Auswirkungen der europäischen. Ökodesign-Richtlinie auf den Markt. für Technologien zur Straßenbeleuchtung

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1 Regionalworkshop "Modernisierung der Stadtbeleuchtung" Auswirkungen der europäischen Ökodesign-Richtlinie auf den Markt für Technologien zur Straßenbeleuchtung Christoph Heyen freiberufl. Ingenieur für Lichttechnik Mitarbeiter im DIN FNL 11, Deutsche Lichttechnische Gesellschaft e.v Ch. Heyen 1 1

2 Die europäische Ökodesign-Richtlinie EuP-Richtlinie RICHTLINIE 2005/32/EG vom 6. Juli 2005 Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energiebetriebener Produkte in Kraft seit Durchführungsanweisung VERORDNUNG (EG) Nr. 245/2009 vom 18. März 2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG in Kraft seit ErP-Richtlinie RICHTLINIE 2009/125/EG vom 21. Oktober 2009 Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte in Kraft seit Durchführungsanweisung VERORDNUNG (EG) Nr. 347/2010 vom 21. April 2010 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 245/2009 gestützt auf die Richtlinie 2009/125/EG in Kraft seit Diese Verordnung ist in allen ihren Teilen verbindlich und gilt unmittelbar in jedem Mitgliedstaat Ch. Heyen 2 2

3 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 1 ) Beschreibung der technischen Parameter für die Ökodesign-Anforderungen Festlegung von Mindestlichtausbeute-Werten für Entladungslampen Festlegung von Lichtstromerhaltwerten und Lampenüberlebensfaktoren Anforderungen an die Produktinformationen zu Lampen Festlegung von Energieeffizienzanforderungen an Vorschaltgeräte Anforderungen an die Produktinformationen zu Vorschaltgeräten Energieeffizienzanforderungen an Leuchten Anforderungen an die Produktinformationen zu Leuchten Unverbindliche Referenzwerte für Produkte zur Straßenbeleuchtung (Lampen, Schutzart der Leuchten, Begrenzung der Lichtverschmutzung) Ch. Heyen 3 3

4 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 2 ) Anhang VII Unverbindliche Referenzwerte für Produkte zur Straßenbeleuchtung (zur Information) Der Anteil des Lichts, das bei einer optimal installierten Leuchte oberhalb der Horizontalen abgestrahlt wird, sollte auf folgende Werte begrenzt werden: Tabelle 25 Unverbindliche Höchstwerte für den in den oberen Halbraum abgestrahlten Lichtanteil (Upward Light Output Ratio, ULOR) nach Straßen-Beleuchtungsklassen für Leuchten zur Straßenbeleuchtung (Referenzniveau) Straßen der Beleuchtungsklassen ME1 bis ME6 und MEW1 bis MEW6, sämtliche Lichtleistungen Straßen der Beleuchtungsklassen CE0 bis CE5, S1 bis S6, ES, EV und A lm Lichtquelle 8500 lm Lichtquelle < lm 3300 lm Lichtquelle < 8500 lm Lichtquelle < 3300 lm 3% 5% 10 % 15 % 20 % In Gebieten, in denen die Lichtverschmutzung besorgniserregende Ausmaße annimmt, wird unabhängig von der Beleuchtungsklasse und der Lichtleistung höchstens 1% des Lichtes oberhalb der Horizontalen abgestrahlt. Die Leuchten sind so konzipiert, dass Abfalllicht so weit wie möglich vermieden wird. Verbesserungen der Leuchten zur Verringerung des abgestrahlten Abfalllichts gehen jedoch in keinem Fall zu Lasten der Gesamtenergieeffizienz der Anlage, für die die Leuchte bestimmt ist Ch. Heyen 4 4

5 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 3 ) bisher Systemlichtausbeute = Lampenlichtstrom Ф / elektr. Leistung (P VG + P Lampe ) L1 ZG N NEU Vorschaltgeräte-Wirkungsgrad η VG = P Lampe / P zu Vorschaltgeräte- Stromkreis NEU Lampen-Wirkungsgrad η Lampe = Ф / P Lampe [lm / W] Ch. Heyen 5 5

6 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 4 ) 1. Stufe Lampen Mindest-Lichtausbeute für Leuchtstoff-Lampen (Tab. 1, 2-[Neu], 3-[Neu], 4, [Neu]) Betriebsgeräte Publikation der Daten im Internet (Lampenleistung, Lichtstrom, Wirkungsgrad, Lichtstromerhalt, Überlebensfaktor, Quecksilbergehalt, usw.) Anforderungen für Vorschaltgeräte von Leuchtstofflampen (Tab. 17-[Neu], ) Leuchten Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen werden nach dem Energie-Effizienz-Index (EEI) klassifiziert Publikation der Daten im Internet Bei Lichtstromabgabe 0 % von Leuchtstofflampen darf der Stromverbrauch nicht größer sein als die VG-Verlustleistung Ch. Heyen 6 6

7 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 5 ) 2. Stufe Lampen Mindest-Lichtausbeute für Natrium-Hochdrucklampen (Tab. 7) und für Metallhalogenidlampen (Tab. 8) Betriebsgeräte Mindestwerte für Lampenlichtstromerhalt und Lampenüberlebensfaktor für Leuchtstofflampen (Tab. 11-[Neu], 11a-[Neu] + 12-[Neu]) und für Natrium-Hochdrucklampen (Tab. 13-[Neu]) Mindestwirkungsgrad von Vorschaltgeräten für Hochdruckentladungslampen (Tab. 15) Leuchten Bei Vorschaltgeräten für Hochdrucklampen ist der Wirkungsgrad anzugeben! Bei Lichtstromabgabe 0 % von Hochdrucklampen darf der Stromverbrauch nicht größer sein als die VG-Verlustleistung. Publikation der Daten im Internet Ch. Heyen 7 7

8 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 6 ) 6 Jahre nach Inkrafttreten dieser Verordnung ( ) müssen sonstige Hochdruckentladungslampen mindestens die in Tabelle 9 angegebenen Bemessungswerte für die Lichtausbeute aufweisen: Tabelle 9 Bemessungswerte für die Lichtausbeute sonstiger Hochdruckentladungslampen Lampennennleistung [W] Bemessungs- Lichtausbeute [lm/w] W < W < W < W < W 75 Hg-Hochdruck-Lampen 50 W 4Y lm 40 lm/w 80 W 4Y lm 50 lm/w 125 W 4Y lm 54 lm/w 250 W lm 52 lm/w Die Lampen erhalten nicht mehr das CE-Zeichen und dürfen somit auch nicht mehr in Verkehr gebracht werden! Ch. Heyen 8 8

9 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 7 ) 2. Stufe = 3 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung April 2012 Tabelle 13 Lampenlichtstromerhaltwerte und Lampenüberlebensfaktoren für Hochdruck-Natriumdampflampen - 2. Stufe Kategorie der Natriumdampf-Hochdrucklampen und Betriebsstunden für Messung P 75 W LLMF und LSF gemessen bei Betriebsstunden P > 75 W LLMF und LSF gemessen bei Betriebsstunden Ra 60 Ra > 60 alle zum Betrieb mit Vorschaltgeräten für Hochdruck- Quecksilberdampflampen bestimmten Nachrüstlampen Ra 60 Ra > 60 alle zum Betrieb mit Vorschaltgeräten für Hochdruck- Quecksilberdampflampen bestimmten Nachrüstlampen > 0,80 >0,90 > 0,75 > 0,75 > 0,75 > 0,85 > 0,70 Lampenlichtstromerhalt Lampenüberlebensfaktor > 0,80 > 0,90 > 0,65 > 0,75 > 0,55 Die in Tabelle 13 aufgeführten Anforderungen an die zum Betrieb mit Vorschaltgeräten für Hochdruck- Quecksilberdampflampen bestimmten Nachrüstlampen gelten bis zum Ablauf von 6 Jahren nach Inkrafttreten dieser Verordnung. = Ch. Heyen 9 9

10 Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 8 ) 3. Stufe Lampen Mindest-Lichtausbeute für Metallhalogenidlampen (Tab. 10) Mindestwerte für Lampenlichtstromerhalt und Lampenüberlebensfaktoren für Metallhalogenidlampen (Tab. 14) Betriebsgeräte Mindestwirkungsgrad von Vorschaltgeräten für Hochdruckentladungslampen (Tab. 16) Leuchten Kompatibilität der Vorschaltgeräte Ch. Heyen 10 10

11 Klassische Leuchten-Technologien Ch. Heyen 11 11

12 EYE IWASAKI Hg - Austauschlampen ( 1 ) Hg Hochdruck - Lampe Lampenlichtstrom Betrieb an Hg - Vorschaltgerät Systemleistung: 125 W lm 125 / 80 W 137 / 89 W IWASAKI - Austausch - Lampe 75 W Typ: NH 75 FLX Lampenlichtstrom Lichtausbeute: gefordert nach Tab. 7: lm 82,7 lm/w 80 lm/w OK - integrierter Zünder - End-of-Life-Abschaltung - niedrigere Zündspannung - 3 Jahre Garantie elektrische Leistung: - 35 % Lampenlichtstrom: - 1,5 % Ch. Heyen 12 12

13 EYE IWASAKI Hg - Austauschlampen ( 2 ) EYE IWASAKI Metallhalogen-Hochdruck-Lampe als Ersatz für HME-Lampen CM45FLS zur CM70FLS zur CM115FLS zur 50W HME-Lampe 80W HME-Lampe 125W HME-Lampe Lichtausbeute 100 lm/w Ch. Heyen 13 13

14 OSRAM Longlife - T8-Leuchtstofflampe LUMILUX XT T8 Leistungsstufe: 18, 36 und 58 W Sockel: G13 Durchmesser: 26 mm Mittlere Lebensdauer: h (Warmstart EVG) Service Lebensdauer*: h (Warmstart EVG) Lichtfarbe: 830, 840 und 865 Farbwiedergabeindex Ra Hohe Lichtausbeute Service-Lebensdauer ist für LUMILUX T8 Leuchtstofflampen aufgrund des geringen Lichtverlustes als der Zeitpunkt definiert, zu dem 10 % der Lampen ausgefallen sind. LUMILUX XXT T8 Leistungsstufe: 18, 36 und 58 W Sockel: G13 Durchmesser: 26 mm Mittlere Lebensdauer: h (Warmstart EVG) Service Lebensdauer*: h Lichtfarbe: 830, 840 und 865 Farbwiedergabeindex Ra Hohe Lichtausbeute (besonders im Kombination mit EVG) Service-Lebensdauer ist für LUMILUX T8 Leuchtstofflampen aufgrund des geringen Lichtverlustes als der Zeitpunkt definiert, zu dem 10 % der Lampen ausgefallen sind Ch. Heyen 14 14

15 VOSSLOH-SCHWABE Betriebsgeräte ( 1 ) VS hat alle Standardgeräte so modifiziert, dass diese Geräte bereits heute die geforderte Energieeffizienz EEI=A3, gültig ab 2012, erfüllen. Zudem stellt VS zur L & B 2010 bereits für alle Wattagen Neuentwicklungen vor, welche die ab 2017 geforderte Energieeffizienz EEI = A2 erfüllen. Aus dieser partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit den Materiallieferanten sind zum Beispiel neue verlustärmere Elektroblechgüten entstanden, die notwendig sind, um entsprechende Vorschaltgeräte der Energieeffizienz-Stufe A2 zu entwickeln Ch. Heyen 15 15

16 TRIDONIC Betriebsgeräte ( 2 ) EVG s für Industrie-Standard = längere Lebensdauer ( h) Ch. Heyen 16 16

17 z.b. PHILIPS FORTIMO LLM LED s als neue Lichtquelle Foto: Ch. Heyen Blaue LEDs im inneren der Mischkammer erzeugen eine homogene Strahlung, die durch Leuchtstoffe (Remote-Phosphor) beim Austritt aus dem Modul in weißes Licht umgewandelt werden einzelnen LEDs sind von außen nicht sichtbar; dadurch geringere Blendung ein Ausfall einzelner LEDs ist nicht wahrnehmbar; es verringert sich lediglich das Beleuchtungsniveau. Treiber mit automatischer Konstanthaltung des Lichtstroms (z.b lm für h), (Ausregelung des Lichtstrom-Wartungsfaktors!) Ch. Heyen 17 17

18 LED - Leuchten - Technologien Ch. Heyen 18 18

19 Ausregelung des Wartungsfaktors Ф 1 Ф % P 1 / P 2 Beleuchtungsanlage ohne Lichtstromregelung konstante elektr. Leistung P abfallender Lichtstrom Φ Wartungsintervall t ( h ) Wartungsintervalle: HID-Lampen z.b h LED s z.b h 100 % Ф 1 / Ф 2 Beleuchtungsanlage mit Lichtstromregelung konstanter Lichtstrom Φ ansteigende elektr. Leistung P P 2 P 1 Wartungsintervall t ( h ) Ch. Heyen 19 19

20 Energieeffizienz in der Straßenbeleuchtung Die alleinige Bewertung von Lichtquellen aufgrund der Lichtausbeute ist nicht korrekt und führt zu falschen Ergebnissen! Eine Leuchtenbewertung mittels Betriebswirkungsgrad berücksichtigt nicht die Lichtstärkeverteilungs-Charakteristik und ist deshalb falsch! Die Bewertung von SB-Projekten erfordert deshalb grundsätzlich die Leuchtenbewertung gemäß der Lichtstärke-Verteilungs-Kurve (LVK) und eine Lampenauswahl unter Beachtung der System-Lichtausbeute und der Betriebscharakteristik Eine wirtschaftliche SB-Projektierung ist nur mit korrekten lichttechnischen Berechnungen möglich! Ch. Heyen 20 20

21 Lichtstärke-Verteilungs-Kurve ( L V K ) Ch. Heyen 21 21

22 Lichtstärke - Verteilungs - Kurve C 0 - C 180 Lampe: 1 x NaH-T 70 W = 6,6 klm E = I x cos 3 ε x Φ x Μ F H 2 E P31 = 216 x 0,978 3 x 6,6 x 0,8 8 2 = 16,7 lx H = 8 m E P71 = 328 x 0,731 3 x 6,6 x 0,8 8 2 = 10,6 lx P01 P11 P21 P31 P41 P51 P61 P Ch. Heyen 22 22

23 Lichtstärke - Verteilungs - Kurve C 30 - C 210 Lampe: 1 x NaH-T 70 W = 6,6 klm E = I x cos 3 ε x Φ x Μ F H 2 H = 8 m E P64 = 401 x 0,707 3 x 6,6 x 0,8 8 2 = 11,7 lx P Ch. Heyen 23 23

24 Lichtstärke - Verteilungs - Kurve C 90 - C 270 Lampe: 1 x NaH-T 70 W = 6,6 klm E = I x cos 3 ε x Φ x Μ F H 2 H = 8 m E P26 = 149 x 0,766 3 x 6,6 x 0,8 8 2 = 5,5 lx P23 P Ch. Heyen 24 24

25 Beispiel: Lichtstärke-Verteilungs-Kurven (LVK) ( 1 ) Himmelsaufhellung durch hohen oberen halbräumlichen Lichtstromanteil Opale Kugel-Leuchte Lampe: 1 x HSE 50 W Lichtstrom: lm Anschlusswert: 62 W System-Lichtausbeute: 56,5 lm/w Ch. Heyen 25 25

26 Beispiel: Lichtstärke-Verteilungs-Kurven (LVK) ( 2 ) Blendung durch hohe Lichtstärke-Werte für alle C-Ebenen oberhalb γ = 70 Zylinder-Leuchte mit Lamellen-Optik Lampe: 1 x HME 80 W Lichtstrom: lm Anschlusswert: 89 W System-Lichtausbeute: 44,9 lm/w Ch. Heyen 26 26

27 Beispiel: Lichtstärke-Verteilungs-Kurven (LVK) ( 3 ) Beispiel - LVK einer Kofferleuchte Begrenzung der Lichtstärke-Werte für alle C-Ebenen oberhalb γ = 70 Blendungsbegrenzung Maximale Lichtstärke- Werte für C0 C180 und für C30 bis C40 (γ = ) Reduzierte Lichtstärke- Werte für γ = Ch. Heyen 27 27

28 Energie-Effizienz von Lampe + Leuchte ( 1 ) LED-Leuchte Lichtstrom: lm Anschlusswert: 55 W System-Lichtausbeute: 55,9 lm/w Beleuchtungsklasse S5 E m = 3,16 lx E min = 0,62 lx U o = 0,2 G1 E min : E max = 1 : 18 a = 27,5 m b = 5,0 m s = -0,5 m Lph = 6,0 m Ch. Heyen 28 28

29 Energie-Effizienz von Lampe + Leuchte ( 2 ) Beleuchtungsklasse S5 Kofferleuchte mit LED-Modul Lichtstrom: lm Anschlusswert: Ø 25,2 W System-Lichtausbeute: 71,4 lm/w E m = 3,04 lx E min = 1,91 lx U o = 0,63 G4 E min : E max = 1 : 4 a = 29,0 m b = 5,0 m s = -0,5 m Lph = 6,0 m Ch. Heyen 29 29

30 Blick in die Zukunft: Hochdruck-Entladungslampen HID-Lampen werden in der Straßenbeleuchtung auch zukünftig von großer Bedeutung sein. Größter Vorteil ist die punktförmige Lichterzeugung (optimale Lichtlenkung) und die einfache Handhabung der hohen Lampentemperatur. Beleuchtungsniveaus > ME4 bzw. für SB-Anlagen mit hohen Lampenlichtströmen bleibt die HID-Lampe die 1. Wahl. Für Metallhalogen-Hochdrucklampen ermöglichen neue Technologien (veränderte Brennerkonstruktion und modulierter EVG-Betrieb) eine Steigerung der Lichtausbeute bis zu 150 lm/w. Elektronische Betriebsgeräte ermöglichen den Dimmbetrieb in definierten Leistungsbereichen. Die genormte, kostengünstige Lampentechnologie ermöglicht einen wirtschaftlichen Betrieb der SB-Anlagen Ch. Heyen 30 30

31 Blick in die Zukunft: LED Technologie ( 1 ) LED-bestückte Leuchten werden zukünftig für die Beleuchtung von Wohn- und Anliegerstraßen vermehrt eingesetzt. Beleuchtungsniveaus S4 können mit Lichtströmen bis lm realisiert werden bei beherrschbarem Thermomanagement. Vorteilhaft ist die einfache Lichtstrom-Regelung (Dimmung auf Standby- Niveau) und der Start ohne Anlaufphase. Austauschbare LED-Module werden zum Standard und die Einzel-LED- Lösung ersetzen. Die ZHAGA-Initiative führt leider nur zu einer Hersteller-Standardisierung. Die hohen LED-Ersatzteilpreise werden auf Grund der ungünstigen Rohstoff-Situation trotz Lebensdauervorteil nicht die Wirtschaftlichkeit der SB-Anlagen verbessern Ch. Heyen 31 31

32 Blick in die Zukunft: LED Technologie ( 2 ) Elektronische Treiber erkennen automatisch die angeschlossenen LED- Module (techn. Änderungen bzw. Effizienzsteigerungen erfordern keinen Austausch der Treiber). Die Konstanthaltung des Lichtstroms während der Lebensdauer bewirkt eine quasi Ausregelung des Wartungsfaktors (Der Lampenlichtstrom-Wartungsfaktor ist 1 und in der lichttechnischen Berechnung wird nur der Leuchtenwartungsfaktor berücksichtigt). Elektronische Treiber mit integrierter Dimmer- und Timer-Funktion ermöglichen eine zeitabhängige Leistungsreduzierung. Die derzeitige Nutzlebensdauer der Betriebsgeräte von Stunden entspricht nicht den praktischen Anforderungen der Straßenbeleuchtung Forderung an die Industrie: mindestens Stunden Ch. Heyen 32 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ch. Heyen 33 33