 34

39 Für eine Grobanalyse kann die Energieeinsparung anhand der folgenden Formel berechnet werden (vgl. auch Abbildung 5-5): EE U VW X 1YZ P [YVW X 1YZ : [ Formel (7) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/a] P... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone [kw] t B... Betriebsstunden pro Jahr [h/a] f v... Faktor aus der Abbildung 5-5 vor der Umsetzung der Maßnahme [%] f n... Faktor aus der Abbildung 5-5 nach der Umsetzung der Maßnahme [%] Für eine Detailanalyse kann folgende Formel herangezogen werden (vgl. auch Abschnitt 3.3) ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (8) EE ] W X P YW X : Formel (9) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/a] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone [kw] t v... Einschaltdauer pro Stunde vor der Umsetzung der Maßnahme [h] t n... Einschaltdauer pro Stunde nach der Umsetzung der Maßnahme [h] In der Formel nicht enthalten sind die zusätzlichen Energieeinsparungen durch die solaren Gewinne. Bewertung der Lichtqualität Vor der Bewertung ist zu überprüfen, ob bei erhöhter Tageslichtnutzung die Anforderungen an die Lichtqualität auch weiterhin noch erfüllt werden können (Zumindest: Wartungswert und Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke, Blendung, Farbwiedergabe; siehe Abschnitt 4.1.2). In der Regel ergibt sich aber eine Steigerung aller Faktoren der Lichtqualität. Bewertung der Wirtschaftlichkeit Für die Umsetzung dieser Maßnahme ist in der Regel mit relativ hohen Investitionskosten zu rechnen. Neben der Schaffung der Lichtöffnung sind zusätzliche Adaptionen an der Regelung und am Beleuchtungssystem erforderlich. Je nach Umsetzungsgrad sind aber die Investitionskosten relativ schnell wieder eingespielt und sorgen für eine nachhaltige Steigerung der Lichtqualität. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich der Lebenszyklus eines Gebäudes grob in die Phasen Idee/Konzept, Planung, Ausführung, Nutzung/Bereitstellung und Abriss/Umnutzung gliedert. Je weiter man in dem Prozess vorangeschritten ist, desto geringer wird die Beinflussbarkeit und desto größer werden die Lebenszykluskosten (vgl. Abbildung 5-6). 35

40 Abbildung 5-6: Kostenverteilung im Lebenszyklus eines Gebäudes Besonders für die Maßnahme Tageslichtoptimierung ist es daher unverzichtbar, schon in der Planungsphase einen Berater hinzu zu ziehen, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. 36

41 5.1.4 Praxisbeispiel Energieeinsparung: Tageslichtnutzung Bereich: Handel Beispiel: Ikea Innsbruck AUFGABENSTELLUNG (Lichtwirkung VORHER): Abbildung 5-7: Oberlichter geschlossen, Dachaufsicht Halle; Quelle: li LD-Gratzel, re. Kein Oberlicht keinerlei Tageslichteintrag Raum zu 100 % nur mit Kunstlicht beleuchtet Grundbeleuchtung am Tag notwendig Keine natürliche Lichtveränderung im Innenraum NEUE BELEUCHTUNG (Lichtwirkung NACHHER): Abbildung 5-8: Tageslichteintrag, Raumstimmung mit Tageslicht; Quelle :li und mitte LD-Gratzel, re. Peter Marcus Bach, Petermbach.com Tageslichteintrag durch Oberlicht Besonders wirksames und direktes Licht von oben (keine Verbauung, Verschattung) Verbesserte bzw. optimale Farbwiedergabe der Produkte durch Tageslicht Energieeinsparung durch Tageslicht Unterstützung des Gefühls einer Wohnatmosphäre im Verkaufsraum durch Tageslicht 37

42 WIRTSCHAFTLICHKEIT: *1 Einheit nur Kunstlicht Vergleich OL Eintrag durch Kunstlicht ersetzen 105 Stk Leistung /Lampe [W] * bei h Verwendungsdauer und einem Stromtarif von 0,15 /kwh *1 Anteilig für Bereich mit m² Grundfläche und 130 m² Oberlicht gerechnet 5.2 Optimierung der Lichtregelung Ausgangslage Leistung Leistung gesamt gemittelt [W] [kwh/jahr] Kosten / Jahr [ ]* Stück ca. 80 (83 mit EVG) mit Oberlicht bzw. Steuerung 130m² 5.000lm /m² - - NULL 61 Veränderung: kWh/a (-100%) (-100%) Vergleich benötigtes Kunstlicht mit und ohne Steuerung Leistung /Lampe [W] Leistung gemittelt [W] Leistung gesamt [kwh/jahr] Kosten / Jahr [ ]* ca. 80 (83 mit EVG) ca. 80 (83 mit EVG) kWh/a (-45%) Stromkostenersparnis Gesamt /Jahr /Jahr Stromersparnis [KWh]/Jahr [KWh]/Jahr (-45%) Bereits bekannt ist, dass in Abhängigkeit der Sehaufgabe unterschiedliche Anforderungen an die Lichtqualität gestellt werden (vgl. Abschnitt 4.1.2). Auf der einen Seite ergibt sich bereits durch die Optimierung der Tageslichtnutzung eine bestimmte Lichtqualität im Raum. In Kombination mit einem Lichtmanagementsystem können die Vorteile durch die Tageslichtnutzung weiter ausgereizt werden. Es kann jedoch auch vorkommen, dass in manchen Zonen zeitlich unabhängig voneinander unterschiedliche Tätigkeiten durchgeführt werden und daher auch unterschiedliche Anforderungen an die Lichtqualität gestellt werden (Beispiel Besprechungsraum: Allgemeinbeleuchtung, Vortragsbeleuchtung, Orientierungsbeleuchtung). Dies macht es wiederum erforderlich, dass die Lichtqualität in Abhängigkeit der Tätigkeit bzw. der Sehaufgabe verändert werden kann. Dies ist durch den Einsatz eines Lichtmanagementsystems möglich (Sammelbegriff für technische Lösungen zur Regelung und Steuerung von Beleuchtungssystemen). Zusammengefasst ergibt sich somit durch die Optimierung der Lichtregelung ein flexibler, bedarfsgerechter zeitlicher und örtlicher Lichteinsatz bei gleichzeitiger Steigerung des Wohlbefindens und Optimierung des Energieeinsatzes. 38

43 5.2.2 Optimierungsvarianten In Abhängigkeit der Komplexität und Aufgabe des Beleuchtungssystems ergeben sich unterschiedliche Optimierungsmöglichkeiten (vgl. Tabelle 5-4): Tabelle 5-4: Möglichkeiten zur Optimierung der Lichtregelung; Referenzszenario: Manuelle Ein-Aus Schaltung Möglichkeit Varianten Vor- und Nachteile Sensibilisierung der Mitarbeiter Einbau Aktors eines Einbau eines Steuersystems Einbau eines Regelsystems Mitarbeiterschulung, Hinweistafel, Energiemanagement u.v.m. Bewegungsmelder, Zeitschaltuhr, Dämmerungsschalter + Licht schaltet nur bei der vorgegebenen Bedingung ein (Anwesenheit, Zeitraum, Beleuchtungsstärke, Objekterkennung) - Umstellung auf Dauerlicht nicht einfach Aufgrund der erhöhten Schalthäufigkeit brauchen Leuchtstoff- oder Kompaktleuchtstofflampen ein elektronisches Vorschaltgerät Dimmer, Außenlichtsensor, Lichtsensor im Raum (Konstantlichtregelung), Lichtsensor an einzelnen Lampen, Kombination mit Aktoren DALI (Digital Addressable Lighting Interface) + Relativ einfach + Kein Umbau erforderlich + Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Tätigkeit + Optimale Ausnutzung des Tageslichtes Komponenten der Beleuchtungsanlage müssen dimmbar sein Für nicht dimmbare Lampen: Automatiksteuerung (stufenlose Abschaltung) + Regelung der Lichtqualität möglich + Integration in das Gebäudemanagementsystem möglich + Programmierbare Beleuchtungsszenen auf Knopfdruck Geeignete Komponenten inkl. Bussystem erforderlich Verlustleistung der Regelung relativ groß Damit eine Optimierung der Lichtregelung durchgeführt werden kann, müssen bestimmte Voraussetzungen gegeben sein: Verwendung eines Aktors: Einzelne Leuchten oder Leuchtengruppen müssen individuell bedienbar sein; dies erfordert in der Regel eine eigene elektrische Zuleitung pro Leuchte bzw. Leuchtengruppe Verwendung eines Steuersystems: Die einzelnen Komponenten der Beleuchtungsanlage müssen dimmbar sein Verwendung eines Regelsystems: Die einzelnen Komponenten der Beleuchtungsanlage müssen mit dem Regelsystem kompatibel sein 39

44 Die Verwendung von Aktoren, Steuersystemen und Regelsystemen gemeinsam mit Glühlampen und LED ist in der Regel relativ unproblematisch. Diese beiden Lampentypen können direkt nach dem Einschalten wieder ausgeschaltet werden. Bei Entladungslampen (Leuchtstofflampen oder Hochdrucklampen) hingegen ist die Eignung zu prüfen bzw. sind gesonderte Maßnahmen zu setzen. Bei Leuchtstofflampensystemen liegen die wirtschaftlichen Nutzungszeiten bei mindestens 5 bis 10 Minuten (Quelle: SAENA, O.J.) Bewertung der Energieeinsparung, Lichtqualität und Wirtschaftlichkeit Die Energieeinsparung ist abhängig von der durchgeführten Ausbaustufe. Durch den Einbau eines Aktors ergibt sich die Energieeinsparung durch die reduzierten Betriebsstunden. Durch den Einbau eines Steuersystems ergibt sich eine Energieeinsparung hingegen durch den temporären reduzierten elektrischen Leistungsbedarf. Wird hingegen ein komplettes Regelsystem installiert ergibt sich die Energieeinsparung durch die Reduktion der Betriebsstunden und durch die temporäre Senkung des Leistungsbedarfs Einbau eines Aktors Bewertung der Energieeinsparung Wird ein Aktor eingebaut (Bewegungsmelder, Zeitschaltuhr, Dämmerungsschalter) können in der Regel folgende Einsparungen pro Jahr erzielt werden (Grobanalyse): Tabelle 5-5: Einsparpotentiale durch die Benützung von Aktoren (Quelle: UEG, 2006 und Energieagentur NRW, 2013) Räumlichkeit Energieeinsparung pro Jahr [%] Bewegungsmelder Einzelbüro 13 bis 50 % Bewegungsmelder Großraumbüro 20 bis 28 % Bewegungsmelder Klassenzimmer 40 bis 46 % Bewegungsmelder Konferenzraum 22 bis 65 % Bewegungsmelder Gänge 30 bis 80 % Bewegungsmelder Lager, Toiletten 45 bis 80 % Bewegungsmelder in weniger frequentierten Räumen 20 bis 80 % Zeitschaltuhren Je nach Raumnutzung 20 bis 80 % Ein genaueres Ergebnis ergibt sich nach der Durchführung folgender Bewertungsmethode (Detailanalyse; vgl. auch Abschnitt 3.3): ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (10) EE ] W X P YW X : Formel (11) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/a] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone [kw] t v... Einschaltdauer pro Stunde vor der Umsetzung der Maßnahme [h] t n... Einschaltdauer pro Stunde nach der Umsetzung der Maßnahme [h] 40

45 Die Betriebsstunden vor bzw. nach der Umsetzung der Maßnahmen können durch die Definition von einfachen Szenarien abgeschätzt werden. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu untersuchen. Es gilt zu beachten, dass die Verlustleistung von Bewegungsmeldern 1W nicht übersteigen sollte (Quelle: Zugriff am ; siehe auch Maßnahme Steuerung und Regelung). Bewertung der Lichtqualität Die Lichtqualität bleibt in der Regel unverändert (bei geeignetem Leuchtmittel). Bewertung der Wirtschaftlichkeit Diese Maßnahmen können meist mit relativ geringen Geldmitteln umgesetzt werden. Je nach Umsetzungsgrad können relativ hohe Energiekosteneinsparungen erzielt werden Einbau eines Steuersystems Bewertung der Energieeinsparung Wird hingegen ein Steuersystem eingebaut (Dimmer, Außenlichtsensor, Lichtsensor im Raum, Lichtsensor an einzelnen Lampen), kann die Energieeinsparung folgendermaßen quantifiziert werden (Detailanalyse; vgl. auch Abschnitt 3.3): ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (12) EE ] W P XYW : X Formel (13) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/h] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P v... P n... [kw] t... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] Elektrische Anschlussleistung für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme Einschaltdauer pro Stunde [h] Die elektrische Anschlussleistung für eine Zone zum Zeitpunkt t vor bzw. nach der Umsetzung der Maßnahmen kann durch die Definition von einfachen Szenarien abgeschätzt werden. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen bzw. die horizontale Beleuchtungsstärke im Freien bei bedecktem Himmel genau anzuschauen (vgl. Abbildung 5-4). Weiters sollte die Verlustleistung der Steuersysteme in der Bilanzierung nicht vergessen werden (siehe auch Maßnahme Regelung). Bei der Nachrüstung von Dimmsystemen ist zu beachten, dass der Zusammenhang zwischen Lichtmenge und elektrischer Leistung nicht linear ist und vom Lampentyp abhängig ist (vgl. Abbildung 5-9). 41

46 Abbildung 5-9: Zusammenhang zwischen Lichtmenge und elektrischer Leistung (Quelle: Tschudy, 2012 ) Bewertung der Lichtqualität Die Lichtqualität kann durch den Einbau von Regelsystemen gesteigert werden (z.b. schaltet sich die Beleuchtungsanlage automatisch ein, wenn die Beleuchtungsstärke unter einen vorgegebenen Wert fällt). Bewertung der Wirtschaftlichkeit Diese Maßnahmen können meist mit relativ geringen Geldmitteln umgesetzt werden. Je nach Umsetzungsgrad können relativ hohe Energiekosteneinsparungen erzielt werden. 42

47 Einbau von Regelsystemen Bewertung der Energieeinsparung Eine grobe Abschätzung der reduzierten Volllaststunden in Abhängigkeit der Tageslichtnutzung kann mit Hilfe der folgenden Grafik durchgeführt werden: Abbildung 5-10: Volllaststunden pro Tag in Abhängigkeit der Regelungsart (Tageslichtregelung oder manuelle Schaltung) und dem Verhältnis Fenster- zu Bodenfläche (Quelle: toplicht.ch, 2013) Abbildung 5-10 zeigt, an wie vielen Stunden pro Tag die Beleuchtungsanlage eingeschaltet sein muss, um eine über den Tag konstante Beleuchtungsstärke zu erzielen. In diesen Zeitfenstern kann für die stündliche Berechnung mit der vollen installierten elektrischen Anschlussleistung gerechnet werden. Es gilt aber zu beachten, dass die Energieeinsparung von Regelsystemen relativ stark von der Verlustleistung der Regelung abhängig ist. Durch den Einsatz von zusätzlichen Komponenten zur Regelung des Beleuchtungssystems ergibt sich auch außerhalb der Betriebszeiten ein Energiebedarf. Wie in Abbildung 5-11 beispielhaft dargestellt, ergibt sich für eine Tageslichtregelung bei jährlichen Volllaststunden unter h/a und einer Verlustleistung von 5 W ein zusätzlicher Energiebedarf von 5% (Gilt für das unten angeführte Beispiel; rote Linie; Lampenleistung 120W). Deshalb sollten Komponenten mit geringen Verlustleistungen gewählt werden bzw. diese in den Nachtstunden vom elektrischen Stromnetz getrennt werden. 43

48 Abbildung 5-11: Auswirkung der Verlustleistung der Tageslichtregelung auf die Energieeinsparung (Quelle: toplicht.ch, 2013) Daher berechnet sich die Energieeinsparung von Steuersystemen folgendermaßen (Detailanalyse; vgl. auch Abschnitt 3.3): ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (14) EE ] VW P W no_p [ X P!YVW : W no_: [ X :! Formel (15) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/h] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P v... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] P Reg_v... Elektrische Verlustleistung der Regelung für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] P n... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme [kw] P Reg_v... Elektrische Verlustleistung der Regelung für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme [kw] t v... t n... Einschaltdauer pro Stunde vor der Umsetzung der Maßnahme [h] Einschaltdauer pro Stunde nach der Umsetzung der Maßnahme [h] 44

49 Auch hier gilt wieder: Die elektrische Anschlussleistung der Beleuchtungsanlage und der Regelung und die Betriebsstunden vor bzw. nach der Umsetzung der Maßnahmen können durch die Definition von einfachen Szenarien abgeschätzt werden. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu entwickeln. Bewertung der Lichtqualität Die Lichtqualität kann durch den Einsatz eines Steuersystems gesteigert und auf jedes beliebige Szenario angepasst werden. Bewertung der Wirtschaftlichkeit Die Umsetzung dieser Maßnahme kann mitunter relativ kostenintensiv sein. Aufgrund des hohen Automationsgrades ist jedoch mit relativ hohen Energieeinsparungen zu rechnen. Neben den technischen Faktoren gilt es auch psychologische Effekte zu beachten (z.b. kann ein zu hoher Grad an Automatisierung zu Unzufriedenheit führen) Praxisbeispiel Energieeinsparung: Tageslichtnutzung, Lichtregelung Bereich: Einkaufszentrum Beispiel: Kufstein Galerien AUFGABENSTELLUNG (Lichtwirkung GEPLANT): Abbildung 5-12: Lichtstimmung am Tag und in der Nacht geplant; Quelle: Schwaighofer Architekten Kein Oberlicht geplant-> somit keinerlei Tageslichteintrag vorhanden Viel Kunstlicht notwendig -> hoher Energieverbrauch und Unterhalt Höhlenatmosphäre, reiner Innenraum ohne Bezug nach außen Keine natürlichen Lichtstimmungen und Lichtfarben durch Tageslicht 45

50 NEUE BELEUCHTUNG (Lichtwirkung UMGESETZT): Abbildung 5-13: Lichtstimmung umgesetzt; Quelle: Fotowerk Aichner Durch Tageslichtabhängige Steuerung zusätzliche Energieeinsparung Lichtstimmungen verändern sich durch das Außenlicht (Schatten, Lichtfarbe, Brillanz) Längere Verweilzeiten der Besucher durch Tageslicht Tageslichtäquivalent wären ~175 Stk. 80 W Leuchtstofflampen erforderlich - deren Wartung und Unterhalt entfällt WIRTSCHAFTLICHKEIT: Tageslichtbereich Stück Leistung gemittelt [W] Leistung gesamt [kwh/jahr] Kosten / Jahr [ ]* ohne Dimmung/Tageslicht 244 ca mit Tageslicht-Steuerung 244 ca Veränderung: Stromkostenersparnis Gesamt Stromersparnis kwh/jahr (-45%) (-45%) /Jahr [KWh]/Jahr * bei h Verwendungsdauer und einem Stromtarif von 0,15 /kwh Investitionskosten für relevanten Bereich gesamt: ca

51 5.3 Optimierung des Raumwirkungsgrades Ausgangslage Das von einer Lichtquelle emittierte Licht (Lichtstrom), gelangt über verschiedene Wege bis hin zum Empfänger und wird dort als Helligkeit wahrgenommen (Leuchtdichte; vgl. auch Abbildung 2-1). Zur Optimierung der Wegstrecke von der Lichtquelle bis hin zum Empfänger stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Optimierung der direkten Wegstrecke (Thema Beleuchtungsstärke; siehe Abschnitt 6.2) Optimierung der indirekten Wegstrecke (Thema Lichtstärke) Inhalt dieses Kapitels ist die Beschreibung der Optimierung der indirekten Wegstrecke. Die Lichtstärke beschreibt die Menge des Lichts, die in eine bestimmte Richtung abge- strahlt wird. Abhängig von der Lichtstärkeverteilung (=räumliche Verteilung der Lichtstärke) wird unterschieden zwischen Tief- oder breitstrahlenden Leuchten Symmetrisch oder asymmetrisch strahlenden Leuchten Leuchten zur direkten oder indirekten Beleuchtung Kombination verschiedener Lichtstärkeverteilungscharakteristika Die Darstellung der Lichtstärkeverteilung erfolgt in Lichtstärkeverteilungskurven (LVK). In Abbildung 5-14 sind beispielhaft die Lichtstärkeverteilungskurven von Leuchten zur rein direkten Beleuchtung bis hin zu Leuchten zur rein indirekten Beleuchtung dargestellt. In der DIN 5040 erfolgt die Klassifizierung der Lichtstromverteilung nach Kennbuchstaben (A bis E) und zwei Kennziffern (11 bis 63). Abbildung 5-14: Lichtstärkeverteilungskurven von Leuchten zur rein direkten, direkten und indirekten und rein indirekten Beleuchtung; Schnitt in C0-Ebene (Quelle: Volz, O.J.) Daraus ergibt sich, dass das Licht nicht nur auf direktem Weg, sondern auch auf indirektem Weg zum Empfänger gelangen kann (über Reflexion an den beleuchteten Oberflächen). Die Leuchtdichte ist somit nicht nur von den Charakteristika der Leuchte abhängig, sondern auch von den Charakteristika der beleuchteten Oberflächen in unmittelbarer Nähe zur Sehaufgabe (Decke, Wände, Boden). 47

52 Die Charakteristika der Raumflächen kann mit dem sogenannten Raumwirkungsgrad beschrieben werden. Dieser gibt das Verhältnis zwischen dem Lichtstrom, welcher von einer Leuchte austritt, und dem Lichtstrom, welcher an den betroffenen Raumflächen auftrifft, an Optimierungsvarianten Neben der Lichtstärkeverteilung haben auch die Pendellänge, die Raumgröße und die Reflexionseigenschaften der Raumoberfläche einen Einfluss auf den Raumwirkungsgrad. Für eine Senkung des Energiebedarfs und eine Steigerung der Lichtqualität sind folgende Optimierungsmaßnahmen vorstellbar (vgl. Tabelle 5-5): Tabelle 5-6: Möglichkeiten zur Optimierung des Raumwirkungsgrades; Referenzszenario: Deckenleuchte, dunkler Raum Möglichkeit Varianten Vor- und Nachteile Ersatz der Leuchte Veränderung der Raumaufteilung Leuchte mit optimierter Lichtstärkeverteilung, Pendelleuchte anstelle Deckenleuchte Mobile Trennwände, Platzierung der Arbeitsplätze optimieren + Vermehrte Nutzung der Raumflächen - Beleuchtungssystem abhängig von Einrichtungsgegenständen und umgekehrt + Vermehrte Nutzung der Raumflächen zur Beleuchtung - Gegebenenfalls Raumaufteilung nicht für Nutzung optimiert Oberflächenbehandlung Baustoffauswahl, Farbanstrich + Optimierte Nutzung der Raumflächen + Raumdesign von Beleuchtungssystem abhängig Wie viel die Umsetzung der einzelnen Maßnahmen in Hinblick auf Energieeinsparung und Steigerung der Lichtqualität bringt, wird in dem folgenden Abschnitt beschrieben Bewertung der Energieeinsparung, Lichtqualität und Wirtschaftlichh- keit Bewertung der Energieeinsparung In der Praxis ergeben sich durch den Anstrich von Wänden und Decken Energieeinsparungen bis zu 50 % (Grobanalyse; Quelle: Energieagentur NRW, 2013) In der Regel ergibt sich eine Energieeinsparung durch die Reduktion der elektrischen Anschlussleistung. Ein genaueres Ergebnis erhält man nach der Durchführung einer Detailanalyse (vgl. auch Abschnitt 3.3): ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (16) EE ] W P XYW : X Formel (17) 48

53 EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/h] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P v... P n... [kw] t... Elektrische Anschlussleistung für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] Elektrische Anschlussleistung für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme Einschaltdauer pro Stunde [h] Die elektrische Anschlussleistung vor bzw. nach der Umsetzung der Maßnahmen können durch die Definition von einfachen Szenarien abgeschätzt werden. Dazu kann es hilfreich sein, sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu untersuchen. Für eine detaillierte Berechnung der elektrischen Anschlussleistung kann folgende Methode angewandt werden (vgl. auch Abschnitt 3.1.1): & ' & ' p $- $ Formel (18) η () η (* η +_rs η () η (* η +_tu p... E... Einsparung spezifische Leistung [W/m²] Beleuchtungsstärke [lx] p... Planungsfaktor (Verschmutzung und Alterung; normal: 1,25; erhöht: 1,43; stark: 1,67) η LP ) Lichtausbeute Lampe + Vorschaltgerät [lm/w] (Herstellerangabe; siehe auch Tabelle η LB... Leuchtenbetriebswirkungsgrad [ ](Herstellerangaben; siehe auch Tabelle 5-7) η R_vor... Raumwirkungsgrad vor der Umsetzung der Maßnahme [ ] η R_nach... Raumwirkungsgrad nach der Umsetzung der Maßnahme [ ] Tabelle 5-7: Typische Werte für Lichtausbeute und Leuchtenbetriebs-Wirkungsgrad ausgewählter Leuchten (Quelle: toplicht.ch, 2013) Lampe Lichtausbeute [lm/w] Leuchte Leuchtenbetriebs- wirkungsgrad [ ] Glühlampen 75 W Hochvolt- Halogenlampe 300 W Niedervolt- Halogenlampe (IRC- Technologie) 50 W Kompaktleuchtstofflampe 55 W + EVG Leuchtstoffröhre T5 (high Efficiency) 12 lm/w Deckenleuchte, opale Wanne 0,55 18 lm/w Wandleuchte, indirekt 0,65 24 lm/w Einbauleuchte, Spots 0,75 67 lm/w Pendelleuchten 0,85 95 lm/w Lichtleiste, freistrahlen 0,90 49

54 Für eine grobe Abschätzung des Raumwirkungsgrades können folgende Werte herangezogen werden: Tiefstrahler: η ~ 1 R Freistrahlende Leuchten: η ~ 0,5 bis 0,8 R Indirekte Beleuchtung: η ~ 0,3 bis 0,6 R Für eine detailliertere Bestimmung sind sogenannte Raumwirkungsgradtabellen heranzuziehen. Diese sind von der Lichtstärkenverteilung der Leuchte abhängig und werden meist vom Hersteller zur Verfügung gestellt (Angaben beziehen sich auf einen Standardraum mit einer standardisierten Anordnung der Leuchten). Folgende Informationen sind für die Bestimmung des Raumwirkungsgrades erforderlich: Raumindex: Dieser Wert erfasst die geometrischen Verhältnisse der Ausleuchtung und ist rechnerisch zu bestimmen: k L w ]?x k... a... b... h... Raumindex Länge des Raums Breite des Raums Formel (19) Aufhänghöhe der Leuchte über der Nutzebene; bei indirekter Beleuchtung: Höhe des Raumes Reflexionsgrad: Dieser Wert ist abhängig von der Farbe und dem Material der betroffenen Oberflächen (Decke, Wände, Boden). Beispielhaft können folgende Näherungswerte angesetzt werden: Tabelle 5-8: Reflexionsgrade (Quelle: Ganslandt,, Hofmann, 1992) Oberfläche Reflexionsgrad [ ] Richtwert helle Oberfläche 0,8 Richtwert mittelhelle Oberfläche 0,5 Richtwert dunkle Oberfläche 0,3 Weiß 0,7 bis 0,8 Hellgelb 0,6 bis 0,7 Hellgrün, hellrot, hellblau, hellgrau 0,4 bis 0,5 Beige, ocker, orange, mittelgrau 0,25 bis 0,35 Dunkelgrau, dunkelrot, dunkelblau, dunkelgrün 0,1 bis 0,2 Mit Hilfe dieser Informationen lässt sich anschließend der Raumwirkungsgrad bestimmen (vgl. Abbildung 5-15) 50

55 Abbildung 5-15: Raumwirkungsgradtabelle (Quelle: projects-online.de, 2013) Bewertung der Lichtqualität Durch die optimale Abstimmung zwischen Leuchte und Raum kann die Lichtqualität gesteigert werden (z.b. Reduktion der Direktblendung). 51

56 Bewertung der Wirtschaftlichkeit Sowohl die Investitionskosten, als auch die Einsparung an laufenden Kosten ist bei dieser Maßnahme relativ gering. Es zeigt sich, dass in manchen Fällen trotzdem eine wirtschaftliche Umsetzung möglich ist Praxisbeispiel Energieeinsparung: Wahl der Oberflächen Bereich: Büro Beispiel: Besprechungsraum AUFGABENSTELLUNG (Lichtwirkung VORHER): Abbildung 5-16: (Besprechungsraum Bestand; Quelle :li u. re. LD-Gratzel,) Beleuchtungsstärke in lx Dunkle Decke, Wände und Tische (Roh zw %) Geringer Raumwirkungsgrad durch geringe Reflexionsgrade der Oberflächen Der Indirektanteil der Beleuchtungsanlage trägt nur wenig zur Raumhelligkeit bei Die Beleuchtung im Raum erfolgt vorwiegend über den Direktanteil der Beleuchtungsanlage 52

57 NEUE BELEUCHTUNG (Lichtwirkung NACHHER): Abbildung 5-17: (Besprechungsraum mit neuen Materialien; Quelle :li und re. LD-Gratzel, Beleuchtungsstärke in lx Helle Oberflächen an Wänden, Decke (leicht glänzend), und Tischen (Roh zw %) Höherer Raumwirkungsgrad durch höhere Reflexionsgrade der Oberflächen Mehr vertikale Beleuchtungsstärke durch indirekt Anteil von Decke und Wänden Höhere Beleuchtungsstärke im Raum bei gleichem Stromverbrauch Die Beleuchtung im Raum erfolgt durch Indirekt- und Direktanteil der Beleuchtungsanlage WIRTSCHAFTLICHKEIT: Leistung Lumen/Lampe Leistung gesamt Kosten / Jahr Stück [W] [lm] [W] [ ]* E mittel [lx] E min [lx] E max [lx] Bestand 11 ca. 50* Neu 11 ca.50* Veränderung: +/- Null +/- Null +/- Null +/- Null +/- Null ( +23,3%) +56 ( +112%) +81 ( +9,6%) Kostenersparnis Gesamt Helligkeitsgewinn im Mittel 0 /Jahr +23 Prozent 53

58 6 Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln Maßnahmen abhängig von den Beleuchtungsmitteln sind immer dann besonders relevant, wenn die in der Tabelle 6-1 gegebenen Bedingungen erfüllt sind. Tabelle 6-1: Bedingungen, bei denen die Umsetzung einer Optimierungsmaßnahme untersucht werden sollte (Eigene Quelle) Maßnahme Ersatz des Betriebsmittels Submaßnahme Ersatz des Zündgeräts Ersatz des Vorschaltgeräts Ersatz des Transformators Maßnahme besonders relevant wenn ein Glimmstarter verwendet wird.... ein konventionelles Vorschaltgerät verwendet wird.... ein alter Transformator verwendet wird. Ersatz der Leuchte Ersatz des Reflektors (Materialersatz) Ersatz des Reflektors (Veränderung der Form) Einbau/Ersatz des Rasters Einsatz von Filtern Ersatz von Leuchten... ein diffus reflektierender Reflektor mit einer weißen oder matten Oberfläche vorhanden ist.... ein Parabolreflektor vorhanden ist.... Direktblendung vorhanden ist.... spezielle Lichteffekte erzielt werden sollen.... der installierte Leuchtentyp die Sehaufgabe aufgrund seiner Eigenschaft (z.b. keine beweglichen Elemente) nicht erfüllen kann. Ersatz der Lampe Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp gleicher Kategorie (kein Umbau erforderlich) Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp ähnlicher Kategorie ohne Tausch des Leuchtkörpers (Retrofit-Lösung; teilweise Umbau erforderlich) Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp anderer Kategorie inkl. Tausch des Leuchtkörpers (Ersatz der Leuchte)... ein effizienterer Lampentyp auf dem Markt ist.... keine andere Optimierungsmaßnahme möglich ist.... ein effizienterer Lampentyp auf dem Markt ist, jedoch nicht mit der bestehenden Leuchte kompatibel ist. 54

59 6.1 Ersatz von Betriebsgeräten Ausgangslage Bei Entladungslampen wird Licht durch das Anregen von Gasen oder Metalldämpfen erzeugt. Um die chemische Reaktion starten zu können, sind technische Zündvorrichtungen erforderlich (z.b. Starter). Nachdem die Reaktion in Gang gekommen ist, steigt der Lampenstrom an. Um diesen zu begrenzen, sind zusätzliche elektronische Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren oder Spulen in den Lichtkreis integriert. Diese Baugruppen werden als Vorschaltgeräte bezeichnet. Manche Lampen sind mit einer anderen Spannung als der verfügbaren Netzspannung zu versorgen. Dadurch ist der Einsatz von Transformatoren erforderlich, welche die Primärspannung in eine Sekundärspannung umwandeln (erforderlich für z.b. Niedervolt-Halogen- Glühlampen). Für den Betrieb von bestimmten Lampentypen (Entladungslampen und Festkörperstrahler) sind somit zusätzliche Betriebsgeräte erforderlich. Der Leistungsbedarf von diesen Geräten (die so genannte Verlustleistung) ist in der Energiebilanz der Leuchte zu berücksichtigen und kann bis zu 30 % des gesamten Energiebedarfs ausmachen (vgl. Abbildung 6-1). 55

60 Abbildung 6-1: Energiebilanz einer Glühlampe und einer Leuchtstofflampe mit jeweils 18 W unabhängig von der Lichtausbeute; 1: Vorschaltgerät; 2: Leuchtmittel; 3: Starter. (Quelle: NARVA Lichtquellen, 2013) Bei der Optimierung der Betriebsgeräte geht es vorrangig um den Ersatz von bestehenden (alten) Betriebsmitteln mit effizienteren (neuen) Betriebsgeräten. Dabei wird unterschieden zwischen dem Ersatz von Zündgeräten, Vorschaltgeräten und Transformatoren. 56

61 6.1.2 Optimierungsvarianten In Abhängigkeit des Lampentyps ergeben sich unterschiedliche Optimierungsmöglichkeiten (vgl. Tabelle 6-2): Tabelle 6-2: Möglichkeiten für den Ersatz von Betriebsmitteln; Referenzszenario: Ineffizientes Betriebsmittel 6. Lampentyp Möglichkeit Variante Leuchtstofflampen T5 Leuchtstofflampe T8 und T12 Kompakte Leuchtstofflampen Quecksilberdampf- Hochdrucklampen Halogen- Metalldampflampen Impulsgenerator, Zündpulser Natriumdampf- Hochdrucklampen Ersatz des Vorschaltgerätes (EVG) Ersatz des Zündgerätes (GS, SS, TS,) Ersatz des Vorschaltgerätes (KVG, VVG) Ersatz des Zündgerätes Ersatz des Vorschaltgerätes (KVG, VVG) Ersatz des Vorschaltgerätes (KVG) Ersatz des Zündgerätes Ersatz des Vorschaltgerätes (KVG, VVG) Ersatz des Zündgerätes Ersatz des Vorschaltgerätes (KVG, VVG) Spezielle EVGs (z.b. adressierbar, dimmfähig, MultiWatt) ES EVG meist integriert EVG Spezielle VVG EVG Impulsgenerator, Zündpulser EVG LED Ersatz des Transformators EVG Die Vor- und Nachteile der einzelnen Optimierungsvarianten sind im folgenden Abschnitt zusammengefasst. 6 Legende: GS... Glimmstarter, SS... Sicherheitsstarter, TS... Thermostarter, ES... Elektronischer Starter, KVG... Konventionelles Vorschaltgerät, VVG... Verlustarmes Vorschaltgerät, EVG... Elektronisches Vorschaltgerät. 57

62 Ersatz von Zündgeräten Zündgeräte haben keinen direkten Einfluss auf die Energieeffizienz von Beleuchtungssystemen, jedoch gilt es durch den Einsatz von geeigneteren Zündgeräten die Lichtqualität zu erhöhen. Generell wird unterschieden zwischen Zündgeräten ohne Abschaltautomatik (Glimmstarter) und Zündgeräte mit Abschaltautomatik (Sicherheitsstarter, Thermostarter, elektronische Starter). Ein wesentlicher Unterschied ist, dass bei Zündgeräten mit Abschaltautomatik der Startvorgang bei defekten Lampen unterbunden wird und dadurch lästige Geräusche und Flackern vermieden werden. Die Lichtqualität in einer Gruppe mit defekten Lampen kann dadurch erhöht werden. Halogen-Metalldampflampen und Natriumdampf-Hochdrucklampen benötigen aufgrund der hohen Startspannungsimpulse (bis zu 5 kv) Zündgeräte mit speziellen elektronischen Schaltungen (Impulsgenerator, Zündpulser). Ersatz von Vorschaltgeräten Ausgangsbasis ist meist der Betrieb einer Entladungslampe mit einem konventionellen Vorschaltgerät (KVG). Dieses besteht aus einem induktiven Widerstand. Aufgrund des einfachen Aufbaus und der eingesetzten Materialen weisen KVG relativ hohe Energieverluste auf. Eine Optimierungsvariante ist der Umstieg auf ein verlustarmes Vorschaltgerät (VVG). Der Aufbau eines VVG ist ähnlich dem Aufbau eines KVG. Aufgrund des Einsatzes von höherwertigen Materialien sind VVG im Vergleich zu EVG verlustarmer. Eine weitere Optimierungsvariante ist der Umstieg auf ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG). Diese bestehen aus einem Filter, Gleichrichter und einem Hochfrequenzwechselrichter. Neben der Begrenzung des Stroms ermöglichen elektronische Vorschaltgeräte auch die Zündung des chemischen Prozesses. Dadurch kann auf ein zusätzliches Zündgerät, wie es bei den magnetischen Vorschaltgeräten erforderlich ist, verzichtet werden. Elektronische Vorschaltgeräte weisen im Gegensatz zu magnetischen Vorschaltgeräten und in Hinblick auf die Energieeffizienz folgende weitere Vorteile auf (Quelle: licht.de - Teil 12): Relativ geringe Verlustleistung Hohe Lichtausbeute7 Dimm-Möglichkeit Höhere Nutzlebensdauer der Lampe (30 bis 50 %) Längere Lampenwechsel-Intervalle Möglichkeit zur Einbindung in ein Regelsystem Generell ist jedoch zu beachten, dass die neusten Technologien nur mit den neuesten Betriebsgeräten verwendet werden können (z.b. T5 Leuchtstofflampe funktioniert nur mit einem elektronischem Vorschaltgerät) 7 Die höhere Lichtausbeute [lm/w] ergibt sich durch den Hochfrequenz-Betrieb der Lampe (25 bis 70 khz anstelle von 50 Hz). Aufgrund dieser Betriebsart ergeben sich auch einige andere Vorteile im Hinblick auf die Lichtqualität. 58

63 Hinsichtlich der Lichtqualität ergeben sich gegenüber dem Betrieb mit magnetischen Vorschaltgeräten folgende weitere Vorteile: Konstantes ruhiges Licht Kein Elektrodenflimmern Keine stroboskopischen Effekte In Abhängigkeit des gewählten Vorschaltgerätes ergeben sich in der Praxis somit beispielhaft folgende Werte für eine T 58W Leuchtstofflampe (vgl. Tabelle 6-3): Tabelle 6-3: Werte von ausgewählten Parametern einer T 58W Leuchtstofflampe in Abhängigkeit des Vorschaltgerätes (Quelle: Ganslandt, Hofmann, 1992) Parameter KVG VVG EVG Lampenleistung 58 W 58 W 50 W Verlustleistung 13 W 9 W 5 W Systemleistung 71 W 68 W 55 W Lichtausbeute Lichtqualität An dieser Stelle wird auch darauf hingewiesen, dass durch den Einsatz von magnetischen Vorschaltgeräten induktive Lasten entstehen. Diese sind durch entsprechende Maßnahmen zu kompensieren (Thema Blindleistungskompensation; Vorgaben des Energieversorgers beachten). Ein heikles Thema bei Entladungslampen sind Funkstörungen durch den chemischen (Start-) Vorgang. Ersatz von Transformatoren Transformatoren kommen überall dort zum Einsatz, wo Lampen mit einer niedrigeren Spannung als die Netzspannung betrieben werden. Die bevorzugten Spannungsniveaus liegen bei 6, 12 oder 24 Volt. Die klassischen Transformatoren arbeiten mit Spulen und ermöglichen eine galvanische Trennung der beiden Spannungsniveaus (Sicherheitstransformator). Die Verlustleistung kann abhängig von der Betriebsart (Leerlauf, Volllast) zwischen 5 und 20% betragen. Bei Verwendung von Streutransformatoren 8 erreicht man neben der Spannungstransformation auch eine Begrenzung des Stroms. In dieser Funktion finden Transformatoren Verwendung als Vorschaltgeräte. Elektronische Transformatoren hingegen ermöglichen durch den Einsatz von einem Hochfrequenzkreis eine effizientere Umwandlung der Spannung (Verlustleistung bei Volllast: 5 %; im Leerlauf können elektronische Vorschaltgeräte abgeschaltet werden). Einsatzgebiete von elektronischen Transformationen sind LED-Systeme und dimmbare Lichtsysteme. Aufgrund der hohen Ströme, sind die Leitungen auf der Sekundärseite entsprechend zu dimensionieren. 8 Im Gegensatz zu klassischen Transformatoren sind bei Streufeldtransformatoren die Primär- und Sekundärwicklung räumlich weit voneinander getrennt. 59

64 6.1.3 Bewertung der Energieeinsparung, Lichtqualität und Wirtschaftlichkeit Bewertung der Energieeinsparung Die entscheidende Größe für die Energieeinsparbewertung von Betriebsgeräten ist die Verlustleistung. Darin inkludiert ist auch ein möglicher Leistungsbedarf während dem Standby Betrieb. Generell gilt: Alle adressfähigen Betriebsgeräte haben auch im Standby Betrieb einen Leistungsbedarf für die Aktualisierung der Adresse. Konventionelle Betriebsgeräte können zur Reduktion der Verlustleistung über einen Aus-Schalter vom elektrischen Stromnetz getrennt werden. Die Energieeinsparung kann folgendermaßen bewertet werden (Detailanalyse; vgl. auch Abschnitt 3.3): ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (20) EE ] VW y_p X[YVW y_: X[ Formel (21) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/h] EE h... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P V_v... Elektrische Verlustleistung der Betriebsgeräte für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] P V_n... Elektrische Verlustleistung der Betriebsgeräte für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme [kw] t... Einschaltdauer pro Stunde [h] Die elektrische Verlustleistung vor bzw. nach der Umsetzung der Maßnahmen kann durch die Definition von einfachen Szenarien abgeschätzt werden. Dazu kann es hilfreich sein sich die Prozesse und Lastgänge im Unternehmen genauer anzuschauen und verschiedene Szenarien zu entwickeln. Dabei ist zu berücksichtigen, dass manche Betriebsgeräte auch in Betrieb sind (Standby) wenn keine Beleuchtungsanforderung auftritt. Die Verlustleistung ist in diesem Fall mit der Betriebszeit der Regelung zu multiplizieren (vgl. auch Formel (3) im Abschnitt 3). Bewertung der Lichtqualität Die Lichtqualität kann durch Austausch der Zündvorrichtung verbessert werden. 60

65 Bewertung der Wirtschaftlichkeit Bei der Bewertung der Wirtschaftlichkeit ist in diesem Fall zu berücksichtigen, dass durch den Ersatz der Betriebsgeräte die Wartungskosten (Ersatz der Lampe) reduziert werden können. Durch die schonendere Betriebsart ergeben sich längere Lebensdauern und in weiterer Folge niedrigere laufende Kosten. Die Investitionskosten für die Umsetzung dieser Maßnahme sind in der Regel relativ gering und führen in der Regel zu einer wirtschaftlichen Lösung Praxisbeispiel Energieeinsparung: Leuchtmittel, Leuchtentyp Bereich: Handel Beispiel: Weinhandlung Gottardi, Innsbruck AUFGABENSTELLUNG (Lichtwirkung VORHER): Abbildung 6-2: (Bestand; Quelle: LD Gratzel) Viele, punktförmige, blendende Lichtquellen ohne nutzbare Reflektortechnik Niedervolt, Halogenseilsystem mit 20 W/ 230 lm pro Lampe Kaum Tageslichteintrag und dunkle Eingangszone Ungleichmäßig beleuchtete Regalflächen und Waren, geringe Beleuchtung vertikaler Flächen Allgemein dunkler Raumeindruck 61

66 NEUE BELEUCHTUNG (Lichtwirkung NACHHER): Abbildung 6-3: Quellen:li. re. Lichtunion/Widner Blendfreie, punktförmige Lichtquellen mit Reflektortechnik in Decke integriert, Hochvolt, Halogenmetalldampflampen mit 20W/1.700lm pro Lampe Unterstützung Tageslichtzone im Eingangsbereich mit Farbtemperatur Homogene Ausleuchtung der Regale sowohl horizontal als auch vertikal Erhöhung der Beleuchtungsstärke im gesamten Raum WIRTSCHAFTLICHKEIT: Leistung Lumen/Lampe Lumen/m² Leistung Kosten / Jahr Lebensdauer zu wechselnde Kosten LM-tausch Stück [W] [lm] Geschäftsfläche gesamt [W] [ ]* Leuchtmittel [h] LM / Jahr [ ]*² Bestand 78 ca ca Neu 57 ca ca Veränderung: -21 Stk (-27%) +/- Null Kostenersparnis Gesamt Stromersparnis (+~ 560%) +366 (+~ 400%) -405 /Jahr [KWh]/Jahr -518W (-28%) -206 (-28%) +7000h (+450%) -43 Stk (-84%) -199 (-50%) * bei h Verwendungsdauer und einem Stromtarif von 0,15 /kwh *²Kosten LM Bestand ca. 3,8, Kosten LM Neu ca. 21 und Kosten LM-Wechsel ca. 4 /Leuchte Investitionskosten gesamt: ca

67 6.2 Ersatz der Leuchte Ausgangslage Das von einer Lichtquelle emittierte Licht (Lichtstrom), gelangt über verschiedene Wege bis hin zum Empfänger und wird dort als Helligkeit wahrgenommen (Leuchtdichte; vgl. auch Abbildung 2-1). Zur Optimierung der Wegstrecke von der Lichtquelle bis hin zum Empfänger stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Optimierung der indirekten Wegstrecke (Thema Lichtstärke; siehe Abschnitt 5.3) Optimierung der direkten Wegstrecke (Thema Beleuchtungsstärke) Inhalt dieses Abschnittes ist die Beschreibung der Optimierung der direkten Wegstrecke. Die Beleuchtungsstärke beschreibt die Menge des Lichtstroms, die auf eine bestimmte Fläche auftrifft. Diese wird einerseits durch die Eigenschaften des Leuchtmittels vorgegeben (Thema: Ersatz der Lampe; vgl. Abschnitt 6.3). Auf der anderen Seite kann die Beleuchtungsstärke durch die Platzierung, Ausrichtung und Form des Leuchtkörpers und deren Komponenten verändert werden (vgl. Abbildung 6-4): Abbildung 6-4: Visueller Vergleich zwischen der Beleuchtungsstärke (Lichtstrom pro Fläche) einer Lichtquelle ohne Leuchtkörper (linkes Bild) und einer Lichtquelle mit Leuchtkörper (rechtes Bild; Quelle: licht.de, 2013) Um den Energieeinsatz zu minimieren und die Lichtqualität zu steigern, ist somit in Abhängigkeit der gestellten Aufgabe eine entsprechende Leuchte auszuwählen. 63

68 6.2.2 Optimierungsvarianten Eine Leuchte besteht im Prinzip aus folgenden Komponenten (Abbildung 6-5): Gehäuse: Aufnahme der Lampe und ggf. der Betriebsgeräte; Gewährleistung einer einfachen und sicheren Montage, elektrischen Installation und Wartung der Leuchte Reflektor, Raster: Lichtlenkung und Direktblendbegrenzung Leuchtmittel: Lichtquelle z.b. Leuchtstofflampe Abbildung 6-5: Grundlegender Aufbau einer Leuchte (Philips, 2013) Dabei gilt: Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird auf der bestrahlten Oberfläche in Abhängigkeit des Reflexionsgrades reflektiert (Bestimmt die Streuung; vgl. auch Abbildung 6-5 rechts) Transmissionsgrades transmittiert (Bestimmt die Leuchtdichte) Absorptionsgrad absorbiert (ermöglicht die Abschirmung von Lichtquellen; Form der Lichtvernichtung) Will man eine Leuchte optimieren, gilt es einen der genannten Faktoren zu verändern. Dazu stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung (vgl. Tabelle 6-4): 64

69 Tabelle 6-4: Möglichkeiten für den Ersatz der Leuchte; Referenzszenario: diffus reflektierender Reflektor mit einer weißen oder matten Oberfläche, Parabolreflektor, einfaches Raster, kein Filter, ortsfeste Leuchte, unpassende Lichtstärkeverteilungskurve Möglichkeit Variante Vor- und Nachteile Ersatz des Reflektors (Materialersatz) Ersatz des Reflektors (Veränderung der Form) Oberfläche: matt, spiegelnd Trägermaterial: Metall, Kunststoff Oberflächenmaterial: verspiegeltes Glas, eloxiertes Aluminium, Hochglanzbleche mit lichtverstärkender Schicht Parabelförmig Kreisförmig Ellipsenförmig + Ermöglicht optimale Lichtlenkung Temperaturbeständigkeit prüfen Ersatzmöglichkeit nicht immer gegeben Wartungsaufwand berücksichtigen Ersatzmöglichkeit nicht immer gegeben Einbau/Ersatz des Rasters Prismenraster + Blendungsschutz Einbau/Ersatz nicht immer möglich Einbau von Filtern Farbiges Licht UV- oder Infrarotlicht Ersatz von Leuchten Ortsfeste Leuchten Bewegliche Leuchten Lichtstrukturen Sekundärkeuchten Lichtleitsysteme Tisch- bzw. Arbeitsleuchten Bewertung der Energieeinsparung, Lichtqualität und Wirtschaftlichkeit Bewertung der Energieeinsparung + Steigerung der Lichtqualität Einbau nicht immer möglich Licht kann dorthin gelenkt werden wo es gebraucht wird Die Energieeinsparung ergibt sich in erster Linie durch die Reduktion der Leuchtenanzahl und in weiterer Folge in der Reduktion der installierten Nennleistung bei gleicher bzw. höherer Lichtqualität. 65

70 Die Bewertung kann anhand der folgenden Bewertungsmethode durchgeführt werden (Detailanalyse; vgl. auch Abschnitt 3.3) ^_: EE U a: ] X bcdefxgxhie jck lhmc Formel (22) EE W P XYW : X Formel (23) EE J... Energieeinsparung pro Jahr [kwh/h] EE S... Energieeinsparung pro Stunde [kwh/h] P v... Elektrische Nennleistung für eine Zone vor der Umsetzung der Maßnahme [kw] P n... Elektrische Nennleistung für eine Zone nach der Umsetzung der Maßnahme [kw] t... Einschaltdauer pro Stunde [h] Als Hilfestellung für die Auswahl von geeigneten Reflektoren werden in Tabelle 6-5 die Reflexionsgrade von ausgewählten Materialen aufgelistet: Tabelle 6-5: Reflexionsgrade von ausgewählten Materialen (Quelle: Ganslandt, Hofmann, 1992 und Expertengespräche) Material Reflexionsgrad Aluminium, Hochglanzbleche mit lichtverstärkender Schicht bis 0,97 Aluminium, hochglänzendes Reflektormaterial 0,8 bis 0,85 Aluminium, matt eloxiertes Reflektormaterial 0,75 bis 0,85 Aluminium, mattiert 0,5 bis 0,75 Chrom, poliert 0,5 bis 0,6 Bewertung der Lichtqualität Durch den Ersatz der Leuchte ergibt sich in der Regel auch eine Verbesserung der Lichtqualität. Ein besonderes Augenmerk ist jedoch auf die Wartung der lichtlenkenden Komponenten zu legen. Diese bestimmen die Lichtqualität nachhaltig. Bewertung der Wirtschaftlichkeit Abhängig von der umgesetzten Submaßnahme sind die Investitionskosten überschaubar. Bei optimaler Umsetzung sind die Energieeinsparungen gegeben, wodurch die Energiekosten reduziert werden können. Zu beachten ist, dass es nach dem Nachrüsten von Komponenten zu einem erhöhten Wartungsaufwand kommen könnte (Beispiel Reflektoren). 66

71 6.2.4 Praxisbeispiel Energieeinsparung: Forderung Lichtniveau, Leuchtentyp Bereich: Gastronomie Beispiel: Altes Gericht Hopfgarten AUFGABENSTELLUNG (Lichtwirkung VORHER): Abbildung 6-6: (Keller, Gang, Büro; Quelle: LD-Gratzel) Veraltete Leuchten und Leuchtmittel mit konventionellen Vorschaltgeräten (T8, KVG) Beleuchtung unabhängig von der Raumgeometrie und -nutzung Viel zu geringe und unausgewogene Beleuchtungsstärken Dunkle Räume, Beleuchtung nur punktuell vorhanden NEUE BELEUCHTUNG (Lichtwirkung NACHHER): Abbildung 6-7: (Keller, Gang, Büro; Quelle: Moritz Gieselmann, Wien und Erharter, Hopfgarten) Leuchten nach dem aktuellem Stand der Technik (T5 und EVG) Beleuchtung unterstützt die Raumwirkung und Atmosphäre (Gewölbe, Decke der hohen Räume, Materialität und Plastizität) Erhöhung der Beleuchtungsstärke und Leuchtdichten in allen Räumen Energieverbrauch steigt im Verhältnis zum Lumenpaket und zur Raumqualität nur gering 67

72 WIRTSCHAFTLICHKEIT: Bereich Keller: Bereich Gang: Bereich Büro: Leistung Leistung Lumen/ gesamt Bereich Kosten / Leistung Leistung gesamt Lumen/Be Kosten / Leistung Stück [W] [W] [lm] Jahr [ ]* Stück [W] [W] reich [lm] Jahr [ ]* Stück [W] ca. 58 (71 ca.58 (71 Bestand 1 mit KVG) ca *2 Neu 5 Veränderung: +4 Stk ca. 50 (53 mit EVG) W (+280%) * bei h Verwendungsdauer und einem Stromtarif von 0,15 /kwh Investitionskosten in ausgewählten Bereichen : ca. 650, ca. 600, ca Ersatz der Lampe Ausgangslage 5*1200 = x (+15%) +77 (+175%) -21 Stk -5 W (-5%) +194W (+185%) 6*1200= (+500%) +77 (+183%) Leistung gesamt [W] mit KVG) W (83 mit KVG) 498 Lumen/ Bereich [lm] Kosten / Jahr [ ]* 6*5200= *6150= Lampen werden aufgrund Ihres unterschiedlichen Funktionsprinzips in Temperaturstrahler, Entladungslampen und Festkörperstrahler unterschieden (vgl. Abbildung 6-8): Bei Temperaturstrahlern wird das Licht durch das Erhitzen einer Wendel erzeugt. Bei Entladungslampen wird Licht durch das Anregen von Gasen oder Metalldämpfen erzeugt. Bei Festkörperstrahlern (z.b. LED) wird der gleiche Effekt durch den Austausch von Elektronen an Festkörperkristallen erzielt (p-n Übergang). +/- Null +12 W (+2.5%) +72W (+17%) (+18%) +77 (+17%) Abbildung 6-8: Unterscheidung von Lampen (Quelle: Ganslandt, Hofmann, 1992) 68

73 Durch diese Unterschiede ergeben sich unterschiedliche Vor- und Nachteile von Lampen und somit optimale Einsatzgebiete. Dabei hat sich gezeigt, dass sich aufgrund der raschen Entwicklung von Leuchtmitteln hinsichtlich Energieeffizienz und Lichtqualität und der gesetzlichen Veränderungen in der Praxis ständig neue Möglichkeiten zum Ersatz von Leuchtmitteln ergeben. Ein Hindernis dabei sind oftmals die verschiedenen Lampenbezeichnungen, welche die einzelnen Lampenhersteller verwenden. Innerhalb Europas ist das Lampenbezeichnungssystem (LBS) weit verbreitet. Auf internationaler Ebene werden Lampen meist nach dem Internationalen Lampenbezeichnungssystem ILCOS (Standard IEC 1231) gekennzeichnet. Weiters nutzen einige Hersteller verschiedene Werbenamen für Ihre Produkte (z.b. Osram, Philips). Aus diesen Gründen, ist für die Bewertung dieser Maßnahme ein Überblick über den Lampenmarkt erforderlich (siehe auch Anhang 4). Im folgenden Abschnitt werden die Möglichkeiten und Grenzen für den Ersatz von Lampen aufgezeigt Optimierungsvarianten Hinsichtlich der Optimierung der Lampe stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung (vgl. Tabelle 6-6): Tabelle 6-6: Möglichkeiten für den Ersatz der Lampe; Referenzszenario: ineffiziente Lampe bzw. siehe Variante Möglichkeit Variante (Beispiele) Vor- und Nachteile Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp gleicher Kategorie (kein Umbau erforderlich) Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp ähnlicher Kategorie ohne Tausch des Leuchtkörpers (Retrofit- Lösung; teilweise Umbau erforderlich) Standard Niedervolt- Halogenlampe Niedervolt-Halogenlampe mit IRC-Technologie Halogen- Metalldampflampe mit Quarztechnologie Halogen-Metalldampflampe mit Keramiktechnologie Quecksilberdampflampe Natriumdampf- Hochdrucklampe Leuchtstofflampe T8 Leuchtstofflampe T5 inkl. Nachrüstset (Halterung und Starter) Leuchtstofflampe T8 LED Tube + Einfacher Ersatz Einhaltung der erforderlichen Lichtqualität prüfen + Leuchtkörper kann bestehen bleiben (Optik bleibt erhalten) Leuchtkörper muss geeignet sein Prüfzeichen muss vorhanden sein Abstrahlcharakteristik von neuem Lampentyp und bestehenden Leuchtkörper überprüfen - Gegebenenfalls Tausch des Betriebsgeräts erforderlich 69

74 Möglichkeit Ersatz der Lampe mit einem Lampentyp anderer Kategorie inkl. Tausch des Leuchtkörpers (Ersatz der Leuchte) Variante (Beispiele) Leuchte mit Glühlampe LED-Leuchte Vor- und Nachteile - Lichtqualität aufgrund der Charakteristika der Leuchte nicht immer optimal (Leuchte wird für einen bestimmtes Leuchtmittel entworfen) + Saubere Lösung Abstrahlcharakteristik von neuer Leuchte und alter Leuchte überprüfen Aufwand prüfen Tlw. veränderte Optik Bei allen drei Möglichkeiten sind folgende Dinge zu berücksichtigen (siehe auch Informationen zum Thema Folgeabschätzung im Abschnitt 4.4): Leuchtdichte muss erhalten bleiben Lichttechnische Eigenschaften prüfen (Spektrale Lichtverteilung; Lichtstrom, Lichtausbeute, Lichtfarbe, Farbwiedergabe-Index) Lichtstromverteilungskurve der Lampen prüfen Charakteristika des Leuchtkörpers prüfen (Form, Größe, Gewinde...) Umweltbelastung prüfen (Recycling) Vorhandene Zertifizierung prüfen (vgl. auch Abbildung 6-10) Wartungsaufwand der Lampen prüfen Lebensdauer der Lampen prüfen - Mechanische Eigenschaften der Lampen (z.b. Reaktion auf Erschütterungen) - Robustheit gegenüber Spannungsschwankungen - Schalteigenschaften der Lampen - Umgebungsbedingen (z.b. Temperatur vgl. Abbildung 6-9) Bei der Lebensdauer ist zu unterscheiden zwischen der mittleren Lebensdauer und der Nutzlebensdauer. Als mittlere Lebensdauer gilt die Zeit bis zum Ausfall von 50 % der Lampen einer Referenzbeleuchtungsanlage. Bei Entladungslampen hingegen gilt die Nutzlebensdauer als Referenzwert. Diese berücksichtigt neben der Anzahl der funktionsunfähigen Lampen auch den Rückgang des Lichtstroms. Der Lebensdauer wird in der Praxis aber wesentlich von den Umwelteinflüssen bestimmt (Erschütterungen, Spannungsschwankungen, Schalthäufigkeit, Umgebungstemperatur). 70

75 Abbildung 6-9: Einfluss der Raumtemperatur auf den Lichtstrom (Quelle: Gardowsky-Stoimaier, 2013) Abbildung 6-10: Wünschenswerte Zertifizierungen für LED Lampen und Leuchten (Quelle: Adaptiert von Gombas, Oesterreicher, 2013) Zur Übersicht sind in der Tabelle 6-7 beispielhaft einige ausgewählte Eigenschaften von Lampen aufgelistet: 71

76 klarer Himmel Glühlampe 10,8 bis bis ca bis Normlichtart A, Tabelle 6-7: Ausgewählte Eigenschaften von Lampen (Quelle: Tschudy, 2012, Experten-gespräche) Bezeichnung, Symbolfoto, Typ Spektrale Licht- verteilung Licht- ausbeute [lm/w] Lichtfarbe [K] Farb- wieder- gabe- Index [%] Mittlere Lebens- dauer [h] Tageslicht > 140 > ca Niedervolt- Halogenlampe Leuchtstofflampe T5 840 bis ca , 4.000, Nutzbrenndauer [h] 80 bis bis Halogen- Metalldampflampen bis , 4.000, bis OSRAM HCI-T 150/942 LED , bis bis Nichia NCSW119 weiße LED 72