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. 24.01.2011 Ch. Heyen 1 1
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 11.08.2005 Durchführungsanweisung VERORDNUNG (EG) Nr. 245/2009 vom 18. März 2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG in Kraft seit 13.04.2009 ErP-Richtlinie RICHTLINIE 2009/125/EG vom 21. Oktober 2009 Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte in Kraft seit 20.11.2009 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 25.04.2010 Diese Verordnung ist in allen ihren Teilen verbindlich und gilt unmittelbar in jedem Mitgliedstaat. 24.01.2011 Ch. Heyen 2 2
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) 24.01.2011 Ch. Heyen 3 3
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 12000 lm Lichtquelle 8500 lm Lichtquelle < 12000 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. 24.01.2011 Ch. Heyen 4 4
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] 24.01.2011 Ch. Heyen 5 5
Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 4 ) 1. Stufe 13.04.2010 Lampen Mindest-Lichtausbeute für Leuchtstoff-Lampen (Tab. 1, 2-[Neu], 3-[Neu], 4, 5 + 6-[Neu]) Betriebsgeräte Publikation der Daten im Internet (Lampenleistung, Lichtstrom, Wirkungsgrad, Lichtstromerhalt, Überlebensfaktor, Quecksilbergehalt, usw.) Anforderungen für Vorschaltgeräte von Leuchtstofflampen (Tab. 17-[Neu], 18 + 19) 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. 24.01.2011 Ch. Heyen 6 6
Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 5 ) 2. Stufe 13.04.2012 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 24.01.2011 Ch. Heyen 7 7
Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 6 ) 6 Jahre nach Inkrafttreten dieser Verordnung (13.04.2015) 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 40 50 40 < W 50 55 50 < W 70 65 70 < W 125 70 125 < W 75 Hg-Hochdruck-Lampen 50 W 4Y 2.000 lm 40 lm/w 80 W 4Y 4.000 lm 50 lm/w 125 W 4Y 6.800 lm 54 lm/w 250 W 13.000 lm 52 lm/w Die Lampen erhalten nicht mehr das CE-Zeichen und dürfen somit auch nicht mehr in Verkehr gebracht werden! 24.01.2011 Ch. Heyen 8 8
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 12.000 Betriebsstunden P > 75 W LLMF und LSF gemessen bei 16.000 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. = 25.04.2016 24.01.2011 Ch. Heyen 9 9
Verordnungen (EG) Nr. 245/2009 und Nr. 347/2010 ( 8 ) 3. Stufe 13.04.2017 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 24.01.2011 Ch. Heyen 10 10
Klassische Leuchten-Technologien 24.01.2011 Ch. Heyen 11 11
EYE IWASAKI Hg - Austauschlampen ( 1 ) Hg Hochdruck - Lampe Lampenlichtstrom Betrieb an Hg - Vorschaltgerät Systemleistung: 125 W 6.300 lm 125 / 80 W 137 / 89 W IWASAKI - Austausch - Lampe 75 W Typ: NH 75 FLX Lampenlichtstrom Lichtausbeute: gefordert nach Tab. 7: 6.200 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 % 24.01.2011 Ch. Heyen 12 12
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 24.01.2011 Ch. Heyen 13 13
OSRAM Longlife - T8-Leuchtstofflampe LUMILUX XT T8 Leistungsstufe: 18, 36 und 58 W Sockel: G13 Durchmesser: 26 mm Mittlere Lebensdauer: 50.000 h (Warmstart EVG) Service Lebensdauer*: 42.000 h (Warmstart EVG) Lichtfarbe: 830, 840 und 865 Farbwiedergabeindex Ra 80-89 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: 90.000 h (Warmstart EVG) Service Lebensdauer*: 75.000 h Lichtfarbe: 830, 840 und 865 Farbwiedergabeindex Ra 80-89 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. 24.01.2011 Ch. Heyen 14 14
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. 24.01.2011 Ch. Heyen 15 15
TRIDONIC Betriebsgeräte ( 2 ) EVG s für Industrie-Standard = längere Lebensdauer (100.000 h) 24.01.2011 Ch. Heyen 16 16
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 3.000 lm für 50.000 h), (Ausregelung des Lichtstrom-Wartungsfaktors!) 24.01.2011 Ch. Heyen 17 17
LED - Leuchten - Technologien 24.01.2011 Ch. Heyen 18 18
Ausregelung des Wartungsfaktors Ф 1 Ф 2 100 % P 1 / P 2 Beleuchtungsanlage ohne Lichtstromregelung konstante elektr. Leistung P abfallender Lichtstrom Φ Wartungsintervall t ( h ) Wartungsintervalle: HID-Lampen z.b. 16.000 h LED s z.b. 50.000 h 100 % Ф 1 / Ф 2 Beleuchtungsanlage mit Lichtstromregelung konstanter Lichtstrom Φ ansteigende elektr. Leistung P P 2 P 1 Wartungsintervall t ( h ) 24.01.2011 Ch. Heyen 19 19
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! 24.01.2011 Ch. Heyen 20 20
Lichtstärke-Verteilungs-Kurve ( L V K ) 24.01.2011 Ch. Heyen 21 21
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 P71 24.01.2011 Ch. Heyen 22 22
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 P64 24.01.2011 Ch. Heyen 23 23
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 P26 24.01.2011 Ch. Heyen 24 24
Beispiel: Lichtstärke-Verteilungs-Kurven (LVK) ( 1 ) Himmelsaufhellung durch hohen oberen halbräumlichen Lichtstromanteil Opale Kugel-Leuchte Lampe: 1 x HSE 50 W Lichtstrom: 3.500 lm Anschlusswert: 62 W System-Lichtausbeute: 56,5 lm/w 24.01.2011 Ch. Heyen 25 25
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: 4.000 lm Anschlusswert: 89 W System-Lichtausbeute: 44,9 lm/w 24.01.2011 Ch. Heyen 26 26
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 = 40-55 ) Reduzierte Lichtstärke- Werte für γ = 0 24.01.2011 Ch. Heyen 27 27
Energie-Effizienz von Lampe + Leuchte ( 1 ) LED-Leuchte Lichtstrom: 3.075 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 24.01.2011 Ch. Heyen 28 28
Energie-Effizienz von Lampe + Leuchte ( 2 ) Beleuchtungsklasse S5 Kofferleuchte mit LED-Modul Lichtstrom: 1.800 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 24.01.2011 Ch. Heyen 29 29
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 24.01.2011 Ch. Heyen 30 30
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 3.000 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. 24.01.2011 Ch. Heyen 31 31
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 50.000 Stunden entspricht nicht den praktischen Anforderungen der Straßenbeleuchtung Forderung an die Industrie: mindestens 100.000 Stunden 24.01.2011 Ch. Heyen 32 32
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! E-Mail: christoph.heyen@t-online.de 24.01.2011 Ch. Heyen 33 33