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Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde untersucht, welchen Einfluss der Ersatz von Leuchtstoffröhren durch LED-Leuchten auf den Energieverbrauch für die Beleuchtung eines Schulzentrums aufweist.

Beispielhaft wird das grundsätzliche Vorgehen an den Verhältnissen in einem Raum A20 dieses Schulzentrums aufgezeigt. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse der lichttechnischen Vermessung:

In den großen Fachräumen zeigen sich die Vorteile der LED Beleuchtung besonders bei der Vor- und Nachherbetrachtung. Hier hat sich durch die Umrüstung der spezifische elektrische Anschlusswert um ca. 60 Prozent reduziert, wobei zugleich eine hervorragend gleichmäßige Beleuchtung bei sehr geringer Blendung und hoher Farbwiedergabe gemessen werden konnte.

Die aufgenommenen Spektren zeigen nur minimale Abhängigkeiten von der eingestellten Beleuchtungsstärke im Raum. Mit abnehmender Beleuchtungsstärke sinkt die am Spektrometer gemessene Maximalintensität, das Spektrum selbst bleibt aber hinsichtlich seiner Peaks und der Verteilung stabil. Somit ändert sich erwartungsgemäß die Farbe des Lichtes der LED Beleuchtung beim „Dimmen“ nicht. Da dieses „Dimmen“ über die Helligkeitsregelung im Raum automatisiert erfolgt, ist die Farbstabilität eine der Anforderungen an die LED-Beleuchtung, die erfüllt sein muss. Das nachfolgende Bild veranschaulicht diesen Zusammenhang:

LED-Lichtspektrum in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke

Das Verhalten hinsichtlich Oberschwingungen zeigt den Klirrfaktor und den THD- Wert sowie die Anteile der Oberschwingungen der Ordnung 3 bis 11.

Allen Messungen gemein ist, dass der THD- Wert für den Zeitraum, in dem die Beleuchtung ausgeschaltet ist, bedingt durch den nur aus Störströmen bestehenden Stromfluss, sehr große Werte annehmen kann und daher nicht weiter zu beachten ist.

Zeitverhalten von Strom und Spannung während Raumnutzungsdauer
Klirrfaktor und THD-Wert während Raumnutzungsdauer

Bei allen Messungen ist zu erkennen, dass sowohl der THD- Wert, als auch der Klirrfaktor, keine unerwartet hohen Werte annehmen. Die Oberschwingungsanteile sind größtenteils den Oberschwingungen niedriger Ordnung zuzurechnen.

Der Vergleich zwischen der Beleuchtung mit Leuchtstoffröhren zu LED-Beleuchtung zeigt Einsparungen von 45 % bei der Leistungsaufnahme.

Die nachfolgende Grafik zeigt den Energieverbrauch während der Betriebsstunden.

Absoluter Energieverbrauch während der Betriebsstunden

Wird der Energieverbrauch auf die Betriebsstunde bezogen, ergibt sich die folgende Darstellung:

Energieverbrauch pro Betriebsstunde

Auf Basis der obigen Energieverbrauchsauswertungen, die den Energieverbrauch pro Messtag auf die aus den Messdaten erkannten jeweiligen Betriebszeiten mitteln, lässt sich pro Messtag die während einer Betriebsstunde erzielte Energieeinsparung berechnen.

Dieser Rechenschritt wird notwendig, weil sich die zugrundeliegenden Messdaten, hinsichtlich der Betriebszeiten, sehr stark unterscheiden. Dass in einem Raum, der an einem Messtag nur für eine Unterrichtsstunde verwendet wird, weniger (Beleuchtungs-)Energie verbraucht wird, als in einem Raum, der über einen ganzen Schultag beleuchtet wird, ist trivial und erlaubt noch keine Aussage über die durch die Beleuchtungsart bedingte Energieeinsparung. Erst mit der „Normierung“ der verbrauchten Energie auf eine einzelne Betriebsstunde, wird ein Vergleich und damit die Berechnung einer Energieeinsparung aufgrund der Umrüstung der Beleuchtung, sinnvoll. Bei der Interpretation dieser Einsparung ist immer noch eine gewisse Vorsicht geboten, da hier rein rechnerische Mittelwerte miteinander verglichen werden, denen unterschiedliche gemessene Betriebsdauern, zu im Tagesverlauf unterschiedlichen Tageszeiten, zugrunde liegen.

Berücksichtigt man ausschließlich diejenigen Messtage, an denen beide Räumlichkeiten genutzt wurden, d.h. für die ein Energieverbrauch für eine Betriebsstunde gemittelt werden konnte, so lässt sich folgende Einsparung errechnen.

Energieeinsparung Raum A20

Zusammenfassung

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die gesammelten Daten den positiven subjektiven Eindruck, der beim Betreten der umgerüsteten Räumlichkeiten entsteht, in jeder Hinsicht. Bei deutlich geringerem Energieverbrauch, d.h. einer Einsparung von 45 Prozent, wird eine zumindest adäquate, in den meisten Fällen bessere Beleuchtungsqualität erreicht. Sowohl über die Zeit als auch beim Abdunkeln (Dimmen) sind keine negativen Auswirkungen auf das Leuchtspektrum festzustellen. Bei Einsatz von zeitgemäßer Steuer- und Regeltechnik lassen sich die Einsparungen in Schulräumen noch steigern.

Negative Rückwirkungen durch den Einsatz von LED-Leuchten auf die Power Quality waren nicht festzustellen.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Dirk Brechtken
Prof. Dr. Dirk Brechtken
Professor FB Technik - FR Elektrotechnik

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