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LEITFADEN ENERGIEEFFIZIENZ IM HANDWERK


Finden Sie hilfreiche Hinweise zum Thema Energie und Effizienz in unserem umfangreichen Nachschlagewerk

Querschnittsthemen / Beleuchtung / Einführung & Grundlagen

Der Beleuchtung mit Tageslicht ist zwar generell dem künstlichen Licht vorzuziehen, dennoch sind alle Unternehmen darauf angewiesen. Der dafür nötige Strom kostet manche Unternehmen ca. 50% der Stromkosten. Deshalb sollte die künstliche Beleuchtung so effizient als möglich eingesetzt werden.

Ist die Beleuchtung nicht optimal, kann es leicht zu Ermüdungserscheinungen, zu Arbeitsfehlern oder sogar zu Unfällen führen. Deshalb ist die Beleuchtung am Arbeitsplatz nicht nur in DIN/EN-Normen, sondern auch im Arbeits- und Gesundheitsschutzes geregelt. Richtiges Licht kann die Motivation der Mitarbeiter steigern, aber ebenso das Kaufverhalten von Kunden beeinflussen.

Unterschiedliche Tätigkeiten und Arbeitsplätze erfordern unterschiedliche Ansprüche an die Beleuchtung. So ist je nach Sehaufgabe in den unterschiedlichen Einsatzbereichen, wie z.B. Produktionshalle, Präzisions-Arbeitsplatz, Lager, Verkehrsweg, Büroraum, Verkaufsraum, Toilette oder Umkleideraum die entsprechende passende Beleuchtung auszuwählen.

Durch den Wechsel von Temperaturstrahlern (Glühbirne) und Entladungslampen (Leuchtstofflampen) zu den Festkörperstrahlern (LED) ist derzeit eine rasante Entwicklung bei den Beleuchtungssystemen zu beobachten. Die modernen Light Emitting Diode-Technik bringt neben der verbesserten Energieeffizienz eine Reihe von Vorteilen mit.

Die Effizienzunterschiede zu herkömmlichen Lampen sind so groß, dass entsprechend der Ökodesign-Richtlinie von 2005 und mehrerer EU-Verordnungen zunächst die Temperaturstrahler (Glühfadenlampen und Halogenlampen) spätestens bis 2018 vom Markt verschwinden müssen. Auch für die „Energiesparlampen“ mit Gasentladungsprinzip steht das Aus für das Jahr 2018 wegen der Quecksilberproblematik schon fest. Das heißt, dass zukünftig nur noch hocheffektive T5-Leuchtstofflampen oder LED-Lampen einsetzbar sein werden.

Entwicklung der Leuchtkörper
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Grundlagen

Für eine gute Beleuchtung mit einem guten Lichtklima ist eine Reihe von Parametern, wie Beleuchtungsstärke, Lichtausbeute, Lichtfarbe u. a. zu beachten. Außerdem sind gesetzliche Vorgaben bzw. Normen (mit empfehlenden Charakter) einzuhalten.

Die Lampe bezeichnet man als das eigentliche Leuchtmittel. Sie werden unterschieden in stabförmige- und Kompakt-Leuchtstofflampen, Induktionslampen, Halogenlampen, Leuchtdioden und einige mehr.

Die Leuchte ist der gesamte Beleuchtungskörper inklusive der Befestigung. Sie schützt die Lampe und verteilt deren Licht. Die Wahl der Lampen ist abhängig von den lichttechnischen Anforderungen der Beleuchtungsaufgabe. Beispiele sind Leuchten in Lichtbandsystemen, Hallenreflektor-Leuchten oder Scheinwerfer. Je nach Umgebung und Schutzbedarf gegen Fremdkörper, Staub, Wasser oder Explosionsschutz müssen Leuchten mit entsprechender Schutzart ausgewählt werden.

Begriffe zum Thema Beleuchtung im Lichtlexikon

gutes Lichtklima
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Physikalische Grundlagen

Bei der Bewertung und Planung einer Beleuchtungsanlage wird eine Reihe von physikalischen Größen benutzt, um die Eigenschaften von Lichtquellen oder deren Lichtwirkungen quantitativ darstellen zu können. Kurze Erläuterungen sind z.B. downloadbar unter:

www.licht.de

Gesetzliche Vorgaben / Normen und Regeln

In Arbeitsräumen und an Arbeitsplätzen müssen bestimmte Vorgaben eingehalten werden, damit sich keine Unfall- und Gesundheitsgefahren ergeben. Hier die wichtigsten Normen für Handwerksunternehmen. Da z.Zt. die Norm DIN 5035 „Beleuchtung mit künstlichem Licht” mit den Teilen 1 bis Teil 8 schrittweise durch entsprechende neue DIN EN-Normen abgelöst werden, ist es wichtig, die aktuellen Normen zu berücksichtigen.


  • DIN 5034-1: 2011-07 „Tageslicht in Innenräumen“ 

  • DIN 5035 „Beleuchtung mit künstlichem Licht“

  • DIN EN 12464-1:2011 „Licht und Beleuchtung, Beleuchtung von Arbeitsstätten“, Teil 1: „Arbeitsstätten in Innenräumen“

  • DIN EN 12665:2002 Licht und Beleuchtung, grundlegende Begriffe und Kriterien für die Festlegung von Anforderungen an die Beleuchtung

  • DIN EN 13032-3:2007 „Licht und Beleuchtung, Messung und Darstellung photometrischer Daten von Lampen und Leuchten“, Teil 3: „Darstellung von Daten für die Notbeleuchtung von Arbeitsstätten"

  • DIN EN 15193:2008 Energetische Bewertung von Gebäuden, energetische Anforderungen an die Beleuchtung (Deutsche Fassung EN 15193:2007)

  • DIN EN 60529 (VDE 0470-1):2000-09, Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) (IEC 60529:1989 A1:1999); Deutsche Fassung EN 60529:1991 A1:2000

  • DIN EN 60598-1 (VDE 0711-1):2005-03, Leuchten – Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen (IEC 60598-1:2003, modifiziert); Deutsche Fassung EN 60598-1:2004

  • DIN EN 12464-2:2007 Licht und Beleuchtung, Beleuchtung von Arbeitsstätten, Teil 2: Arbeitsplätze im Freien

  • DIN VDE 0100 Bestimmungen für das Errichten von Niederspannungsanlagen



Erläuterungen zu den relevanten Normen, z.B. bei www.lotse-innenbeleuchtung.de

Neben diesen Normen gibt es Berufsgenossenschaftliche Regeln, deren Anforderungen eine hohe Verbindlichkeit und damit quasi Gesetzescharakter besitzen.

Berufsgenossenschaftlichen Regel BGR 131 Natürliche und künstliche Beleuchtung von Arbeitsstätten

Teil 1 (BGR 131-1) enthält Handlungshilfen für den Unternehmer,

Teil 2 (BGR 131-2) „Leitfaden zur Planung und zum Betrieb der Beleuchtung”.

Hinzu kommen die Regelungen der Arbeitsstättenverordnung mit den Konkretisierungen in der Arbeitsstättenrichtlinie ASR A3.4 

Danach müssen Arbeitsstätten mit einer für die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Beschäftigten angemessenen künstlichen Beleuchtung ausgestattet sein. In Anlage 1 sind notwendige Beleuchtungsstärke- und Farbwiedergabeindexwerte für verschiedene Werkstätten / Einrichtungen im Innenbereich, in Anlage 2 für Arbeiten im Außenbereich definiert. Höhere Anforderung an die Beleuchtungsqualität kann z.B. bei Verringerung des individuellen Sehvermögens, z. B. mit zunehmendem Alter erforderlich sein.

Anforderungen an Beleuchtung
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Kennzeichnung

Leuchten und Lampen müssen bestimmte Sicherheitsstandards einhalten.

CE-Kennzeichnung

Mit dem Zeichen „CE“ (Conseil de l’Europe) dokumentieren die Hersteller auf ihren Produkten oder der Verpackung in Eigenverantwortung, dass ihre Produkte den Anforderungen bestimmter Richtlinien der Europäischen Union entsprechen und ist damit kein Sicherheitsprüfzeichen. Ein ausschließlich mit dem CE-Symbol gekennzeichnetes Erzeugnis wurde also von keiner anerkannten Prüfstelle getestet.

VDE-Prüfzeichen

Das VDE-Zeichen ist ein Prüfzeichen, das vom Prüf- und Zertifizierungsinstitut des VDE – Technisch Wissenschaftlichen Verbandes der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. vergeben wird. Es dokumentiert die Sicherheit und Normenkonformität eines elektrotechnischen Produktes gegen elektrische, mechanische, thermische und sonstige Gefährdungen.

GS-Prüfzeichen

Das GS-Zeichen („Geprüfte Sicherheit“) bestätigt die Konformität mit dem Gerätesicherheitsgesetz. Es darf nur in Verbindung mit dem Zeichen der prüfenden Stelle (z.B. VDE oder TÜV) verwendet werden.


Lampen und ihre Zukunft
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Gestützt auf die EU-Richtlinie 2010/30/EU (Ökodesign-Richtlinie) zur allgemeinen Energieverbrauchskennzeichnung unterliegen auch Leuchten und Lampen einer Kennzeichnungspflicht hinsichtlich ihres Energieverbrauchs (Verordnung (EU) Nr. 874/2012 ).

In der EU-Verordnung 1194/2012 ist  geregelt, bis zu welchem Datum Lampen mit schlechter Energieeffizienz in Verkehr gebracht werden dürfen.


Energieeffizienz von Leuchten
Copyright: Europäische Union


Energieeffizienz von Lampen
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Eigenschaften von Lampen und deren Vorschaltgeräten

An der Verteilung der Lampentypen erkennt man das Übergewicht der Leuchtstofflampen, die überwiegend in Büros, Schulen und Gewerbebetrieben eingesetzt werden. Seit dem Zeitpunkt der Erhebung 2010 hat die Zahl der LED-Lampen deutlich zugenommen, die wegen der Vorteile in Verbrauch und Lebenszeit schon in wenigen Jahren einen Anteil von fast der Hälfte der Lampen erreichen werden.

Verteilung von Lampentypen
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Glühlampe

Glühlampen werden trotz ihrer geringen Lichtausbeute von rund 12 Lumen/Watt (lm/W) = ca. 3% der eingesetzten Energie und einer mittleren Lebensdauer von nur etwa 1.000 Stunden nach wie vor in der Raumbeleuchtung eingesetzt. Da Glühlampen auch im unteren Leistungsbereich entsprechend der Vorgaben der Öko-Design-Richtlinie vom Markt genommen werden, werden sie mangels Verfügbarkeit sukzessive durch effizientere Lampen ersetzt.

Hoch-/Niedervolt-Halogenlampe

Hochvolt- bzw. Niedervolt-Halogenglühlampen werden wegen ihres brillianten Lichts häufig in der Akzentbeleuchtung, z.B. in Verkaufsräumen eingesetzt. Halogenlampen sind Temperaturstrahler, deren Licht durch die Erhitzung einer Wolframwendel entsteht. Die Halogengas-Füllung im Glaskolben bewirkt, das der Verschleiß der weiß glühenden Wolframwendel verringert und die Schwärzung des Kolbens reduziert wird. Die Lichtausbeute ist mit 25-30 lm/W zwar deutlich höher als bei der Standardglühlampe, kommt aber auch in der effizienteren Infra-Red-Coated (IRC) Niedervolt-Version selten über die Effizienzklasse C; nur die gerichteten Strahler erreichen die Klasse B. Das heißt, dass der überwiegende Teil der Halogenlampen wohl nach 2018 vom Markt verschwinden wird.

Gasentladungslampen

Leuchtstofflampen decken laut Statistik mehr als 50% unseres Lichtbedarfs ab. Die überwiegend stabförmigen Leuchtstofflampen werden in der Innenraumbeleuchtung wegen ihrer hohen Lichtausbeute und Lebensdauer sowie der guten Farbwiedergabe gegenüber anderen Lampenarten bevorzugt.

Neben den nach wie vor verbreiteten Leuchtstofflampen mit 26 mm Durchmesser (T8-Lampen) setzen sich zunehmend Leuchtstofflampen mit einem Durchmesser von 16 mm (T5-Lampen) durch, da sie z.T. eine höhere Lichtausbeute und infolge des geringeren Rohrdurchmessers einen höheren Leuchten-Wirkungsgrad haben.

Die höchste Lichtausbeute haben die sogenannten Dreibanden-Leuchtstofflampen, bei denen die von der Quecksilberentladung erzeugte UV-Strahlung besonders effektiv in Licht umwandelt wird. Das Spektrum ist im blauen, grünen und roten Bereich besonders ausgeprägt. Diese Lampen erreichen bei besserer Farbwiedergabe an einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) eine bis zu 57 % höhere Lichtausbeute gegenüber Standardlampen am konventionellen Vorschaltgerät (KVG).


Lichtfarben von Lampen
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Leuchtstofflampen bieten die vielfältigsten Wahlmöglichkeiten hinsichtlich Lichtfarbe und Farbwiedergabe. Nach DIN EN 12464-1 wird zwischen den Lichtfarben warmweiß, neutralweiß und tageslichtweiß, die durch die Farbtemperaturen (in Kelvin) gekennzeichnet werden, unterschieden.

Zum Betrieb von Leuchtstofflampen sind Vorschaltgeräte erforderlich. In verlustarmen Vorschalt-Geräten (VVG) werden gegenüber Konventionellen Vorschalt-Geräten (KVG) höherwertige Elektrobleche und größere Kupferquerschnitte verwendet. Das verringert die Verlustleistung der Vorschaltgeräte, z.B. für eine 58 W-Lampen um ca. 40 % (=- 7 % der Gesamtanschlussleistung)

Ein elektronisches Vorschalt-Gerät (EVG) versorgt die Leuchtstofflampen mit einer Frequenz von etwa 30 bis 50 kHz, was eine Erhöhung der Lichtausbeute der Lampe um etwa 10 % und gegenüber konventionellen Vorschaltgeräten eine Verringerung der Verlustleistung von bis zu 62 % bewirkt. Neben der geringeren System-Leistungsaufnahme steigt durch den Hochfrequenzbetrieb Schaltfestigkeit und die Nutzlebensdauer der Lampe. Starter und Kondensatoren können entfallen, es entsteht weniger Wärme und ein schneller, geräuschloser und flackerfreier Start wird ermöglicht.

Da Leuchtstofflampen in der Regel keine gerichtete Abstrahlcharakteristik haben, muss das Licht mit Reflektoren konzentriert werden. Dadurch geht – in Abhängigkeit von der Reflektanz - ein Teil der Leuchtkraft verloren.

Kompakt-Leuchtstofflampen sind Leuchtstofflampen kleiner Bauform als sehr wirtschaftlicher Ersatz für Glühlampen. In den niedrigen Leistungsstufen ist ein elektronisches Vorschaltgerät meistens im Sockel eingebaut. Gegenüber Glühlampen haben diese Lampen eine mehr als 10-fache Lebensdauer und etwa 5-fach höhere Lichtausbeute. Sie werden daher auch als „Energiesparlampen“ bezeichnet.

Kompakt-Leuchtstofflampen mit E 14- bzw. E 27-Sockel existieren in verschiedensten Formen und sind in allen Lichtfarben erhältlich, so dass ein Austausch von Glühlampen durch Kompakt-Leuchtstofflampen in allen Bereichen möglich ist. Kompakt-Leuchtstofflampen mit Stecksockeln werden in Leuchten mit separaten Vorschaltgeräten verwendet.

Hochdruck-Entladungslampen

Zu der Gruppe der Hochdruck-Entladungslampen gehören Quecksilberdampflampen, Halogen-Metalldampflampen und Natriumdampf-Hochdrucklampen.

Im Vergleich zu Glühlampen haben (Hochdruck-) Entladungslampen haben eine deutlich höhere Lichtausbeute und Lebensdauer. Bis zum Erreichen des vollen Lichtstromes braucht dieser Lampentyp bis zu 10 Minuten. Die meisten Hochdrucklampen benötigen zusätzlich zum Vorschaltgerät ein Zündgerät, mit dem die hohe Zündspannung erzeugt wird. Zunehmend setzen sich elektronische Betriebsgeräte durch.

Quecksilberdampflampen werden wegen ihrer schlechten Farbwiedergabe (Rot fehlt) vor allem in Werkhallenbeleuchtung eingesetzt. Sie benötigen als einzige Hochdrucklampe kein Zündgerät, wohl aber ein Vorschaltgerät. Hochdruck-Quecksilberdampflampen müssen ab April 2015 bestimmte Energieeffizienzklassen erreichen, andernfalls dürfen sie nicht mehr gehandelt werden.

Die Halogen-Metalldampflampen haben einen sehr hohen Farbwiedergabeindex von bis 90 und eine hohe Lichtausbeute (bis ca. 110 lm/W). Sie kann bis zu 38 % ihrer aufgenommenen elektrischen Leistung in sichtbares Licht umsetzen und erreicht an elektronischen Vorschaltgeräten eine Lebensdauer von bis zu 30.000 Stunden.

Natriumdampf-Hochdrucklampen haben mit bis zu 150 lm/W eine hohe Lichtausbeute. Wegen der schlechten Farbwiedergabe wird der Lampentyp  z.B. nur in hohen Industriehallen eingesetzt, wo sich ihre Farbwiedergabe nicht nachteilig auswirkt. Es gibt auch Lampen mit glühlampenähnlicher Lichtfarbe und guter Farbwiedergabe, die dafür eine schlechtere Lichtausbeute haben.

Natriumdampf-Niederdrucklampen haben eine sehr hohe Lichtausbeute bis knapp 200 lm/W. Wegen der monochromatisch gelben Lichtfarbe und der daraus resultierenden schlechten Farbwiedergabe finden sie überwiegend Verwendung in der Außen- und Straßenbeleuchtung. Wegen der besseren Lichtfarbe werden sie heute durch LED-Lampen ersetzt.

Leuchtdioden (LED)

Die LED-Technik hat in den vergangenen Jahren eine enorme Entwicklung genommen und ist heute eines der energieeffizientesten Beleuchtungssysteme. Die hochwertigen Komponenten sind zwar teurer als die klassischen Beleuchtungssysteme, amortisieren sich jedoch durch die verringerten Energiekosten oftmals schon nach kurzer Zeit.

Fließt bei LEDs Strom durch die elektronischen Halbleiterkristalle, geben sie – je nach Beschaffenheit der Elemente – Licht in den Farben Rot, Grün, Gelb oder Blau ab. Mithilfe einer zusätzlichen internen, gelblich fluoreszierenden Leuchtschicht können blau leuchtende LEDs auch weißes Licht erzeugen. Alternativ ist es auch möglich, drei verschiedene Leuchtdioden – rot, blau und grün – zu bündeln, um die Mischfarbe Weiß zu erhalten. Diese Methode ist immer dann richtig, wenn Farbwechsel gewünscht sind. Moderne LEDs können aus diesen drei Farben nach dem RGB-Muster mehr als 16 Millionen Farbtöne mischen.

Funktionsprinzip der LED
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Stärken/Schwächen-Vergleich
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Zu ihren Vorteilen der LED zählen:


  • niedriger Stromverbrauch,

  • geringe Leistungsaufnahme,

  • lange Lebensdauer,

  • keine UV- oder IR-Strahlung,

  • sie entwickeln kaum Wärme,

  • weitgehend resistent gegen Erschütterungen,

  • extrem wenige Frühausfälle,

  • sehr kompakte Bauweise und

  • einfach zu steuern.



LEDs gibt es heute in allen Weißtönen ( warmweiß (> 3.000 K), neutralweiß (bis 5.000 K) oder tageslichtweiß (Lichtfarbe> 5.000 K). Das Licht dieser Weißtöne erreicht einen Farbwiedergabe-Index zwischen Ra ≥ 70 und Ra ≥ 90. Eine Lichtausbeute von 100 bis 130 lm/W ist inzwischen problemlos möglich. Bei günstigen Betriebsbedingungen – LEDs mögen es kühl - können LEDs problemlos mehrere 10.000 Stunden genutzt werden. Weitere Hinweise gibt der ZVEI-Leitfaden „Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung“


Effizienz von Leuchtmitteln
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Neu möglich ist der Einsatz großflächig leuchtender Panele, die inzwischen in den unterschiedlichen Formaten angeboten werden. Hier wird eine Acrylglas-Scheibe seitlich von LEDs angestrahlt. Das Licht wird an der Rückseite reflektiert und nach vorne abgestrahlt. Ergebnis ist eine nahezu homogen ausgeleuchtete Fläche, die ein diffuses, blendfreies Licht aussendet. Dieser Lampentyp ist z.B. sehr gut in Rasterdecken einsetzbar.

Der Boom der LED-Lampen hat dazu geführt, dass die angebotenen Qualitäten der LED-Lampen/Leuchten sehr unterschiedlich sind und häufig beim Kauf nur schwer zu erkennen sind. Hier der Versuch der

Bewertung von LED-Beleuchtung.

Wegen der hohen Leuchtdichte können LED-Strahler eine erhöhte Blendwirkung haben. Der UGR-Wert (Unified Glare Rating) ist ein vereinheitlichtes Maß für die Bewertung der Blendung. In DIN EN 12464 "Licht und Beleuchtung, Teil 1: Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen" (kurz: DIN EN 12464-1) wird der tolerable UGRL-Wert für die unterschiedlichen Arbeitsbereiche definiert. Für Holz-ver- und bearbeitende Betriebe liegt der Wert z.B. bei 19. Um diesen Wert zu erreichen, werden heute bei Strahlern „Linsen“ über die einzelnen LED-Chips angebracht, bei LED-Paneelen Streuscheiben oder –folien.

Eine weitere Entwicklung wird es bei den verschiedenen Typen der LED geben. Eine organische Leuchtdiode (englisch organic light emitting diode, OLED) ist ein leuchtendes Dünnschichtbauelement aus organischen halbleitenden Materialien, das bisher zwar eine geringere Leuchtdichte hat, das im Vergleich zu herkömmlichen (anorganischen) Leuchtdioden aber in Dünnschichttechnik kostengünstiger hergestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, großflächige, über die ganze Fläche leuchtende Raumbeleuchtungen zu erstellen

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