BMVBS-Online-Publikation, Nr. 18/2012

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1 BMVBS-Online-Publikation, Nr. 18/2012 Weiterentwicklung von Verfahren für die Bewertung der Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Rahmen der EnEV-Methode einschließlich der Festlegung von Mindestanforderungen Teilprojekt 1: Wartung von Beleuchtungsanlagen Impressum Herausgeber Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) Wissenschaftliche Begleitung Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) Bearbeitung Technische Universität Berlin Prof. Dr. Heinrich Kaase Dr.-Ing. Sirri Aydinli Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, Berlin André Hempel Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung, Bonn Karsten Prior Vervielfältigung Alle Rechte vorbehalten Zitierhinweise BMVBS (Hrsg.): Weiterentwicklung von Verfahren für die Bewertung der Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Rahmen der EnEV-Methode einschließlich der Festlegung von Mindestanforderungen. Teilprojekt 1: Wartung von Beleuchtungsanlagen. BMVBS-Online-Publikation 18/2012. Die vom Auftragnehmer vertretene Auffassung ist nicht unbedingt mit der des Herausgebers identisch. ISSN BMVBS Oktober 2012 Ein Projekt des Forschungsprogramms Zukunft Bau des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), be treut vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR).

2 Wartung von Beleuchtungsanlagen 2 Inhalt 1 Wartung von Beleuchtungsanlagen Wartungsfaktor (Maintenance Factor MF) Einflussparameter Dauer der Wartungsperiode Lampe: Lichtstromabnahme Verschmutzung der Leuchte (Luminaire Maintenance Factor LMF) Raumwartungsfaktor (Room Surface Maintenance Factor RSMF) Software MatiCal MF 1.0 zur Bestimmung des Wartungsfaktors Analyse des CIE- Berechnungsverfahrens Felduntersuchungen Ausgewählte Gebäudeobjekte Dezentrale Messtechnik Messverfahren Ergebnisse Zusammenfassung...25 Wartungsfaktor (Maintenance Factor MF) BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

3 Wartung von Beleuchtungsanlagen 3 1 Wartung von Beleuchtungsanlagen Die Wartung von Beleuchtungsanlagen hat einen signifikanten Einfluss auf den Energiebedarf für die Beleuchtung. Bei der Planung von Beleuchtungsanlagen und ihre energetische Bewertung muss die Wartung daher hinreichend genau in Abhängigkeit von relevanten Einflussgrößen (wie Lichtstromabnahme der Lampen, Lampenausfall sowie erwartete Verschmutzung der Leuchten und der Räume) vorgesehen werden. Der für die energetische Bewertung maßgebliche so genannte Wartungsfaktor kann bis dato nur ungenau bestimmt werden; so stellen sich publizierte Werte in der Praxis oft als deutlich zu hoch heraus. Die durchgeführten Arbeiten dieses Teilprojektes sind: Messung und Bestimmung von Wartungsfaktoren für verschiedene Nutzungs- und Beleuchtungsarten. Ermittlung repräsentativer Standardwerte. Entwicklung eines einfachen Ermittlungsverfahrens des Wartungsfaktors für die Praxis. Normative Umsetzung der Ergebnisse. Entwicklung eines Anforderungsmodells (ggf. im Kontext der nachfolgenden Teilprojekte). Die Wartungsfaktoren werden in diesem Projekt für unterschiedliche Nutzungsarten (Büro-, Industrie- und Schulbeleuchtung) bei unterschiedlicher Beleuchtungsart (direkt oder direkt/indirekt) über Feldmessungen bestimmt. Der methodische Ansatz zur Festlegung von Wartungsfaktoren berücksichtigt, dass mindestens folgende Parameter registriert und ausgewertet werden: Lichtstromabnahme der Lampen durch Alterung. Lichtstromabnahme der Leuchten und Lampen durch Verschmutzung. Beleuchtungsstärkeabnahme durch Verschmutzung der Raumoberflächen. Die Ergebnisse sind geeignet, in die entsprechenden rechtlichen Verordnungen (ggf. auch über normative Verweise) einzufließen und finden somit Eingang in die maßgeblichen übergreifenden Entscheidungsprozesse für die Neuplanung und Sanierung von Beleuchtungsanlagen. Die in dem Vorhaben entwickelten neuen Bewertungsansätze werden daher so formuliert, dass sie dafür geeignet sind, sich in die existierenden Bewertungs- und Planungsrahmen der DIN V integrieren zu lassen. Die Mitarbeit des Antragsstellers im Normungskreis DIN V ist zur Gewährleistung einer raschen normativen Umsetzung sichergestellt. 1.1 Wartungsfaktor (Maintenance Factor MF) Künstliche Beleuchtungsanlagen müssen entsprechend der Wartungsplanung so installiert werden, dass die Beleuchtungsstärke im Arbeitsbereich am Ende einer festgelegten Wartungsperiode den Wartungswert der Beleuchtungsstärke nicht unterschreitet. Aufgrund der zeitlichen Abnahme der Beleuchtungsstärke durch verschiedene Einflussparameter werden deshalb die künstlichen Beleuchtungsanlagen um den Kehrwert eines nach der Wartungsfaktor (Maintenance Factor MF) BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

4 Wartung von Beleuchtungsanlagen 4 Wartungsplanung berechneten Wartungsfaktors (Planungsfaktor) überdimensioniert installiert. In Abbildung 1 ist die Abnahme der Beleuchtungsstärke über die Zeit für zwei Wartungsperioden graphisch dargestellt. Für die Planung von künstlichen Beleuchtungsanlagen wird nach dem Entwurf der Europäischen Norm DIN EN , 2009 eine Wartungsplanung nach CIE Technical Report Nr empfohlen. Abbildung 1: Zeitliche Abnahme der Beleuchtungsstärke im Arbeitsbereich 1.2 Einflussparameter Durch kritische Sichtung der einschlägigen Literatur (insbesondere CIE Technical Report Nr ) und durch Analyse der einzelnen Parameter des Wartungsfaktors wurden zunächst die Einflüsse auf unterschiedliche Beleuchtungsarten zusammengestellt Dauer der Wartungsperiode Die festgelegte Wartungsperiode hat einen signifikanten Einfluss auf den Wartungsfaktor. Je länger die Wartungsperiode ist, desto größer ist der Kehrwert des Wartungsfaktors bzw. die Überdimensionierung der Beleuchtungsanlage (Abbildung 1). Der CIE Technical Report Nr empfiehlt eine regelmäßige Überprüfung von Beleuchtungsanlagen. In Tabelle 1 sind die maximalen Zeitintervalle der Überprüfung von Beleuchtungsanlagen für verschiedene Verschmutzungsgrade bzw. Nutzungsarten angegeben. Diese können als kleinste Wartungsperiode der Beleuchtungsanlagen angesehen werden. Einflussparameter BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

5 Wartung von Beleuchtungsanlagen 5 Tabelle 1: Empfohlene Zeitintervalle für die Überprüfung von Beleuchtungsanlagen Verschmutzungsgrad Nutzungsart bzw. Tätigkeitsart Überprüfungsintervall Sehr sauber (SS) Sauber (S) Normal (N) verschmutzt (V) Saubere Räume, Halbleiteranlagen, klinischer Bereich in Krankenhäuser, Rechenzentren Büroräume, Schulklassen, Bettzimmer in Krankenhäuser Läden, Labors, Restaurants, Warenhäuser, Montageflächen, Werkstätte Stahlwerke, Chemische Werke, Gießereien, Schweißen, Polieren, Holzarbeit 3 Jahre 3 Jahre 2 Jahre 1 Jahr Lampe: Lichtstromabnahme Die eingesetzten Lampen beeinflussen den Wartungsfaktor durch die Lichtstromabnahme aufgrund der Alterung der Lampe und den Lampenausfall während des Betriebes der Beleuchtungsanlage. Lichtstromabnahme durch Alterung der Lampe (Lamp Lumen Maintenance Factor LLMF) Die Lichtstromabnahme der Lampe durch Alterung ist abhängig von der Art der Lampe und ihrer Brennzeit. Daher sind bei der Bestimmung des Wartungsfaktors die jährlichen Nutzungszeiten der jeweiligen Nutzungsart nach DIN V zu berücksichtigen. Die Verläufe der Lichtstromabnahme vom Lampentyp sind auf Grund von Laboruntersuchungen ausreichend bekannt und im Abbildung 2 nach CIE Technical Report Nr beispielhaft dargestellt. Im Abbildung 3 sind die Verläufe für 3-Banden- Leuchtstofflampen nach CIE und ZVEI mit deutlich erkennbaren Unterschieden gegenübergestellt. Bei der Bestimmung des Wartungsfaktors ist allerdings der Wert des Teilfaktors zugrunde zu legen, der sich am Ende des Lampenwechselintervalls ergibt. Einflussparameter BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

6 Wartung von Beleuchtungsanlagen 6 Wartungsfaktor für Lichtstromabnahme LLMF Leuchtstofflampe Kompaktleuchtstofflampe Halogenglühlampe Brenndauer in tausend Stunden Abbildung 2: Lichtstromabnahme von drei Lampentypen als Funktion der Brenndauer bis zum Ende der Lebensdauer Wartungsfaktor für Lichtstromabnahme LLMF Leuchtstofflampe CIE Leuchtstofflampe ZVEI Brenndauer in tausend Stunden Abbildung 3: Lichtstromabnahme von 3-Banden-Leuchtstofflampen sowohl nach CIE als auch nach ZVEI als Funktion der Brenndauer bis zum Ende der Lebensdauer Einflussparameter BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

7 Wartung von Beleuchtungsanlagen 7 Lampenausfall (Lamp Survival Factor LSF) Bei der Bestimmung des Wartungsfaktors ist die Ausfallquote der Lampen zu berücksichtigen, sofern die ausgefallenen Lampen nicht sofort ersetzt werden. Sämtliche Lampen sind dann spätestens am Ende der Lebensdauer zu ersetzen. Unter der Lebensdauer einer Lampenart ist die Brennzeit der Lampen zu verstehen, bei der die Hälfte der Lampen ausgefallen ist oder der Lichtstrom auf 80% vom Lichtstrom der 100 h gealterten Lampe abgefallen ist. Dabei ist allerdings nicht nur die Lebensdauer der Lampen sondern auch die Ausfallquote der Lampen während des Betriebs von Bedeutung. Bei sofortigem Wechsel der ausgefallenen Lampen hat der Ausfall der Lampen keinen Einfluss auf den Wartungsfaktor. Bei den weiteren Untersuchungen wird für diesen Faktor der Wert 1 eingesetzt Verschmutzung der Leuchte (Luminaire Maintenance Factor LMF) Der Lichtstrom der Leuchten wird durch die Verschmutzung herabgesetzt. Der Einfluss ist einerseits vom Verschmutzungsgrad des jeweiligen Raumes, andererseits von der Art der Leuchte abhängig. Im CIE Technical Report Nr sind die entsprechenden Faktoren für verschiedene Leuchtenarten und Verschmutzungsgrade als Funktion der Zeit angegeben. In Abbildung 4 ist der Faktor LMF als Funktion über der Zeit für eine typische Leuchte B (nach oben offenes Gehäuse) und für verschiedene Verschmutzungsgrade dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Faktoren hypothetische Werte darstellen Leuchten Wartungsfaktor LMF Sehr sauber(ss) Sauber (S) Normal (N) Verschmutzt (V) Zeit in Jahren Abbildung 4: Lichtstromabnahme der Leuchtenart B (nach oben offenes Gehäuse) als Funktion der Zeit; Parameter: Verschmutzungsgrad Einflussparameter BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

8 Wartung von Beleuchtungsanlagen Raumwartungsfaktor (Room Surface Maintenance Factor RSMF) Bei der Bestimmung des Wartungsfaktors ist die durch Verschmutzung der Raumoberflächen verursachte Minderung der Beleuchtungsstärke mit dem Raumwartungsfaktor RSMF zu berücksichtigen. Dazu sind im CIE Technical Report Nr u. a. umfangreiche Tabellenwerte in Abhängigkeit von der Leuchtenart (direkt, direkt/indirekt), der Verschmutzungsgrade und der Lichtreflexionsgrade der Raumoberflächen angegeben. In Abbildung 5 ist der Verlauf des Raumwartungsfaktors beispielhaft dargestellt. Bei der Bestimmung des Wartungsfaktors ist auch hier der Wert des Teilfaktors zugrunde zu legen, der sich am Ende der Reinigungsperiode der Raumoberflächen (in der Regel 6 Jahre) ergibt Raumwartungafaktor RSMF Sehr sauber (SS) Sauber (S) Normal (N) Verschmutz (V) Wartungsintervall in Jahren 6 Abbildung 5: Raumwartungsfaktor als Funktion des Wartungsintervalls für eine direkt/indirekt- Leuchte für Reflexionsgrade der Decke/Wände/Boden: 0,70/0,50/0,20 Parameter: Verschmutzungsgrad Aus den einzelnen Teilwartungsfaktoren ergibt sich der Wartungsfaktor MF zu MF = LLMF x LMF x RSMF 1.3 Software MatiCal MF 1.0 zur Bestimmung des Wartungsfaktors Zur theoretischen Analyse des Wartungsfaktors wurde eine Software in der Programmierumgebung MatLab geschrieben, die die schnelle Bestimmung des Wartungsfaktors nach CIE Technical Report Nr ermöglicht. In Abbildung 6 ist die Benutzeroberfläche des Programms dargestellt. Mit Hilfe der Benutzeroberfläche können die Werte der Einflussparameter angegeben werden. Durch den Tastendruck Berechnen werden die Werte der einzelnen Einflussfaktoren sowie der Wert des Wartungsfaktors angezeigt. Software MatiCal MF 1.0 zur Bestimmung des Wartungsfaktors BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

9 Wartung von Beleuchtungsanlagen 9 Abbildung 6: Oberfläche des Programms MatiCal MF 1.0 mit Beispiel einer Berechnung Darüber hinaus können mit Hilfe der Software die Verläufe der Teilwartungsfaktoren, der relativen Leistungsaufnahme und der relative Energiebedarf der Beleuchtungsanlage unter Berücksichtigung der Dimmcharakteristik der Lampen als Funktion der Zeit dargestellt werden, indem die Taste Dimmkurve auf der Benutzeroberfläche gedrückt wird (Abbildung 7). Software MatiCal MF 1.0 zur Bestimmung des Wartungsfaktors BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

10 Wartung von Beleuchtungsanlagen 10 Abbildung 7: Verlauf der Teilwartungsfaktoren, der relativen Leistungsaufnahme und des relativen Energiebedarfs der Beleuchtungsanlage innerhalb der Wartungsperiode 1.4 Analyse des CIE- Berechnungsverfahrens Die nach CIE Technical Report Nr in Tabellen angegebenen Werte der Teilfaktoren (ausgenommen sind die Werte für die Lichtstromabnahme der Lampen) sind hypothetische Werte, die bisher nicht ausreichend belegt sind. Der zeitliche Verlauf sowie die Differenz der einzelnen Faktoren in Abhängigkeit von der Verschmutzung der Leuchte und der Raumoberflächen weisen nach Abbildung 4 und Abbildung 5 unterschiedliche Eigenschaften auf. So sollten die Verläufe und ihre Differenzen eine ähnliche Charakteristik aufweisen. Der Verlauf des Raumwartungsfaktors nach Abbildung 5 für einen verschmutzten Raum mit einer Direkt/Indirekt-Leuchte mit dem Grenzwert von 0,75 bedeutet, dass sich der Wert des Lichtreflexionsgrades der Decke nach einem halben Jahr halbiert und dann konstant bleibt. Dies entspricht allerdings nicht den vorliegenden Gegebenheiten. Analyse des CIE- Berechnungsverfahrens BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012

11 Wartung von Beleuchtungsanlagen 11 Darüber hinaus belegen die theoretischen Analysen, dass die Tabellenwerte für die Teilwartungsfaktoren bezüglich der Verschmutzung der Leuchten und der Raumoberflächen nicht in die Praxis zu übertragen sind. Die mit der Software MatiCal MF 1.0 durchgeführte Analyse ergibt zusätzlich folgende Informationen: a) Ein Wartungsfaktor von 0,8 (wie in EnEV 2009 als Referenz festgelegt) ist nach CIE Technical Report Nr nur für einen sehr sauberen Raum (SS) mit einer Wartungsperiode von einem Jahr möglich. Für saubere Räume (S), wie Büroräume ist dieser Wert kaum zu erreichen. b) Bei einem festgelegten Intervall für den Lampenwechsel (z. B Stunden für stabförmige Leuchtstofflampen) hat der Teilwartungsfaktor für die Lichtstromabnahme der Lampen (LLMF) einen konstanten Wert (für stabförmige Leuchtstofflampen 0,9) und damit bei gleichen Einflussparametern keinen Einfluss auf die Länge der Wartungsperiode (Abbildung 2). c) Der Teilwartungsfaktor für die Raumoberflächenverschmutzung (RSMF) hat bei festgelegten Einflussparametern einen konstanten Wert und keinen Einfluss auf die Länge der Wartungsperiode (Abbildung 5). d) Den größten Einfluss auf die Länge der Wartungsperiode und damit auf den Wartungsfaktor hat der Verschmutzungsgrad der Leuchten (Abbildung 4). 1.5 Felduntersuchungen Ausgewählte Gebäudeobjekte Im Rahmen der Untersuchungen an der TU Berlin wurden die Objekte so ausgewählt, dass sie einerseits verschiedene Nutzungsarten, Verschmutzungsgrade und Tageslichtversorgungen aufweisen. Darüber hinaus sind in den ausgewählten Räumen verschiedene Beleuchtungs- und Leuchtenarten eingesetzt worden, so dass ein großer Teil der Einflussparameter in die Untersuchungen einging. Eine Übersicht ist in Tabelle 2 zusammengestellt. In Abbildung 8 bis Abbildung 14 sind beispielhaft einige Beleuchtungssituationen dargestellt.

12 Wartung von Beleuchtungsanlagen 12 Tabelle 2: Übersicht über die zur Untersuchung ausgewählten Räume Typ Raum Tageslicht Beleuchtungsart Leuchtentyp Leuchte und Lampe Verschmutzung Schule 007 wenig direkt Spiegelraster, offen 015 wenig direkt Spiegelraster, offen 024 viel direkt mit gestreuten Anteilen diffus transmittierendes Material, Kombination mit Spiegelraster, geschlossen 026 viel direkt Spiegelraster, offen Büro EN456a viel direkt/indirekt Spiegelraster, offen EN456b viel direkt Prisma, geschlossen E306a wenig direkt/indirekt Prisma, offen E306b wenig direkt Prisma, geschlossen E201 viel direkt Spiegelraster, offen Werkstatt Maschinenraum sehr wenig direkt/indirekt Spiegelraster und diffus Sägeraum sehr wenig direkt Polycarbonat, IP66 4 x Trilux 5041 RPX-L 1 x LL T5 35 W/840 4 xtrilux 5041 RPX-L 1 x LL T5 35 W/840 4 x Trilux Valuco Active 2 x LL T5 35 W/880 1 x LL T5 35 W/840 4 x Trilux 5041 RPX-L 1 x LL T5 35 W/840 2 x Trilux Luceo UXP 2 x LL T5 35 W/840 4 x Se lux Satin Light Office 2 x LL T5 28 W/840 2 x Trilux Luceo CDP 2 x LL T5 35 W/840 2 x Siteco Quadrature 2 x LL T5 49 W/840 4 x Se lux M140 AP RGB 2 x Dulux L 36 W/840 6 x Se lux Astra Pendel 1 x LL T5 80 W/865 2 x Trilux Aragon 1 X 49 LL T5 W/865 mittel mittel mittel mittel sehr gering sehr gering sehr gering sehr gering gering hoch sehr hoch

13 Wartung von Beleuchtungsanlagen 13 Abbildung 8: Schulklassenräume mit modernen Beleuchtungsanlagen a) Trilux 5041 RPX-L, b) Trilux Valuco Active Abbildung 9: Simulation der Schulklassenbeleuchtung, Leuchte Trilux Valuco Active

14 Wartung von Beleuchtungsanlagen 14 Abbildung 10: Simulation der Schulklassenbeleuchtung, Leuchte Trilux 5041 RPX-L Abbildung 11: Büroraumbeleuchtung a) Trilux Luceo UXP, b) Se lux Satin Light Office

15 Wartung von Beleuchtungsanlagen 15 Abbildung 12: Simulation eines Büroraums mit der Leuchte Siteco Quadrature Abbildung 13: Werkstattbeleuchtung mit direkt/indirekten Leuchten der Firma Se lux

16 Wartung von Beleuchtungsanlagen 16 Abbildung 14: Büro nach siebenjähriger Nutzung mit direkten Leuchten der Firma Se lux Dezentrale Messtechnik Für die Monitoringuntersuchungen von Beleuchtungsanlagen wurde ein neuartiges Messsystem mit einem dezentralen Sensorknotenkonzept eingesetzt, das autark vorgegebene Parameter in einstellbaren Zeitintervallen erfasst. Mit dieser Messanlage wurden zum einen lichttechnische Größen (Beleuchtungsstärken) und energetisch relevante Größen erfasst, wie z. B. der Leistungsumsatz einzelner Leuchtengruppen der künstlichen Beleuchtung. Alle diese Langzeitmessungen waren ohne Störung der Betriebsabläufe möglich, da die indirekte Messung des Energieumsatzes über die Dimmstufe der Leuchtengruppen keinen Eingriff in die Elektroinstallation notwendig macht. Die Photoströme der einzelnen Sensoren eines Messknotens wurden durch eine OPV-Schaltung mit einstellbarer Verstärkung in Spannungen gewandelt. Als Messwerte wurden diese Spannungen im Fünfminutentakt über einen 10bit AD-Wandler aufgenommen und im internen Speicher der Messknoten festgehalten. Das Auslesen und Übertragen der Daten in eine Datenbank geschah über eine SD-Speicherkarte am Computer. Im Labor ermittelte Kalibrierungsfaktoren ermöglichten die Berechnung der Messwerte aus den Rohwerten des AD-Wandlers. Nach einer einmaligen Vermessung der Beleuchtungsstärkeverteilung durch die künstliche Beleuchtungsanlage können durch Kombination der Messungen der elektrischen Energie und der Beleuchtungsstärken im Raum die Anteile des Tageslichtes und der künstlichen Beleuchtung an der Gesamtbeleuchtung getrennt bestimmt werden.

17 Wartung von Beleuchtungsanlagen Messverfahren Bestimmung der Leistungsaufnahme über den Lampenlichtstrom Basis für die energetische Bewertung der Beleuchtungsanlage war die Erfassung der elektrischen Leistung. Dabei wurde auf den Eingriff in die elektrische Verkabelung verzichtet und die Energie indirekt über eine lichttechnische Messung bestimmt: Der relative Lichtstrom einer Lampe (Dimmstufe) wurde hierzu über einen direkt an der Lampe angebrachten Sensor gemessen (Abbildung 15a). Mit einer bekannten Dimmkennlinie (vgl. Teilprojekt 2) konnte dann auf die umgesetzte elektrische Leistung geschlossen werden. Wurde nun in regelmäßigen Abständen die Beleuchtungsanlage auf 100 % geschaltet, ließ sich die relative Abnahme des Lampenlichtstroms durch Lampenalterung ermitteln. Bestimmung des Leuchtenlichtstroms Mit einem an einer Raumwand angebrachten Beleuchtungsstärkesensor wurde durch eine entsprechend angepasste Abschattung nur die direkt durch eine Leuchte erzeugte Beleuchtungsstärke gemessen, und daraus die relative Abnahme des Leuchtenlichtstroms bestimmt. Nach Korrektur des Einflusses der Lampenalterung ließ sich der Einfluss durch die Verschmutzung der Lampe und der Leuchte bestimmen (Abbildung 15b). Bestimmung des Einflusses der Reflexion der Raumbegrenzungsflächen Vor einem weiteren Beleuchtungsstärkesensor wurde eine Abschattung so angebracht, dass kein direktes Licht der Leuchten auf den Sensor fällt. Somit wurde nur die durch Reflexionen an den Raumbegrenzungsflächen entstandene Beleuchtungsstärke gemessen. Durch Verknüpfung mit den Ergebnissen der anderen Sensoren konnte auf die Änderung der Reflexionseigenschaften des Raumes geschlossen werden (Abbildung 15b). (a) (b) Abbildung 15: Messköpfe zur Registrierung des Lampenlichtstroms (a) sowie der direkten und indirekten Beleuchtungsstärken (b) Langzeitmessungen Das Monitoring wurde über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt. Dabei wurden im 5-Minutentakt zum selben Zeitpunkt von allen Messknoten die Messwerte aufgenommen. Allerdings war bei diesen Untersuchungen zu beachten, dass bei geregelten Beleuchtungsanlagen für die Messwertaufnahme die Regelung deaktiviert und die Anlage auf 100 % geschaltet werden muss.

18 Wartung von Beleuchtungsanlagen 18 Dies wurde in den Büroräumen durch eine entsprechende Programmierung des DALI- Masters erreicht, dort wurde einmal pro Woche nachts die Beleuchtung für eine Stunde voll eingeschaltet. In den Schulklassenräumen waren derartige Eingriffe nicht möglich, dort wurde in größeren Abstanden von etwa drei Wochen in den Abendstunden die Regelung durch eine manuelle Overridefunktion für eine halbe Stunde deaktiviert. Direktes Verfahren zur Ermittlung des Wartungsfaktors Ergänzend zum Langzeitmonitoring wurde der Wartungsfaktor durch ein direktes Verfahren ermittelt. Dazu werden bei neu installierter Beleuchtungsanlage und zum Zeitpunkt der geplanten Wartung die Beleuchtungsstärken auf der Bezugsebene (z. B. Arbeitsplatzhöhe) gemessen. Es können Werte in einem Messraster aufgenommen werden aus denen dann ein Mittelwert gebildet wird oder ein repräsentativer Messpunkt im Raum (z. B. am Arbeitsplatz oder im Raummittelpunkt) ausgewählt werden. Alternativ können auch vor und nach der Wartung an diesen Punkten die Beleuchtungsstärken gemessen werden, aus denen dann der Wartungsfaktor bestimmt wird Ergebnisse Schulklassenräume Die Untersuchungen zum Wartungsfaktor von Beleuchtungsanlagen in der Königin-Luise- Schule liefen von November 2010 bis zu den Sommerferien Hier bestand aber auch die Möglichkeit, für das direkte Verfahren zur Ermittlung des Wartungsfaktors die Messwerte nach zweijähriger Nutzungszeit (November 2011) mit den gemessenen Werten bei Neuinstallation (November 2009) zu vergleichen. In Abbildung 16 ist zunächst die im Untersuchungszeitraum ermittelte Lichtstromabnahme einer Leuchtstofflampe im Klassenraum 007 relativ dargestellt.

19 Wartung von Beleuchtungsanlagen 19 Abbildung 16: Abnahme des Lampenlichtstroms einer Leuchtstofflampen in einer Schulklasse in Abhängigkeit von der Nutzungszeit der Beleuchtungsanlage Es ist zu erkennen, dass über eine Betriebszeit von etwa 650 Stunden der Lampenlichtstrom um ca. 2 % zurückgeht. Die ermittelte Kurve bestätigt tendenziell die in der Literatur angegebenen Werte, jedoch sind sieben Monate als Untersuchungszeitraum zu kurz, um eindeutige Schlüsse zu ziehen. Die über diesen Zeitraum gemessenen Horizontalbeleuchtungsstärken sind in Abbildung 17 relativ dargestellt. Es ist eine Abnahme um ca. 4 % zu erkennen.

20 Wartung von Beleuchtungsanlagen relative Horizontalbeleuchtungsstärke Zeit Abbildung 17: Verlauf der relativen Horizontalbeleuchtungsstärke im Klassenraum 007 Um die Untersuchungen auf eine breitere Basis zu stellen, wurden die Beleuchtungsstärken in einem 3x3-Raster bei Neuinstallation und zum Abschluss der Untersuchungen nach zwei Jahren gemessenen. Mit den daraus gewonnenen mittleren Beleuchtungsstärken wurden dann die Wartungsfaktoren ermittelt. Die Ergebnisse sind Tabelle 3 zu entnehmen. Tabelle 3: Gemessene mittlere Beleuchtungsstärken und abgeleitete Wartungsfaktoren Raum E m bei Neuinstallation in lx E m nach 2 Jahren in lx Wartungsfaktor , , ,92 Die mit der direkten Vergleichsmethode ermittelten Werte für den Wartungsfaktor ergeben für alle drei Räume ähnliche Werte von 0,92. Dieser Wert ist damit zu begründen, dass in der zweijährigen Nutzungszeit Ferienzeiten enthalten sind, in denen die Räume nicht genutzt wurden. Die Werte für den Raum 024 konnten nicht mehr ermittelt werden, da der Raum vor Abschluss der Untersuchungen umgebaut und nicht mehr als Klassenraum genutzt wurde. Dabei wurde die gesamte Beleuchtungsanlage ausgetauscht.

21 Wartung von Beleuchtungsanlagen 21 Büroräume Im Raum E 201 der TU Berlin, der teilweise als Einzel- und teilweise als Gruppenbüroraum genutzt wurde, ist der Wartungsfaktor einer direkten Beleuchtung nach einer Nutzungsdauer von sieben Jahren ( ) ermittelt worden, indem die Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung allein an zwei Bezugspunkten vor und nach der Wartung der Beleuchtungsanlage gemessen wurde. In Tabelle 4 sind die Ergebnisse dargestellt. Tabelle 4: Gemessene Beleuchtungsstärken an Bezugspunkten einer direkten Beleuchtung vor und nach der Wartung der Beleuchtungsanlage und abgeleitete Wartungsfaktoren Bezugspunkt E vor der Wartung in lx E nach der Wartung in lx Wartungsfaktor , ,74 Außerdem wurde der Lichtstrom einer der alten Lampen in verschmutztem und gesäubertem Zustand gemessen und mit dem einer neuen Lampe vom gleichen Typ und gleichem Hersteller verglichen (Abbildung 18). Daraus wurden dann die Wartungsfaktoren für die Lichtstromabnahme der Lampe (2), für die Verschmutzung der Lampe (4) und der Leuchte ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5: Gemessene Lichtströme der Lampe und abgeleitete Wartungsfaktoren Lampe Lichtstrom in lm Wartungsfaktor (1) neu 2565 (2) alt gesäubert ,93 bezogen auf (1) (3) alt verschmutzt ,87 bezogen auf (1) (4) alt verschmutzt ,93 bezogen auf (2) Wartungsfaktor für die Verschmutzung der Leuchte 0,84 Der Wartungsfaktor für die Lichtstromabnahme der Lampe entspricht einer Brenndauer der Lampe nach ZVEI-Angaben von ca h, was wiederum etwa der tatsächlichen Brenndauer der Beleuchtungsanlage im Raum entspricht. Daraus ist zu erkennen, dass die Verschmutzung der Leuchte den größten Einfluss auf den Wartungsfaktor der Beleuchtungsanlage hat.

22 Wartung von Beleuchtungsanlagen 22 Abbildung 18: gereinigte (links) und verschmutzte (rechts) Osram Dulux L Lampen Diese Messungen zeigen, dass der Wartungsfaktor von 0,72 einer Beleuchtungsanlage mit einer direkten Beleuchtung in einem Raum mit geringer Verschmutzung nach einer sieben jährigen Nutzungsdauer immer noch deutlich über dem Wert von 0,67 liegt, der häufig für die Planung von Beleuchtungsanlagen vorgeschlagen wird. Eine Umrechnung der Messergebnisse auf eine Wartungsperiode von drei Jahren ergibt für den Wartungsfaktor einen Wert von ca. 0,85; für Verschmutzung der Leuchte lässt sich ein Wert von 0,92 ableiten. Dies würde für eine gleich verteilte Direkt/Indirekt-Beleuchtung (50% 50% ) bedeuten, dass für den indirekten Anteil mit einem Wartungsfaktor von 0,50 gerechnet werden muss, damit sich für die gesamte Beleuchtungsanlage ein Wartungsfaktor von 0,67 ergibt. Ein derart niedriger Wert erscheint nicht realistisch. Daher sollte in der Praxis auch für die direkt/indirekte Beleuchtung mit einem höheren Wartungsfaktor geplant werden. Für die vier weiteren Büroräume waren die in Tabelle 6 gezeigten ermittelten Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlagen im Untersuchungszeitraum zu gering, um gesicherte Aussagen zur Lichtstromabnahme durch Alterung der Lampen treffen zu können. Tabelle 6: Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlagen in den Büroräumen Raum Untersuchungszeitraum Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlage in Stunden EN456a EN456b E E

23 Wartung von Beleuchtungsanlagen 23 Zur Untersuchung der Lichtstromabnahme der künstlichen Beleuchtung durch Verschmutzung ist in Abbildung 19 die relative Darstellung des Verlaufs der Horizontalbeleuchtungsstärke exemplarisch für den Büroraum EN456a über den Untersuchungszeitraum dargestellt relative Horizontalbeleuchtungsstärke Zeit Abbildung 19: Verlauf der relativen Horizontalbeleuchtungsstärke im Büroraum EN456a Es ist eine Abnahme der Beleuchtungsstärke um einen Faktor von etwa 0,95 zu erkennen. Die direkt ermittelten Wartungsfaktoren für alle Büroräume sind in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7: Gemessene mittlere Beleuchtungsstärken und abgeleitete Wartungsfaktoren Raum E vor der Wartung in lx E nach der Wartung in lx Wartungsfaktor EN456a ,95 EN456b ,99 E ,98 E ,99

24 Wartung von Beleuchtungsanlagen 24 Es zeigt sich, dass der Wert des Wartungsfaktors bei der nach oben offene Leuchte im Raum EN456a bereits nach dem Untersuchungszeitraum von nur einem Jahr ca. 95 % beträgt. Der im Raum EN456b ermittelte Wert von 99 % ist auf die nach unten und oben geschlossenen direkt-strahlenden Leuchten zurückzuführen, die eine deutlich geringere Abnahme des Leuchtenlichtstroms durch Verschmutzung ermöglichen. Die relativ hohen Wartungsfaktoren für die Räume E306 und E307 sind auf die auch in Tabelle 6 zu erkennende geringe Nutzung zurückzuführen. Werkstatträume Die Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlagen in den beiden Werkstatträumen sind Tabelle 8 zu entnehmen. Tabelle 8: Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlagen in den Werkstatträumen Raum Untersuchungszeitraum Nutzungszeiten der Beleuchtungsanlage in Stunden Maschinenraum Sägeraum Aufgrund der geringen Betriebszeiten wurde auch hier das direkte Verfahren zur Bestimmung des Wartungsfaktors angewandt. Die Messwerte und ermittelten Faktoren sind in Tabelle 9 eingetragen. Tabelle 9: Gemessene mittlere Beleuchtungsstärken und abgeleitete Wartungsfaktoren Raum E vor der Wartung in lx E nach der Wartung in lx Wartungsfaktor Maschinenraum ,98 Sägeraum ,99 Die moderne Werkstatt wurde von nur zwei Mitarbeitern genutzt. Durch den Einsatz von oben und unten geschlossenen direkt/indirekt-leuchten konnte die Verschmutzung gering gehalten werden. Die im Sägeraum installierten Sonderleuchten mit IP66-Staubschutz unterliegen einer sehr geringen Verschmutzung. Die glatte Polycarbonatoberfläche bietet wenige Möglichkeiten für Staubablagerungen. In Kombination mit den geringen Nutzungszeiten ergibt sich ein entsprechend hoher Wartungsfaktor.

25 Wartung von Beleuchtungsanlagen Zusammenfassung Für die Bewertung einer Beleuchtungsanlage bezüglich der Wartung ist zusammenfassend anzunehmen: Aufgrund der Notwendigkeit der Einhaltung der Mindestanforderungen an die künstliche Beleuchtung sind ausgefallene Lampen umgehend zu ersetzen. Damit hat der Teilwartungsfaktor LSF den Wert 1. Die Analyse hat gezeigt, dass für die Teilwartungsfaktoren der Lichtstromabnahme der Lampen (LLMF) und für die Raumoberflächenverschmutzung (RSMF) konstante Werte eingesetzt werden können. Für stabförmige Leuchtstofflampen ist als Referenzwert ein Teilwartungsfaktor LLMF von 0,90 anzusetzen. Die niedrigen Werte des Teilwartungsfaktors der Leuchtenverschmutzung LMF (Abbildung 4) und der Raumoberflächenverschmutzung RSMF (Abbildung 5) sind auf praktische Anlagen nicht zu übertragen. Die Erfahrungswerte liegen erheblich höher als die im CIE Technical Report Nr angegebenen Werte. Auch die Felduntersuchungen belegen diese Aussagen. Für saubere Räume, wie Büroräume mit einer Wartungsperiode von 3 Jahren, kann demnach für die Teilfaktoren LMF und RSMF zusammen ein Wert von 0,90 eingesetzt werden. Daraus ergibt sich für den Wartungsfaktor ein Wert von 0,80. Dies entspricht den derzeitigen Erfahrungen aus der Praxis. In Räumen mit starker Verschmutzung zeigte sich, dass für den Wartungsfaktor ein Wert von 0,67 eingesetzt werden kann. Zusammenfassung BMVBS-Online-Publikation Nr. 18/2012