Effiziente Strassenbeleuchtung

KliBA
Effiziente Strassenbeleuchtung
Theorie + Praxis aus der Sicht eines Planers
Referent:
Günther Volz · Beratender Ingenieur für Elektrotechnik + Lichttechnik
Landessprecher Baden‐Württemberg des
VDE VERBAND ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK e.V.
e‐mail: pl@n‐volz.de
www.volz‐planung.de
1
Inhaltsübersicht:
Einflüsse von Komponenten
der Straßenbeleuchtung auf den Energiebedarf
Grundlagen der energetischen Bewertung
Lichtausbeute von Lampen
Lichtlenkung und Wirkungsgrad von Leuchten
Potentiale der Energieeinsparung bei der Sanierung
Bewertung von Lebenszykluskosten der Straßenbeleuchtung
Umfassende Vergleiche der Effizienz von Lampen und Leuchten in der
Straßenbeleuchtung für unterschiedliche Sanierungsalternativen
Steuerung der Straßenbeleuchtung und Leistungsreduzierung
Umrüstsätze für Lösungen ohne Leuchtentausch
Innovationen bei Außenleuchten
2
1
Bestandteile der Strassenbeleuchtung - Einfluss auf Energiebedarf:
Vorschaltgeräte
Lichtsensor,
Dämm.Schalt.
Lampe
Leuchte
= Gehäuse für Lampe,
Fassungen, Vorschaltgeräte
„Output“:
Beleuchtungsstärke
bzw. Leuchtdichte
auf der Strasse
„Input“:
El. Energie
Steuerung,
Leistungsreduzierung
3
4
2
Φ LP
= Lichtleistung
5
- 100
Gelbes Licht
LED
Quecksilberdampflampe ***
*** Verbot
durch EU-RL
6
3
Detail‐Vergleich der Systemlichtausbeute
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7
~100
Details: >
8
4
Lichtausbeute von Lampen:
(η = L1 / L0)
230V
Lichtstrom der Lampe = L1 [Φ LP ]
VG
Leistungsbedarf von Lampe und Vorschaltgerät =
L0
Φ LP
(Restliche Energie= nicht sichtbares Licht und Wärme)
Leuchtenwirkungsgrad:
η LB = L2 / L1
Lichtstrom der Lampe = L1
Aus der Leuchte austretender Lichtstrom = L2
9
DIN EN 13201
Straßenbeleuchtung
Energieverbrauch
10
5
Planung + Betrieb
11
Vergleich bei Leuchtentausch: Pilzleuchte gegen Kofferleuchte
Kriterien
und Beurteilung:
Lampenarten
Bestand
Quecksilberdampflampe
Natriumdampfhochdrucklampe
Halogenmetalldampflampe
LED
Lampen: System-Lichtausbeute
[Lumen/Watt]
30 - 49
80 - 100
~ 85 - 115
~ 80
vergleichbare Systemleistung mit
Vorschaltgeräten [Watt]
und Lichtstrom [Lumen]
2 x 125
274
2 x 6.300
1 x 70
83
6.600
1 x 60
70
6.850
35 x 1,5 =
60
~ 4.800
1) Energiekosten/Jahr [€]
bei ~ 3.330 h/a und 0,15 €/kWh
136,90
41,46
34,97
29,97
40
20
~ 60 - 70
~ 80
Farbwiedergabequalität
Neu- und Ersatzkosten der Lampen pro
Leuchte [€]
2x5
1 x 15
1 x 39
35 x 18 =
630
15.000
16.000
10.000
50.000
2) Lampenkosten
pro Jahr ca. [€]
2,22
3,12
13
~ 42
Leuchten: Leuchteneinzelpreis [€]
285
250
315
270
3) Leuchtenkosten pro Jahr ca. [€]
bei ca. 30 Jahre Lebensdauer
9,50
8,33
10,50
9,--
3.-
2,50
2,50
Lampenlebensdauer [h]
4) Wartungskosten
pro Jahr ca. [€]
Bemerkungen
Umgelegt pro Jahr ca. [€]
Kostenrelation
EVG-Lebensdauer?
8.ElektronikLebensdauer?
152
55
61
89
100 %
36 %
40 %
59 %
12
6
Jährl. Anteile an den Lebenszykluskosten für
Effizienztechnologien in der Strassenbeleuchtung
für einfache Zweckleuchten
alt
~ 60%
13
(nur als) Beispiel einer Bewertung:
Anmerkung: alle HST-Lampen in „Doppelbrenner“-Ausführung
Leistungsbedarf
Gesamt- Lichtstrom
[Lumen)
Lichtausbeute Lampen
[Lumen / W]
erzielte mittlere
Beleucht.stärke [lux]
minimale
Beleucht.stärke [lux]
Norm erfüllt ?
Anlagen-Ausbeute
[lux /W] * 1000
Effizienz-Rangfolge
42
bei
EVG
51%
2700
65
2
<1
nein
47
7.
ca. 14.000 h
weißes
Licht
50
60%
4300
86
7
2
ja
140
1.
ca. 12.000 h
warmweißes
Licht
1.1
2.1
Philips
Koffer² 70
2.2
Bemerkungen zu
Lampenlebensdauer
und Lichtfarbe
Systemleistung
in W
2x T26
18W
Hellux
LBR 300/42
Philips
Koffer² 70
HST
50W
59
71%
4000
68
6
2
ja
100
3.
ca. 24.000 h
gelbliches
Licht
3.1
Abbildung
Bega 8269
HIT
70W
83
100%
7000
84
9
4
nein
108
2.
ca. 8.000 h
weißes
Licht
3.2
Leuchtentyp
Ergebnis (Abstand 30m)
Lampentyp und
Nennleistung
Technische Angaben
Bega 8252
TC-D
2x26W
62
75%
3600
58
2
1
nein
32
9.
ca. 12.000 h
warmweißes
Licht
CPO
45W
14
7
(nur als) Beispiel einer Bewertung:
Systemleistung
in W
Leistungsbedarf
Gesamt- Lichtstrom
[Lumen)
Lichtausbeute Lampen
[Lumen / W]
erzielte mittlere
Beleucht.stärke [lux]
minimale
Beleucht.stärke [lux]
Norm erfüllt ?
Anlagen-Ausbeute
[lux /W] * 1000
Effizienz-Rangfolge
HST
1x50W
59
71%
4000
68
4
2
nein
68
6.
ca. 24.000 h
gelbliches
Licht
4.2
Bega 9055
HIT
1x70W
83
100%
7000
85
7
3
ja
85
5.
ca. 8.000 h
weißes
Licht
4.3
Bega 9050
TC-TEL
1x32W
35
42%
2600
75
3
1
nein
86
4.
ca. 12.000 h
warmweißes
Licht
Hess Sera
HST
1x50W
59
71%
4000
68
5
2
ja
85
5.
ca. 24.000 h
gelbliches
Licht
Hess Sera
CPO
1x45W
50
60%
4300
86
5
2
ja
100
3.
ca. 12.000 h
warmweißes
Licht
Leuchtentyp
Abbildung
(10% geneigt)
(10% geneigt)
Bemerkungen zu
Lampenlebensdauer
und Lichtfarbe
Lampentyp und
Nennleistung
4.1
Bega 9055
5.1
Ergebnis (Abstand 30m)
5.2
Technische Angaben
15
Systemleistung
in W
Leistungsbedarf
Gesamt- Lichtstrom
[Lumen)
Lichtausbeute Lampen
[Lumen / W]
erzielte mittlere
Beleucht.stärke [lux]
minimale
Beleucht.stärke [lux]
Norm erfüllt ?
Anlagen-Ausbeute
[lux /W] * 1000
Effizienz-Rangfolge
TC-L
2x24W
54
65%
3600
67
2
<1
nein
37
8.
ca. 12.000 h
warmweißes
Licht
Siteco SR 50
HST
1x50W
59
71%
4000
68
5
1
ja
85
5.
ca. 24.000 h
gelbliches
Licht
Trilux Lumega
700
HST
1x50W
59
71%
4000
68
5
2
ja
85
5.
ca. 24.000 h
gelbliches
Licht
Leuchtentyp
Abbildung
Bemerkungen zu
Lampenlebensdauer
und Lichtfarbe
Lampentyp und
Nennleistung
6.1
Siteco SR 50
6.2
Ergebnis (Abstand 30m)
7.1
Technische Angaben
16
8
HQL 1x80W
89
[€]
CO2 Einsparungen
[€]
1.143.828,00
29.904,00
944.468,00
2.118.200,00
CO2- Erzeugung
in 35 Jahr
[kWh]
Energiekosteneinsparungen
[kWh]
Energiekosten
in 35 Jahre
Energieeinsparungen
Menge
[W] [STK]
Energiebedarf
in 35 Jahre
Bestandsleuchten
AEG (Minikoffer)
SIEMENS (5 NA 341)
SIEMENS (5 NA 583)
Systemleistung
Bestückung
Gruppe: B
Kategorie: 1 + 2
Betriebsstunden: 4000h/J
Strompreis: 0,20 €/kWh
EnergieMix: 348 g/kWh
Abbildungen
Energiebedarfsvergleich der Leuchten im Bestand gegenüber Austauschtypen
[t]
[t]
459
12
379
850
5.719.140
149.520
4.722.340
10.591.000
1.990,3
52,0
1.643,4
3.685,7
850
5.950.000
4.641.000 1.190.000,00 928.200
2.070,6
1.615,1
Austauschstypen
Variante 2
Trilux Lumega 700
Cosmo 1x45W 50
Variante 3
Siteco SR 50
NaH 1x50W
59
850
7.021.000
3.570.000 1.404.200,00 714.000
2.443,3
1.242,4
Variante 4
Vulkan 5150
NaH 1x50W
59
850
7.021.000
3.570.000 1.404.200,00 714.000
2.443,3
1.242,4
Variante 5
Bega 9055
NaH 1x50W
59
850
7.021.000
3.570.000 1.404.200,00 714.000
2.443,3
1.242,4
17
[€]
CO2 Einsparungen
[€]
109.032,00
1.073.800,00
862.344,00
277.536,00
2.322.712,00
CO2- Erzeugung
in 35 Jahr
[kWh]
545.160
5.369.000
4.311.720
1.387.680
11.613.560
Energiekosteneinsparungen
[kWh]
33
325
261
84
703
Energiekosten
in 35 Jahre
Energieeinsparungen
Menge
[W] [STK]
Energiebedarf
in 35 Jahre
Bestandsleuchten
AEG die Breite
AEG Stufenleuchte
Hellux QMF 401
Novalux NLA 1
Systemleistung
Bestückung
Gruppe: M
Kategorie: 10
Betriebsstunden: 4000h/J
Strompreis: 0,20 €/kWh
EnergieMix: 348 g/kWh
Abbildungen
Energiebedarfsvergleich der Leuchten im Bestand gegenüber Austauschtypen
[t]
[t]
189,7
1.868,4
1.500,5
482,9
4.041,5
HQL 2x50W
118
Cosmo 1x45W
50
703
4.921.000 6.692.560
Variante 3
Siteco SR 50
NaH 1x 50W
59
703
5.806.780 5.806.780 1.161.356,00 1.161.356,00 2.020,8 2.020,8
Variante 4
Hess Millenio
LED 2x 39W
78
703
7.676.760 3.936.800 1.535.352,00 787.360,00
Austauschstypen
Variante 2
Philips Koffer² 70
984.200,00 1.338.512,00 1.712,5 2.329,0
2.671,5 1.370,0
18
9
Steuerung + Leistungsreduzierung
Betriebsart 1: ca. 4000 h/Jahr Vollbetriebszeit
Betriebsart 2: ca. 3000 h/Jahr Vollbetriebszeit = 25% Einsparung
elektr.
Leistung
Betriebsart 1
100%
66%
Einsparung
50%
Betriebsart 2
ca. 11 Std/Tag
Zeit
19
Erforderliche Schritte für Energieeinsparung
durch
Steuerungsmanagement + Leistungsreduzierung:
- Untersuchung des Kabel- und Leitungsnetzes im Bestand
(Adernzahl/Querschnitte für Steuerungen)
- Untersuchung Leuchtentypen auf Nachrüstbarkeit mit
Leistungsreduzierbausteinen
- Einsatz neuer Übertragungstechniken (Funk, Powerline bei
fehlenden Voraussetzungen im Netz)
Nachrüstungen sind förderfähig!
20
10
Leistungsreduzierung und Steuerung
ganznächtiger/halbnächtiger Betrieb:
- mit Relais, zur Ansteuerung über erforderlichen Steuerdraht oder
- eingebautes Zeitrelais pro Leuchte, welches sich am theoretischen
Mitternachtszeitpunkt orientiert (aufgrund des erstmaligen Ein- und
Ausschaltzeitpunkts).
- Umschaltbare EVGs mit "Stepp-Dimm"
Leistungsreduzierung auf Leistungswert der nächstniedrigen
Lampen-Wattage ergibt ca. 50 % Lichtstromreduzierung
Umrüstsätze von HQL- auf Natriumdampfhochdrucklampen:
- Vorschaltgerät für Quecksilberdampflampe kann bleiben,
zusätzliche Impedanz mit Zündgerät wird eingebaut
21
Umrüstsätze ?
22
11
Umrüstsatz für „Glocke“
mit HIT 35 W
Bild: GBS - Albstadt
23
Pollerleuchte für Wegbeleuchtung
24
12
Innovationen mit LED:
Bild: HESS
optimierte Lichtverteilung für große Abstände bei Pollerleuchten ...
25
Viel Erfolg bei Ihrer Modernisierung
wünscht Ihnen:
Günther Volz · Beratender Ingenieur · VBI · VDI · VDE
Ingenieurbüro für Elektrotechnik ‐ Lichttechnik ‐ Fördertechnik
Im Letten 26 71139 Ehningen
NL: Tübingen
Telefon 07034 ‐ 93470
e‐mail: pl@n‐volz.de www.volz‐planung.de
26
13