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Nachhaltige Gebäude & Facility Management

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LED gewinnt Kampf der Lichtsysteme

Text: J. Wagner, H. Meschede, J. Hesselbach, Uni Kassel; B. Bieser, W. Bieser, Brainlux
Die Erwartungen an die Energieeffizienz von LED-Beleuchtung sind unverändert groß. Vor einem Jahr zeigte die LED-Technologie noch Defizite unter den Einsatzbedingungen in Industrie- und Gewerbehallen auf. Heute sind die Schwächen überwunden, aber der Blick auf Qualität und Preise lohnt.

Energieeffizienz ist zu einem festen Bestandteil der Unternehmensplanungen geworden. Rund 20 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs gehen auf das Konto der Beleuchtung. Das Einsparpotenzial in Industrie- und Gewerbehallen liegt erfahrungsgemäß zwischen 50 und 70 Prozent. Bei einem aktuellen Vergleich mit fünf LED-Hallenstrahlern renommierter Hersteller aus Deutschland, der EU und den USA dominierten die LED-Produkte mit einer bis zu 47,1 Prozent höheren Energieeffizienz [1]. Außerdem sind diese LED-Hallenstrahler weitgehend wartungsfrei (bis zu 100.000 Stunden Lebensdauer bei gleichzeitiger Ausfallsicherheit). Infolge der hohen Effizienz sind weniger Leuchten notwendig. Aus diesem Grund liegen die Kosten nur geringfügig über denen herkömmlicher Leuchten. Automatische Lichtsteuerung kann den Stromverbrauch häufig zusätzlich um bis zu 30 Prozent und mehr reduzieren. Bei Tageslicht wird damit nur noch das zusätzlich benötigte Licht erzeugt, bei Abwesenheit von Personen wird das Licht nach einer bestimmten Zeit aus- und beim Eintreffen einer Person wieder eingeschaltet. Hier haben LED den Vorteil, dass sie sich beliebig oft ein- und ausschalten lassen, ohne dass sich die Lebensdauer verringert [2], und dass sie sofort mit dem Einschalten ihre volle Leuchtkraft entfalten.

Mit der Energieeffizienz optimaler Beleuchtung korreliert die Kosteneffi­zienz. Zugleich ist optimale Beleuchtung Voraussetzung für hohe Arbeitsqualität und fördert zudem die Gesundheit und Arbeitsmotivation der Beschäftigten. Ihre
​hohe Bedeutung für die Arbeitsplatzsicherheit kommt in der Arbeitsstättenrichtlinie mit ihren Mindestlichtwerten zum Ausdruck.

Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer

Überhitzung kann die Lebensdauer von LED-Leuchten erheblich reduzieren. Frühere Herstellerangaben zur Lebensdauer von LED galten deshalb häufig nur in Verbindung mit einer konstanten Umgebungstemperatur von 25 °C. Inzwischen sind LED-Hallenstrahler erhältlich, die für -40 °C bis +50 °C geeignet sind, verbunden mit einer zugesicherten Lebensdauer von 100.000 Stunden. Dies entspricht bei einem Dauerbetrieb etwa 11,5 Jahren. Weiter sichern die Hersteller der LED-Strahler einen maximalen Lichtstromabfall von 30 Prozent zu, der bei der Lichtplanung zu berücksichtigen ist, sowie eine Garantie von bis zu fünf Jahren. Die neueren Herstellerangaben sprechen dafür, dass zunehmend Lösungen gegen die Ursachen der LED-Alterung (Betriebstemperatur, Umgebungstemperatur, nicht konstanter Strom, Art des Halbleiters, Eintrübung der Optiken) gefunden wurden. Offenkundig wird dies bei den verbesserten Kühlkonstruktionen.

Austauschbare Leuchtmittel

Gute LED-Hallenstrahler sind heute so konstruiert, dass die Leuchtmittel bei Beschädigung relativ einfach ausgetauscht werden können. Es muss nicht mehr, wie früher häufig der Fall, der gesamte teure Hallenstrahler ersetzt werden. Allerdings benennen die Hersteller in der Regel noch keinen Preis für Ersatzleuchtmittel, wohl auch mit Blick auf die hohe Lebensdauer. Der Preis muss erfragt werden. Inwieweit zu einem späteren Zeitpunkt (etwa nach 25 Jahren, bei nur temporärem Betrieb infolge Lichtsteuerung) ein Austausch der Leuchtmittel oder ein Austausch der Leuchten sinnvoll ist, kann erst zum gegebenen Zeitpunkt beurteilt werden und wenn Kosten und Alternativen bekannt sind.

LED auf dem Vormarsch

Hocheffiziente LED-Hallenstrahler erzeugen aktuell etwa 100 bis 118 Lumen pro Watt mit relativ angenehmem weißen Flächenlicht anstatt der früheren Punkt-Strahlung. Damit ist das Entwicklungspotenzial von LED-Leuchten aber noch nicht ausgeschöpft. Laut Osram werden zum Beispiel unter Laborbedingungen bereits LED bestimmter Farbe mit 250 Lumen pro Watt entwickelt.

Die bisherige Empfindlichkeit von LED gegenüber Stromschwankungen und Spannungsspitzen hat das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg nach eigenen Angaben gelöst. Es hat einen Treiber entwickelt, der für einen konstanten Strom sorgt [5]. Der Treiber hat sich laut dem IAF in Praxistests als äußerst robust erwiesen. Die eingesetzten Transistoren auf Basis von Galliumnitrid können bei höheren Strömen, Spannungen und Temperaturen betrieben werden als herkömmliche Transistoren aus Silizium. Zudem erzielen die Leuchten eine doppelt so hohe Lichtleistung: Mit Silizium-Transistoren kommen sie auf 1000 Lumen und mit dem neuen Treiber auf 2090 Lumen.

Auf der Light+Building 2014 war zudem eine LED-Büroleuchte zu sehen, deren Lichtspektrum vom Nutzer auf einfache Weise beliebig so eingestellt werden kann, dass es dem Tageslicht zu einer bestimmten Uhrzeit entspricht. Die photobio­logische Sicherheit des mittels LED erzeugten Lichts wurde im Auftrag der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin eingehend untersucht und findet ihren Niederschlag in entsprechenden Normen [6].

Optimale Beleuchtung spart Energie und Kosten. Außerdem trägt sie zur Qualität der Arbeitsergebnisse sowie zur Arbeitsmotivation und Arbeitsplatzsicherheit bei. LED-Hallenstrahler renommierter Hersteller weisen im Vergleich zu Hallenreflektoren mit T5-Leuchtstoffröhren inzwischen eine deutlich höhere Energieeffizienz auf. Zugleich entfällt bei diesen LED-Hallenstrahlern die Wartung weitgehend und schwerwiegende Schwachpunkte sind nicht mehr erkennbar. LED-Leuchten dürften sich daher auch in Industrie- und Gewerbehallen rasch durchsetzen.

Mit Blick auf die sehr unterschiedliche Qualität ist aber eine professionelle Marktsondierung dringend anzuraten, bevor eine Entscheidung für eine Hallenbeleuchtung getroffen wird. Offen bleibt, ob und wann mit wesentlich neuen LED-Hallenstrahlern am Markt zu rechnen ist, die mit Blick auf die Investitionen ein Abwarten lohnen.

Weitere Informationen

[1] Energy 2.0-Ausgabe 4.2013, S. 46

[2] Bayrisches Landesamt für Umwelt: Kriterien für den Einsatz energieeffizienter Beleuchtung.

[3] Der Berechnung in [1] lag eine Hallenlänge von 70 m zu Grunde. Die jetzige Länge von 100 m kommt erfahrungsgemäß häufiger vor. Die Hallengröße hat Auswirkungen auf die Anzahl der benötigten Leuchten und damit die Gesamtinvestitionen.

[4] In [1] wurden gemäß Herstellerangaben 166 Watt zu Grunde gelegt, eigene Messungen ergaben aktuell 170 Watt.

[5] Fraunhofer: „Forschung Kompakt 03 / 2014 / Thema 5“, Kontakt: Dr. Michael Kunzer, IAF Freiburg

[6] Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin: „Photobiologische Sicherheit von Licht emittierenden Dioden (LED)“ (Dortmund / Berlin / Dresden 2013); Autoren: L. Udovicic, F. Mainusch, M. Jansen, D. Novack, G. Ott.

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