Steigerung der Energieeffizienz bei Beleuchtungsanlagen im Industriebereich. Das Beispiel "Ferrybridge 2 " in Leeds


Technischer Bericht, 2019

57 Seiten, Note: 1.2


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Management Summary

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Ausgangslage
1.2 Problemanalyse
1.3 Zielsetzung
1.4 Abgrenzungen
1.4.1 Abgrenzungen nach Kundenwunsch
1.5 Aufbau des Berichtes

2 Projektbeschreibung
2.1 Allgemeines
2.2 Klimatische Bedingungen sowie geografische Lage des Projektes
2.3 Gebäudeteile der Kehrichtverbrennungsanlage – Ferrybridge 2
2.4 Anforderungskatalog des Auftraggebers (SSE) – Auszüge aus dem Vertrag)
2.4.1 Normen und Richtlinien
2.4.2 Allgemeine Anforderungen
2.4.2.1 Anforderungen an die Innenbeleuchtung
2.4.2.2 Anforderungen an die Aussenbeleuchtung
2.5 Design-Kriterien
2.6 Mechanischer Schutz

3 Beleuchtungsdesign IST Situation
3.1 Mengengerüst aller Leuchten im Projekt pro Gebäudeteil
3.2 Aktuelle Steuerungsoptionen
3.2.1 Steuerungsoptionen für die "interne" Prozessbeleuchtung
3.2.2 Steuerungsoptionen für die "externe" Prozessbeleuchtung
3.3 Kostenübersicht

4 Empirische Untersuchung
4.1 Vorwort zur allgemeinen Vorgehensweise
4.2 Untersuchungsmethodik
4.3 Begründung Stichprobenauswahl – Auswahl von Experten
4.4 Übersicht Stichprobenauswahl
4.5 Übersicht der durchgeführten Experteninterviews
4.6 Interviewfragen
4.7 Auswertung und Operationalisierung der qualitativen Daten
4.7.1 Analyse Tippinghalle
4.7.2 Analyse Boiler hall
4.7.3 Analyse Flue Gas Treatment (Rauchgasreinigung)
4.7.4 Analyse Turbine hall
4.7.5 Analyse Ash Storage Bunker
4.8 Zusammenfassung empirische Daten
4.8.1 Szenario A: Realistische Ausschöpfung der Energieeffizienz
4.8.2 Szenario B: Maximale Ausschöpfung der Energieeffizienz

5 Optimierungsmassnahmen - Beleuchtungsdesign SOLL Situation
5.1 Optimierungen der "internen" Prozessbeleuchtung
5.1.1 Optimierungen Tippinghalle
5.1.2 Optimierungen Boilerhalle
5.1.3 Optimierungen Flue Gas Treatment (Rauchgasreinigung)
5.1.4 Optimierungen Turbinenhalle
5.1.5 Optimierungen Ash Storage Bunker
5.2 Neue Steuerungsoptionen für die "interne" Prozessbeleuchtung
5.3 Kostenübersicht
5.3.1 Kostenvergleich - IST – SOLL
5.3.2 Investitionen
5.3.3 Wirtschaftlichkeitsberechnung der Zusatzinvestition

6 Schlussfolgerungen
6.1 Massnahmenempfehlungen
6.2 Ausblick und weiterführende Fragestellungen

7 Abbildungsverzeichnis

8 Tabellenverzeichnis

9 Literaturverzeichnis

10 Anhänge
10.1 Datenblätter Beleuchtungskörper
10.2 Transkribierte Interviews
10.2.1 Interview Nr. 1
10.2.2 Interview Nr. 2
10.2.3 Interview Nr. 3
10.3 Allgemeine Projektunterlagen

Vorwort

„Im Zusammenhang mit der Diskussion um die globale Klimaerwärmung tritt oft die Tatsache in den Hintergrund, dass sich die Schweiz in den nächsten Jahren nicht nur mit dem Problem von zu hohen Treibhausgasemissionen, sondern auch mit einer Verknappung der verfügbaren Energie auseinandersetzen muss. In diesem Sinne hilft eine Senkung des Energieverbrauchs in der Schweiz nicht nur im Kampf gegen die globale Klimaerwärmung, sondern verringert auch die Energieknappheit in der Schweiz und senkt die Auslandabhängigkeit unserer Energieversorgung.

Die Steigerung der Energieeffizienz ist das wichtigste Instrument, um den Energieverbrauch ohne Einbussen an Nutzen zu senken. Höhere Energieeffizienz erlaubt das Erreichen eines gewünschten Nutzens (z. B. Lichterzeugung, Bereitstellen von Wärme, Antrieb eines Motors) mit geringerem Energieaufwand. Das Erhöhen der Energieeffizienz bringt im Wesentlichen drei Vorteile: Steigerung der ökonomischen Effizienz, Verringerung der Energieknappheit sowie Senkung der an den Energieverbrauch gekoppelten Treibhausgasemissionen.“ (Bundesamt für Energie BFE, 2014)

Die Publikation des Bundesamts für Energie rund um das Thema Energieeffizienz ist grundsätzlich stark auf die Interessen und Herausforderungen der Schweiz gerichtet, kann allerdings auch einen allgemeinen Charakter haben. Die Steigerung der Energieeffizienz muss daher nicht nur auf die Schweiz applizieren werden, sondern gegebenenfalls auf alle anderen Nationen die einen Bedarf anmelden, auch wenn bereits eigene Regelungen bestehen.

Publikationen, Merkblätter wie auch Richtlinien und Normen diesbezüglich gibt es zu genüge, allerdings ist das Thema der Energieeffizienz nicht nur eine Schweizerische Lenkungsmassnahme sondern vielmehr eine Chance für jeden, Kosten zu sparen, Betriebe effizienter und wettbewerbsfähiger zu machen und dabei gleichzeitig einen substanziellen Beitrag zur Senkung des Energieverbrauchs im eigenen Land zu leisten. Besonders im Bereich der Industrie, wo kleine Massnahmen grossen Einfluss nehmen können.

Eine solide Basis besteht, nun gilt es lediglich diese günstige Ausgangslage weiterzuentwickeln, die technischen Errungenschaften und Erfahrungen, welche in den letzten Jahren gemacht wurden, zu nutzen und in die Tat umzusetzen. Diesem Sinne folgend, wurde die vorliegende Arbeit als mögliches Beispiel für die Umsetzung genau dieser Ideen ausgewählt.

Management Summary

Das Projekt „Ferrybridge 2“ ist eine Kehrichtverbrennungsanlage (engl. Energy from Waste), welche ca. 25km ausserhalb von Leeds liegt und im Moment von der Hitachi Zosen Inova (HZI) als Totalunternehmer gebaut wird. Eigentümer und Auftraggeber ist die Scottish & Southern Energy plc (SSE plc), ein Erdgasversorgungs-, Stromversorgungs- und Telekommunikationsunternehmen mit Hauptsitz in Perth, Schottland.

Der heutige Planungsstandart von Kehrichtverbrennungsanlagen in Punkto Beleuchtungseffizienz bei der Hitachi Zosen Inova AG limitiert sich lediglich auf die Wahl von LED Beleuchtungskörpern anstelle von konventionellen Leuchtkörpern. Bei der Kehrichtverbrennungsanlage Ferrybridge 2, welche Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist, sind über 2500 solcher LED Beleuchtungskörper installiert welche grösstenteils durchgängig, während 365 Tagen im Jahr, leuchten. Diese Industrie-Anlage im Herzen von England bildet somit einen reellen Schauplatz, eine umfangreiche Untersuchung im Rahmen von Energieeffizienzmassnahmen durchzuführen.

Nach einer detaillierten Ist-Aufnahme der Anlage, inkl. aller dazugehörigen Beleuchtungskörpern sowie Steuerungsoptionen und deren vertraglich geregelten Anforderungen im jeweiligen Einsatzbereich, wurden die jährlich anlaufenden Betriebskosten berechnet, welche mit einem totalen Betrag von GBP 249‘481.00 zu Buche schlagen.

Die hohen Anforderungen in Punkto Sicherheit und Betriebserhaltung führen dazu, dass die meisten Beleuchtungsgruppen durchgängig leuchten und somit hohe Betriebsstunden aufweisen. Hohe Betriebsstunden führen zu hohen Betriebskosten was überwiegend auf einen „Betrieb ohne Nutzen“ zurückzuführen ist. Als massgebliches Problem und somit als Treiber für die hohen Betriebskosten wurde somit der sogenannte „Betrieb ohne Nutzen“ – kurz BoN - erkannt.

Der wichtigste Teil der Untersuchung – die empirische Untersuchung - befasst sich mit den vertraglichen Anforderungen bezüglich Beleuchtungsanlagen, welche für die hohen Betriebsstunden und folglich auch für die hohen Betriebskosten verantwortlich sind. Eine Gruppe auserwählten Experten, allesamt aus dem Mitarbeiterpool des Auftraggebers – der Firma SSE aus Schottland - wurde gebeten an einem Interview teilzunehmen, welches das Ziel verfolgte den Sinn und Unsinn dieser Anforderungen zu verstehen und gegebenenfalls zu lockern.

Bei der Befragung dieser Experten wurde versucht, eine kostenoptimale und energieeffiziente Lösung zu suchen, ohne dabei den Betrieb oder die Sicherheit zu gefährden, allerdings mit dem Ziel, den „Betrieb ohne Nutzen“ zu vermeiden. Basis für die empirische Untersuchung waren die bereits erarbeiteten Steuerungsoptionen, welche lediglich eine 24/7 Steuerung der Beleuchtungsgruppen vorsah und somit ein enormes Steigerungspotenzial enthielten.

Die Schlüsselelemente für eine Reduktion der Betriebsstunden und somit tieferen Betriebskosten, aufgefangen aus den Experteninterviews, sind die Möglichkeiten Zeitschaltuhren zu verwenden, Bewegungs- oder Präsenzmelder einzusetzen oder lediglich bestimmte Beleuchtungskörper - wann immer möglich - auf ein Minimum ihrer Beleuchtungsstärke zu dimmen. Alles Opportunitäten, Betriebsstunden und infolgedessen die horrenden Betriebskosten zu senken. Appliziert man die vorgeschlagenen Reduktionsmassnahmen auf die untersuchten Beleuchtungsgruppen, entstehen zwei mögliche Szenarien für deren Umsetzung:

- Szenario A: Realistische Ausschöpfung = reelle Kosteneinsparung
- (Experten waren sich einig)
- Szenario B: Maximale Ausschöpfung = maximale Kosteneinsparung
- (Experten waren sich uneinig)

Unabhängig davon welches Szenario gewählt wird, beläuft sich der der benötigte Investitionsbetrag auf ca. GBP 123‘952.00. Berücksichtigt man zudem die Herkunft der erarbeiteten Ergebnisse, welche direkt von den Experten und somit den eigentlichen Betreibern der Anlagen kommen, erreicht man zudem einen hohen Akzeptanzgrad.

Die nachstehende Entscheidungsmatrix ermöglicht einen Gesamtüberblick:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2 – Management Summary

Empfehlungen:

Aufgrund der Meinungsgleichheit der Experten in Bezug auf die möglichen Umsetzungsmassnahmen und der folglich höheren allgemeinen Akzeptanz in Punkto Durchführbarkeit, empfiehlt sich das Szenario A (realistische Ausschöpfung) zu wählen, trotz der längeren Paybackzeit von rund 18 Monaten, gegenüber Szenario B.

Die empfohlenen Massnahmen unter Szenario A versprechen jährliche Kosteneinsparungen von rund GBP 32‘308 bei einer Investition von GBP 123‘952 und einer Paybackzeit von 4.34 Jahren. Berücksichtigt man die minimale Lebensdauer der Anlage von rund 25 Jahren sowie die Lebensdauer von LED Beleuchtungskörpern von über 50‘000 Stunden, rechtfertigt sich die längere Paybackzeit gegenüber des riskanteren Szenarios B auch wenn die Paybackzeit bei der Variante A, mit 3 Monaten, leicht über den Vorgaben des Auftraggebers liegt.

Bei einer Umsetzungsdauer von maximal zwei Monaten, könnten die beschriebenen Massnahmen unter Szenario A bereits innerhalb nützlicher Frist und somit direkt während der aktuell laufenden Konstruktionszeit umgesetzt werden.

1 Einleitung

1.1 Ausgangslage

„Seit der Erfindung der Sparlampe ist bekannt, dass ein grosser Teil des Beleuchtungsstroms durch effizientere Leuchtmittel eingespart werden könnte. Nun steht mit dem Aufkommen der LED-Technik eine richtige Revolution bei der künstlichen Beleuchtung an, denn die Sparpotenziale bei LEDs sind noch grösser und sie betreffen alle Beleuchtungsanwendungen von Haushalt, Dienstleistung bis zu Industrie und Aussenbeleuchtung. Berücksichtigt man, dass zusätzlich durch intelligente Lichtsteuerung Strom gespart werden kann, dann darf man die Aussage wagen, dass 50 Prozent der Elektrizität für Beleuchtung eingespart werden können – ohne Abstriche beim Komfort.“ (www.energieschweiz.ch, 2014, S. 3)

Berücksichtig man solche Zitate, erstaunt es kaum, dass industrielle Konzerne sich ihre Anlagen genau anschauen um das maximal mögliche Einsparpotenzial zu identifizieren. Die Hitachi Zosen Inova baut eben solche, komplexen Industrieanlagen und hat daher immer mehr Berührungspunkte mit der Energieeffizienz als solches.

1.2 Problemanalyse

Der heutige Ausbaustandart von Kehrichtverbrennungsanlagen in Punkto Beleuchtungseffizienz bei der Hitachi Zosen Inova AG limitiert sich lediglich auf die Wahl von LED Beleuchtungskörpern anstelle von konventionellen Leuchtkörpern. Vielfach kopiert man bestehende Dokumente, Konzepte und weiteres von bereits realisierten Anlagen um den Planungsaufwand gering zu halten und somit Planungskosten zu minimieren.

Häufig werden die Anforderungen eines Kunden direkt übernommen und weder verhandelt noch diskutiert. Dabei kann es vorkommen, dass der Kunde in den Beleuchtungs-Anforderungen für den Prozessbereich lediglich darauf hinweist, dass dieser 100% Illumination, 24 Stunden am Tag, jeden Tag des Jahres benötigt.

Dies wird ohne zu hinterfragen direkt übernommen obwohl es sicherlich vermeidbar wäre und ein enormes Einsparpotenzial vorhanden wäre; Leistungsmässig, wie auch monetär.

Als anschauliches Beispiel und im Rahmen der vorliegenden Arbeit steht die sich im Bau befindliche Kehrichtverbrennungsanlage Ferrybridge 2, welche über 2500 verschiedene Beleuchtungskörper besitzt und im Prozessbereich eine 100% Beleuchtungsstärke 24/7 erwartet.

1.3 Zielsetzung

Durch die Analyse des Betriebes sowie deren Benutzer- und Sicherheitsaspekten sollen Wege und Möglichkeiten eruiert werden, um das enorme Sparpotenzial, welches in der Anlage Ferrybridge 2 steckt, zu identifizieren. Des Weiteren sollen Massnahmen definiert und beurteilt werden um und eine mögliche Investition bewerten zu können. Ferner sind die Investitionen den möglichen Einsparungen gegenüberzustellen um die Wirtschaftlichkeit der Massnahmen zu überprüfen.

Abschliessend können die hier identifizierten Massnahmen zusammengetragen, auf mögliche zukünftige Anlagen appliziert und sogar zu einem neuen Planungsstandart für das Unternehmen umgesetzt werden.

1.4 Abgrenzungen

Auf eine Untersuchung der externen Beleuchtung rund um die Anlage Ferrybridge 2 wird zum heutigen Zeitpunkt verzichtet. Bereits bei der Planungsphase wurde eine 50% Reduktion der Beleuchtungsstärke während der Nachtstunden angestrebt um einerseits die Lichtverschmutzung zu minimieren und anderseits die Autofahrer auf der benachbarten Autobahn nicht zu blenden. Somit wurde bereits ein wichtiger Schritt in Richtung Beleuchtungs- und Energieeffizienz vollzogen und wird somit in der vorliegenden Untersuchung nicht weiter vertieft.

Ferner wird die Beleuchtung für das Administrations-Gebäude (herkömmliche Büroarbeitsplätze inkl. intelligenter Steuerung) von dieser Untersuchung ausgeschlossen, da dieser Gebäudeteil nicht zum eigentlichen „Prozess“ gehört und von SSE als Kunden eigenständig geplant wird.

1.4.1 Abgrenzungen nach Kundenwunsch

Der Kunde hat dem vorliegenden Unterfangen im Rahmen einer allgemeinen Energieeffizienz-Untersuchung zugestimmt mit der konkreten Bedingung, so wenig wie möglich an der bestehenden Beleuchtungsanlage zu verändern. Zudem gibt es zurzeit aus betrieblicher Sicht keinen nennenswerten Grund eine komplett neue Beleuchtungsanlage, die sich teilweise noch im Bau befindet, wieder zu ersetzen.

Ferner sollten allfällige Zusatzarbeiten, Massnahmen etc. innerhalb nützlicher Frist – ohne konkrete Angaben zu nennen - umgesetzt und die Investitionen innerhalb von ca. 4-5 Jahren amortisiert werden können. Dies gemäss internen Regulatorien des Auftraggebers.

1.5 Aufbau des Berichtes

Einleitend werden nebst der Ausgangslage sowie der Problemanalyse auch die Ziele der Arbeit sowie die gesetzten Abgrenzungen beschrieben. Die Projektbeschreibung dient als theoretisches Grundgerüst und gibt dem Leser einen groben Überblick über das zu untersuchende Objekt ehe dann auf die Ist-Situation bezüglich der zu untersuchenden Beleuchtungsanlage eingegangen wird.

Im wichtigsten Kapitel der empirischen Untersuchung wird die wissenschaftliche Vorgehensweise beschrieben sowie die Untersuchungsergebnisse präsentiert und zusammengefasst welche gleichzeitig die Grundlage für das Kapitel Optimierungsmassnahmen bildet. Im letztgenannten Kapitel werden überwiegend die Handlungen beschrieben, welche für eine Steigerung der Effizienz nötig sind.

Im Schlussteil des Berichts wird aus den gewonnenen Einsichten ein Fazit gezogen, Empfehlungsmassnahmen beschrieben sowie mittels eines Ausblickes, ein Blick in die Zukunft gewagt.

Im Anhang werden alle Verzeichnisse sowie detaillierte Unterlagen aufgelistet, welche für die Zusammenstellung der Arbeit benötigt wurden. Hierzu gehören ebenfalls die vorgeschlagenen Skizzierten Umsetzungsmassnahmen, welche in Form von Apparate-Plänen beigelegt werden.

2 Projektbeschreibung

2.1 Allgemeines

Das Projekt „Ferrybridge 2“ ist eine Kehrichtverbrennungsanlage (engl. Energy from Waste), welche ca. 25km ausserhalb von Leeds liegt und im Moment von Hitachi Zosen Inove (HZI) in Funktion des Totalunternehmers gebaut wird. Eigentümer und Auftraggeber ist die Scottish & Southern Energy plc (SSE plc), ein Erdgasversorgungs-, Stromversorgungs- und Telekommunikationsunternehmen mit Hauptsitz in Perth, Schottland. Die Kehrichtverbrennungsanlage Ferrybridge 2 wurde für einen totalen Kehricht von 620‘000 Tonnen pro Jahr konzipiert, besteht aus 2 Verbrennungslinien und hat einen Heizwert von ca. 12 MJ/kg. Dies entspricht einer Kapazität von ca. 35.3 Tonnen Kehricht pro Linie und Stunde.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3 – Anlagenschnitt – Prozessrelevant (Hitachi Zosen Inova AG, 2015, S. 2)

2.2 Klimatische Bedingungen sowie geografische Lage des Projektes

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4 –Standort Projekt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 1 – Anlagendaten, eigene Darstellung

2.3 Gebäudeteile der Kehrichtverbrennungsanlage – Ferrybridge 2

Folgende Gebäudeteile bilden die Kehrichtverbrennungsanlage:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* rot markiert: BS12 - Admin Building gilt nicht als Prozessbeleuchtung

Tab. 2 – Gebäudeteile

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5 –Gebäudeteile FM2 (Hitachi Zosen Inova AG, 2015, S. 5)

2.4 Anforderungskatalog des Auftraggebers (SSE) – Auszüge aus dem Vertrag)

Nachfolgend sind die wichtigsten Anforderungen des Kunden in Bezug auf die Beleuchtung der Anlage aufgelistet. Quelle dafür ist der EPC-Vertrag (Engineering, Procurement & Commissioning-Vertrag) zwischen der SSE AG als Auftraggeberin und der Hitachi Zosen Inova AG als Auftragnehmerin, welcher auf Englisch verfasst ist und nicht publiziert werden darf.

Die Installationen aller Beleuchtungskörper inkl. allen dazugehörigen Komponenten werden heute durch die irische Firma Dornan LTD ausgeführt. Dornan LTD wird auch allfällige Zusatzarbeiten, welche allenfalls aufgrund dieser Arbeit beschlossen werden, ausführen.

2.4.1 Normen und Richtlinien

Folgende Normen und Richtlinien müssen für die Planung und Ausführung der Arbeiten angezogen werden:

- BS EN 12464 Light and Lighting. Lighting of Workplaces.
- BS 5489 Code of practice for the design of road lighting.
- BS EN 1838 Lighting applications.
- Emergency lighting & HSG38 Lighting at Work

2.4.2 Allgemeine Anforderungen

Eine geeignete, den Normen entsprechende Anlagenbeleuchtung muss in allen Gebäudeteilen vorgesehen werden. Die Beleuchtung soll zudem, nebst den Normen und Richtlinien, folgendermassen ausgeführt werden:

- Energieeffizient, Tageslicht- und Zeitgesteuert
- Gemäss Anforderungen des Betriebes und in Zonen aufgeteilt

2.4.2.1 Anforderungen an die Innenbeleuchtung

Sämtliche Beleuchtungskörper, die in Prozessgebäuden installiert werden, sind für einen Dauerbetrieb von Minimum 5 Jahren auszulegen. Ferner und wenn nicht Weiteres spezifiziert ist, sind die entsprechenden Beleuchtungsstärken den Normen zu entnehmen. Zudem sind folgende Punkte ebenfalls zu berücksichtigen:

- Alle internen Beleuchtungskörper sollen mittels LED Technologie ausgestattet sein.
- Die Beleuchtungskörper müssen mindestens zwei, unabhängig voneinander getrennte Montagepunkte haben.
- Leuchten dürfen nicht direkt an einer abgehängten Decke montiert werden.
- An allen Ein- und Ausgängen zu allen Arbeitsbereichen ist eine manuelle Lichtumschaltung vorzusehen.
- In Bereichen mit vereinzelter Nutzung (z. B. Toiletten und Umkleideräume) müssen Präsenzmelder vorgesehen werden.
- Alle Leuchten müssen für die Wartung mit einer lokalen Steckverbindung ausgestattet sein.
- Alle internen Beleuchtungsköper müssen für eine allfällige Wartung leicht zugänglich sein und möglichst ohne Zuhilfenahme von temporären Zugangsplattformen erreichbar sein.

Folgende Beleuchtungsstärken sind vorzusehen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3 - Beleuchtungsstärken Innenbeleuchtung

2.4.2.2 Anforderungen an die Aussenbeleuchtung

Zusätzlich zu den unten aufgeführten Beleuchtungsstärken muss die Aussenbeleuchtung aufgrund der direkten Lage zur Autobahn während definierten Nachtzeiten auf 50% reduziert werden.

Folgende Beleuchtungsstärken sind vorzusehen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 4 - Beleuchtungsstärken Aussenbeleuchtung

2.5 Design-Kriterien

Die Design-Kriterien legen fest, wie die Beleuchtungskörper auszuwählen sind und welche Kriterien und Attribute diese haben dürfen. Zusätzlich zu den vertraglichen Anforderungen wurden Seitens HZI weitere Auslegungsanforderungen definiert, welche als Rahmenbedingungen für unseren Beleuchtungsplaner (Firma Lichtvision, Berlin) dienen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das interne wie auch das externe Beleuchtungssystem muss zudem noch folgendes sicherstellen:

- Die aufrechterhaltenen Beleuchtungsstärken sind erfüllt, überschreiten jedoch den CIBSE-Code (britischer Code für die Inbetriebnahme von elektrotechnischen Systemen) für die Beleuchtung nicht wesentlich.
- Eine allfällige Blendung ist gemäß dem CIBSE-Code für die Beleuchtung einzugrenzen.
- Einhaltung der ILP-Leitlinien zur Reduzierung von störendem Licht.
- Einhaltung der HSG38 – Richtlinien für Beleuchtung bei der Arbeit.

2.6 Mechanischer Schutz

Die mechanischen Anforderungen der Systeme und Komponenten sind mit den Schutzarten IP55/IP65 klassifiziert. Darüber hinaus sind folgende Anforderungen bezüglich mechanischen Schutzes achtzugeben:

- IP 32 In Innenräumen, in vollständig geschlossenen, staubfreien, elektrischen Schalträumen oder Behältern
- IP 42 Innen
- IP 55 Im Außen- und Innenbereich, in Bereichen mit starker Kondensation
- IP2x mit geöffneten / entfernten Türen oder Abdeckungen - wenn die Nennspannung 50 V überschreitet

3 Beleuchtungsdesign IST Situation

3.1 Mengengerüst aller Leuchten im Projekt pro Gebäudeteil

Als Einleitung zum aktuellen Kapitel gibt die untere Übersicht über sämtliche Beleuchtungskörper, welche im Projekt Ferrybridge 2 installiert worden sind (zusammengefasst pro Gebäudeteil), Auskunft und bildet gleichzeitig die Basis für die IST Analyse:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6 - Mengengerüst aller Leuchten im Projekt

Insgesamt wurden 2760 Leuchten von HZI bestellt und von Unterlieferanten vor Ort installiert. Sämtliche Beleuchtungskörper sind aus dem Hause Zumtobel, im Vereinigten Königreich unter dem Label Thorn Lighting bekannt.

Die Zusammenstellung zeigt zudem detailliert wo, welcher Beleuchtungstyp eingesetzt wurde und darüber hinaus die gesamte Anzahl an Beleuchtungskörpern pro Gebäudeteil, ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der IST Analyse.

Aufgrund der hohen klimatischen Anforderungen in vielen Prozessteilen der Anlage (dazu gibt es diverse Unterlagen und Anforderungen), musste der Hersteller (Zumtobel AG) nach geeigneten Modellen suchen um alle Anforderungen zu erfüllen. Sämtliche Datenblätter zu den eingesetzten Leuchten können im Anhang unter Kapitel 11.1 eingesehen werden.

3.2 Aktuelle Steuerungsoptionen

Nachfolgend sind die Steuerungsoptionen aufgelistet, welche von der Planungsfirma, namentlich die Firma Engenda Ltd. aus Schottland, zusammengestellt wurden. Bei erster Betrachtung fällt auf, dass die Steuerungs-, Gruppierungs-, sowie Schaltoptionen bezüglich der gesamten Beleuchtung relativ beschränkt sind und somit bereits ein Hinweis dafür, dass bereits bei der Planung die Energieeffizienz nicht berücksichtigt wurde. Allerdings ist auch zu erwähnen, dass die Planungsfirma grundsätzlich nur den Instruktionen des Kunden, und demnach genau nach den vertraglich festgehaltenen Steuerungsoptionen geplant hat.

3.2.1 Steuerungsoptionen für die "interne" Prozessbeleuchtung

Bei der Betrachtung der Zusammenstellung der Steuerungsoptionen für die interne Prozessbeleuchtung fällt sofort auf, dass die Kerngebäude der Kehrichtverbrennungsanlage wie Tipping-Halle, Müllbunker, Boiler-Halle wie auch das FGT, Turbinenhalle sowie der Asche-Bunker die Beleuchtung grundsätzlich nie ausschalten und dementsprechend 24/7 im Betrieb haben. Bereits ein triftiger Hinweis darauf, Energiepotenziale aufzudecken:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 7 - Steuerungsoptionen interne Prozessbeleuchtung

3.2.2 Steuerungsoptionen für die "externe" Prozessbeleuchtung

Die Steuerungsoptionen für die externe Prozessbeleuchtung werden lediglich vollständigkeitshalber hier aufgeführt und nicht weiter untersucht oder berücksichtigt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 8 - Steuerungsoptionen externe Prozessbeleuchtung

Dieser Bereich der Beleuchtungsanlage ist nicht Teil der vorliegenden Studie da bereits vertraglich die Anforderung bestand, eine Reduktion der Beleuchtungsstärke (um min. 50%) während der Nacht einzuplanen. Dennoch sind in der oberen Übersicht, Bereiche der Anlage zu finden, bei welcher „Licht „an“ 24/7“ aufgeführt sind. Dies aufgrund ihres sensiblen Sicherheitsgrades der Anlagensicherheit, welcher vom Kunden vordefiniert wurde.

3.3 Kostenübersicht

Resultierend aus der entsprechenden Steuerungs- und Schaltplanung der Planungsfirma und davon ausgehend, dass das aktuelle Beleuchtungsdesign entsprechend auf der Baustelle gemäss Planung appliziert wurde, wird dies zwangsläufig zu folgenden Betriebskosten führen:

Annahme Betriebskosten gemäss IST Design:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 5 – Kostenübersicht - IST Situation

Der Betreiber der Kehrichtverbrennungsanlage Ferrybridge 2 ist aufgrund des heutigen Beleuchtungskonzeptes mit jährlichen Betriebskosten von GBP ca. 250‘000 konfrontiert. Ein Wert, der hinsichtlich Lebensdauer der Anlage von ca. 25 Jahren, einen enormen Kostenfaktor darstellt.

Ein zentraler Punkt bei den hohen Kosten ist sicherlich die nicht berücksichtigte „Betrieb ohne Nutzen“ Problematik, welche hier stark zum Tragen kommt und nebst den hohen Kosten sicherlich auch zu einem hohen Wartungsfaktor führen kann und wird. Ferner ist zu erwähnen, dass die Bezeichnung „Betrieb ohne Nutzen“ bei einer solchen Anlage nicht der korrekte Ausdruck ist, da der Kunde aufgrund des 24-Stunden Betriebs eine permanente Beleuchtung ohne „Ausschaltfunktionen“ spezifisch wünscht. Gleichwohl liegt die Frage nahe, ob dies heutzutage notwendig ist oder aus einer veralteten Überlegung entstammt. Die heutige Technik ist durchaus in der Lage, den gewünschten Komfort zu bieten ohne den Betrieb- oder auch die Sicherheitsaspekte zu missachten.

Zur Vervollständigung wurden die externen Beleuchtungskosten ebenfalls aufgeführt, da der Kunde unabhängig von dieser Studie, die Betriebskosten zu übernehmen hat.

4 Empirische Untersuchung

4.1 Vorwort zur allgemeinen Vorgehensweise

Dem aktuellen Beleuchtungskonzept mit jährlichen Kosten von ca. GBP 250‘000 soll eine Energie-Effizienzanalyse gegenübergestellt werden um allfällige Einspar-Potenziale zu identifizieren wie auch zu quantifizieren.

Die Untersuchung soll dabei die Kundenwünsche weiterhin berücksichtigen ohne dabei die bereits installierten Komponenten wie Beleuchtungsköper, deren Zuleitungen sowie Beleuchtungs-Stränge etc. auszutauschen oder zu ersetzen. Dies aufgrund des bereits weit vorgeschrittenen Projektstatus (Anlage ist bereits bei ca. 80% der Fertigstellung). Demnach sind lediglich Erweiterungen, Steuerungsänderungen oder Ähnliches vorzuschlagen.

Um die vorliegende Untersuchung strukturiert anzugehen und die unter Kapitel 1.3 beschriebene Zielsetzungen zu erreichen wurde folgende, grobe Vorgehensweise definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 9 – strukturierte Vorgehensweise

Bereich A, Beleuchtungsdesign IST, wurde bereits unter Kapitel 3 eingehend zusammengestellt und liefert die nötigen Grundlagen für eine Gegenüberstellung. Infolgedessen soll die empirische Untersuchung, wie unter dem Bereich B ersichtlich, folgen, ehe dann auf die Bereiche C und D eingegangen wird.

4.2 Untersuchungsmethodik

Um das vorliegende Beleuchtungsdesign mit den geforderten Kundenwünschen betreffs Energieeffizienz weiter zu vertiefen, bot sich an, Projekt-Experten nach deren Erwartungen, Wünschen wie auch Projekt-Anforderungen zu interviewen, um folglich Rückschlüsse auf potenzielle Verbesserungen des Beleuchtungsdesign zu ziehen.

„Qualitative, leitfadengestützte Interviews sind eine verbreitete, ausdifferenzierte und methodologisch vergleichsweise gut ausgearbeitete Methode, qualitative Daten zu erzeugen. Leitfadeninterviews gestalten die Führung im Interview über einen vorbereiteten Leitfaden, Experteninterviews sind definiert über die spezielle Auswahl und den Status der Befragten.“ (Helfferich, 2019, S. 559)

Die gewählte Methodik bot sich nicht nur aufgrund der langjährigen Erfahrungen der Experten im Umgang mit Kehrichtverbrennungsanlagen an, sondern auch durch die langjährigen Erfahrungen der Experten als Betreiber solcher Anlagen. Als positiver Nebeneffekt konnten somit auch mögliche Verbesserungspotenziale identifiziert werden, ohne dabei den bestehenden Gesamtumsetzungs-Vertrag zu missachten. Als weiteren wichtigen Schritt zur Veranschaulichung eben dieser Verbesserungspotenziale, wurden die qualitativ aufgefangenen Daten zunächst auf deren Inhalt überprüft und mittels Operationalisierung der Antworten anschaulicher gestaltet. Denn wie bereits Ebermann (2010) schrieb, versteht man unter Operationalisierung die präzise Angabe der Vorgangsweise, mit der ein theoretisches Konstrukt gemessen werden soll.

4.3 Begründung Stichprobenauswahl – Auswahl von Experten

Aufgrund dessen, dass das vorliegende Projekt in Kollaboration und im Auftrag unseres Kunden realisiert wird, musste sichergestellt werden, dass die Meinung des Auftraggebers entsprechend berücksichtig wird.

Die Auswahl potenzieller Experten sollte demnach auf jeden Fall aus dem Mitarbeiterpool des Projekt-Auftraggebers stammen, welche die nötigen Erfahrungen sowie Kompetenzen im Bereich von Kehrichtverbrennungsanlagen besitzen. Um zudem aussagekräftige Begründungen aufgrund der vertraglich vorgeschriebenen Anforderungen seitens Kunden zu erläutern, sollten die ausgewählten Experten zudem im Minimum folgende Kriterien erfüllen:

- Mitarbeiter der SSE AG (Auftraggeber von HZI für das Projekt Ferrybridge 2)
- Zuständigkeit innerhalb der Unternehmung für den elektro- oder leittechnischen Teil der Anlage
- Mitarbeit bei der Zusammenstellung des Vertrages mit der HZI AG
- Mitwirkung an mindestens einer bereits umgesetzten Kehrichtverbrennungsanlage innerhalb der Unternehmung auf Kundenseite
- Minimale Unternehmenstreue von 3 Jahren

Mit den oben genannten Ausschluss-Kriterien konnte sichergestellt werden, dass die qualitativen Experten-Aussagen, welche während eines potenziellen Interviews aufgefangen würden, den vertraglichen Anforderungen entsprechend sowie aus betrieblicher Sicht entspringen. Nachfolgend ein Auszug der Vor-selektionierung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 10 - Ausschlusskriterien Experten

4.4 Übersicht Stichprobenauswahl

Nach Anwendung der unter Kapitel 4.3 beschriebenen Mindestkriterien für die Auswahl der Experten, wurden folgende Mitarbeiter als Experten für die vorliegende Arbeit definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 6 - Stichprobenauswahl Experten

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Details

Titel
Steigerung der Energieeffizienz bei Beleuchtungsanlagen im Industriebereich. Das Beispiel "Ferrybridge 2 " in Leeds
Note
1.2
Autor
Jahr
2019
Seiten
57
Katalognummer
V588137
ISBN (eBook)
9783346204806
ISBN (Buch)
9783346204813
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Energieeffizienz, Erneuerbare Energien, Technik, Industrie
Arbeit zitieren
Ingenieur Emanuele Esposito (Autor), 2019, Steigerung der Energieeffizienz bei Beleuchtungsanlagen im Industriebereich. Das Beispiel "Ferrybridge 2 " in Leeds, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/588137

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