Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung

Transkript

1 Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung Institut für Energietechnik, HSR 2. Dezember 2013 Silvio Bischof Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

2 Outline 1 Scobalit Lichtwellplatte 2 Anforderungen 3 Konzepte 4 Wirkungsgrad / Energieverbrauch 5 Beleuchtungsstärke 6 Kühlung 7 Preiskalkulation 8 Beleuchtungseffekte Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

3 Scobalit Lichtwellplatte Scobalit AG Scobalit AG Im Hölderli Winterthur scobalight scobaglas scobaelement scobatherm scobamat scobatech ILP Lichtwellplatten IFG Faserglasplatten ILE Lichtelemente ISO Isolationselemente MAT Bodenbefestigungsplatten TF Technische Formteile Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

4 Scobalit Lichtwellplatte Schulhaus Buchwiesen Zürich - Seebach Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

5 Scobalit Lichtwellplatte Schulhaus Buchwiesen Zürich - Seebach Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

6 Scobalit Lichtwellplatte Regent Basel Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

7 Scobalit Lichtwellplatte Stadtlounge Raiffeisen St.Gallen Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

8 Anforderungen Anforderungen Unterhalt der LED (Elektronik, Steckverbindungen) Integration der LED-Beleuchtung Kühlung der LED Homogene Beleuchtung Optimaler Wirkungsgrad Durchlässigkeit des Sonnenlichtes Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

9 Konzepte Konzepte LED integriert LED hinterleuchtet LED Fächer Externe Beleuchtung Linsenbündelung PMMA-Stab PMMA-Platte Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

10 Konzepte LED integriert Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

11 Konzepte Vorteile: Video-, Logoprojektionen Guter Wirkungsgrad Gleichmässige Beleuchtung Nachteile: LED Leuchtmittel muss während Produktion verbaut werden Kein externer Beleuchtungslieferant möglich Isolierender Nanogel hemmt Kühlung Aufwändige Verdrahtung bei individueller Farbe und Helligkeit Bei defektem LED Punkt muss komplette Lichtwellplatte ersetzt werden Einsatz verbesserter LED-Komponenten erfordert Neuentwicklung Lichtwellplatte Fehlende Auswechselbarkeit nicht mit Niederspannungsinstallationsnorm vereinbar Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

12 Konzepte LED hinterleuchtet Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

13 Konzepte Vorteile: Video-, Logoprojektionen Gleichmässige Beleuchtung Unabhängige Montage der Beleuchtungstechnik Nachteile: Höhere Lichtleistung bei isolierter Platte LEDs benötigen Platz Grosse Anzahl LED Punkte erhöhen die Kosten Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

14 Konzepte LED Fächer Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

15 Konzepte Vorteile: Einfachere Montage Unabhängige Montage der Beleuchtungstechnik Nachteile: Eingeschränkte Farbgestaltung (Videowand) Für gleichmässige Lichtverteilung ist ein grösserer Abstand nötig Höhere Lichtleistung bei isolierter Platte (Lichtdurchlässigkeit) Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

16 Konzepte Externe Beleuchtung (Lichtleiter) Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

17 Konzepte Vorteile: Gleichmässige Beleuchtung möglich Keine elektrotechnischen Komponenten in Lichtwellplatte nötig Nachteile: Glasfasern müssen während Produktion verbaut werden Glasfasern sind mechanisch sehr anfällig (Biegeradius) Glasfasern mit einzelnen Linsen sind sehr teuer Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

18 Konzepte Linsenbündelung Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

19 Konzepte Vorteile: Keine elektrotechnischen Komponenten in Lichtwellplatte nötig Linseneinbau nach Produktion möglich Gleichmässige Beleuchtung möglich Nachteile: Zugang und Auswechselbarkeit der LED schwierig Teure Linsen Verschmutzungsgefahr beim Einbau (Kleber) Einsatz mit isolierter Lichtwellplatte nicht möglich Luftdichter Einbau der Linse nötig Keine abstandslose Montage mehrerer Platten Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

20 Konzepte PMMA-Stab/Platte 1.2m 2.5m Seitenriss PMMA-Stab Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

21 Konzepte Vorteile: Lichtquelle im Nachhinein montierbar Lieferung LED Leuchtmittel und Treiber durch externe Lieferanten Zugang und Auswechselbarkeit von elektrotechnischen Komponenten Element lässt sich ohne Leuchtmittel verkaufen Kühlung der Leuchtmittel ist problemlos möglich Nachteile: PMMA-Stäbe müssen Luftdicht integriert werden Leuchtmittel sind nicht komplett integriert Ungleichmässige Beleuchtung Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

22 Konzepte Vergleich PMMA-Platte / Stab Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

23 Konzepte Messanordnung Ulbrichtkugel PMMA-Lichtleiter LED 10cm PMMA-Lichtleiter LED Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

24 Konzepte Messresultate Lichtstrom [lumen] 10 0 Front: Stab 8mm ( mm Leuchtstrecke) cm: Stab 8mm ( mm Leuchtstrecke) Front: Stab 8mm ( mm Leuchtstrecke) 10cm: Stab 8mm ( mm Leuchtstrecke) Front: Platte 55x8mm ( mm Leuchtstrecke) 10cm (o): Platte 55x8mm ( mm Leuchtstrecke) 10cm (c): Platte 55x8mm ( mm Leuchtstrecke) Laenge [mm] Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

25 Wirkungsgrad / Energieverbrauch Wirkungsgrad / Energieverbrauch Wirkungsgrad (Lichtleiter) 21% CREE MCE4 RGB-W LED 67 lm/w Gesamtwirkungsgrad 13 lm/w Leistung LED Beleuchtung weiss 2.1W/m 2 Jahresenergieverbrauch (6h Nacht) 4.6kWh/m2 Vergleich Reflexion Wirkungsgrad (Zement) 44% Wirkungsgrad (Beton verwittert) 16% Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

26 Wirkungsgrad / Energieverbrauch Approximation Lichtstrom Lichtleiter Lichtstrom approximiert Lichtstrom gemessen Lichtstrom [lumen] Laenge Lichtleiter in Ulbrichtkugel [mm] Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

27 Beleuchtungsstärke Beleuchtungsstärke Beleuchtungsstärke bei 0.7A = 45lm Stäbe 2.5m 1.2m = 195lm/m 2 195lux Beleuchtungsstärke (Luxmeter) bei 0.7A Beleuchtungsstärke (weiss) bei 0.35A Beleuchtungsstärke (rot) bei 0.35A Beleuchtungsstärke (grün) bei 0.35A Beleuchtungsstärke (blau) bei 0.35A 189lux 114lux 86lux 90lux 22lux Strassenbeleuchtung 1-30 lux Beamer (gut abgedunkelt) lux Gebäudeanstrahlung 10 lux Faustformel Beleuchtungstechnik für Praktiker (bebaute helle Umgebung) Φ/A = L m ρ η B WF = 16cd/m = 24.6lm/m2 25 lux Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

28 Kühlung Kühlung 3.1W T (DIN) = = 10W/(m 2 K ) K (1) m2 T (LED) = 4 C/W 3.1W = 12.4K (2) 35 mm 7,5 mm T (LED) = 30 C K K = 83 C (3) T (Alu) = P l A λ = 3.1W 45mm = 50mm K (4) 180W/(mK ) Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

29 Preiskalkulation Preiskalkulation Für 2.5m x 1.2m grosse Lichtwellplatte: Komponente Preis pro Einheit Anzahl Kosten RGB-W LED Cree CHF CHF Treiber Elektronik nicht definiert Plexi LED Stab 4.14 EUR/m 31.2 m EUR Lichtwellplatte nicht bekannt Total bekannte Kosten 1104 CHF Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

30 Beleuchtungseffekte Beleuchtungsfarbe Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

31 Beleuchtungseffekte Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

32 Beleuchtungseffekte Farbverlauf Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

33 Beleuchtungseffekte Sandstrahlung Logo Institut für Energietechnik, HSR Lichtdurchlässige Isolation mit LED-Beleuchtung 2. Dezember / 34

34