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LED Beleuchtung 2013 - Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik

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LED Beleuchtung 2013
Ausgabe 2014
Ergänzung zur Beleuchtung 2011
Broschüre Nr. 121
AMEV
Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen
LED-Beleuchtung 2013
Ausgabe 2014
(Ergänzung zur Beleuchtung 2011)
lfd. Nr.: 121
Aufgestellt und herausgegeben vom Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik
staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV)
Berlin, Oktober 2014
Geschäftsstelle des AMEV im:
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau
und Reaktorsicherheit (BMUB); Referat B I 3
Krausenstraße 17-20, 10117 Berlin
Telefon:
(030) 18-305-7136
Computerfax:
(030) 18-10-305-7136
E-Mail:
amev@bmub.bund.de
Der Inhalt dieser Broschüre darf für eigene Zwecke vervielfältigt werden. Eine Verwendung in nicht
vom AMEV herausgegebenen Medien wie z.B. Fachartikeln oder kosten-pflichtigen Veröffentlichungen ist vor der Veröffentlichung mit der AMEV-Geschäftsstelle zu vereinbaren.
Informationen über Neuerscheinungen erhalten Sie unter http://www.amev-online.de oder bei der
AMEV-Geschäftsstelle
Vorwort
................................................................................................................................. 5
1
Einleitung ................................................................................................................ 6
2
LED-Leuchten ......................................................................................................... 7
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.4
2.5
2.6
2.6.1
2.6.2
2.6.3
2.7
Aufbau einer LED ..................................................................................................... 7
Binning und Farbtoleranzen ...................................................................................... 8
Farbwiedergabe CRI (Colour Rendering Index) und Lichtfarbe ............................... 10
Wärmemanagement ............................................................................................... 12
Spannungs- und Stromversorgung ......................................................................... 13
Dimmbarkeit ........................................................................................................... 13
Dimmen durch Stromstärke .................................................................................... 14
Dimmen durch Pulsweitenmodulation ..................................................................... 14
Farbübergänge durch Pulsweitenmodulation .......................................................... 14
Einschaltverzögerung, Schalthäufigkeit .................................................................. 14
Ersatzteilhaltung, Schnelllebigkeit........................................................................... 15
Lebensdauerkriterien .............................................................................................. 15
Bemessungslebendauer Lx ..................................................................................... 15
Gradueller Ausfall By............................................................................................... 15
Totalausfall Cz ........................................................................................................ 15
Normung................................................................................................................. 16
3
Einsatzmöglichkeiten ........................................................................................... 17
3.1
3.2.
3.3
3.4
3.5
3.6
Allgemeinbeleuchtung mit LED-Leuchten ............................................................... 17
Beleuchtung von Ausstellungsbereichen in Museen ............................................... 18
Not- und Sicherheitsbeleuchtung ............................................................................ 19
Außenbeleuchtung ................................................................................................. 19
Landebahnbefeuerung............................................................................................ 20
Sonderräume mit Magnetfeldbelastung .................................................................. 20
4
Entscheidungsmatrix LED-Leuchten .................................................................. 21
5
Ersatzleuchtmittel ................................................................................................. 24
5.1
5.2
LED-Lampen .......................................................................................................... 24
LED-Röhren ........................................................................................................... 24
6
Quellen .................................................................................................................. 26
Mitarbeiter
27
Wir bedanken uns bei:............................................................................................................ 27
Vorwort
Die vorliegende AMEV-Broschüre LED-Beleuchtung als Ergänzung zur Beleuchtung
2011 wurde erforderlich um der dynamischen Entwicklung der LED-Technik gerecht zu
werden.
Die Broschüre soll eine Information und Entscheidungshilfe für die öffentliche Bauverwaltung sein. Sie enthält eine Entscheidungsmatrix zur Hilfestellung, inwieweit LEDLeuchten geeignet, aber auch wirtschaftlich sind. Der Schwerpunkt liegt bei den Einsatzmöglichkeiten der LED-Leuchten, neue Bedingungen und Anforderungen werden
aufgezeigt.
Die LED-Beleuchtung führt zu einer Umwälzung in der Beleuchtungstechnik, bei der die
technische Weiterentwicklung rasant voran schreitet. Vor diesem Hintergrund kann das
vorliegende Papier nur als Momentaufnahme angesehen werden. Auf Grund aktueller
Erkenntnisse wurde die Broschüre auf den Stand 2014 fortgeschrieben.
Berlin, Dezember 2013
Dr. Printz
Speier
Vorsitzender des AMEV
Obmann des Beleuchtungsausschusses
LED-Beleuchtung
AMEV
5
1
Einleitung
Die Zukunft in der Beleuchtungstechnik heißt LED. Diese Technologie erobert nach und
nach den Markt der Beleuchtung. Das liegt daran, dass diese Systeme gegenüber den
konventionellen Lampen viele Vorteile bieten. Darunter fallen unter anderem die extrem
lange Lebensdauer sowie die hohe Effizienz und die Lichtqualität bei guter Farbwiedergabe von weißem und farbigem Licht, sofern qualitativ hochwertige LED verwendet
werden.
Mit der angegebenen Lebensdauer ist die LED den meisten anderen Leuchtmitteln
überlegen. Während eine Dreibanden-Leuchtstofflampe eine Lebensdauer von ca.
18.000 Stunden erreicht (Glühlampe 1.000h), haben LED eine Lebenserwartung von
über 50.000 Stunden. Dies entspricht beispielhaft 18 Jahren bei einem täglichen Betrieb
von 11 Stunden an 250 Arbeitstagen.
Der Lichtstromrückgang von Lampen ist bei Festlegung des Wartungsfaktors ein wesentlicher Punkt. Eine korrekte Annahme ist bei LED komplexer als bei klassischen
Lampen. In Detail wird im Abschnitt 2.6 darauf eingegangen.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass auch in LED-Leuchten neben den Leuchtdioden
noch andere Elektronikbauteile (Treiber, Netzteil) enthalten sind, die bei schlechter Qualität unter Umständen die Lebensdauer verkürzen können.
Zu beachten ist auch, dass die Lichtausbeute von der Lichtfarbe abhängig ist. LED mit
hohen ähnlichsten Farbtemperaturen, also mit kälterem Licht, besitzen einen höheren
Wirkungsgrad als vergleichbare LED mit einer niedrigen ähnlichsten Farbtemperatur. So
erreichen tageslichtweiße LED mit einer ähnlichsten Farbtemperatur von 5.000 bis
7.000 Kelvin (K) im Durchschnitt schon über 120 Lumen pro Watt (lm/W). Unter Laborbedingungen sogar bis zu 200 lm/W. Bei den in Europa am häufigsten verwendeten
ähnlichsten Farbtemperaturen von 2.700 bis 4.000 K liegen die Werte bei den im Handel
erhältlichen Leuchtmitteln bei über 110 lm/W. LED mit hohen ähnlichsten Farbtemperaturen weisen jedoch einen deutlich geringeren Farbwiedergabeindex Ra (siehe 2.1.2)
auf.
LED geben nach dem Einschalten Licht ohne Verzögerung und flackerfrei ab. Äußere
Einflüsse wie Vibrationen und tiefe Temperaturen sind unkritisch. Durch eine infrarotund ultraviolettfreie Strahlung werden nachtaktive Insekten und empfindliche Objekte
(z. B. in Museen) geschont. Innerhalb der LED entsteht bei der Lichterzeugung Wärme,
die zur Erhöhung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit möglichst effektiv abgeführt
werden muss.
In den folgenden Kapiteln werden der Aufbau von LED, die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten und die Vergleiche mit der herkömmlichen Technik aufgezeigt [7,8,9].
6
AMEV
2
LED-Leuchten
Leuchten für LED gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen. Allen gemeinsam ist
die Zusammenführung der für einen ordnungsgemäßen Betrieb notwendigen Komponenten. Dazu gehören grundsätzlich Gehäuse, elektrischer Anschluss, Netzteil/Treiber
und die eigentliche LED. An Hand einer fiktiven „Langfeldleuchte“ sind beispielhaft die
verschiedenen Komponenten skizziert:
Abbildung 1:
2.1
Schema LED-Leuchte
Aufbau einer LED
LED sind elektronische Bauteile aus Halbleiterkristallen. Die Buchstaben LED sind eine
Abkürzung aus dem Englischen und stehen für Light Emitting Diode (lichtemittierende
Diode). Der entscheidende Unterschied zu konventionellen Leuchtmitteln ist die Art der
Lichterzeugung. LED basieren auf Halbleiterverbindungen, die elektrische Energie in
sichtbares Licht umwandeln. LED bestehen aus einem negativ leitenden Grundhalbleiter
mit einem Überschuss an Elektronen. Darüber befindet sich eine sehr dünne, positiv leitende Halbleiterschicht mit einem Mangel an Elektronen, sogenannte Löcher. Unter
Spannung wandern die überzähligen Elektronen und die „Löcher“ aufeinander zu und
LED-Beleuchtung
AMEV
7
rekombinieren in der sogenannten Sperrschicht. Die freigesetzte Energie wird im Halbleiterkristall in Strahlung umgesetzt. Zur besseren Ableitung der während des Betriebs
auftretenden Wärme muss die LED auf einem thermisch leitenden Trägermaterial aufgebracht werden. Um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen, werden diese Bauteile von
einem stabilen Gehäuse umgeben. Reflektoren sorgen dafür, dass das Licht in einem
Ausstrahlungswinkel bis zu 150° in den oberen Halbraum ausgestrahlt wird. Durch eine
Primäroptik (Linse) wird das Licht abschließend gelenkt.
Mit LED lassen sich alle Spektralfarben erzeugen. Dies erreicht man durch die Wahl der
geeigneten Halbleitermaterialien für die jeweils gewünschte Lichtfarbe der LED.
Ein Weg weißes Licht zu erzeugen besteht darin, dass eine blaue LED mit einem
Lumineszensfarbstoff kombiniert wird (Leuchtstoffkonvertierte LED). Das energiereiche
blaue Licht wird zum Teil von der Konverter-Schicht absorbiert und als breitbandig
längerwelliges gelbes Licht emittiert. Durch die Mischung von dem nicht absorbierten
Blaulichtanteil mit dem entstandenen gelblichen Licht entsteht weißes Licht. Solch ein
Licht besitzt eine relativ breite und gleichmäßige spektrale Verteilung und dadurch eine
bessere Farbwiedergabe.
Eine andere Möglichkeit ist es, die Spektralfarben Rot, Grün und Blau zu mischen. Hierbei werden ein roter, grüner und blauer LED-Chip zu einer LED-Einheit zusammengesetzt (RGB-LED). Man muss jedoch zwischen dem Auge weiß erscheinendem Licht
(hierzu reichen eigentlich bereits eine blaue LED mit 490 nm Wellenlänge und eine
Orange-rote LED mit 600 nm aus) und dem von Oberflächen reflektierten Licht unterscheiden, da nur Spektralanteile (d. h. Farbanteile) reflektiert werden können, die auch
von einer Lichtquelle angeboten werden. Dadurch dass 3-LED eingesetzt werden müssen, hat diese Variante eine schlechtere Energieeffizienz.
Der Anwendungsbereich (Akzent-, Allgemeinbeleuchtung) bestimmt daher die Wahl der
Technologie [7,8,9].
2.1.1
Binning und Farbtoleranzen
Bei der Produktion von LED kommt es produktionsbedingt selbst innerhalb einer Charge
zu Abweichungen in Bezug auf Farbe, Lichtstrom sowie der Durchlassspannung. Jede
Leuchtdiode muss nach der Fertigung geprüft und entsprechend fein abgestufter Kriterien in sogenannte Bins eingeteilt werden, d. h. sie werden in verschiedene Klassen bzw.
Gruppen einsortiert.
Ein Binning-Verfahren wird durchgeführt, um die einheitliche Bestückung einer Leuchte
zu gewährleisten.
Beim Binning werden die LED sortiert nach:
8
-
ihren Farbkoordinaten (Colour-Binning) im CIE-Normvalenzsystem. Weiße LED
werden nach ähnlichster Farbtemperatur und Farbort (siehe Abb. 2) unterschieden.
Für farbige LED wird ein Binning mit Hilfe des Farbortes und der Wellenlänge durchgeführt.
-
dem Lichtstrom (Flux-Binning) der LED, gemessen in Lumen (lm). Bei LED mit integrierter Optik kann anstelle des Lichtstromes auch die Lichtstärke in Candela (cd)
angegeben werden.
-
der Durchlassspannung (Voltage-Binning).
AMEV
Bei der Ausschreibung von Beleuchtungsanlagen mit weißen LED ist zu beachten, dass
man nicht wie bei Leuchtstofflampen im Leistungsverzeichnis u. a. den Zusatz nw für
Neutralweis für die Auswahl des Leuchtmittels hinzufügen kann, sondern dass die ähnlichste Farbtemperatur, der Farbort und der Lichtstrom vorgegeben werden müssen.
Ferner muss u. U. beachtet werden, dass die ähnlichste Farbtemperatur eine Funktion
der Abstrahlrichtung sein kann. Eine Änderung der ähnlichsten Farbtemperatur von etwa 1000 K zwischen Hauptausstrahlungsrichtung und seitlicher Abstrahlung ist möglich.
Für Nachbestellungen von defekten Lampen in LED Technik sollten nur Lampen eingesetzt werden, welche die gleichen Kennwerte haben wie das zu ersetzende Leuchtmittel. Die Kennwerte sind die Ergebnisse der o. a. Binning-Verfahren. Hierfür ist eine entsprechende zurzeit nicht normierte Codierung der Hersteller notwendig. Der Code ist
dann Bestandteil der Bestandsunterlagen und an den Betreiber der Anlage zu übergeben.
Abbildung 2: CIE-Normfarbtafel [10]
Die Farben der Grafik in der CIE-Normenfarbtafel stellen eine grobe Orientierung innerhalb des Farbraumes dar. Die gesättigtsten Farbtöne befinden sich an den Kanten des
Dreiecks.
Hinweis:
Das CIE-Normvalenzsystem von 1931 lässt die messtechnische Festlegung einer Farbe von Selbstleuchtern zu, welches eine Grundvoraussetzung für ein sinnvolles BinningVerfahren ist [10].
LED-Beleuchtung
AMEV
9
Abbildung 3:
MacAdam-Ellipsen,
die Ellipsen sind zur Verdeutlichung 10-fach vergrößert [10,13].
Da das menschlichen Auge verschiedene (rot, grün und blau) Farbabweichungen differenziert wahrnimmt (Farbtoleranz), wurde dies durch die MacAdam–Ellipsen im CIE–
Normvalenzsystem verdeutlicht (siehe Abb. 3). Eine Ellipse gibt den Bereich um einen
Farbton an, in welchem das menschliche Auge den Eindruck hat, dass die Vergleichsfarben den gleichen Abstand zum Bezugsfarbton haben. Farbabweichungen im blauvioletten Bereich werden besser erkannt als im grünen Bereich. Deshalb sind die Ellipsen im grünen Gebiet am größten und im blauvioletten Gebiet am kleinsten. Als Maßeinheit der Ellipse wurden SDCM (Standard Deviation of Colour Matching) bzw. SWE
(Schwellenwerteinheit) definiert, d. h. bei kleinen Ellipsen mit SWE = 1 werden die Farben innerhalb der Ellipsen als gleich angenommen. Bei SWE = 2 – 3 wird der Farbunterschied kaum, aber schon ab SWE = 4 immer deutlicher wahrgenommen.
Je kleiner das Colour-Binning durch den Hersteller gewählt wird, umso weniger Farbunterschiede sind sichtbar.
2.1.2
Farbwiedergabe CRI (Colour Rendering Index) und Lichtfarbe
Bei der Beleuchtung mit Kunstlicht wird Wert auf ausreichende Farbwiedergabe gelegt,
d. h., wie naturgetreu die Farben in diesem Licht erscheinen. Damit die Leuchtmittel
hierfür eingeteilt werden können, werden diese mit Hilfe des Color Rendering Index (Ra)
klassifiziert. Je höher der Ra-Wert eines Leuchtmittels ist, umso natürlicher ist die Farbwiedergabe. Das Sonnenlicht und das Licht von Glühlampen werden hierfür als
Referenzlicht verwendet und weisen einen Ra-Wert von 100 auf. Die Farbwiedergabe
von LED ist mit der von Leuchtstofflampen vergleichbar. Eine LED mit einer niedrigeren
ähnlichsten Farbtemperatur (Warmweiß) hat in der Regel eine höhere Farbwiedergabe,
als eine LED mit einer höheren ähnlichsten Farbtemperatur (Kaltweiß).
10
AMEV
Lampe
Ra Wert
Glühlampe, Sonnenlicht
100
Leuchtstofflampe, weiß
80...98
LED
60…98
Halogen-Metalldampflampe
60...95
Natriumdampf-Hochdrucklampe
≥ 40
Quecksilberdampf-Hochdrucklampe
≥ 40
Tabelle 1: Farbwiedergabe [14]
Die Lichtfarbe ist der Farbeindruck von Licht, das direkt von einer selbstleuchtenden
Lichtquelle stammt1) 2). Der zugehörige Farbreiz beruht auf der spektralen Zusammensetzung dieser Strahlung. In Verbindung mit den Farbrezeptoren im Auge und der Verarbeitung im Nervensystem und im Gehirn hat dann jedes „farbige Licht“ eine bestimmte
Charakteristik, die Farbvalenz [10].
1)
DIN 5033-1:2009-05 : Farbmessung – Teil 1: Grundbegriffe der Farbmetrik. „Lichtfarbe: Farbe eines Selbstleuchters.“
2)
DIN EN 12464-2:2007-10 : Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten –
Teil 2: Arbeitsplätze im Freien. „Die Lichtfarbe einer Lampe bezieht sich auf die wahrgenommene Farbe (Farbart) des abgestrahlten Lichtes. “
LED-Beleuchtung
AMEV
11
2.1.3
Wärmemanagement
Auch bei LED-Beleuchtung wird Wärme frei. Entsprechend der LED-Leistung werden
derzeit 40 % der Energie in Licht und der Rest in Wärme umgesetzt. Die Wärme entsteht im Wesentlichen im Halbleiter. Diese Wärme wird größtenteils über den Kühlkörper abgegeben. Mit steigender Temperatur an der Sperrschicht der Halbleiter (JunctionTemperatur) nehmen die Lichtausbeute und die Lebensdauer der LED ab. Die Wärme
muss über ein Wärmemanagement abgeführt werden.
Die beiden folgenden Grafiken zeigen deutlich den Einfluss der Wärme auf den Lichtstrom und die Betriebsdauer.
1400
Lichtstrom lm
1350
1300
1250
1200
1150
60
70
80
90
100
110
Junction-Temperatur °C
12
Abbildung 4:
Beispielhafter Lichtstrom in Abhängigkeit von der
Junction-Temperatur [7].
Abbildung 5:
Beispielhafte relative Lichtströme in Abhängigkeit
von der Junction-Temperatur und Betriebsdauer [7].
AMEV
120
Diese Wärmeabfuhr erfolgt in mehreren Schritten, vom Halbleiter über die Anschlussfahnen und Lötpunkt zur Leiterplatte und von dort auf den Kühlkörper. Der Kühlkörper
gibt die Wärme über Konvektion und Strahlung an die Umgebung ab. Gerade bei
Downlights sieht man die aufwändig konstruierten Kühlkörper häufig sehr deutlich.
Als Qualitätsmerkmal für eine LED-Leuchte kann abgefragt welche Junction-Temperatur
sich bei 25° C Umgebungstemperatur einstellt.
Abbildung 6:
Beispielhafter Kühlkörper [11].
Um eine optimale Wärmeableitung zu gewährleisten ist eine freie Luftzirkulation sehr
wichtig. Besonders bei Einbauleuchten darf der Kühlkörper nicht durch Dämmmaterial
abgedeckt werden.
2.2
Spannungs- und Stromversorgung
Netzteile sind ebenfalls eine wichtige Komponente jeder LED-Beleuchtung und bestimmen somit auch in einem erheblichen Umfang deren Qualität. Bei der Konstruktion dieser Netzteile und deren Einsatz muss daher auf die Qualitätsmerkmale wie Lebensdauer, Effizienz, Leistungsfaktor, EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit), Einschaltstrom
und elektrische Sicherheit geachtet werden. Auch das Netzteil ist für die erhöhte Betriebsstundenzeit auszulegen. Die Ausfallrate von Netzteilen wird von der Industrie, z. B.
mit 1 % pro 5.000 Betriebsstunden angegeben. Aus diesen Gründen müssen bei der
Produktauswahl die sehr unterschiedlichen Angaben der Datenblätter der Hersteller berücksichtigt werden [7,8,9].
2.3
Dimmbarkeit
Moderne Beleuchtungsanwendungen richten sich in besonderem Maße nach den Nutzungs- und Umgebungsbedingungen. Das bedeutet, dass Flexibilität erforderlich ist.
Daher muss in vielen Fällen die Beleuchtungsstärke (z. B. bei tageslichtabhängigen
Steuerungen) regelbar sein. Wenn gedimmt wird, ist es wichtig, dass die Effizienz und
der Leistungsfaktor möglichst hoch bleiben.
LED-Beleuchtung
AMEV
13
Intelligente Lichtsteuergeräte ermöglichen Helligkeitsregelungen eines LED-Systems in
dynamischer Weise in kleinen Stufen. Standardisierte digitale Schnittstellen für z. B.
DMX oder DALI können ebenso wie das analoge 1-10 V-Verfahren eingesetzt werden.
LED-Systeme sind in einem sehr weiten Bereich zu regeln. Leuchtstofflampen können
bis auf etwa 3 %, LED sogar bis auf 0,1 % ihrer Lichtleistung gedimmt werden.
2.3.1
Dimmen durch Stromstärke
Eine der Möglichkeiten eine LED zu dimmen ist die Veränderung der Stromstärke. Ein
großer Vorteil ist die Effizienzsteigerung bei geringer werdender Stromstärke. Problematisch erweisen sich dabei die voneinander abweichenden Spannungskennlinien der
LED. Wird eine Leuchte unter 30 % gedimmt, können einzelne LED erlöschen, während
andere noch leicht leuchten. Zu beachten ist, dass sich der Farbort der LED leicht verschiebt. Es werden gegebenenfalls Farbunterschiede sichtbar.
2.3.2
Dimmen durch Pulsweitenmodulation
Wenn ein LED-Modul mit konstanter Spannung, z. B. 10, 12 oder 24 V betrieben wird,
muss die Dimmung über Pulsweitenmodulation erfolgen. Dabei fließt durch die LED der
Nennstrom. Gedimmt wird, indem die LED nur einen gewissen Prozentsatz der Zeit einbzw. ausgeschaltet werden. Da die Impulse mit einer hohen Schaltfrequenz im
Millisekundenbereich erfolgen, nimmt das menschliche Auge dies nicht wahr. Es registriert nur, dass die über die Zeit gemittelte Lichtstärke abnimmt. Eine gewisse Frequenz
(400Hz) darf nicht unterschritten werden, denn der Mensch reagiert auf kaum wahrnehmbares Flimmern, das durch das Ein- und Ausschalten der LED entsteht. Eine zu
geringe Schaltfrequenz kann zur Ermüdung führen.
Außerdem kann es zu Stroboskopeffekten kommen, die beispielweise im Werkstattbereich mit rotierenden Werkstücken (Drehmaschine) die Unfallgefahr erhöhen.
2.3.3
Farbübergänge durch Pulsweitenmodulation
Bei Verwendung von RGB-LED kann nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Farbe
mittels Pulsweitenmodulation variiert werden. Es können etwa 16,5 Millionen verschiedene Farbtöne so erzeugt werden.
2.4
Einschaltverzögerung, Schalthäufigkeit
Die LED erreichen unmittelbar nach dem Einschalten ihren maximalen Lichtstrom. Deshalb sind sie besonders für Bereiche geeignet, in denen oft und nur kurz das Licht einund ausgeschaltet wird, wie z. B. Flurbeleuchtung mit Bewegungsmelder.
Im Gegensatz zu Leuchtstofflampen sind sehr niedrige Umgebungstemperaturen (z. B.
in Kühlräumen) beim Einschalten von LED unproblematisch. Die verbesserte Kühlung
der LED führt dazu, dass der unvermeidliche Alterungsprozess verlangsamt wird.
14
Die Anzahl der Schaltspiele hat nach heutigen Erkenntnissen keinen Einfluss auf die
Lebensdauer. Dagegen können Leuchtstofflampen, selbst bei dem Einsatz von Warmstart-EVG, nicht unbegrenzt geschaltet werden. Dies kann sich bei sehr kurz eingestellten Einschaltzeiten (z. B. in Fluren), was zu sehr vielen Schaltspielen führt, durch einen
erhöhten Leuchtmittelausfall bemerkbar machen.
AMEV
2.5
Ersatzteilhaltung, Schnelllebigkeit
Die Ersatzteilhaltung für eine LED-Leuchte gestaltet sich schwieriger als bei den herkömmlichen Leuchten. Während Leuchtmittel und Vorschaltgeräte für alle klassischen
Leuchten untereinander austauschbar sind (herstellerunabhängig), müssen die Ersatzteile für LED-Leuchten bei dem jeweiligen Hersteller bezogen werden. Manche Hersteller garantieren für 20 Jahre die Vorhaltung von kompatiblen Komponenten.
Es gibt derzeit noch keinen Standard für die Netzteile bzw. LED-Module, jedoch gibt es
derzeit Bemühungen zur Standardisierung [15]. Die Entwicklung der einzelnen Komponenten ist sehr schnelllebig, was eine Standardisierung erschwert.
2.6
Lebensdauerkriterien
2.6.1
Bemessungslebendauer Lx
Die Bemessungslebensdauer Lx ist der Zeitpunkt, bei dem der vorhandene Lichtstrom
der LED-Leuchte auf einen prozentualen Wert x des ursprünglichen Lichtstroms zurückgeht. So beschreiben z. B. L80 oder L70, dass sich die angegebene Lebensdauer auf
den Zeitpunkt bezieht, zu dem noch 80 % oder 70 % des Neuwertes des Lichtstromes
erreicht werden. Bei einem Vergleich unterschiedlicher LED-Leuchten ist daher nicht nur
die eigentliche Lebensdauer in Stunden von Interesse, sondern insbesondere die Angabe des Wertes x von Lx, der Hersteller- und gegebenenfalls auch produktspezifisch unterschiedlich sein kann. Bei verschiedenen Leuchten mit gleicher Bemessungslebensdauer (z. B. 50.000 h) bedeutet dies, dass die Leuchten mit dem höheren x-Wert (L80)
höhere Lichtströme erreichten, als die Leuchten mit niedrigerem x-Wert (L70). Als Folge
müssen in einer ausgeführten Beleuchtungsanlage eine größere Anzahl von Leuchten
mit niedrigerem x-Wert oder alternativ Leuchten mit höheren Lichtströmen installiert
werden, was in der Regel höhere Anschlussleistungen erfordert [9].
2.6.2
Gradueller Ausfall By
Der prozentuale Anteil der Ausfälle By durch den allmählichen Lichtstromrückgang beschreibt den Anteil der LED-Leuchten, die am definierten Lebensdauerende den angestrebten Lichtstrom von x Prozent (siehe Lx) unterschreiten. So bedeutet z. B. L80 B10
50.000 h, dass nur 10 % der noch funktionstüchtigen LED-Leuchten nach 50.000 h 80
% des Neuwertes des Leuchtenlichtstroms unterschreiten. Bei L80 B50 50.000 h unterschreiten bereits 50 % der Leuchten 80 % des Neuwertes des Leuchtenlichtstroms. Ist
in Daten für LED-Leuchten kein Wert für By angegeben, gelten die Daten für die Einstufung B50.
Dieser graduelle Ausfall kann durch allmählichen Rückgang des Lichtstroms oder durch
Ausfälle einzelner LEDs auf dem Modul entstehen [9].
2.6.3
Totalausfall Cz
Der prozentuale Anteil der LED-Leuchten, die bis zum Erreichen der angegebenen Lebensdauer vollständig ausgefallen sind, also kein Licht mehr abgeben, werden als Totalausfall Cz angegeben. LED-Leuchten mit nur einzelnen ausgefallenen LEDs oder
auch LED-Leuchten, bei denen nur einzelne LED-Module von mehreren ausgefallen
sind gelten nicht als Totalausfall [9].
LED-Beleuchtung
AMEV
15
Der Ausfall von Vorschaltgeräten und anderen Bauteilen in einer Leuchte ist bei dieser
Betrachtung nicht berücksichtigt [9,13].
2.7
Normung
Es wird derzeit an normativen Vorgaben für die LED-Leuchten gearbeitet. Jeder Hersteller verwendet seine eigenen Leistungsdaten. Ein Vergleich untereinander ist sehr
schwierig.
Die Europäische Föderation der Leuchtenhersteller, CELMA hat einen Leitfaden für
Qualitätskriterien veröffentlicht. In diesem Leitfaden sind einheitliche Kriterien für die
Messung und Veröffentlichung von Leistungsdaten und Qualitätsmerkmalen der kompletten Leuchten aufgeführt [7].
-
Die gesamte Leistungsaufnahme (W) der Leuchte inklusive Netzteil, den abgegebenen Lichtstrom (lm) und die Effizienz gleich Output/Input (lm/W).
-
Darstellung der Lichtstärke (cd) im Polar-Diagramm.
-
Eine photometrische Kodierung, die eine Aussage über die Lichtqualität macht
(Farbtemperatur, Farbwiedergabe-Index, Farbsättigung und Lichtstrom)
-
Einen Wartungsfaktor, der die Abnahme der Lichtausbeute über die Zeit, die zu erwartende Lebensdauer, den verbleibenden Lichtstrom in Prozent und die Ausfallrate
angibt.
-
Die Umgebungstemperatur (°C) für die veröffentlichten Werte.
Um die Austauchbarkeit der Komponenten von LED-Leuchten (LED-Module, Netzteile
etc.) zu ermöglichen haben sich im Februar 2010 unter der Bezeichnung Zahga [15]
weltweit Leuchtenhersteller, LED-Modulhersteller, Lieferanten von Materialien und
Komponenten sowie Testlabors zusammen geschlossen.
Wann Produckte mit Zahga-Schnittstellen auf dem Markt verfügbar sein werden bleibt
abzuwarten.
16
AMEV
3
Einsatzmöglichkeiten
3.1
Allgemeinbeleuchtung mit LED-Leuchten
Um die Einsatzmöglichkeiten von LED-Leuchten zu überprüfen wurden alle in der
AMEV-Broschüre Beleuchtung 2011 [14] enthaltenen Musterräume (Abschnitt 4.1.4,
Seite 22ff) mit auf dem Markt befindlichen LED-Leuchten berechnet. Es zeigte sich,
dass eine allen lichttechnischen Anforderungen gerechte Beleuchtung mit LEDLeuchten möglich ist. Der spezifische Anschlusswert der Beleuchtungsanlagen ist vergleichbar mit dem von Leuchten mit stabförmigen Leuchtstofflampen.
Vorteilhaft können LED-Leuchten dort sein, wo geringe Lichtströme benötigt werden
oder keine stabförmigen Leuchtstofflampen angeordnet werden können. Hier werden
häufig Leuchten mit Kompaktleuchtstofflampen eingesetzt die mittlerweile eine deutlich
geringere spezifische Lichtausbeute als LED-Leuchten haben.
Vorteile ergeben sich weiterhin, wenn bei dem Einsatz von Bewegungsmeldern (z. B. in
Fluren) mit einer sehr hohen Anzahl von Schaltspielen gerechnet werden muss. Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass selbst beim Einsatz von Warmstart-EVG sehr
viele Schaltspiele zu einem vorzeitigen Ausfall der Leuchtmittel führen. Bei dem Einsatz
von LED-Leuchten ist mit diesem Effekt nicht zu rechnen.
Als Anwendungsbeispiel wurde der Einsatz von LED-Leuchten in einem WC-Raum und
einem Flur berechnet.
2,10 m
3,10
Abbildung 7:
WC-Anlage
3 LED-Leuchten je 18 W / 1200 lm
h 2,75 m
Installierte Leistung:
54 W (8,3 W/m²)
Ēm
≥ 200 lx
LED-Beleuchtung
AMEV
17
5,00
Abbildung 8:
1,80 m
23,00 m
Flur (Abbildung 13 bzw. 14 AMEV Beleuchtung 2011)
5 LED-Leuchten je 27 W / 2660 lm
h 2,75 m
Installierte Leistung:
135 W (3,3 W/m²)
Ēm
≥ 100 lx
3.2.
Beleuchtung von Ausstellungsbereichen in Museen
Die Beleuchtung von Ausstellungsbereichen in Museen erfolgt in der Regel über auswechselbare Strahler verschiedenen Typs. Als Leuchtmittel wurden Glüh- oder Halogenlampen eingesetzt. Meist ist diese technische Infrastruktur in den Museen schon recht
lang (z. T. seit den 1980er Jahren) in Benutzung und der Energieverbrauch, auch aufgrund der Größe der zu beleuchtenden Ausstellungsfläche, sehr hoch.
Die Entwicklung der LED-basierten Beleuchtungstechnik hat insbesondere in der letzten
Zeit sehr große Fortschritte gemacht, so dass deren Lichtqualität heute die speziellen
Anforderungen im Museumsbereich erfüllt. Wichtigste Kriterien sind dabei die Farbwiedergabe (die Wirkung der Originale darf durch die Beleuchtung nicht verfälscht werden)
und die Lichtfarbe (eine zu bläuliche Lichtfarbe wird als unangenehm empfunden und
verleiht insbesondere hölzernen Exponaten eine sehr stumpfe Wirkung). Mittlerweile ist
die Technik auf einem Stand, beide Anforderungen auch mit einer Lichttemperatur von
2.800/3.000 K zu erfüllen.
Für die Museumsbesucher stellt die Beleuchtung der Ausstellungen ein wesentliches
Qualitätsmerkmal für ihren Ausstellungsbesuch dar. Zu einer gelungenen musealen
Lichtinszenierung gehört die Steuerung der Lichtintensität (Dimmbarkeit) am Strahler,
um verschiedene Lichtstärken je nach Objektart, z. B. 50 Lux für Grafiken und 200 Lux
für Gemälde auch bei unmittelbar benachbarten Exponaten herzustellen und eine variable Lichtverteilung (Wallwasher-Funktion für die gleichmäßige Beleuchtung größerer
Wandflächen versus Spot-Licht zur Akzentuierung einzelner Exponate) zu den zeitgemäßen technischen Merkmalen. Darüber hinaus spricht eine deutliche Reduzierung des
Energiebedarfs, mit wesentlich geringerer Wärmeentwicklung und die weitgehende Begrenzung der für viele Ausstellungsstücke schädlichen IR-/UV-Strahlung, sowie die lange Lebensdauer von LED-Leuchten für deren Einsatz in Museen.
18
AMEV
3.3
Not- und Sicherheitsbeleuchtung
Im Bereich der Not- und Sicherheitsbeleuchtung hat sich die LED-Technik bereits etabliert.
Gerade die schon genannten Vorteile wie,
-
extrem lange Lebensdauer
-
hohe Effizienz mit den dadurch geringeren Batteriekapazitäten
-
Möglichkeit kleine Bauformen zu entwickeln
-
sofortige und flackerfreie Lichtabgabe
sind hier von besonders hoher Wichtigkeit.
3.4
Außenbeleuchtung
Vielfach besteht Handlungsbedarf in Außenbeleuchtungsanlagen, da die häufig im Einsatz befindlichen Quecksilberhochdrucklampen nur noch bis April 2015 in Verkehr gebracht werden dürfen. Auf Grund der hohen Lebensdauer sind LED-Leuchten grundsätzlich prädestiniert für den Einsatz in der Außenbeleuchtung. Vor einer Entscheidung
sollten einige Punkte betrachtet werden.
Wenn sich die vorhandenen Leuchten noch in einem guten Zustand befinden, kann
auch der Einsatz von Natriumdampflampen in Betracht gezogen werden. In vielen
Kommunen ist dies bereits mit Erfolg praktiziert worden. So kann durch den Einsatz einer 70 W Natriumdampflampe für eine 125 W Quecksilberhochdrucklampe bei gleichem
Lichtstrom eine Energieeinsparung von ca. 40 % (unter Berücksichtigung der reduzierten Leistungsaufnahme des Vorschaltgeräts) erzielt werden. Die zu erwartende Lampenlebensdauer verdoppelt sich und zukünftige Probleme bei der Ersatzbeschaffung
sind, da es sich um normierte Bauteile handelt, unwahrscheinlich. Die geringe Farbwiedergabe von Natriumdampflampen (Ra ca. 40) ist für viele Anwendungsfälle im Außenbereich, insbesondere wenn es sich um die Beleuchtung von Verkehrswegen handelt,
ausreichend [4].
Nach Herstellerangaben beträgt die Lebensdauer von LED bis zu 50.000 Stunden. Bei
einer durchgängig betriebenen Außenbeleuchtung ist mit rund 4000 Jahresbetriebsstunden zu rechnen. Dies bedeutet, dass spätestens nach 12,5 Jahren die LED-Module
ausgetauscht werden müssen, da bei Außenbeleuchtungsanlagen die Leuchten über
deutlich längere Zeiträume (min. 25 Jahre) betrieben werden. Wenn dann keine Ersatzmodule zur Verfügung stehen, schränkt das die Wirtschaftlichkeit ein.
Bei einem Betrieb über den v. g. Zeitraum von 50.000 Stunden ist mit einem nennenswerten Lichtstromrückgang zu rechnen (≥ 20 %). Dies hat Auswirkungen auf den Wartungsfaktor. Wird ein entsprechend kleiner Wartungsfaktor gewählt ist die Leuchte lange
Zeit überdimensioniert, was die angestrebte Energieeinsparung reduziert. Alternativ
kommt eine dimmbare Leuchte in Betracht. Die Leuchte wird denn z. B. zunächst mit
80 % Lichtstrom betrieben, was den Energieverbrauch auch um fast 20 % absenkt.
Wenn der Lichtstrom nach einigen Jahren nicht mehr ausreicht, wird der Lichtstrom zunächst auf 90 % und am Ende auf 100 % eingestellt. Dies erfordert jedoch aufwändigere
Leuchten und der Betriebsaufwand erhöht sich.
Neben den LED sind auch die Netzteile der Stromversorgung zu betrachten, da LED nur
mit einer entsprechenden Strombegrenzung betrieben werden können. Auch hier ist mit
nennenswerten Ausfällen zu rechnen. Einige Hersteller geben derzeit eine Ausfallquote
LED-Beleuchtung
AMEV
19
von 1 % je 5.000 Betriebsstunden an. Bei einer angestrebten Betriebszeit von 25 Jahren
bedeutet dies, dass in bis zu 20 % aller Leuchten das Netzteil gewechselt werden muss.
Dies muss bei einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, genau wie bei der zukünftigen Ersatzteilbeschaffung herstellerspezifischer, nicht normierter Teile, betrachtet werden.
Deutliche Vorteile ergeben sich, wenn die Anlage nicht durchgängig betrieben werden
muss. Wenn LED-Leuchten in Verbindung mit einem Bewegungsmelder nur bei Bedarf
eingeschaltet werden, ist unter Umständen eine nennenswerte Energieeinsparung möglich. LED-Leuchten können quasi unbegrenzt häufig geschaltet werden und der Lichtstrom erreicht sofort nach dem Einschalten 100 %. Durch die Verkürzung der Einschaltzeiten verlängert sich die Einsatzdauer der LED-Module und der Netzteile, was sich
günstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.
3.5
Landebahnbefeuerung
Seit einigen Jahren stehen zertifizierte LED-Feuer verschiedener Hersteller für den Einsatz auf Flughäfen bereit. Die Ausführung mit LED-Beleuchtung stellt eine innovative Alternative zur Ausführung mit Halogenleuchtmitteln dar.
Die Einrüstung mit LED-Feuern führt zur Senkung der Betriebskosten. Diese wird erreicht durch:
-
geringere Energiekosten infolge der geringeren installierten Systemleistung
-
längere Lebensdauer der LED Leuchtmittel gegenüber den Halogenleuchtmitten und
die daraus resultierenden geringeren Instandsetzungskosten der Anlage.
Je nach Anlagenanforderung und Anlagengröße kann es weiterhin zu einer Reduzierung der Investitionskosten im Zuge der Erstellung der Infrastruktur kommen. Dieses
wird durch Reduzierung von Kabelquerschnitten, Leistungsreduzierungen bei der Bereitstellung von Netzersatzanlagen erreicht. Weiterhin können je nach Anlagenkonfiguration auch kleinere Konstantstromregler und Serienkreistransformatoren ausgeführt
werden.
Die Einrüstung mit LED–Feuern führt zu einer größeren Systemsicherheit durch die
verminderte Ausfallwahrscheinlichkeit der LED-Leuchte gegenüber der Ausführung mit
Halogenleuchtmitteln. So ist der Ausfall eines LED-Feuers bzw. eines Systems so gut
wie ausgeschlossen, was gerade bei Low Visibility, CAT II und CAT III von besonderer,
wesentlicher Bedeutung ist.
Für die Umrüstung bestehender Anlagen, bzw. für die Planung von Neuanlagen ist daher eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unter Einbeziehung der vorhandenen
Anlagenfaktoren und aktuellen Marktpreise vorzunehmen.
Es ist damit zu rechnen, dass durch die fortschreitende technische und preisliche Entwicklung auf dem Gebiet der LED-Beleuchtung der Einsatz der LED-Feuer zukünftig bei
Neu- und Umbauten die wirtschaftlichste Variante darstellt und die Ausführung mit Halogenleuchtmitteln ablöst.
3.6
Sonderräume mit Magnetfeldbelastung
In Räumen mit Magnetresonanztomographen (MRT) werden heute LED-Leuchten eingesetzt, da diese im Gegensatz zu Leuchtstofflampen durch das Magnetfeld nicht negativ beeinflusst werden.
20
AMEV
4
Entscheidungsmatrix LED-Leuchten
Die nachfolgende Entscheidungsmatrix soll eine Hilfestellung zum Einsatz von LEDLeuchten geben. Wegen der rasanten technischen Weiterentwicklung und der abzusehenden preislichen Entwicklung ist es nicht möglich dauerhafte Empfehlungen abzugeben. Vielmehr sollte immer auf Basis der aktuellen Parameter eine projektbezogene
Entscheidung getroffen werden. Um keine Priorisierung der einzelnen Punkte vorzugeben, wurde die Auflistung alphabetisch sortiert.
Anzahl der Schaltspiele
LED sind unempfindlich gegenüber einer hohen Anzahl von Schaltspielen. Bei Leuchten, die nur selten
geschaltet werden, reicht es in der Regel
Leuchtstofflampen mit Warmstart-EVG einzusetzen
um einen vorzeitigen Ausfall der Leuchtmittel zu
verhindern. Sonst sind Leuchten mit LED eine Alternative.
Blendungsbegrenzung [5,7]
LED verfügen gegenüber Leuchtstofflampen über
eine mehrfach höhere Oberflächenleuchtdichte
(cd/m²). Das erfordert Maßnahmen an der Leuchte
um eine ausreichende Blendungsbegrenzung sicher
zu stellen.
Dimmbarkeit
LED-Leuchten lassen sich in der Regel problemlos
dimmen. Dabei ist das Verhältnis Lichtstrom zu
Leistung besser als bei Leuchtstofflampen. Außerdem ist es, im Gegensatz zu Leuchtstofflampen,
möglich bis nahezu 0,1 % herunter zu dimmen. Dies
gilt nicht immer, z. B. für bestimmte LED E27
Retrofit-Lampen mit handelsüblichen Dimmern.
Direkt/Indirekt-Beleuchtung
Wenn eine Direkt/Indirekt-Beleuchtung eingesetzt
werden soll, genügt es bei stabförmigen Leuchtstofflampen in der Leuchte einen Lichtaustritt nach oben
zu konstruieren. Bei LED-Leuchten sind wegen des
begrenzten Lichtaustrittswinkels unter Umständen
weitere nach oben strahlende Module erforderlich.
Ersatzteilhaltung
Für LED-Leuchten sind derzeit noch keine normierten Bauteile auf dem Markt. Wenn z. B. bei Außenleuchten (Betriebsdauer 25 Jahre mit 4.000 h/a entspricht 100.000 Betriebsstunden) abzusehen ist,
dass die max. Betriebsdauer von 50.000 bis 60.000
Stunden überschritten wird, muss sichergestellt
werden, dass langfristig kompatible LED-Module
erhältlich sind. Dies gilt auch für die Netzteile.
Farbwiedergabe [1]
Generell gilt, dass die Lichtausbeute mit steigendem
Farbwiedergabe-Index Ra abnimmt. Es sind auch
LED-Leuchten auf dem Markt, deren Ra < 80 ist und
somit für einige Anwendungen (z. B. Bürobeleuchtung) nicht in Frage kommen.
LED-Beleuchtung
AMEV
21
Helligkeitsempfinden [3]
Das Spektrum von LED weicht nennenswert von
dem anderer Leuchtmittel ab. Insbesondere der
Blauanteil ist deutlich größer als z. B. bei
Leuchtstofflampen. Dies führt dazu, dass eine LEDBeleuchtung insbesondere unter mesopischen Bedingungen (Dämmerungslicht) unter Umständen
heller empfunden wird als eine andere Beleuchtung
bei gleicher gemessener Lichtstärke unter
photopischen Bedingungen. Da z. Zt. immer die
photopischen Messwerte eingehalten werden müssen, können aus diesem Sachverhalt derzeit noch
keine Vorteile gezogen werden. Derzeit wird jedoch
bereits von einigen Herstellern das sogenannte S/PVerhältnis
(scotopisch/photopisch)
[Nachtsehen/Tagsehen] von Lichtquellen angegeben, welches, wenn der Wert größer 1 ist, dieser Empfindung Rechnung trägt.
IR-/UV-Strahlung
LED-Leuchten eignen sich aufgrund ihres Spektrums besonders für Anwendungen, die möglichst
geringe IR- und/oder UV-Anteile erfordern (z. B.
Museen).
Lichtausbeute [2]
LED-Leuchten erreichen derzeit eine Systemlichtausbeute bis zu 115 lm/W. Es ist aber zu berücksichtigen, dass die Lichtausbeute von der Farbwiedergabe und der Lichtfarbe abhängig ist.
Modulbauweise
Da bei LED-Leuchten sowohl der Ausfall der LEDModule, als auch der Netzteile möglich ist sind
Leuchten, bei denen die Bauteile unabhängig voneinander getauscht werden können vorteilhafter.
Recycling
Leuchtstofflampen können problemlos dem Recycling zugeführt werden und die verwendeten Materialien können in großem Umfang wiederverwendet
werden.
Für LED sind derzeit noch keine RecyclingVerfahren abzusehen. Es handelt sich bei zu entsorgenden LED nicht um Sondermüll. Zu beachten
sind jedoch die Regelungen für die Entsorgung von
Elektrogeräten [12].
Da LED mit Gleichstrom betrieben werden, ist beim
Anschluss an die 230V-Versorgung der Einsatz von
Netzteilen notwendig. Die Netzteile sollten so ausgelegt sein, dass ihre Lebensdauer die der LED
mindestens erreicht.
Stromversorgung
LED-Notlichtleuchten sind mittlerweile Standard, da
aufwändige Wechselrichter eingespart werden können.
22
AMEV
Umgebungstemperatur
Der Lichtstrom von LED ist abhängig von der Umgebungstemperatur.
LED-Leuchten können problemlos bei niedrigen
Temperaturen betrieben werden. Bei Leuchtstofflampen muss insbesondere bei niedrigen Temperaturen (z. B. Kühlräume) mit nennenswerten Lichtstromrückgängen gerechnet werden.
Bei LED-Leuchten ist hingegen bei hohen Temperaturen sowohl im Bereich der Netzteile [6] als auch
bei den LED-Modulen mit einer beschleunigten Alterung zu rechnen.
Wartungsfaktor [13]




Wirtschaftlichkeit
LED-Beleuchtung
Für Leuchten mit Leuchtstofflampen wird für Innenräume empfohlen (Beleuchtung 2011 [14]) mit einem Wartungsfaktor (WF) von 0,8 zu rechnen.
Der Wartungsfaktor ergibt sich aus dem Produkt
von:
- Abnahme Lampenlichtstroms WFLM
- Leuchtmittelaustauch WFLMT
- Alterung der Leuchten WFLeu
- Alterung des Raums WFR
Bei LED-Leuchten ist für der Lichtstromrückgang für
die angenommene Betriebszeit zu berücksichtigen.
Insgesamt ergibt sich u. Umständen ein geringerer
Wartungsfaktor als bei Leuchtstofflampen.
Zusammenfassend sollten bei einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung folgende Faktoren berücksichtigt
werden:
 Investitionskosten
 Energiekosten
 Instandhaltungskosten, bei LED-Leuchten insbesondere.
 Kosten Austausch LED-Module
 Kosten Austausch Netzteile
AMEV
23
5
Ersatzleuchtmittel
5.1
LED-Lampen
Als Ersatz für die Glühlampe können energiesparende Halogen-, Kompaktleuchtstofflampen und LED-Lampen (sogenannte Retrofit-Lampen) gewählt werden. Energiesparende Halogenlampen sparen bis zu 30 Prozent Energie, Kompaktleuchtstoff- und LEDLampen bis zu 80 Prozent. Es ist insbesondere auf die Leistung, den Lichtstrom und die
Lichtverteilung zu achten. Während die Lichtausbeute bei den Kompaktleuchtstofflampen stagniert, werden zunehmend LED-Lampen mit größeren Lichtströmen und zugleich
besseren spezifischen Leistungen (lm/W) angeboten.
Fassung
Lichtstrom
Glühlampe
E 14/E 27
180-290
25 W
18 W
5W
6W
E 14/E 27
290-420
40 W
28 W
7-8 W
7W
E 27
550-710
60 W
42 W
11 W
10 W
E 27
800-900
75 W
52 W
15 W
13 W
GU 10
345 lm
Halogenlampe Kompaktleucht(klar)
stofflampe
50 W
LEDLampe
4,5 W
Tabelle 2: Vergleich der Leuchtmittel
5.2
LED-Röhren
Auf dem Markt werden verschiedene alternative Leuchtmittel als Ersatz für stabförmige
T26-Leuchtstofflampen, in Leuchten mit induktiven Vorschaltgeräten, angeboten. Bei
den LED-Röhren wird die T26-Lampe durch ein mechanisch kompatibles Leuchtmittel
ersetzt, das mit LED bestückt ist. Der Starter wird durch eine Kurzschlussbrücke ersetzt.
Die Vorschaltgeräte verbleiben in den Leuchten. Eventuell vorhandene Kompensationskondensatoren sollten demontiert werden.
Es ergeben sich rechtliche Probleme. Da die Leuchten seitens des Herstellers nur für
den Betrieb mit T26-Lampen vorgesehen sind, erlischt seine Produkthaftung und das
CE-Zeichen auf der Leuchte verliert seine Gültigkeit. Der für den Umbau Verantwortliche
übernimmt die volle Betriebsverantwortung und zwar für Sach- als auch für Personenschäden.
Technisch problematisch ist der Austausch, da er immer mit einem deutlichen Lichtstromrückgang verbunden ist, wie die nachfolgende Tabelle zeigt. Zu beachten ist auch,
dass Produkte auf dem Markt sind, die für den Einsatz in Büros eine unzureichende
Farbwiedergabe (Ra< 80) haben.
Es ist zu beachten, dass das Gewicht der LED-Röhren erheblich höher ist als das Gewicht gleichartiger Leuchtstoffröhren.
24
AMEV
T26-Lampe
LED-Röhre
Lampenlänge
T26 [mm]
Systemleistung [W]
Lichtstrom
[lm]
Systemleistung [W]
Lichtstrom
[lm]
1200
44
3350
22
2500
1500
66
5200
28
3400
Tabelle 3: Lichtstromvergleich – T26 Lampe – LED-Röhre bei 4.000 K
Viele Leuchten mit Reflektor sind auf den Durchmesser des vorgesehenen Leuchtmittels
abgestimmt. Durch den Einsatz eines Leuchtmittels mit einem anderem Ausstrahlverhalten wird das optische Verhalten der Leuchte in kaum vorhersehbarer Weise beeinflusst.
LED-Röhren werden auch mit einer integrierten Lichttechnik angeboten, die dafür sorgt,
dass das Licht nur in einem Winkel von z. B. 120° nach unten abgestrahlt wird. Werden
solche Leuchtmittel in Leuchten ohne jegliche Reflektoren (z. B. freistrahlende Lichtleisten) eingesetzt, ist es möglich, dass die in der LED-Röhre integrierte Lichttechnik den
geringeren Lichtstrom zumindest insoweit kompensiert, dass auf der Nutzebene weiter
die erforderliche Lichtstärke erreicht wird. Bei Umrüstungen sollte vorab untersucht werden, ob gegenüber dem früheren Betrieb höhere Temperaturen auftreten. Dabei wird eine Zulassung der LED-Röhre (z. B. VDE-Prüfzeichen) vorausgesetzt.
LED-Beleuchtung
AMEV
25
6
Quellen
[1]
Weiße Hochleistungs-LEDs - Licht 6/2012 Seite 64ff
[2]
Eine Analyse weißer LEDs - Licht 11-12/2012 Seite 70ff
[3]
Farbwiedergabe und Helligkeit - Licht 10/2011 Seite 64ff
[4]
Ohne LED bald Passé? - Licht 4/2012 Seite 106 ff
[5]
Effizienz versus Sehkomfort? - Licht 1-2/2013 Seite 58ff
[6]
Die Summe vieler Teile - Licht 1-2/2013 Seite 64ff
[7]
ETAP Lighting, Dossier LED, Beleuchtung mit einer neuen Lichtquelle
Ausgabe 3, Oktober 2012
[8]
Licht.wissen 17 Licht.de
Fördergemeinschaft Gutes LICHT; Frankfurt am Main
[9]
LED Guide 2014, Trilux, Arnsberg
[10]
Wikipedia
[11]
Osram
[12]
Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten (ElektroG) vom 16. März 2005
[13]
ZVEI, Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung, November 2013
[14]
AMEV, Beleuchtung 2011 www.amev-online.de / Planen und Bauen / Elektrotechnik
[15]
Zhaga, ein Konsortium industrieller Unternehmen, die standardisierte Schnittstellen für
Light Engines definieren http://www.zhagastandard.org/
26
AMEV
Mitarbeiter
Reiner Dehne
Hamburg, Behörde Stadtentwicklung und Umwelt
Gabriel Handke
Mainz, Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung,
Niederlassung Mainz
Jürgen Kroll
Düsseldorf, Ministerium für Bauen, Wohnen, Stadtentwicklung
und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen
Dieter Lilienbeck
Kassel, Landeswohlfahrtsverband Hessen, Baumanagement
Timo Lütke-Verspohl
Münster, Oberfinanzdirektion Nordrhein-Westfalen
Wilfried Müller
Hannover, Oberfinanzdirektion Niedersachsen
Ralf Speier, Obmann
Darmstadt, Stadtverwaltung, Immobilienmanagement
Wir bedanken uns bei:
Herr Dittrich
Oberfinanzdirektion Niedersachsen, Hannover
Herr Prof. Dr. Khanh
Technische Universität, Darmstadt
Frau Rehmann
Deutsches Institut für Urbanistik (Difu), Berlin
Herr Lindemann
Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Herr Dr. Sperling
Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Herr Unnebrink
VDI Technologiezentrum GmbH, Düsseldorf
LED-Beleuchtung
AMEV
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