- 40 Mrd. KWh für Licht verbraucht (ABL)
bis 70% des Stromeinsatzes in Groß~ und Einzelunternehmen für Licht
Beleuchtungsanlagen meist veraltet (über 10 Jahre) => entsprechen nicht heutigen Anford. des Energieverbrauchs
=> heute: bis 60% Energie- und Kosten- Einsparungen durch:
energiesparende Lampen
hochentwickelte Leuchten
Verlustleistungsarme Vorschaltgeräte
- Das Verhalten des Menschen wird in vielfältiger Weise von der Beleuchtung beeinflußt (wirtschaftliche
Energieanwendung Seite 255, Bild 4. 116)
Leistungssteigerung von 500 auf 1000 Lux: logisches Denken 10%; gutes Merken 15%; schnelles Rechnen 5%
(Beleuchtungsstärke über 1000 è negative Ergebnisse zum Beispiel:1500 Lux Ermüdungserscheinungen,
Übelkeit, Kopfschmerzen)
Reaktion des Auges auf Beleuchtungsstärken mit zunehmendem Alter unterschiedlich (Tabelle 4. 26)
- Das Auge bewertet und empfindet das sichtbare Licht unter bestimmten Bedingungen unterschiedlich
Wechsel von Dunkel -> Hell = schnell, Hell-> Dunkel =langsam => der von der Wellenlänge abhängige
Bewertungsfaktor wird als Helligkeitsempfindlichkeitsgrad v bezeichnet (Bild 4.118)
- gutes Licht è fördert die Sehleistung; sorgt für Sicherheit in verschiedenen Arbeitsbereichen; unerläßlich für fast
alle Arbeitsprozesse; stärkt die Kommunikation; fördert Teamgeist und Leistungsbereitschaft
Wirtschaftliche Energieanwendung bei der Beleuchtung bedeutet mehr Licht mit gleicher Energie oder dort, wo
ausreichend vorhanden, gleiches Licht mit weniger Energie.
Licht:elektromagn. Wellenbewegung in Form des ultraroten, des sichtbaren, des ultravioletten und des Röntgen-Lichts
hier: das vom menschlichen Auge wahrnehmbare, das sogenannte sichtbare Licht (Wellenlänge:400-750 nm; enthält
das gesamte Farbspektrum; Bild 4. 117)
- Vergleich zwischen Verbrennungslampen und elektrischen Lampen ( Tabelle 4.28)
- Abgase, Abwärme und Luftbedarf verschiedener Lichtquellen (Tabelle 4.29)
Lichterzeugung aus Elektroenergie
ist grundsätzlich durch Glühlampen (Temperaturstrahler) und durch Entladungslampen (Kaltstrahler) möglich. Die
bedeutsamsten Vorzüge dieser Lampenarten liegen neben dem hohen Lichtstrom und der z.T. enormen Lichtausbeute in
Ihrer Umweltfreundlichkeit. Es wird kein Sauerstoff verbraucht, keine Verbrennungsprodukte entstehen, welche die
Umgebungsluft verschlechtern oder Räume verschmutzen. Die Wärmeentwicklung ist praktisch unbedeutdend.
Glühlampen (ungeeignet für Industrieanlagen)
- Metallfaden (Wendel) wird durch Joulesche Wärme erhitzt, bis sichtbares Licht ausgesendet wird
- Lichtausstrahlung abhängig von Temperatur der Wendel, die mit der 4. Potenz ansteigt (2273 - 3200 K)
- Lichtausbeute steigt mit zunehmender Temperatur
- allgemein: große Lampen effektiver als kleine
- Lebensdauer ca. 1000 Betriebsstunden
(abhängig von: Betriebsspannung,
Spannungsschwankungen [1% U-änd. => 3,5% I-änd. => 2,5% Lichtausbeuteänderrung
psychol. nachteilig: kurzzeitig wiederholend => Lichtflackern],
Wendeltemperatur [abhängig von Wendelmaterial und Gasfüllung],
unabhängig von: Schalthäufigkeit)
- Glühlampe theoretisch für eine Spannung ausgelegt
- einheitliche Leistungsstaffelung: 15, 25, 40, 60,,75, 100, 150, 200, 500, 750, 1000, 2000, 5000, 10000 W
- Umwandlung von elektrischer in Lichtenergie ist sehr aufwendig (7-8% Lichtumwandlung) (Bild 4.121)
=> Anwendungsgründe: geringe Abmessungen; niedrige Anschaffungskosten; konzentriertes Leuchtsystem;
Schaltungsunempfindlichkeit ...
- bei Beleuchtung < 500h/a oder tägl. mittlere Einschaltdauer < 15min
à Glühlampen von Gesamtkosten wirtschaftlicher als Entladungslampen
Entladungslampen
- bessere energetische Ausnutzung als Glühlampen
- elektrische Ladungen fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe werden (un)mittelbar zum Leuchten gebracht
* Bogenlampen: elektrische Bogenentladung und Temperaturstrahlung
der hocherhitzten Elektroden (Kohle, Effektivkohle, Wolfram) è hohe Leuchtdichte
Anwendung: Bild- und Scheinwerfer, Kinoateliers, Reproduktionstechnik
* Glimmlampen: Nutzbarmachung des Kathodenlichtes
(Spannungsabfall an der Kathode)/ Neon-Helium-Gemisch bei 1300-2600 Pa/
geringe Lichtleistung, aber sehr geringer Stromverbrauch (0,5-1,5 mA)
Anwendung: Richungs~, Signallampe in Schaltanlagen, Spannungssucher, Polaritätsfeststellung,
Leistung: 4W bei 1 lm Lichtstrom mit mehreren tausen Betriebsstunden
* Leuchtröhren: Entladungslampe, bei der Gase oder Dämpfe bei Niderdruckentladung strahlen
Füllung Neon oder Helium; Länge von /
Anwendung: Reklame und Werbung (gefärbt)
* Kompaktleuchtstofflampe (Energiesparlampe)
5 -15W => idealer Glühlampenersatz
18-55W => Ersatz für Leuchtstoffröhren
längere Lebensdauer (8x); höhere Lichtausbeute (5-6x) à besonders wirtschaftlich
grundsätzlich in geschlossenen Räumen vorzuziehen
Unterscheide: Standard-Leuchtstofflampe <=> Dreibanden-Leuchtstofflampe [Leuchtstoffzusammensetzung]
-> 30% höhere Lichtausbeute
-> besonders gute Farbwiedergabe
-> ideal bei Sanierung alter Beleuchtungsanlagen
Vorschaltgeräte: verlustarme Vorschaltgeräte einsetzen;
besser: elektronische Vorschaltgeräte, da Lichtausbeute 10% höher,
Verlustleistung um 60% weniger, Lebensdauer (7500h->12000h)
* Gasentladungslampen: geschlossene Gasröhre unter geringem Druck mit Edelgasen oder Hg-Dampf gefüllt
leuchtet bei genügend hoher Spannung an den eingeschmolzenen Elektroden,
Gas wird zur Lichtemission angeregt/ Unterscheidung: Hoch- Niderdrucklampen
à Quecksliberhochdrucklampe [Starklichtlampen]:
Spannung -> Zündung -> Quecksilberverdampfung -> Druckaufbau -> volle Lichtleistung
(benötigen Anlaufperiode ca. 5min.; wiederanschalten nach ca. 3min [best. Hg-Druck erforderlich]
Anwendung: Straßenbeleuchtung
à Niederdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampen [Leuchtstofflampen]:
UV-Licht mittels Leuchtstoffe (Halogenphonphate) in sichtbares Licht
ökonomische (ca. 4000-6000h Betriebsdauer) <=> Schalthäufigkeit senkt Lebensdauer
opt. Lichtausbeute bei ca 31°C bis 38°C à Temperaturabhängig
energetische Effektivität (53% Wärmeverleitung, 26% Wärmestrahlung, 21% Licht bei 40W
[bei Glühlampe 40W = 4,7% Licht)
è Lichtquelle der Zukunft (nicht für hohe Hallen >> Hochdrucklampen)
!!! da quecksilberhaltig à Sondermüll !!!
Wirtschaftliche Energieanwendung bei der Beleuchtung
Voraussetzung für wirtschaftlichen Betrieb der künstlichen Beleuchtung:
-exakte Planung (exakter Lichtbedarf; örtliche Gegebenheiten)
[Bsp: Elektro-Reparatur, Bäcker, Fleischer, Laborant]
- für Planung und Bewertung von Beleuchtungsanlagen maßgeblich: Qualität und Zweckmäßigkeit
è Beleuchtungsstärke, Schattigkeit, Gleichmäßigkeit
- kulturell-ästhetische und stimmungsmäßige Forderungen erfüllen
- heute Planung durch Fachpersonal und Computerunterstützung
Faktoren: Beleuchtungsstärke; deren Verteilunmg im Arbeitsbereich
Art, Anzahl und Anordnung der Lampen und Leuchten
Stromversorgung der Leuchten
Schalt- und Regelbarkeit der Lampen=> Beleuchtungsstärke
Raumwirkungsgrad durch Raumgeometrie und Farbgestaltung
+Licht von Licvhtquelle auf Arbeitsplatz
+Reflexion an Raumgrenzen und Einrichtung auf Arbeitsplatz
è Wirkungsgrad abhängig vom Reflexionsgrad der Decke, Boden, Wände
è je heller ein Raum gestaltet ist, desto heller ist es in ihm
(bei gleicher Beleuchtungsstärke für dunklen Raum 50% mehr Lichtstrom)
Reflexionsgrad: Roter Ziegel 10-25% Nußbaum 15-20% Beton 20-40%
weiße Kacheln 60-75% Verputz/ Gips 80%
Leuchte
in
Lampe
Lichtstrom
Leuchte
ichtstrom
Austrittsl
rkungsgrad
Betriebswi
=
Verbesserung: glänzende Spiegelreflektoren + Prismenabdeckungen (Betr.wirk.grad bis 70%)
Spiegelrasterleuchten bis 74%
zum Vergleich: herkömmliche mehrlampige Opale Wannenleuchten: 50%
Vergleich: Soll-Beleuchtungsstärke mit Ist-Zustand
- wenn ´´ reduzieren à Anlage umrüsten/ ausdünnen
- wenn ´´ gleichàE-Einsatz durch mod.Leuchten,Lampen u. Vorschaltgeräte
è Senkung des E-Verbr. hat Einfl. auf andere E-bereiche (z.B.: Wärmelast eines Klimasystems)
Lichtwirkungsgrad:
- physiologisches und psychologisches Verhalten des Auges beachten!
Blendung: beeinträchtigt Sehleistung => Unsicherheit bei der Arbeit; Unbehagen; Unfallgefahren u.a.
blendfrei bzw. blendarm: Arbeitsplatzbeleuchtung (Ausstrahlungsbereich 75 und 180°) ca 0,25sb;
Allgemeinbeleuchtung (Austrahlungsbereich 30 und 90°) ca 0,3sb;
Außenbeleuchtung (Austrahlungsbereich 60 und 90°) ca. 2,0sb
- Beleuchtungsanlage in Schaltkreise aufteilen => nur dort Beleuchten, wo Licht benötigt wird =>
bedarfsgerecht
è Energieeinsparung (weil stufenweise/ bereichsweise ein~ bzw. zugeschalten wird)
- nat. Beleuchtung mit einbeziehen bei Wahl des Arbeitsplatzes (76% aller Hellstunden: 3000lx)
künstl. Licht nur notwendige Ergänzung -> psycholog. Aspekt des Eingesperrtseins & soz. Sparsamkeit
Sommerzeit bessere Ausnutzung des nat. Lichtes => Energieeinsparung
- Räume mit starkem und schwachen Tageslichteinfall TRENNEN
Lichtsensoren und elektronische Regelungà Beleuchtungsstärke auf konstantem Niveau
(zentrale Schaltung über Schaltuhren mit Wochenendprogramm)
- baul. Gestaltung: große Raumfenster; 3x verglaste Fenster (Wärmed.) mit außenliegender bew. Sonnenschutz
Neubau: Fenster schmal und hoch à Tageslicheinfall ideal, heller Innenanstrich
Raumteiler in großen Räumen: nicht hoch à Deckenlampen gemeinsam nutzen
hohe Räume à Decke abhängen à Beleuchtung sparen, Belüftung & Beheizung vorteilhafter
- Wartung: Abdeckungen, Reflektoren, Lampen Reinigen`
einzelne Wartung zeitaufwendig à wirtschaftlicher: ganze Anlage neu Bestücken
- Arbeitsplatzbeleuchtung seitlich einstrahlen lassen, nicht von vorne
Flächenhelligkeit nicht differieren lassen -> Blendgefahr
allgemeinbeleuchtung absenken, gleichzeitig Arbeitsplatz ausleuchten à Energieeinsparung um bis 35%
Bezeichnung
Maßeinheit
Kurzzeichen Definition/ Bemerkungen
Lichtstrom
= I
* EF
A
Lichtstrom in Lumen
I Lichtstärke in Candela
Raumwinkel in Steradiant
E Beleuchtungsstärke in Lux
F
A
angestrahlte Fläche in
Quadraten
lm
cd
sr
lx
m²
Der Lichtstrom ist die von einer
Lichtquelle nach allen Seiten
abgegebene Lichtleistung.
Der Lichtstrom ist demnach ein
Maß für die Bewertung der
Strahlungsfähigkeit einer Lampe.
Lichtmenge
Q =
dt
Q Lichtmenge
t Strahlungszeit
lm h
h
Die Lichtmenge gibt auskunft über
die Kapazitätsauslastung.
Lichtstrom und Lichtmenge
verhalten sich wie el. Leistung und
el. Arbeit.
Lichtstärke
I =
:
Candela
cd
Lichtstärke ist der in einem
bestimmten Raumwinkel
ausgestrahlte Lichtstrom.
Die Candela ist die Lichtstärke, die
ein Schwarzer Körper der Fläche
1/60000 m² bei einer
Erstarrungstemperatur des Platins
bei einem Druck von 101325 N/m³
senkrecht zur Oberfläche ausstrahlt.
Beleuchtungsstärke
E =
: F
A
E Beleuchtungsstärke in Lux
in den letzten Jahren gestiegen
lx
gibt die Helligkeit eines Raumes
oder einer Fläche an (1 Lux ist
gegeben, wenn der Lichtstrom von 1
Lumen auf eine Fläche von 1m²
einstrahlt.
Leuchtdichte
L = I : (F
L
cos e)
L Leuchtdichte in Stilb
F
L
leuchtende Fläche
e Ausstrahlungswinkel gegen
Flächennormale in Grad
sb
m²
-Verhältnis aus Lichtstärke und
Größe der leuchtenden Fläche.
- ein Maß für Blendung
( 1 Stilb ist 1/60 der Leuchtdichte
eines Schwarzen Körpers bei der
Erstarrungstemperatur des Platins
[2042K])
Lichtausbeute
a =
: P
a
a Lichtausbeute in Lumen je Watt
P
a
aufgenommene Leistung
in den letzten Jahren gestiegen
lm/ W
W
- charakterisiert die
Leistungsfähigkeit einer Lampe
- wichtig für energetische
Betrachtung (erreichbarer
Lichtstrom drückt aufgenommene
Leistung aus)
Schattigkeit
S=(E-E
s
):E
E
s
Beleuchtungsstärke bei
Abstrahlung auf Flächen in Lux
lx
Teil der Beleuchtungstärke, erfaßt
den gerichteten Lichtstrom (in
Räumen mindestens 20%; im Freien
max. 80%)
Gleichmäßigkeit
G= E
min
-E
mittel
E
min
Kleinste Beleuchtungsstärke
in Räumen
E
mittel
dortige mittlere
Beleuchtungsstärke
lx
lx
feine Arbeiten (1:1,5)
grobe Arbeiten (1:2,3)
wechselseitig benutzte Räume
gleiches G
Abb.: Einfluß der Lichtenergie auf menschliche Arbeit (Riesner, Sieber: ,,Wirtschaftliche Energieanwendung"
Ausschuß
10
20
30
%
500
1000
1500
E/lx
Leistung
2
4
6
%
500
1000
1500
E/lx
Ermüdung
2
4
6
%
500
1000
1500
E/lx
Unfälle
5
10
%
500
1000
1500
E/lx
Lichterzeugung aus Elektroenergie
Glühlampen
(Temperaturstrahler)
Bogenlampen
Glimmlampen
Leuchtröhren
Dreibanden-
Leuchtstofflampe
Standard-
Leuchtstofflampe
Kompaktleuchtstofflampen
(Energiesparlampen)
Quecksilberdampf-
hochdrucklampen
Niederdruck-Quecksilberdampf
Entladungslampe
Gasentladungslampen
Entladungslampen
(Kaltstrahler)
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