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Lichttechnische Modernisierung eines Nichtwohngebäudes

Planung, Bilanzierung und Durchführung anhand eines praktischen Beispiels

©2010 Bachelorarbeit 110 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Bachelorarbeit stellt einen Leitfaden für die lichttechnische Modernisierung eines Nichtwohngebäudes dar. Das Referenzprojekt dieser Arbeit ist eine Berufsbildende Schule, die bereits energietechnische Optimierungen im Bereich der Heizungs- und Lüftungsanlage erhalten hat. Der letzte Schritt umfasst die Betrachtung der Beleuchtungsanlage.
Die Bestandsaufnahme und die energietechnische Bewertung in Form eines Energiepasses sind nicht Teil dieser Ausarbeitung und grenzen sich dahingegen ab. Der Leitfaden ist so aufgebaut, dass die energietechnischen Werte selbst aufgenommen oder aber von einem externen Partner eingeholt werden können. Bei diesen Partnern kann es sich um Institute, Energieplaner und Träger des Gebäudekomplexes handeln. Natürlich werden die gelieferten Ergebnisse auf Plausibilität geprüft, um eine präzise Aussage über den aktuellen energietechnischen Verbrauch der Beleuchtungsanlage geben zu können. Die ersten Kapitel dieser Arbeit behandeln die technischen Grundlagen. Dabei werden die erforderlichen Normen und Bezeichnungen erläutert. Dem Leser wird eine Übersicht über die Techniken und die einzelnen Komponenten einer Beleuchtungs-anlage gegeben. Des Weiteren wird ein Einstieg in die Nutzung eines professionellen, softwaregestützten Planertools für Lichttechnik ermöglicht. Dabei wird der Ist-Zustand der Berufsbildenden Schule dargestellt. Neben der Aufnahme der aktuellen Verbrauchswerte wird auch eine Einschätzung der Gebäudeeffizienz gegeben, um nach der Modernisierung eine Vergleichbarkeit zu schaffen. Anschließend werden drei verschiedene Konzepte vorgestellt, die eine Basis-, eine Komfort- und eine High-End-Variante vorsehen. Die Konzepte werden nach dem Stand der Technik entwickelt und bieten neben unterschiedlichen Investitionssummen auch unterschiedliche Einsparpotenziale. Fünf Referenzräume werden exemplarisch für den Schul-komplex betrachtet. Die Bilanzierung im Kapitel sechs sorgt für eine Transparenz und zeigt die betriebswirtschaftlichen Rechenansätze, um eine Modernisierung einer Beleuchtungsanlage entsprechend beziffern zu können. Komplettiert wird der Leitfaden durch einen Vorschlag für die Umsetzung der Planungskonzepte inklusive einer Erläuterung der technischen Einzelheiten. Im Kapitel des Monitorings und Controllings werden die Aufgaben des durchführenden Unternehmens nach Erstellung der neuen Lichtkonzepte aufgezeigt, um das Gebäude nach der Umrüstung optimal betreuen zu […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


Marco Verardi
Lichttechnische Modernisierung eines Nichtwohngebäudes
Planung, Bilanzierung und Durchführung anhand eines praktischen Beispiels
ISBN: 978-3-8428-0353-4
Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2010
Zugl. Fachhochschule Frankfurt am Main - University of Applied Sciences, Frankfurt am
Main, Deutschland, Bachelorarbeit, 2010
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© Diplomica Verlag GmbH
http://www.diplomica.de, Hamburg 2010

II
Vorwort
Die vorliegende Bachelorarbeit ist Bestandteil meines Abschlusses zum Bachelor of Engineering
im Studiengang Elektro- und Informationstechnik an der Fachhochschule Frankfurt ­ University
of Applied Sciences.
Hiermit bedanke ich mich bei meiner Freundin, Iwona Fabian, und meiner Familie für die
fortlaufende Unterstützung. Besonderen Dank möchte ich auch meinen Lektoren für ihre Mühe
aussprechen.
Meinem Professor und meinen Betreuern gebührt ebenfalls große Anerkennung für ihre Hilfs-
bereitschaft und die zahlreichen Ideen zur Gestaltung dieser Bachelorarbeit.
Marco Verardi

III
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ... 1
1.1 Zielsetzung ... 2
1.2 Motivation ... 2
2. Technische Grundlagen ... 3
2.1 Normen... 3
2.1.1 DIN EN 12464... 4
2.1.2 DIN EN 12665... 4
2.1.3 DIN 5035 ... 4
2.1.4 DIN V 18599... 5
2.1.5 DIN EN 15232... 5
2.2 Lichttechnische Größen und Einheiten ... 6
2.2.1 Lichtstrom
... 6
2.2.2 Leuchtdichte
L
... 6
2.2.3 Beleuchtungsstärke
E
... 7
2.2.4 Mittlere Beleuchtungsstärke
E
... 7
2.2.5 Minimale Beleuchtungsstärke
min
E
... 7
2.2.6 Maximale Beleuchtungsstärke
´max
E
... 7
2.2.7 Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
... 7
2.3 Lichttechnische Begriffe ... 8
2.3.1 Wartungsfaktor
Wf
... 8
2.3.2 Farbwiedergabewert
a
R
... 8
2.3.3 Psychologische Blendung
L
UGR
... 8
2.3.4 Physiologische Blendung ... 9
2.3.5 Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke... 9
2.3.6 Reflexionsgrad
... 9
2.4 Wirkungsgradverfahren... 9
2.5 Komponenten ... 11
2.5.1 Vorschaltgeräte ... 11
2.5.2 Leuchtmittel... 12
2.5.3 Leuchten ... 13
2.5.4 Gebäudeautomation ... 13
2.5.5 Belegung (Präsenz) ... 15

Inhaltsverzeichnis
IV
2.5.6 Tageslicht ... 15
3. Softwarebasierte Planertools... 20
3.1 DIALux 4.7 ... 21
3.1.1 Anwendung ... 21
3.1.2 Ergebnisse ... 21
4. Ist-Zustand... 22
4.1 Energietechnische Bewertungsverfahren ... 22
4.1.1 Bewertungsverfahren bei Neubauten ... 22
4.1.2 Bewertungsverfahren bei Bestandsgebäuden... 23
4.1.3 Nutzerverhalten ... 24
4.1.4 Energieeffizienzklassen ... 24
4.2 Kostenermittlung... 26
4.3 Messverfahren ... 27
4.4 Räumlichkeiten ... 28
4.4.1 Daten der Referenzräume... 29
4.4.2 Wartung... 30
4.4.3 Konsequenz... 30
5. Beleuchtungskonzepte... 31
5.1 Basis-Variante ... 32
5.1.1 Klassenraum H 2.12... 32
5.1.2 Klassenraum H 2.23... 35
5.1.3 Flurabschnitt ... 37
5.1.4 Lehrerzimmer ... 39
5.1.5 Toilettenraum ... 41
5.1.6 Automation ... 43
5.2 Komfort-Variante ... 43
5.2.1 Klassenraum H 2.12... 45
5.2.2 Klassenraum H 2.23... 45
5.2.3 Flurabschnitt ... 45
5.2.4 Lehrerzimmer ... 46
5.2.5 Toilettenraum ... 47
5.2.6 Buskomponenten... 47
5.2.7 Automation ... 48
5.3 High-End-Variante ... 48
5.3.1 Klassenraum H 2.12... 49
5.3.2 Klassenraum H 2.23... 52

Inhaltsverzeichnis
V
5.3.3 Flurabschnitt ... 54
5.3.4 Lehrerzimmer ... 54
5.3.5 Toilettenraum ... 55
5.3.6 Buskomponenten... 55
5.3.7 Automation ... 55
6. Energie- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ... 56
6.1 Auswertung Basis-Variante... 56
6.2 Auswertung Komfort-Variante ... 57
6.3 Auswertung High-End-Variante ... 58
6.4 Zusammenfassung der Auswertungen ... 58
6.5 Investitionen... 59
6.6 Wartungsplan ... 62
6.7 Amortisation... 64
6.8 Neugruppierung der Energieeffizienzklasse ... 66
6.9 Energietechnische Einflüsse... 66
6.9.1 Einfluss des Tageslichts ... 66
6.9.2 Einfluss der Wand-, Decken- und Bodenfarbe ... 67
7. Umsetzung... 68
7.1 Leuchtenmontage ... 68
7.2 Einbindung der Präsenzmelder... 68
7.3 Einbindung des Tageslichts... 69
7.4 Automatisierungssystem ... 71
8. Monitoring und Controlling... 72
8.1 Monitoring... 72
8.2 Potenziale ... 73
9. Fazit und Ausblick ... 74
Literaturverzeichnis... 76
Abbildungsverzeichnis ... 79
Tabellenverzeichnis... 81
Formelverzeichnis ... 83
Symbolverzeichnis... 84
Abkürzungsverzeichnis... 86
Anhang ... 87
Anhang A ­ Tutorial DIALux 4.7... 87
Anhang B ­ Tabellen ... 99

1
1. Einleitung
Die vorliegende Bachelorarbeit stellt einen Leitfaden für die lichttechnische Modernisierung eines
Nichtwohngebäudes dar. Das Referenzprojekt dieser Arbeit ist eine Berufsbildende Schule, die
bereits energietechnische Optimierungen im Bereich der Heizungs- und Lüftungsanlage erhalten
hat. Der letzte Schritt umfasst die Betrachtung der Beleuchtungsanlage.
Die Bestandsaufnahme und die energietechnische Bewertung in Form eines Energiepasses sind
nicht Teil dieser Ausarbeitung und grenzen sich dahingegen ab. Der Leitfaden ist so aufgebaut,
dass die energietechnischen Werte selbst aufgenommen oder aber von einem externen Partner
eingeholt werden können. Bei diesen Partnern kann es sich um Institute, Energieplaner und Träger
des Gebäudekomplexes handeln. Natürlich werden die gelieferten Ergebnisse auf Plausibilität
geprüft, um eine präzise Aussage über den aktuellen energietechnischen Verbrauch der
Beleuchtungsanlage geben zu können. Die ersten Kapitel dieser Arbeit behandeln die technischen
Grundlagen. Dabei werden die erforderlichen Normen und Bezeichnungen erläutert. Dem Leser
wird eine Übersicht über die Techniken und die einzelnen Komponenten einer Beleuchtungs-
anlage gegeben. Des Weiteren wird ein Einstieg in die Nutzung eines professionellen,
softwaregestützten Planertools für Lichttechnik ermöglicht. Dabei wird der Ist-Zustand der
Berufsbildenden Schule dargestellt. Neben der Aufnahme der aktuellen Verbrauchswerte wird
auch eine Einschätzung der Gebäudeeffizienz gegeben, um nach der Modernisierung eine
Vergleichbarkeit zu schaffen. Anschließend werden drei verschiedene Konzepte vorgestellt, die
eine Basis-, eine Komfort- und eine High-End-Variante vorsehen. Die Konzepte werden nach dem
Stand der Technik entwickelt und bieten neben unterschiedlichen Investitionssummen auch
unterschiedliche Einsparpotenziale. Fünf Referenzräume werden exemplarisch für den Schul-
komplex betrachtet. Die Bilanzierung im Kapitel sechs sorgt für eine Transparenz und zeigt die
betriebswirtschaftlichen Rechenansätze, um eine Modernisierung einer Beleuchtungsanlage
entsprechend beziffern zu können. Komplettiert wird der Leitfaden durch einen Vorschlag für die
Umsetzung der Planungskonzepte inklusive einer Erläuterung der technischen Einzelheiten. Im
Kapitel des Monitorings und Controllings werden die Aufgaben des durchführenden
Unternehmens nach Erstellung der neuen Lichtkonzepte aufgezeigt, um das Gebäude nach der
Umrüstung optimal betreuen zu können. Ein abschließendes Fazit fasst die Erkenntnisse
zusammen und gibt einen Ausblick für die zukünftigen Lichtoptimierungsmöglichkeiten.
Als Hinweis sei noch erwähnt, dass Literaturverweise und Formeln mit Ziffern gekennzeichnet
sind. Ziffern in eckigen Klammern verweisen auf das Literaturverzeichnis, in runden Klammern
auf das Formelverzeichnis.

Einleitung
2
1.1 Zielsetzung
Die vorliegende Berufsbildende Schule ist ein Gebäudekomplex aus den 1980er Jahren mit dem
entsprechenden Stand der Beleuchtungstechnik. Das Ziel ist es nun anhand dieser Referenz
Konzepte auszuarbeiten, die für eine moderne Beleuchtungsszenerie mit höchsten
Komfortmerkmalen und größter Energieeffizienz stehen. Der Leitfaden soll Wege aufzeigen, wie
mit unterschiedlichen Ansätzen einzelne Konzepte ausgearbeitet werden die wiederum
unterschiedliches Potenzial in Sachen Energieeinsparung aufweisen können. Des Weiteren soll
auch klar werden, wie viel elektrische Energie in einem älteren Gebäude durch moderne und
intelligente Gebäudetechnik eingespart werden kann. Durch eine Basis-, eine Komfort- und eine
High-End-Variante soll der Kunde eine Auswahlmöglichkeit erhalten, die mit dem vorhandenen
Budget gedeckt werden kann. Neben den finanziellen Aufwendungen soll der Kunde die
nachhaltigen Energieeinsparmöglichkeiten, die höheren Komforteigenschaften und aktuellste
Sicherheitsstandards aufgezeigt bekommen. Die Modernisierungsmaßnahmen unterliegen einer
betriebswirtschaftlichen Sicht, denn die Kosten für Modernisierungsmaßnahmen sollen sich nach
Möglichkeit über den Lebenszyklus der Neuanlage amortisieren.
1.2 Motivation
Die Motivation diese Arbeit zu schreiben, leitet sich aus der Überzeugung ab, dass
umwelttechnisch auf dieser Erde etwas geschehen muss. Des Weiteren basiert die Motivation auf
dem Wissen, dass Menschen vom Energieeinsparen nur dann überzeugt werden können, wenn sie
sich in ihrem Handeln nicht einschränken müssen. Dies hat wiederum zur Folge, dass eine
Betrachtung des Komforts zur nachhaltigen Umsetzung von Energieeinsparkonzepten zum
wesentlichen Bestandteil gehört. Die komplexe Herangehensweise an eine Technik, die in der
reinen Elektrotechnik nur eine untergeordnete Rolle spielt, schafft zusätzliche Anreize. Des
Weiteren wird das Entwickeln von energieeffizienten Gebäuden ein großes Ziel der
Elektroindustrie werden, um so den steigenden Energiekosten und den begrenzten Ressourcen
Rechnung zu tragen. Aus diesem Grund ist es auch aus wirtschaftlicher Sicht für ein Unternehmen
wichtig, die Trends und Techniken frühzeitig zu erkennen und notwendige Schritte
durchzuführen. Diese Arbeit bietet die ideale Vorraussetzung für das Betrachten der Thematik,
um entsprechende Erfolgsaussichten abzuschätzen.
Mit Abschluss dieser Arbeit entsteht ein Leitfaden, der zukünftig bei einer Lichtplanung genutzt
werden kann.

3
2. Technische Grundlagen
Dieses Kapitel erläutert die technischen Grundlagen, die zur Erstellung moderner Lichtkonzepte
erforderlich sind. Dabei werden die einzuhaltenden Normen und Richtlinien, nötige Formeln und
Einheiten sowie die zu nutzenden technischen als auch natürlichen Komponenten erläutert.
2.1 Normen
Das Arbeiten bei künstlichem Licht ist durch fünf relevante Normen geregelt. Diese Normen
umfassen Auflagen für unterschiedliche Räumlichkeiten und Anforderungen. So wird gewähr-
leistet, dass Räumlichkeiten mit gleicher Nutzungsstruktur an unterschiedlichen Orten mit
gleicher Beleuchtungsstärke ausgeleuchtet sind. Eine maximale Arbeitssicherheit ohne
Gefährdung der Gesundheit wird somit gegeben. Für den Betreiber eines Nichtwohngebäudes
bzw. den Arbeitgeber gibt es von der Berufsgenossenschaft mehrere Hilfslektüren, die dabei
unterstützen eine normgerechte Ausleuchtung des Arbeitsplatzes zu gewährleisten [30;39].
Anhand von Beispielszenarien werden Beleuchtungsmuster genannt, die einer normgerechten
Umsetzung nahezu entsprechen. Das Schriftstück BGR 131-1 vom Oktober 2008 basiert auf den
im Folgenden vorgestellten Normen. Gleiches lässt sich für die Arbeitsstätten-Richtlinie
attestieren. Die Arbeitsstätten-Richtlinie (ASR) ASR 7/3 von 1993 hat bis heute Gültigkeit.
(Stand: August 2010)
Die Lichttechnik basierte bis 2002 auf der deutschen Norm DIN 5035. Diese achtteilige Norm
wurde von der DIN EN 12464 und der DIN EN 12665 ersetzt. Lediglich die Teile drei, sechs und
acht der DIN 5035 haben weiterhin Gültigkeit. Die Nutzung des Tageslichts wird in der DIN 5034
beschrieben und findet im Kapitel 2.5.6 ihre Anwendung. Die allgemeine energietechnische
Berechnung und Bewertung eines Nichtwohngebäudes beschreibt die DIN V 18599. Unter diesen
Aspekt fällt auch das künstliche Licht in Gebäuden
Eine Klassifizierung zur Einordnung der Energieeffizienz in einem Nichtwohngebäude regelt die
DIN EN 15232. Diese Norm nutzt moderne Techniken wie Gebäudemanagementsysteme, um die
Gebäude nachhaltig mit einer höheren Effizienz zu versehen. Die Einstufung des zu
modernisierenden Gebäudes erfolgt in vier Klassen. Sinnvoller Weise wird das Gebäude im Ist-
Zustand und im modernisierten Zustand erneut bewertet. Die Klassifizierung des Gebäudes
kommt einem Gütesiegel gleich und ist damit auch bei möglichen Verkäufen ein Wert steigerndes
Argument.

Technische Grundlagen
4
2.1.1 DIN EN 12464
Die DIN EN 12464 ist eine europäische Norm mit dem Status einer deutschen Norm. Diese Norm
geht aus der letzten Aktualisierung der bisherig gültigen Norm DIN 5035 hervor. Der aktuelle
Stand der DIN EN 12464 ist aus dem März 2003. Die Norm besitzt zwei Teile. Die DIN EN
12464-1 befasst sich mit den grundlegenden Begrifflichkeiten der Lichttechnik und hält Tabellen
mit Referenznummern bereit, die eine Einordnung der lichttechnischen Anforderungen
ermöglichen [1]. Entsprechend lassen sich aus der DIN EN 12464-1 die Werte für die
Beleuchtungsstärke, den Farbwiedergabewert und den Blendungswert entnehmen. Eine
Erläuterung des erforderlichen Gleichmäßigkeitsindex für den Sehbereich und den Umgebungs-
bereich ist ebenfalls Bestandteil dieser Norm. Der zweite Teil, also die DIN EN 12464-2, gibt
Auskunft über die lichttechnischen Anforderungen im Außenbereich [2]. Dazu zählen auch die
Beleuchtungsanforderungen für Verkehrs- und Rettungswege, sowie für Arbeiten an technischen
Anlagen. Neben den bereits genannten Parametern geben die Tabellen der DIN EN 12464-2 auch
Werte für die Gleichmäßigkeit wieder. Diese sind für die jeweiligen Anforderungen
unterschiedlich und können nicht wie im Teil 1 in zwei Bereiche aufgeteilt werden. Die
Aufteilung der Bereiche wird ab Kapitel 5.1.1 ersichtlich.
2.1.2 DIN EN 12665
In der DIN EN 12665 werden Begrifflichkeiten, Einheiten, Formelgrößen und Zusammenhänge
der Lichttechnik beschrieben. Eine Aussage über lichttechnische Anforderungen in
Räumlichkeiten lässt sich mit dieser Norm nicht treffen. Für Lichtplaner und Ingenieure ist diese
Norm jedoch maßgeblich für das Verständnis der Lichttechnik. Gültigkeit besitzt die DIN EN
12665:2002, welche die DIN 5035-1:1990-06 im Bezug auf die Begrifflichkeiten vollständig
ersetzt hat [3].
2.1.3 DIN 5035
Die in großen Teilen ersetzte DIN 5035 war die erste Norm, die Anforderungen in Sachen
Lichttechnik beziffert und beschrieben hat. Die ersten Versionen dieser Norm stammen aus den
frühen 1970er Jahren. Lediglich die DIN 5035-3 mit der letzten Überarbeitung vom Januar 2006,
welche die Beleuchtungsanforderungen im Gesundheitswesen beschreibt, die DIN 5035-6 mit
Stand November 2006 für die Messung und Bewertung des künstlichen Lichts sowie die DIN
5035-8 mit Stand Juli 2007, welche Empfehlungen für Arbeitsleuchten gibt, haben noch ihre
Gültigkeit. Das Deutsche Institut für Normung e.V. (DIN) hat angekündigt, dass eine Neuauflage

Technische Grundlagen
5
der DIN 5035 mit der Bezeichnung DIN 5035-1 zeitnah erscheinen soll. Diese soll die Inhalte
wiedergeben, die nicht von der bisherigen DIN 5035 in die neuen europäischen Normen
übertragen wurden. Diese Ankündigung erfolgte mit Erscheinen der DIN EN 12464 und DIN EN
12665 im Jahr 2002. Nach Stand vom August 2010 liegt bislang kein gültiges Dokument vor.
2.1.4 DIN V 18599
Die energietechnische Bewertung eines Nichtwohngebäudes umfasst die Bilanzierung von
Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Trinkwarmwasserversorgung und in Teil vier die Beleuchtung.
Diese Norm wird auszugsweise später im Kapitel 4 für die Definition des Ist-Zustands und im
Kapitel 6 zur Bilanzierung der Beleuchtungskonzepte heran gezogen.
Die Norm hält verschiedene Berechnungsverfahren bereit, um ein Nichtwohngebäude
energietechnisch zu bewerten. Im Falle der Beleuchtung werden die Faktoren zur Einbeziehung
von Präsenzkontrollen und zur Nutzung des Tageslichts mit erwähnt. Anhand von
Beispielszenarien können für unterschiedliche Gegebenheiten Aussagen über die Reduzierung der
Nutzungszeiten des künstlichen Lichts getroffen werden. Die angewandten Rechenverfahren
werden noch detaillierter und ausführlicher in der Norm DIN EN 15193 behandelt, welche als
Anhang zur DIN V 18599 gesehen werden kann [45].
2.1.5 DIN EN 15232
Diese Norm wurde ausgearbeitet, um entsprechende Verfahren zu entwickeln, die eine
Abschätzung
der
Auswirkungen
eines
Gebäudeautomationssystem
bzw.
eines
Gebäudemanagementsystems ermöglicht. Die Abschätzung bezieht sich auf die Möglichkeiten der
Energieeffizienz und den Energieverbrauch in Gebäuden. Die Norm umfasst die komplette
Gebäudetechnik inklusive der Wasserversorgung, Heizung und Lüftung, Klimatisierung und der
Beleuchtung. Darüber hinaus liefert diese Norm eine Anleitung, wie Gebäudemanagement-
systeme in andere Normen einbezogen werden können. Mit intelligenten Gebäudemanagement-
systemen ist es möglich, sämtliche Techniken zu verknüpfen und so ein ideales Raumklima mit
dem niedrigsten Energieverbrauch zu erhalten. Die Einstufung der Gebäude erfolgt in vier
Effizienzklassen. Die ineffizienteste ist Klasse D, die effizienteste Klasse ist A. Mit Hilfe einer
Analyse im Ist-Zustand und einer Bestimmung im modernisierten Zustand lassen sich die
Auswirkungen dokumentieren und damit eine Effizienzsteigerung garantieren. Die Norm ist
gültig für bestehende, neue und renovierte Gebäude. Damit schafft sie wiederum Anreize, auch
bestehende Gebäude mit einer entsprechenden Technik auszurüsten. Die Merkmale einer
Gebäudeautomation werden schließlich von den anderen hier genannten relevanten Normen nicht
oder nur ansatzweise behandelt und berücksichtigt.

Technische Grundlagen
6
2.2 Lichttechnische Größen und Einheiten
Dieser Abschnitt zeigt die wesentlichen Größen und Einheiten auf, die für eine lichttechnische
Modernisierung von Belang sind. Die Norm DIN EN 12665 beschreibt weitere Größen.
2.2.1 Lichtstrom
Der Lichtstrom setzt sich aus der abgegebenen Strahlung der Lichtquelle zusammen. Diese wird
bewertet und einer Strahlungsleistung
e
zugeordnet. Diese Bewertung richtet sich nach der
Wirkung auf den photometrischen Normalbeobachter.
Für photometrisches Sehen gilt:
( ) ( )
d
V
d
d
K
e
m
=
0
(2-1) [3]
wobei
( )
d
d
e
die spektrale Verteilung der Strahlungsleistung und
( )
V
der spektrale
Helleempfindlichkeitsgrad ist. Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen
)
(lm
[3]. Der Lichtstrom
wird bei Leuchtstoffröhren angegeben und ist ein wichtiges Maß für die Einschätzung von
energieeffizienten Leuchten. Schließlich können Leuchtstoffröhren die gleiche Leistungsangabe,
beispielsweise 58 Watt, besitzen und dennoch einen unterschiedlichen Lichtstrom durch die
unterschiedliche Zusammensetzung der eingefüllten Gase bereit stellen. Bei der Betrachtung des
Beispiels mit 58 Watt fällt auf, dass viele Leuchtstoffröhren mit rund 4600 Lumen ausgeliefert
werden, während energieeffiziente Modelle mit rund 5200 Lumen aufwarten können. Dies
entspricht einer gestiegenen Lichtausbeute von gerundeten zwölf Prozent.
2.2.2 Leuchtdichte
L
Die Leuchtdichte entspricht der Lichtkonzentration in einer gegebenen Richtung und an einem
gegebenen Punkt auf einer realen oder imaginären Oberfläche.
Die Leuchtdichte ist durch
=
d
dA
d
L
cos
(2-2) [3] definiert. Dabei ist
d
der Lichtstrom,
der in einem elementaren Bündel durch den gegebenen Punkt geht und sich in dem
Raumwinkel
d
, der die gegebene Richtung enthält, ausbreitet. Die Querschnittsfläche dieses
Bündels, die den gegebenen Punkt enthält, wird mit
dA
bezeichnet. Der Winkel zwischen der
Normalen der Querschnittsfläche und der Richtung des Bündels ist
. Die Einheit der
Leuchtdichte wird in
1
2
2
-
-
-
=
sr
m
lm
m
cd
angegeben [3].

Technische Grundlagen
7
2.2.3 Beleuchtungsstärke
E
Die Beleuchtungsstärke an einem Punkt einer Oberfläche ist der Quotient des Lichtstroms
d
,
der auf ein, den Punkt enthaltenes Element der Oberfläche auftritt. Die Fläche dieses Elements
wird mit
dA
bezeichnet.
Die Formel der Beleuchtungsstärke lautet wie folgt:
=
=
sr
d
L
dA
d
E
2
cos
(2-3) [3].
Angegeben wird die Beleuchtungsstärke in Lux
)
(lx
. Einheit:
2
-
=
m
lm
lx
[3]
2.2.4 Mittlere Beleuchtungsstärke
E
Die mittlere Beleuchtungsstärke wird als Mittelwert repräsentativer Punkte auf einer Fläche
bestimmt. Angegeben wird sie in
lx
[3].
2.2.5 Minimale Beleuchtungsstärke
min
E
Kleinste Beleuchtungsstärke der relevanten Punkte auf einer bestimmten Fläche. Angegeben wird
sie in
lx
[3].
2.2.6 Maximale Beleuchtungsstärke
´max
E
Größte Beleuchtungsstärke der relevanten Punkte auf einer bestimmten Fläche. Angegeben wird
sie in
lx
[3].
2.2.7 Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
Dieser Wert der Beleuchtungsstärke basiert auf der mittleren Beleuchtungsstärke
E
und ist
maßgeblich für die Berechnung neuer Lichtkonzepte. Die Tabellen der Norm DIN EN 12464
beinhalten den Richtwert für die Beleuchtungsstärke in einem Raum mit der Abkürzung
m
E
[1].
Dieser Wert gibt an, unter welche Beleuchtungsstärke das künstliche Licht auch bei
Verschmutzung und Alterung nicht fallen darf. Wird der Wert unterschritten, ist eine Reinigung
oder ein Austausch fällig. Entsprechend besitzen Neuanlagen einen höheren Wert, um die
Verluste während der Alterung auszugleichen. Im Hinblick auf den Lebenszyklus von
Lichtanlagen wird ein Wartungsfaktor mit der Beleuchtungsstärke
m
E
dividiert. Dieser ist in
Kapitel 2.3.1 erläutert. Der Wartungswert der Beleuchtungsstärke wird in
lx
angeben [3].

Technische Grundlagen
8
2.3 Lichttechnische Begriffe
Im Abschnitt 2.3 werden wesentliche Begriffe erläutert, die für den sicheren Umgang mit
Tabellenwerten aus Normen und Datenblättern erforderlich sind. Des Weiteren fällt auch das
Einhalten und Erfüllen der Richtlinien für eine lichttechnische Modernisierung leichter. Die
Begrifflichkeiten sind größtenteils einheitlich und werden dank der Normen mit europäischem
Status auch international verstanden. Die jeweils englische Fassung der betreffenden Normen hält
eine Übersetzung der Begriffe bereit, die Formelzeichen sind identisch.
2.3.1 Wartungsfaktor
Wf
Der Wartungsfaktor wird angesetzt, um dem Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
gerecht
zu werden. Dieser beträgt bei normaler Verschmutzung, wie in Schulen, 0,8. Bei höherer
Verschmutzung wird dieser mit 0,7 und bei sehr starker Verschmutzung mit 0,6 angesetzt [4]. Der
Wartungsfaktor ist dimensionslos und wird bei der Errichtung der Neuanlage mit dem
erforderlichen Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
dividiert. Einige Schriftstücke zeichnen
den Wartungsfaktor auch als Alterungsfaktor oder Planungsfaktor
p
aus. Dieser wird mit den
Kehrwerten der oben genannten Werte beziffert und mit dem Wartungswert der
Beleuchtungsstärke
m
E
multipliziert [3].
2.3.2 Farbwiedergabewert
a
R
Der Farbwiedergabewert klassifiziert eine Beleuchtungsanlage nach der Lichtfarbe. Es gibt fünf
unterschiedliche Einstufungen mit den Werten 20, 40, 60, 80 und 90 [3]. Je niedriger der Wert ist
desto kontrastreicher ist das Licht. Allerdings wird das Licht auch unnatürlicher. Ein Wert unter
80 hat zur Folge, dass Personen deutlich blasser und damit kränklich wirken. Vitale Gesichtszüge
werden mit einem entsprechend hohen Farbwiedergabewert erzielt. Die erforderlichen Werte sind
ebenfalls für jede Räumlichkeit aus den Tabellen der DIN EN 12464 zu entnehmen [1].
2.3.3 Psychologische Blendung
L
UGR
Die Blendung einer künstlichen Lichtanlage kann im ungünstigsten Fall zu Irritationen und
Konzentrationsschwächen führen. Entsprechend wird die psychologische Blendung mit Hilfe
einer psychometrischen Skala beschrieben. Diese wurde anhand von psycho-physikalischen
Untersuchungen erstellt. Die Einstufung der Werte erfolgt nach dem UGR-Verfahren. Die
Abkürzung steht für Unified Glare Rating und ist der Publikation CIE 117 der europäischen

Technische Grundlagen
9
lichttechnischen Kommission (CIE) zu entnehmen. Die Wertestaffelung lautet 10, 13, 16, 19, 22,
25 und 28. Wobei 10 die niedrigste und 28 die größte Blendung darstellen [3;5].
2.3.4 Physiologische Blendung
Analog zur psychologischen Blendung gibt es auch einen Richtwert für die physiologische
Blendung, welche zwar nicht störend wirkt aber dennoch die Sehleistung herab setzt. Die CIE
weist nach der Publikation CIE 31 folgende Werte aus: 5%, 10%, 15%, 20%, 25% und 30% [40].
Wird die Glare Rating Methode (GR) angewendet, sind nach Publikation CIE 112 folgende
Werte zu nutzen: 10, 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80 und 90 [41].
2.3.5 Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke
Dies ist das Verhältnis zwischen der minimalen Beleuchtungsstärke
min
E
und der maximalen
Beleuchtungsstärke
max
E
[3;6]. Der Gleichmäßigkeitsindex sagt damit etwas über die
Lichtverteilung im Raum aus. Ein gleichmäßig ausgeleuchteter Raum hat an nahezu jedem Punkt
den geforderten Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
[3;6;7].
2.3.6 Reflexionsgrad
Der Reflexionsgrad gibt das Verhältnis des zurückgeworfenen Lichtstroms an. Dieses Verhältnis
ist bei der Lichtberechnung für einen Raum maßgeblich. Ein Raum mit gut reflektierenden
Wänden, Böden und Decken sorgt für eine größtmögliche Reduzierung des künstlichen Lichts.
Der Reflexionsgrad
ist dimensionslos, der größte Wert ist 1 [3;6;7]. Die Werte lassen sich aus
Tabellen der DIN 19046-1 entnehmen [11].
2.4 Wirkungsgradverfahren
Zur
Bestimmung
der
erforderlichen
Leuchtenanzahl
in
einem
Raum
wird
das
Wirkungsgradverfahren angewandt. Diese Berechnungsmethode ist durch die Lichttechnische
Gesellschaft (LiTG) zertifiziert und kann als Überschlagsmethode herangezogen werden [3;8].
Für eine Feinplanung werden aufgrund der Komplexität und technischen Gegebenheiten von
modernen Leuchten softwarebasierte Planertools eingesetzt. Dabei basieren diese Programme
stets auf dem Wirkungsgradverfahren. Werden solche Tools eingesetzt, ist das Verstehen des
genutzten Algorithmus auf Basis des Wirkungsgradverfahrens hilfreich.

Technische Grundlagen
10
Den entsprechenden Nachweis liefert auch das Dokument CIE 40-1978 der
Commission
Internationale de l'Eclairage (CIE)
[9]. Das Kompendium der Lichttechnikgrundlagen sagt
über
die
Genauigkeit
des
Wirkungsgradverfahrens
aus,
dass
das
angegebene
Berechnungsverfahren mit einem Fehler von ± 5% angegeben werden kann. Wenn die
Reflexionsgradkombinationen, die Lichtverteilungskurven und Raumindizes von denen der
Tabellen abweichen, kann eine Ungenauigkeit von ± 10% auftreten [10].
In die Formel fließen der Wartungswert der Beleuchtungsstärke
m
E
, die Grundfläche des Raums
A
in
2
m
, die Anzahl der Lampen je Leuchte
z
, der Lichtstrom der einzelnen Lampen
, der
Wartungsfaktor
WF
und der Beleuchtungswirkungsgrad
B
ein. Der Beleuchtungswirkungsgrad
B
setzt sich zusammen aus dem Leuchtenwirkungsgrad
B
L
und dem Raumwirkungsgrad
R
.
Der Leuchtenwirkungsgrad ist vom Hersteller der jeweiligen Leuchte anzufordern oder aus dem
Datenblatt zu entnehmen. Ein Teil des Raumwirkungsgrads
R
besteht aus dem Raumindex
k
.
Der Index ordnet die Räume nach ihren Abmessungen ein und erleichtert dadurch das
Weiterrechnen. In dessen Formel fließen entsprechend die Raumlänge
a
, die Raumbreite
b
und
die Raumhöhe
h
ein. Bei der Höhe ist zu berücksichtigen, dass die Höhe der Arbeits- bzw.
Nutzfläche von der Raumhöhe subtrahiert wird. Als Einheit wird hier Meter
m
vorausgesetzt.
Folglich lautet die Formel für den Raumindex:
)
b
a
(
h
b
a
k
+
=
(2-4) [10]
Der nächste Schritt bezieht sich schließlich auf die Festlegung der Reflexionsgrade
von Decke,
Wand und Boden [4;11]. Die entsprechenden Werte für die Materialien und Farbtöne lassen sich
aus Tabelle B1 im Anhang B auf Seite 99 entnehmen.
Abschließend werden die Werte des Raumindex
k
und die Reflexionsgrade
mit einer bzw.
zwei weiteren Tabellen verglichen. Diese befinden sich ebenfalls im Anhang B auf Seite 100
(Tabellen B2 und B3). Der Raumindex
k
wird auf den nächst höheren Wert aufgerundet. Es
können nun drei Werte für den Raumwirkungsgrad
R
aus Tabelle B2 abgelesen werden. Für die
Berechnung der erforderlichen Anzahl von Leuchten wird nur der Wert benötigt, der für die
Abstrahleigenschaft passend ist. Wie in der Tabelle B2 verzeichnet, gibt es direkt, gleichförmig
und indirekt abstrahlende Leuchten. Auch diese Information ist vom Lampenhersteller
anzufordern oder aus dem Datenblatt zu entnehmen. Eine noch differenziertere Aussage lässt sich
mit Tabelle B3 im Anhang B auf Seite 100 treffen, dort sind fünf mögliche Abstrahleigenschaften
angegeben.

Technische Grundlagen
11
Üblicherweise wird der Raumwirkungsgrad
R
direkt und ohne Einschränkungen aus der Tabelle
entnommen. Jedoch nutzen viele softwarebasierte Lichtrechner einen genaueren Wert. Dieser
kommt durch Interpolation zweier naheliegender Werte für den Raumindex
k
zu Stande. Diese
Berechnungstools runden den Raumindex nicht auf, sondern setzen den errechneten Wert ins
Verhältnis zum nächst niedrigeren und zum nächst höheren Wert. Dadurch ergibt sich ein
abweichender Wert für den Raumwirkungsgrad
R
, der so nicht aus der Tabelle zu entnehmen
ist. Augenscheinlich wird dieses Problem dann, wenn z.B. die händische Rechnung auf ein
Ergebnis von 11,1 Leuchten kommt und das Berechnungstool 10,8 errechnet. Nun ist es so, dass
die errechneten Leuchten stets aufgerundet werden müssen [10]. Die händische Rechnung würde
also eine Anzahl von zwölf Leuchten vorsehen, die softwarebasierte dagegen nur elf. Aus diesem
Grund ist es ratsam, auch bei der händischen Rechnung eine Interpolation der Werte
vorzunehmen.
Schließlich folgt für den Beleuchtungswirkungsgrad:
LB
R
B
=
(2-5) [10]
Die Formel zur Berechnung der Anzahl der Leuchten
n
für einen Raum lautet dann:
WF
z
A
E
n
B
m
=
(2-6) [10]
2.5 Komponenten
Für Lichtplaner und Ingenieure gibt es nur wenige Stellschrauben die bei einer Modernisierung
der Beleuchtungsanlage zur Verfügung stehen. In der Praxis wird in der Regel inkonsequenter
Weise auf eine Optimierung der Reflexionsgrade von Wänden, Decken und Böden aus
Kostengründen verzichtet. Dabei sorgt ein gutes Reflexionsverhältnis an den angesprochenen
Flächen für eine bessere Nutzung des Lichts und kann dabei helfen, Energie zu sparen. Im Kapitel
6.9.2 auf Seite 67 ist eine Tabelle angegeben, die exemplarisch zeigt in wie weit sich optimale
Reflexionsgradverhältnisse auf die Beleuchtungsstärke auswirken. Entsprechend basiert aber auch
diese Planung auf den bestehenden Raumfarben. Bei einer kompletten Sanierung oder bei einem
Neubau ist auf ein ideales Verhältnis zwischen Design und Reflexionsgrad zu achten.
2.5.1 Vorschaltgeräte
Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Leuchtstofflampen ist ein Vorschaltgerät
erforderlich. Dieses regelt und begrenzt den Strom nicht nur während des Einschaltvorgangs
sondern auch im Dauerbetrieb. Bei alten Lichtinstallationen, wie in der Berufsbildenden Schule,

Technische Grundlagen
12
werden flächendeckend konventionelle Vorschaltgeräte benutzt. Diese sind laut Zentralverband
der Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) und der Föderation der Lampen- und
Komponentenhersteller der europäischen Union (CELMA) in die besonders uneffizienten Klassen
C und D der Vorschaltgeräte eingeordnet [12]. Diese Geräte haben eine um mindestens 50%
höhere Leistungsaufnahme als vergleichbare elektronische Vorschaltgeräte. Die Richtlinie
2000/55/EG des ZVEI schreibt in Anlehnung an eine gleichnamige EU-Richtlinie [42] zu dem
vor, dass konventionelle Vorschaltgeräte (KVG) kontinuierlich aus dem Betrieb genommen und
gegen neue elektronische Vorschaltgeräte (EVG) aus den Klassen A1, A2, oder A3 ausgetauscht
werden müssen. Ein Leitfaden des Zentralverbands der Elektrotechnik und Elektronikindustrie
e.V. informiert darüber [12]. Die folgende Tabelle 2.1 gibt eine Übersicht. Die in der Tabelle
angegebenen Vorschaltgeräte der Klasse B1 und B2 sind so genannte verlustarme Vorschaltgeräte
(VVG). Elektronische Vorschaltgeräte haben im Vergleich zu verlustarmen Vorschaltgeräten des
Weiteren den Vorteil, dass sie dimmbar sind und Anschlüsse für Bussysteme besitzen.
Tabelle 2.1 Zeitplan für Verbote von Vorschaltgeräten
Entnommen aus Leitfaden 2000/55/EG des ZVEI ,,Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen"
2.5.2 Leuchtmittel
Moderne und energieeffiziente Leuchtstoffröhren besitzen einen höheren Lichtstrom
als
vergleichbare Standardleuchtstoffröhren bei gleicher Farbwiedergabe. Für den gelieferten
Lichtstrom lässt sich keine zentrale Aussage angeben, denn die Befüllung der Röhren erfolgt je
nach Hersteller mit unterschiedlicher Zusammensetzung der Gase. Diese sind maßgeblich für den
resultierenden Lichtstrom. Als Beispiel sei angeführt, dass die montierten Leuchtmittel in der
Berufsbildenden Schule gemäß der Erläuterung aus Kapitel 2.2.1 einen Lichtstrom von rund 4600
Lumen zur Verfügung stellen. Effiziente Leuchtstoffröhren führender Lampenhersteller liefern bei
gleichbleibenden Ausgangswerten rund 5200 Lumen [13]. Wird dieses Plus betrachtet und mit in
die Formel für die Anzahl der Leuchten nach dem Wirkungsgradverfahren
einbezogen, reduziert
sich die Anzahl der Leuchten bei gleichbleibendem Wartungswert der Beleuchtungsstärke und

Technische Grundlagen
13
gleichbleibenden Räumlichkeiten. Energiesparlampen wie sie im Haushalt gerne genutzt werden,
kommen auf Grund der Leuchtentypen hier nicht in Frage. Die Lampensockel sind
unterschiedlich und eine Umrüstung würde einen weitreichenden Eingriff in die
Deckenkonstruktion mit sich bringen. Des Weiteren haben herkömmliche Energiesparlampen
einen deutlich geringeren Lichtstrom, so müssten im konkreten Fall mindestens drei
Energiesparlampen für eine Leuchtstoffröhre montiert werden. Als Alternative wird in Zukunft
auch die LED-Technik einige Lösungen bereit halten. Aktuell sind die Leuchtmittel noch zu teuer
und besitzen bei weitem noch nicht die Lichtqualität wie sie von Leuchtstoffröhren zur Verfügung
gestellt werden. [36]
2.5.3 Leuchten
Auch bei den Leuchten sind in der Entwicklung deutliche Fortschritte gemacht worden, die durch
entsprechende Konstruktionen die Lichtreflexionen und damit den Wirkungsgrad erhöht haben.
Moderne Leuchten verfügen über speziell beschichtete Reflektoren, die für eine bessere
Lichtausbeute sorgen. Des Weiteren kann das Licht durch zusätzliche Maßnahmen gezielt an den
Ort gelenkt werden, an dem es gebraucht wird. Eine pauschale Aussage über die zu erwartende
Energieeinsparung lässt sich auch hier nicht treffen, da diese stark von den verwendeten Leuchten
abhängt und entsprechend herstellerspezifisch ist.
Führende Hersteller versprechen eine Steigerung des Leuchtenwirkungsgrads
LB
um fünf bis
siebzehn Prozent. Entsprechend sind mittlerweile Leuchten auf dem Markt, die einen
Leuchtenwirkungsgrad von 98 Prozent aufweisen können [14]. Herkömmliche Leuchten besitzen
dagegen einen Leuchtenwirkungsgrad von 70 ­ 80 Prozent [10].
2.5.4 Gebäudeautomation
Führend im Bereich der Elektroinstallationstechnik sind auf diesem Gebiet Bussysteme der KNX
Association. KNX ist die Kurzform für Konnex, die aus dem englischen Wort ,,connection" für
Anbindung abgeleitet wurde. Dieses Bussystem ist in der Lage nach dem EVA-Prinzip (Eingabe ­
Verarbeitung ­ Ausgabe) verschiedene Teilnehmer miteinander zu vernetzen. Sensoren wie
Präsenz- und Bewegungsmelder stellen beispielsweise die Eingabebaugruppe und Aktoren für
Leuchten die Ausgabebaugruppe dar. Durch die Vernetzung der Komponenten wird die Nutzung
des Gebäudes bei zukünftigen Umgestaltungen flexibler. Alle Teilnehmer kommunizieren über
festgelegte Adressen, die programmiert werden. Änderungen und Erweiterungen sind ohne großen
Verdrahtungsaufwand problemlos durchführbar. Da KNX in seiner Grundausführung ein
kabelgebundenes Bussystem ist, muss neben der Stromversorgung für die Leuchten eine separate

Technische Grundlagen
14
Busleitung verlegt werden. Die Komponenten des KNX erhalten dagegen ihre Stromversorgung
über das Bussystem. Nachträglich installierte Schaltkomponenten oder Sensoren müssen lediglich
mit dem Bussystem verbunden werden. Zusätzliche Verbraucher die eine Anbindung an das 230
Volt Netz benötigen, müssen an dieses zusätzlich angeschlossen werden. Eine Studie des Instituts
für Gebäude- und Energiesysteme an der Hochschule Biberach hat ergeben, dass mit vernetzter
Haus- und Gebäudesystemtechnik auf der Basis von KNX bis zu fünfzig Prozent an Energie im
Gebäude eingespart werden kann [18]. Bei Betrachtung der Auswertung in Bild 2.1 fällt auf, dass
die Einsparungen bei der Beleuchtungstechnik sogar bei achtzig Prozent liegen. Für dieses
Ergebnis sind vor allem Bewegungs- und Präsenzmelder mit Tageslichtsensoren für die aktive
Einbindung des Tageslichts verantwortlich. Des Weiteren ist der eingangs angesprochene Aspekt
des Komforts, durch automatische Ein- und Abschaltung sowie Dimmung, ideal umzusetzen.
Mittels Bussystemen lassen sich neben der Lichtsteuerung auch Heizungskomponenten und
Blendschutzeinrichtungen steuern. Durch die Anbindungsmöglichkeiten an weitere Gebäude- und
Bussysteme über entsprechende Koppler oder Umsetzer hilft KNX beispielsweise auch im
Brandfall bei der Rettung von Eingeschlossenen oder Verletzten mittels Detektion, Leben zu
retten. Die Melder können Bewegungen an die Leitstelle übermitteln und somit Rettungspersonal
gezielt führen. Bei Defekten kann ein Verantwortlicher mit Hilfe der Lampenerkennung zudem
gezielt und schnell das Leuchtmittel ersetzen.
Bild 2.1 Auswertung der Studie ,,Energieeinsparpotenzial durch moderne Elektroinstallation" am
Institut für Gebäude- und Energiesysteme an der Hochschule Biberach. Entnommen aus
,,Grundlagenwissen zum KNX Standard" ­ Dipl. Ing. B. Eng. Hons. Ralph Saßmannshausen

Technische Grundlagen
15
2.5.5 Belegung (Präsenz)
Für eine Einschätzung der Einsparmöglichkeiten mit Hilfe von Bewegungs- und Präsenzmeldern
wird die DIN V 18599-4 herangezogen. Eine exakte Aussage über die möglichen Potenziale lässt
sich nicht treffen, weil die Beleuchtungsanlage an der Berufsbildenden Schule bislang keine
Melder besitzt. Mit so genannten Datenloggern könnten die Schaltzustände über einen längeren
Zeitraum aufgezeichnet und so ein präzises Muster erstellt werden. Dies funktioniert jedoch nur
dann, wenn die betroffenen Bereiche manuell zu- oder abgeschaltet werden können. In der
Berufsbildenden Schule ist das nur in den Klassenräumen und den Lehrerzimmern der Fall.
Bewegungs- und Präsenzmelder sorgen dafür, dass das Licht nur dann eingeschaltet wird, wenn
sich eine Person im überwachten Bereich aufhält. Der Unterschied zwischen beiden Meldertypen
ist bei der Platzierung entscheidend. Bewegungsmelder detektieren Bewegungen von Personen,
Präsenzmelder erkennen dagegen auch Personen, wenn sie sich nicht bewegen. Dies wird mit
Hilfe einer Messung der Umgebungs- und der Körpertemperatur der Anwesenden realisiert. Eine
Aussage über die zu erwartenden Präsenzzeiten ermöglicht die folgende Formel. Das
dimensionslose Ergebnis wird mit den durchschnittlichen Nutzungsstunden pro Tag
Tag
t
multipliziert. Der resultierende Wert
1
eff
Tag
,
t
kann nun als optimierte Nutzungszeit angesehen
werden.
ä
Pr
Tag
1
eff
F
t
Tag
,
t
=
(2-7) [21]
Der Präsenzindex
ä
Pr
F
wird mit folgender Formel berechnet:
kon
,
ä
Pr
ä
Pr
ä
Pr
C
C
1
F
-
=
(2-8) [21]
Für die Effizienz der Präsenzkontrolle
kon
,
ä
Pr
C
kann nach DIN V 18599-4 der Wert 0,95
angenommen werden. Die DIN V 18599-10 hält für verschiedene Räumlichkeiten und
Anwendungen Faktoren bereit, die individuell übernommen werden können. Diese sind für die
relative Abwesenheit
ä
Pr
C
einzusetzen [27].
2.5.6 Tageslicht
Wie bereits in der Einleitung des Kapitels 2.1 angemerkt, ist die Nutzung des Tageslichts und
damit der Einfluss auf die Berechnung der erforderlichen künstlichen Beleuchtung auf die DIN

Technische Grundlagen
16
5034 zurückzuführen. Die Betrachtung dieser Norm zeigt, dass eine mathematische Berechnung
und damit eine Nutzung des Tageslichts von zahlreichen Faktoren abhängt. Diese sind unter
anderem in der geografischen Lage des Gebäudes, der Astronomie und der Sonnenphysik zu
suchen. Dies bestätigt, dass eine händische Rechnung dieser einzelnen Faktoren aufgrund der
daraus resultierenden Komplexität in der Praxis nahezu nicht durchführbar ist [35;43].
Die DIN V 18599-4 hält einen Tageslichtquotienten
Rbj
D
für vertikale Fassaden bereit, der sich
aus dem Transparenzindex
j
,
Tr
I
[21], dem Raumtiefenindex
j
,
Rt
I
[21] und dem Verbauungsindex
j
,
I
V
[21] berechnen lässt. Dieser Quotient gibt Auskunft darüber, wie günstig das Gebäude
gelegen ist, um das Tageslicht so gut wie möglich als Lichtquelle zu nutzen. Die Formel für den
Tageslichtquotienten
j
,
Rb
D
, der in Prozent angegeben wird, lautet dann:
j
,
V
j
,
Rt
j
,
Tr
j
,
Rb
I
)
I
36
,
1
I
20
13
,
4
(
D
-
+
=
(2-9) [21]
Tabelle 2.2 Klassifizierung der Tageslichtversorgung
Entnommen aus DIN V 18599-4:2007-02
Bei der Berechnung des Tageslichtquotienten
j
,
Rb
D
hilft das softwarebasierte Planertool DIALux
4.7. Nach Eingabe der geografischen Koordinaten und Erstellung einer entsprechenden Lichtszene
mit Angaben zur Transparenz und Verbauung wird das Tageslicht ohne künstliche Beleuchtung
berechnet. In der entsprechenden Auswertegrafik wird anhand der Daten der Tageslichtquotient
j
,
Rb
D
automatisch angegeben. Nach Feststellung der Fassadenausrichtung und Neigung, kann mit
dem Wissen des Tageslichtquotienten
j
,
Rb
D
und dem benötigten Wartungswert der
Beleuchtungsstärke
m
E
ein Wert für die Tageslichtversorgung
Vers
,
TL
C
abgelesen werden. Die
nötige Tabelle ist mit B4 bezeichnet und befindet sich im Anhang B auf Seite 101. Zur
Bestimmung des Teilbetriebfaktors
TL
F
muss noch der Korrekturfaktor
kon
,
TL
C
zur

Technische Grundlagen
17
Berücksichtigung des tageslichtabhängigen Kontrollsystems aus der Tabelle B5 im Anhang B auf
Seite 101 entnommen werden. Nun kann analog zur Berechnung des Präsenzindexes
ä
Pr
F
der
Teilbetriebsfaktor
TL
F
berechnet werden. Dieser Wert wird mit den durchschnittlichen
Nutzungsstunden pro Tag
Tag
t
multipliziert. Entsprechend wird ein Ergebnis erhalten, welches
die Nutzungsstunden des künstlichen Lichts durch die Nutzung des Tageslichts reduziert.
Für den Teilbetriebsfaktor
TL
F
gilt:
kon
,
Tl
Vers
,
TL
TL
C
C
1
F
-
=
(2-10) [21]
Der resultierende Wert
2
eff
Tag
,
t
kann nun als optimierte Nutzungszeit angesehen werden:
TL
Tag
2
eff
F
t
Tag
,
t
=
(2-11) [21]
Ist auch eine Präsenzkontrolle vorgesehen, so lautet die kombinierte Formel wie folgt:
ä
Pr
TL
Tag
12
eff
F
F
t
Tag
,
t
=
(2-12) [21]
Das Thema Effizienz ist in Verbindung mit dem Tageslicht ideal, schließlich steht das natürliche
Licht kostenlos zur Verfügung. Mit Tageslicht ist eine sehr hohe Energieeinsparung möglich,
ohne dass dabei die Lichtqualität im Raum leiden muss. Im Gegenteil, denn Tageslicht hat einen
Farbwiedergabewert von
100
R
a
=
was zwangsläufig die Beleuchtungsqualität in einem Raum
erhöht [15;17;21]. Zahlreiche Experten der Lichtindustrie sehen die Nutzung des Tageslichts als
unumgängliche Maßnahme für eine nachhaltige Reduzierung des Energieverbrauchs und sind
überzeugt, dass gerade in Schulen der Wirkungsgrad des Lernens mit Tageslicht verbessert wird
[20]. Auch die DIN 12464-1 schreibt im Absatz 4.10, dass das Tageslicht die Beleuchtung einer
Sehaufgabe ganz oder teilweise ersetzen kann [1]. Die im ersten Teil dieses Abschnitts genannten
Berechnungsverfahren werden in diesem Leitfaden im Kapitel 5 genutzt. Mit Hilfe des
softwarebasierten Planertools DIALux 4.7 werden für jeden Raum Berechnungen angestellt, die
das Tageslicht in einer eigenen Lichtszene mit einbeziehen. Die ermittelten Werte für die
Abschaltung der Beleuchtung sind nur Richtwerte mit einer gewissen Ungenauigkeit. Schließlich
bietet jeder Tag unterschiedliche Lichtverhältnisse. Eine Ermittlung über mehrere Jahre schafft
aber eine hinreichende Genauigkeit, um eine aussagekräftige Energiebilanz erstellen zu können.
Aus der Erfahrung heraus lässt sich mit einer aktiven Einbindung des Tageslichts eine
Energieeinsparung von 35 bis 55 Prozent erzielen [22;23]. Mit Einführung der

Technische Grundlagen
18
Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV) wird der Bauherr angehalten, energieeffizient zu bauen
und Tageslicht mit einzubeziehen. Das Schriftstück gibt Vorschläge und Beispiele zur Umsetzung
vor [23]. Mit Hilfe von Lichtsensoren und Präsenzmeldern können einzelne Leuchten oder
Leuchtengruppen automatisch abgeschaltet oder gedimmt werden und dem Tageslicht die
Beleuchtungsaufgabe überlassen. Ein entsprechend geeignetes Vorschaltgerät ist Vorraussetzung
für den vollen Nutzen des Tageslichts. Die Sensorik ist erforderlich, da das Tageslicht mit
Eindringen in den Raum an Beleuchtungsstärke verliert. Ab einer Tiefe von sechs Metern und
einer Raumhöhe von drei Metern kommt kein ausreichendes Licht mehr am Ort der Sehaufgabe
an [22]. Aus diesem Grund ist es vor allem bei Klassenräumen erforderlich, dass die einzelnen
Leuchtenreihen getrennt zu schalten sind. Personen am Fenster können so beispielsweise mit
ausreichend Tageslicht versorgt werden, während die Lernenden im Rauminneren die Sehaufgabe
mit eingeschalteter künstlicher Beleuchtung erleichtert bekommen. Die unterschiedlichen
Verteilungen über das Jahr lassen sich aus folgender Grafik entnehmen. Dabei stellen die Kurven
die mittlere Horizontalbeleuchtungsstärke der Tagesbeleuchtung dar. Entsprechend ist zu
erkennen, dass in den Monaten Mai, Juni und Juli die Beleuchtungsstärke am stärksten ist und
zugleich über einen größeren Zeitraum anliegt. Analog dazu stellt der Dezember die geringsten
Werte zur Verfügung.
Bild 2.2 Täglicher und jahreszeitlicher Verlauf der mittleren Horizontalbeleuchtungsstärke
Entnommen aus ,,Licht und Beleuchtung ­ Theorie und Praxis der Lichttechnik" 4. neu
bearbeitete Auflage, Hans-Jürgen Hentschel, Hüthig Buch Verlag GmbH, Heidelberg, 1994,
ISBN 3-7785-2184-5
Die Fenster nehmen auch Einfluss auf die Nutzbarkeit des Tageslichts. Ein hoher
Verschmutzungsgrad oder eine Tönung mit hoher Lichtabsorption lassen deutlich weniger
Tageslicht in den Raum. Am besten eignen sich farbneutrale Verglasungen mit einem

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783842803534
DOI
10.3239/9783842803534
Dateigröße
3.8 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Frankfurt University of Applied Sciences, ehem. Fachhochschule Frankfurt am Main – Ingenieurwissenschaften, Electrical Engineering
Erscheinungsdatum
2010 (September)
Note
1,5
Schlagworte
lichttechnik energieeffizienz gebäudeautomation tageslicht bussystem
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