Wie energieeffizient Beleuchtung zukünftig sein wird

Dr.-Ing. Jan de Boer

Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart

− 8% des Stromverbrauchs− Gewerbebau: z.T. > 30 % des

Primärenergiebedarfs

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 24.2.2012

80 -90 % der Informationsaufnahme über das Auge

© Fraunhofer IBP

Übersicht

1. Technologien

2. Erschließbare Potenziale in der Praxis

3. Instrumente / Werkzeuge

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LEDs Marktentwicklung

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 24.2.2012

© Fraunhofer IBP

LEDs „Retrofit Lampen“

E14, E27, … Sockel Stabförmig, G5, G13,..

Angegebenen Einsatzzweck beachten:

−Schwer zugänglic

he Stellen

−Kühle Umgebungen

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© nimbus

LEDs „LED-Leuchten“

© nimbus © Philips

© Trilux

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LEDs Energetische Effizienz „LED Leuchten“

Leuchten auf Basis von LL-Lampen: bis 85 lm/W

8/2012: 98 lm/W

„State of the art“ LED-BAP Leuchte: bis 98 lm/W

Potential: LED Leuchten: bis 120 lm/W

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LEDs Installierte Leistung: Konventionell vs. LED

Raumtyp Em

Installierte Leistung

Einsparung Konventionell

T5 LL EVG LED-Lösung

Gruppenbüro

500 lx 11,4 W/m² 7,5 W/m² 43 %

Klassenraum

300 lx 6,3 W/m² 4,0 W/m² 37 %

Werkhalle

500 lx 11,5 W/m² 9,6 W/m² 17 %

Parkgarage

75 lx 1,6 W/m² 1,0 W/m² 37 %

Datenquelle: ZVEI, Jörg Minnerup, 10/2012

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LEDs Module, Standardisierung (Zhaga-Initiative)

© R.Heinz, Philips

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LEDs Wirtschaftlichkeit?

CFL-Downlight LED-Downlight

3,1 W/m² 2,7 W/m²

Noch stark anwendungsabhängig!

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OLEDs Zukunftszenaro „Großflächige Lichtquellen“

Copyright Osram

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Erste Produkte am Markt

− ηL : 12 lm/W – 23 lm/W

− Ra: 75-87

− φ: bis 40 lm

− Lebensdauer: 5000 h

Forschung

− ηL : bis 87 lm/W

− Deutlich höhere Lebensdauern

Quelle Osram

OLEDs Zukunftszenaro „Großflächige Lichtquellen“

Fassaden als natürliche Leuchten

Raum

Abmessungen

Reflexions-grade

Kunstlicht

Lampen Betriebsgeräte

Leuchten

Beleuchtungsart

PinstalliertTageslicht

Klima, Lage

Fassade

Aussenraum

Kontrolle Tageslichtabh.Kontrolle

Präsenzdetektion

teffektiv

QLicht = Pinstalliert* teffektiv

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Tageslicht Potentiale

Nutungszeit und Tageslichtangebot

- Aussen: Tageslicht zu 93 % der verfügbar

- Innen: Tageslichtversorgung bis zu 80 %

- Verfügbare Belichtung Außen: ca. 100 Mlxh/a

- Erforderliche Belichtung Innen: 1,173 Mlxh/a (Büro)

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Tageslicht Lösungen und Technologien

© LESO-EPFL

© EControl-Glas GmbH & Co. KG

FassadenKomponenten

© LESO-EPFL

© Uni Stuttgart IKB2

© Indulight

Architektonische Lösungen

Lichtmanagement

© NRC

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Übersicht

1. Technologien

2. Erschließbare Potenziale in der Praxis

3. Instrumente / Werkzeuge

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Potentiale Anteil Beleuchtung am Stromverbrauch

Lager 60 – 80 %Einzelhandel Textil bis 80 %Büro- und Verwaltungsgebäude 30 – 50 %Schulen 30 – 50 %Hotel 30 – 40 %Krankenhäuser 20 – 30 % Einzelhandel Lebensmittel bis 25 %Fabriken bis 15 %Wohnhäuser bis 10 %

Quelle: ZVEI

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Potentiale Bestandsertüchtigung

Nur geringe Anzahl Neubauten

75 % der Beleuchtungs-anlagen veraltet (älter als 25 Jahre )

~3% Sanierungsrate(Schätzung Fassaden und Beleuchtungsindustrie)

Geo-reisecommunity

Wikipedia,. Apfel3748

Marquardt

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Beispiel Großraumbüro

� Geringe Tageslichtnutzung

� Zentral Ein / Aus,

durchschnittlicher Weg zu

Schalter: 38 m

� T8 (26 mm) Lampen

� Leuchten: ηLB = 45%

� Konventionelle Vorschaltgeräte

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� Gemessen QL=60 KWh/m²a (156 kWh/m²a Primärenergie)

� Sanierung: Sonnenschutz lichtlenkend, Aktuelle LL-Technologie & Lichtmanagement

� Nach Sanierung QL= 8 KWh/m²a (20,8 kWh/m²a Primärenergie)

� Amortisationszeit: 7 a

Amortisation: 7a

-175 T€

+165 T€

Time [a]C

apita

l Val

ue [€

]

Beispiel Großraumbüro

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Therapiebereich: 5,5 a (Neue Leuchten EVG, T5, Anhebung ηηηηLB, Präsenzmeldung)

Patientenzimmer: 1,0 a (Austausch Glühlampen gegen CFL)

Schwimmbad: 1,8 a (Austausch Halogenstrahler gegen CFL-Strahler, neue Allgemeinbeleuchtung, Präsenzmeldung)

Amortisationszeiten unterschiedlicher Maßnahmenpakete

?

Beispiel Klinikzentrum im Rahmen eines Energy Contracting

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Fachgerechte Planung

Umbau 2010

Pinst = 23,2 W/m²

Egemessen = 1000 lx

Kein Lichtmanagement

Leuchten:2 x TCD 26 W,EVGηLB= 49 %

80 % der Beleuchtungsanlagen werden lt. ZVEI gar nicht oder nicht nach dem aktuellen Stand der Technik geplant

EN 12464:Em = 500 lx

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Übersicht

1. Technologien

2. Erschließbare Potenziale in der Praxis

3. Instrumente / Werkzeuge

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Legislative Instrumente

Produktebene

„Glühlampenverbot“ Labeln von Lampen Labeln von Leuchten

Systemebene

EnEV DIN V 18599 Weitere Ansätze

Anforderungen an:

-Inbetriebnahme,

-Ausserbetriebnahme,

-Inspektion.

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Erhöhung Transparenz Potentiale in-situ aufzeigen

− Potentiale aufzeigen, verifizieren und erst dann Sanieren

− Mobile Meßtechnik (Datenlogger)

− Aufzeichnung für begrenzten Zeitraum

− Tageslichtverfügbarkeit

− Raumbelegung

− Extrapolation und Errechnung der Wirtschaftlichkeit der Installation von Lichtmanagement

© Steinel

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Erhöhung Transparenz Aufwandszahl für Beleuchtung

NutzllEndl QeQ ,, =

© Fraunhofer IBP

Erhöhung Transparenz Aufwandszahl für Beleuchtung

Einzelbüro

Neuanlage mitLichtmanagement

Altanlage ohne Lichtmanagement

Faktor alt vs. neu: 5,4

el=2,76 el=14,89

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− DIALUX, Relux

− ENBW-Lichtexperte

− Sanierungsratgeber− Entscheidungshilfe

− Energie und Wirtschaftlichkeit

− Für Gebäudebegehung

− App für

− Smartphones

− Tablets

− Frei verfügbar ab Anfang 2013

Werkzeuge

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Sanierungsratgeber Projektverwaltung & Daten Analyse

© Fraunhofer IBP

Wie effizient Beleuchtung zukünftig sein wird……hängt ab von

− Technologie:

− LEDs vor breiter Marktdurchdringung

− OLEDs brauchen noch Zeit

− Fassadentechnik / Lichtmanagement

− Praktischer Umsetzung:

− Ernten von „Low Hanging Fruits“

− Forcierte Bestandsertüchtigung

− Fachgerechter Planung

− Instrumenten & Tools:

− Legislative Maßnahmen auf Produkt- und Systemebene

− Auch einfache Tools zur Entscheidungsunterstützung

© Fraunhofer IBP

© Fraunhofer IBP

© Fraunhofer IBP

LEDs „LED Langfeldleuchtstofflampenersatz“

z.B. ηηηηSys = 1650 lm/22W = 75 lm/W

Angegebenen Einsatzzweck beachten:−Schwer zugängliche Stellen−Kühle Umgebungen

z.B. ηL = 3350 lm/ 36W= 93 lm/W

ηηηηSys = ηL / fvg = 93 lm/W/ 1,1= 85 lm/W

…bei doppeltem Lichtstrom gegenüber LED Lampe

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LEDs Sich ändernde Bewertung & Kennzahlen

Leuchtenbetriebswirkungsgrad

ηLB

Faktor Vorschaltgeräte

fVG

Lampenlichtausbeute

ηL[lm/W]

P[W] ΦΦΦΦ [lm]

Konventionelle Beleuchtungssyteme

LED-Leuchten

P[W] ΦΦΦΦ [lm]

Leuchtenlichtausbeute

ηLeuchte[lm/W]

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Erste Produkte am Markt

− ηL : 12 lm/W – 23 lm/W

− Ra: 75-87

− φ: bis 40 lm

− Lebensdauer: 5000 h

Forschung

− ηL : bis 87 lm/W

− Deutlich höhere Lebensdauern

Quelle Osram Quelle Trilux

OLEDs Zukunftszenaro „Großflächige Lichtquellen“

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Tageslicht Potentiale

Jährliche Kosten (€/Mlmh) verschiedener Kunstlicht und Tageslichttechniken

(Fontoynont 2009)

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Tageslicht Tageslichtabhängige Regelung

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Beispiel Einkaufsmarkt: Tageslichttechnische Ertüchtigung

QL,P = 65 KWh/m²a

QL,P = 32 KWh/m²a

Einsparung durch Tageslicht und Lichtmanagement > 50 %

Amortisationszeiten in Werkhallen ab 1,5 a.

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Erhöhung Transparenz Nutzenergie für Beleuchtung

Verkürzte Definition: „Energetisches Äquivalent der zur Erfüllung der Sehaufgaben erforderlichen Belichtung bei idealem Lichtmanagement“

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Aufwandszahl für Beleuchtung: Beispiele