RADWEGE ZUKUNFTSFÄHIG BELEUCHTEN MIT MODERNER TECHNIK AM BEISPIEL DER RADSCHNELLVERBINDUNG FRANKFURT-DARMSTADT

von M.Sc. Daniel Petry

GLIEDERU

NG Über uns

Grundlagen

Solarleuchten

Lichtfarbe: Von Kaltweiß bis Amber

3

4

7

13

2

Gliederung

Adaptive Beleuchtung 16

Radschnellverbindung 20

Zusatzfolien: Lichtbedarf - persönliches Empfinden 31

ÜBER U

NS

Ingenieurbüro Dr. Petry & Partner mbB 1.11.1993 Gründung des Ingenieurbüro Dr. Petry für Licht- und Elektrotechnik seit 2018: Umgründung in Ingenieurbüro Dr. Petry & Partner mbB Tätigkeitsfelder:

3

Lichtmessung Lichtplanung Gerichts- und Privatgutachten

Straßen-beleuchtung Lichtimmissionen

GRUNDLAGEN

4

GRU

NDLAG

EN Wichtige Kenngrößen&Normen

In der Welt der Lichttechnik gibt es viele verschiedene Kenngrößen. Im Rahmen dieser

Präsentation sind folgende Größen relevant:

Beleuchtungsstärke (lux): Beschreibt, wie viel Licht auf eine Fläche fällt Gleichmäßigkeit: Ein Maß dafür, wie homogen eine Fläche beleuchtet wird Schwellenwerterhöhung: Beschreibt ein Maß für Blendung von Verkehrsteilnehmern Leuchtdichte: Beschreibt, wie viel Licht eine Quelle in eine Richtung verlässt

Diese Größen werden als Vorgabe in den relevanten Normen wie z.B. der DIN EN 13201,

auch bekannt als Straßenbeleuchtungsnorm, aufgeführt.

In der DIN EN 13201 gibt es im Allgemeinen eine Unterscheidung in Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichtevorgaben.

5

GRU

NDLAG

EN Wichtige Kenngrößen&Normen

So wird für eine Radschnellverbindung, welche nach DIN EN 13201 als Klasse P5 eingestuft wird, folgendes gefordert:

Um diese Werte besser in Relation zum Alltag setzen zu können: Bei Bürotätigkeiten wird eine mittlere Beleuchtungsstärke von > 500 lx bei einer Gleichmäßigkeit von > 0,6

gefordert.

6

Kenngröße Grenzwert

Mittlere Beleuchtungsstärke ≥ 3 lx

Mindestbeleuchtungsstärke ≥ 0,6 lx

Gleichmäßigkeit ≥ 0,2

Schwellenwerterhöhung Ti < 30%

SOLARLEUCHTEN

7

SOLARLEU

CHTEN Einsatzort von Solarleuchten

Aus der DIN EN 13201 lassen sich im Allgemeinen 2 Kategorien bilden:

Technisch anspruchsvolle Leuchten: Diese Kategorie von Leuchten muss die in der Norm vorgeschriebenen Leuchtdichteanforderungen erfüllen Technisch weniger anspruchsvolle Leuchten: Diese Kategorie von Leuchten muss die in der Norm vorgeschriebenen Beleuchtungsstärkeanforderungen erfüllen Aus technischer Sicht lassen sich Solarleuchten bauen, welche auch die anspruchsvolleren Vorgaben erfüllen können. Komplexere Anforderungen bedeuten in der Regel auch einen höheren Stromverbrauch, womit die Frage bleibt, sind solche Solarleuchten wirtschaftlich?

8

SOLARLEU

CHTEN Einsatzort von Solarleuchten

9

SOLARLEU

CHTEN Einsatzort von Solarleuchten

Solarleuchten sollten bei heutiger Technik aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur bei

weniger anspruchsvollen Anforderungen (Beleuchtungsstärkeanforderungen) eingesetzt werden.

Neben der Frage wie hell und damit anspruchsvoll die Beleuchtung sein muss, ist auch die

benötigte Zuverlässigkeit ein entscheidender Punkt. So ist z.B. ein der Polizei bekannter „kritischer Bereich“ für Solarleuchten eher ungeeignet.

Im Allgemeinen werden Solarleuchten an Orten gebraucht, wo kein Anschluss an eine

Stromversorgung möglich ist und auch nicht geplant ist, eine Stromversorgung zu realisieren.

Bei solchen Orten handelt es in der Regel um Verbindungswege bzw. -straßen zwischen

Ortschaften, Parkanlagen oder Bushaltestellen innerhalb und außerhalb von Ortschaften, welche aus Sicherheitsaspekten oder anderen Gründen beleuchtet werden sollen.

Darüber hinaus ist es in Frage zu stellen, ob abgeschattete Orte wie z.B. Wege in Wäldern

mit Solarleuchten beleuchtet werden sollten.

10

SOLARLEU

CHTEN Planung mit Solarleuchten

Bei Solarleuchten ist die einzige Energiequelle die Sonne. Für einen durchgehenden

Betrieb der Leuchte sind ausreichend Sonnenstunden notwendig.

Während den Wintermonaten ist der Bedarf an künstlichen Licht am höchsten, während die Sonne am wenigsten scheint. Nehmen wir als Beispiel Offenbach im Januar 2019 mit

insgesamt 38 Sonnenstunden.

Sonnenstunden in Offenbach in den Jahren 18/19

11

SOLARLEU

CHTEN Planung mit Solarleuchten

Ein beispielhafte Solarleuchte unter perfekten Bedingungen hat folgende

Grunddaten:

Der Akku der Leuchte ist in ca. 7h Sonnenschein vollständig geladen Der Akku hat eine Kapazität für 5 Nächte

Diese Solarleuchte hätte im Idealfall im Januar 27 Nächte über geleuchtet. Dieses Beispiel zeigt auf, dass neben einer gründlichen Planung eine Bedarfsanalyse nötig ist, damit

Solarleuchten zuverlässig eingesetzt werden können.

Als Alternative zu Solarleuchte können Hybridleuchten, welche zusätzlich über eine kleine Windkraftanlage verfügen, eingesetzt werden.

12

LICHTFARBE: VON KALTWEIß BIS AMBER

13

© ohsuriya / Fotolia

LICHTFARBE: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER LEDs und das Thema der Lichtfarbe

Ursprünglich konnten effiziente LEDs, früher auch Leuchtdioden genannt, nur bläuliches Licht aussenden. Durch geschickte Umwandlungsmethoden wurde aus dem bläulichen

Licht blau-weißes Licht und heutzutage auch warm-weißes Licht.

Diese Umwandlung von blau-weißem Licht zu warm-weißem Licht kostet jedoch Energie. Somit werden LEDs ineffizienter umso warmweißer das Licht wird, welches sie

aussenden.

Das Thema der Lichtfarbe bei LEDs ist also immer ein Kompromiss zwischen den folgenden beiden Punkten:

Ökonomisch effizientes Licht → niedrige Energiekosten Umweltfreundliches Licht → tierfreundlich/insektenfreundlich

14

LICHTFARBE: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER Insektenfreundlichkeit

Wie anhand mehrerer Studien zu erkennen ist, sind warmweiße Leuchte

insektenfreundlicher als kaltweiße Leuchten.

Relative prozentuale Anflüge aller Insektenordnungen an die Lampenarten

Zum Zeitpunkt der Studien waren noch keine Amber-LED-Produkte auf dem Markt erhältlich. Es ist jedoch anhand der Studien stark anzunehmen, dass die Amber-Lichtfarbe

noch insektenfreundlicher ist als warmweißes Licht.

Amber-LEDs sind allerdings auch ineffizienter als warm-weiße LEDs.

15

ADAPTIVE BELEUCHTUNG

16

ADAPTIVE B

ELEUCHTU

NG

Bewegungserkennung

Die adaptive Beleuchtung ist eine dynamische Beleuchtung, die je nach Bedarf und

Tageszeit die Beleuchtung regelt.

Darunter fallen zum einen festeinprogrammierte zeitliche Verläufe oder zum anderen die Erkennung und Führung von Verkehrsteilnehmern.

Bei der Erkennung über Bewegungssensoren gibt es zwei Möglichkeiten: o Der PIR-Sensor ist günstiger, dafür temperaturabhängig und besitzt

dadurch eine schwankende Genauigkeit. o Der HF-Sensor verbraucht im Vergleich zum PIR-Sensor etwas mehr

Leistung, ist jedoch auch genauer bzw. zuverlässiger bei der Detektion von Verkehrsteilnehmern.

Innerhalb der Stadt und bei angrenzenden Wohnhäusern ist darauf zu achten, dass

Anwohner für eine sich unregelmäßig an- und ausschaltende Beleuchtung sensibilisiert werden und sich die Anwohner nicht von der Beleuchtung gestört fühlen.

17

ADAPTIVE B

ELEUCHTU

NG

Gruppenschaltung

Für die Führung der Verkehrsteilnehmer bei einer adaptiven Beleuchtung werden Leuchtengruppen gebildet, welche das Areal für den Verkehrsteilnehmer Stück für Stück beleuchten.

Adaptives Beleuchtungsbeispiel: außerhalb der Stadt liegende Uferpromenade.

An den Anfängen der Promenade sollten die Leuchten auf einem niedrigen Beleuchtungsniveau während der Nacht immer eingeschaltet sein, damit Verkehrsteilnehmer die Beleuchtung und den Weg wahrnehmen.

Sobald ein Verkehrsteilnehmer detektiert wird, wird die betroffene Leuchtengruppe, bestehend aus mehreren Leuchten, auf das gewünschte Beleuchtungsniveau hochgefahren.

Die benachbarte Leuchtengruppe, welche zuvor ausgeschaltet war, erzeugt im Moment der Detektion ein niedriges Beleuchtungsniveau.

Durch dieses Vorgehen kann ein Verkehrsteilnehmer sicher auf der Promenade geführt werden und die Beleuchtung muss nicht durchgehend aktiv sein.

18

ADAPTIVE B

ELEUCHTU

NG

Zusammenspiel der verschiedenen Anforderungen

Ideale individuelle

Planung

Technische Anforderung

-en

Insekten-schutz/Um-weltfreund-

lichkeit

Adaptive Beleuchtung

19

RADSCHNELLVERBINDUNG

20

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Radschnellverbindung Frankfurt - Darmstadt (30 km Länge)

21

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Radschnellverbindung Frankfurt - Darmstadt (30 km Länge)

22

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Ausschnitt 1. Bauabschnitt

23

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

1. Bauabschnitt

Eckdaten 1. Bauabschnitt Fabrikat: Photinus Merkur SCL Leuchtenmastabstand: 40 m Breite: 4 m (max. 5,5 m) Lichtpunkthöhe: 6 m Farbtemperatur: 3000 K Detektion: PIR-Sensor Leuchtengruppen: keine Gruppen / Leuchten werden einzeln geschaltet Lichttechnische Ergebnisse:

24

Kenngröße Grenzwert Simulation Messung Bereich 1 Messung Bereich 2

Mittlere Beleuchtungsstärke

≥ 3 lx 3 lx 4 lx 3,5 lx

Mindestbeleucht-ungsstärke

≥ 0,6 lx 0,96 lx 1,12 lx 0,88 lx

Gleichmäßigkeit ≥ 0,2 0,31 0,28 0,25

Schwellenwerter-höhung Ti

< 30% 27,4% - -

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

1. Bauabschnitt während der Errichtung

25

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

1. Bauabschnitt fertiggestellt

26

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Radschnellverbindung Teststrecke am Stadtwaldhaus

Aktuelle Frage: Können Solarleuchten auch an Waldwegen eingesetzt werden?

Zu diesem Zweck entsteht eine Teststrecke im Frankfurter Stadtwald.

27

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Radschnellverbindung Teststrecke am Stadtwaldhaus

28

RADSCHN

ELLVERBINDU

NG

Radschnellverbindung Teststrecke am Stadtwaldhaus

Zuerst war im Gespräch, ob die Solarleuchten nicht mit einem zusätzlichen Solarpark, positioniert in einer Lichtung, ergänzt werden sollen. Nachdem festgestellt wurde,

dass an einer Stelle am Weg ein Versorgungskabel im Erdreich liegt wurde die Idee mit dem Solarpark verworfen.

Die jetzt zum Einsatz kommenden Solarleuchten werden mit Solarmodulen und Versorgungskabel mit Energie versorgt. Dabei wird der Akku der Solarleuchte bei

unterschreiten einer gewissen Kapazität automatisch mit dem angeschlossenen Kabel wieder aufgeladen. Die dabei verbrauchte Energie wird protokolliert, damit Aussagen

über einen unabhängigen Betrieb von Solarleuchten in bewachsenen Abschnitten getroffen werden können.

Der Testbetrieb soll im Verlaufe des Jahres beginnen und für ein Jahr laufen. Zusätzliche Untersuchungen über das Anflugverhalten von Fledermäusen sind

während des Testbetriebes geplant.

29

ENDE

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Ich freue mich auf Ihre Fragen !

30

LED: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER Zusatzfolien: Lichtbedarf - persönliches Empfinden

Es ist bekannt, dass die Lichtfarbe den Melatoninspiegel im Körper beeinflusst. Daraus ergeben

sich zwei Fragen, welche diskutiert werden müssen:

Welche Lichtfarbe ist für die Verkehrssicherheit am besten? Welche Lichtfarbe ist für Wohngebiete am besten?

Das menschliche Auge verhärtet sich gegen unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich

stark (Linsentrübung). Ist im Alter eine Amber-LED einer 4000K-LED vorzuziehen?

31 Quelle: TU Ilmenau, Prof. Christoph Schierz

LED: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER Zusatzfolien: Spektrum einer 4000K-LED-Leuchte

32

LED: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER Zusatzfolien: Spektrum einer Amber-LED-Leuchte

33

LED: VO

N KALTW

EIß BIS AM

BER Zusatzfolien: Spektren im Vergleich

34 Quelle: TU Ilmenau, Prof. Christoph Schierz

Radwege zukunftsfähig beleuchten mit moderner Technik am Beispiel der Radschnellverbindung Frankfurt-DarmstadtGliederungÜber unsGrundlagenGrundlagenGrundlagenSolarleuchtenSolarleuchtenSolarleuchtenSolarleuchtenSolarleuchtenSolarleuchtenLichtfarbe: Von Kaltweiß bis AmberLichtfarbe: Von Kaltweiß bis AmberLichtfarbe: Von Kaltweiß bis AmberAdaptive BeleuchtungAdaptive BeleuchtungAdaptive BeleuchtungAdaptive BeleuchtungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungRadschnellverbindungEndeLED: Von Kaltweiß bis AmberLED: Von Kaltweiß bis AmberLED: Von Kaltweiß bis AmberLED: Von Kaltweiß bis Amber