In der Gebäudeenergiebilanz entstehen die höchsten Energie- und Betriebskosten typischerweise durch Heizung, Lüftung und Klimatisierung – die Ursachen gründen beispielsweise im Dauerbetrieb, in veralteter Technik und schlechter Dämmung. Direkt danach folgt die Beleuchtung als weiterer erheblicher Kostenfaktor: Lange Betriebszeiten, ungesteuerte Lichtanlagen oder konventionelle Leuchtmittel, zum Beispiel Leuchtstoffröhren oder Metalldampflampen statt energieeffizienter LED-Technik, bieten kaum Aussichten auf eine Senkung des Stromverbrauchs. Entsprechend groß sind die Einsparmöglichkeiten mit intelligenten LED-Lichtsystemen, die in eine ganzheitliche Energiestrategie eingebettet sind. Die Optimierung der kompletten Beleuchtung durch Modernisierung stellt daher einen guten Startpunkt für eine ganzheitliche Energieeinsparungsstrategie dar.
Eine Beleuchtungsanlage lässt sich präzise steuern, zeitlich genau auf den Punkt und anders als ein Heizungssystem ohne technisch notwendigen Vorlauf. Eine sensorgesteuerte Beleuchtungsanlage erkennt den Lichtbedarf, gleicht ihn mit dem aktuell vor Ort vorhandenen Tageslichteinfall ab und regelt die Leuchte automatisch hoch oder herunter, sodass immer ein vorbestimmter oder vorgegebener Helligkeitswert unter jeder Leuchte und in dem zu beleuchtenden Areal erreicht wird. Diese bedarfsgerechte Steuerung ist funkbasiert und wird mit externen Sensoren ermöglicht, die in der Regel nah bei den Leuchten angebracht werden. Bei besseren Systemen sind die Sensoren bereits in die Leuchte integriert.
Bedarfsgerechtes Licht spart
Manch Unternehmer ist sich nicht darüber im Klaren, welches Einsparpotenzial eine solche durch ein Lichtmanagementsystem geregelte Beleuchtung gegenüber dem früher üblichen Dauerlicht mit sich bringt. Dauerlicht – eine Gewohnheit aus der Vergangenheit, als die Beleuchtung als zu vernachlsääigender Verbraucher galt und niemand über Energiekosten nachdachte.
Alexej Schulz, Vertriebsleiter der zum britischen Leuchtenhersteller Thorlux gehörenden deutschen Schahl LED Lighting begegnet als Experte für intelligente Industriebeleuchtungslösungen immer wieder Unternehmen, die Geld mit ungeeignete Beleuchtung verschwenden. So zum Beispiel eine Firma mit breiter Glasfassade und alten HQI/HQL-Strahlern mit 460 Watt Anschlussleistung im Dauerbetrieb. „Die Leuchten direkt hinter der ausgedehnten Glasfassade haben – wegen des Tageslichteinfalls zu bestimmten Uhrzeiten – für die Beleuchtung keinen zusätzlichen Beitrag geleistet“, schildert Schulz.
Er weiß, wovon er spricht: Mit den sensorgesteuerten Leuchten und funkbasierten Lichtmanagementsystemen der Marke Thorlux gilt die im Raum München ansässige SchahlLED Lighting als einer der führenden Anbieter für intelligente Beleuchtung in der DACH-Region. Solche Systeme bieten nach Schulz ein nachweislich hohes Energieeinsparpotenzial von bis zu 95 Prozent gegenüber herkömmlicher Beleuchtung, zum Beispiel gegenüber den seit diesem Jahr in der EU nicht mehr erlaubten Leuchtstoffröhren.
Das genannte Beispiel ist kein Einzelfall, Schulz kennt zahlreiche Firmen mit missverstandenem Lichtmanagement. So zum Beispiel einen Discounter, der in seinem Bemühen, Energie zu sparen, die Leuchten in seinem Supermarkt mittags über das zentrale System pauschal von 650 auf 400 Lux herunterdimmt – in einem Innenraum ohne Fenster. „Das wiederum ist einfach nicht bedarfsgerecht. Die Kunden stehen quasi im Dunkeln“, erklärt Schulz. Auch die Arbeitskraft von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern leidet unter den unnötig schlechten Bedingungen.
Dabei ist das Einsparpotenzial im Facility Management durch ein intelligentes Beleuchtungssystem enorm: In einer Logistikimmobilie, die von Dauerlicht auf Bedarfsbeleuchtung umgestellt wird, lässt sich der Energieverbrauch um 90 Prozent senken – bei bester Lichtqualität. Verursacht eine Logistikhalle mit bis zu 100.000 Quadratmetern vor der Umrüstung über 45.000 Euro Stromkosten im Monat allein für Licht, ließen sich Zehntausende Euro monatlich sparen. Die Investition für eine moderne, sensorgesteuerte Anlage mit funkvernetztem Lichtmanagement hat sich oft in ein oder zwei Jahren amortisiert.
Von der vollautomatischen Lichtsteuerung, mit 1:1-Ausstattung – das heißt pro Leuchte ein Sensor –, über eine Kompromisslösung mit weniger Sensoren pro Lichtstrang ist vieles möglich. Manche Unternehmen entscheiden sich zunächst für solche Kompromisslösungen. Selbst damit sinkt der Stromverbrauch schon im mittleren zweistelligen Prozentbereich.
KNX-TP versus Funksystem
In Neubauten wird nach wie vor mit KNX-TP, einem BUS-System gearbeitet, um die Lichtautomatisierung zu realisieren und die Beleuchtung zu regeln. Es handelt sich um eine kabelgebundene Infrastruktur. Steuerbefehle werden mit einer geschirmten 2x2-Steuerleitung nach EN 50090 über ein Gateway in die „Sprache“ des Lichtsteuerprotokolls DALI (Digital Addressable Lighting Interface) übersetzt. KNX-TP ist ein seit 30 Jahren bewährtes, robustes System, aber wegen der umfassend notwendigen Verkabelung recht teuer.
Die KNX-RF-Funklösung dagegen ist komplex, nur von ausgebildeten, zertifizierten KNX-Partnern einzurichten und erscheint im Angesicht von einfachen drahtlosen Lösungen auf dem Markt nicht zukunftsfähig. Zudem kommt auch diese Variante nicht ohne verkabelte DALI-Busleitung von den Leuchten bis zum KNX-DALI-Gateway aus.
Entsprechend nimmt die Tendenz zu, bei der Beleuchtung auf einfach zu konfigurierende, sensorgesteuerte und voll funkvernetzte Lösungen zu setzen und damit eine drahtlose Datenübertragung mit einem selbstheilenden Mesh-Netzwerk zu favorisieren. Die EU und der deutsche Gesetzgeber treiben diese Entwicklung mit der Forderung nach mehr Digitalisierung, datensicheren Systemen und mehr Nachhaltigkeit voran. Der Vorteil: Sensorgesteuerte Beleuchtung und drahtlose Lichtmanagementsysteme lassen sich schneller, einfacher und kostengünstiger installieren beziehungsweise betreiben als kabelgebundene oder funkbasierte KNX-RF Systeme.
Lichtsteuerung dezentral organisieren
Abgesehen von der Stromversorgung müssen keine Leitungen verlegt werden, da die Datenübertragung über verschlüsselte Funksignale erfolgt. Das erlaubt Flexibilität, denn Leuchten in der Produktion oder im Büro können bei Bedarf bei laufendem Betrie versetzt werden. Werden Trennwände versetzt oder neue Arbeitsgruppen gebildet, lassen sich Leuchtengruppen auch von Anwendern und Laien schnell selbst umkonfigurieren.
Bei einer festverkabelten Lösung ist dies nur mit hohem Aufwand möglich. Zwar sind Stromkabel und Datenkabel verlängerbar, der Aufwand für Anpassungen ist aber dementsprechend enorm. Hinzu kommt: Kabel sind ein nicht zu unterschätzender Kostenfaktor. Müssen in einem Betrieb Hunderte Leuchten verkabelt werden, verursacht das hohe Ausgaben.
Ein weiterer wichtiger Vorteil eines funkvernetzten Systems im Vergleich zu einer KNX-Lösung liegt in der Autarkie der Leuchten: Jede Leuchte steuert sich selbst über ihren eingebauten Sensor und das Lichtmanagementsystem. Ein Gateway sammelt die von den Leuchten ausgesendeten Daten und schickt sie gesammelt in die Cloud. Fällt das Lichtmanagementsystem einmal aus, wirkt sich das nicht auf die Funktionen der Leuchten aus, denn die steuern sich im Notfall allein über ihren Sensor und die direkt in der Leuchte gespeicherten Parameter.
Eine intelligente, dezentral organisierte Lichtsteuerung bietet damit im Vergleich zu KNX einen höheren Ausfallschutz. Bei KNX erfolgen Übertragung und Steuerung teilweise über zentrale Einheiten. Bei einem Ausfall bleiben nur noch die rudimentären Funktionen erhalten, das heißt Taster zur Kontrolle der Leuchten sind nach wie vor zwingend erforderlich. Das dezentral organisierte System hingegen kommt vollkommen ohne Taster aus. Szenensteuerung und Logikfunktionen sind auf dem zentralen KNX-Server hinterlegt. Bei einem KNX-Serverausfall reduziert sich die Funktionalität lediglich auf die einfachsten Grundfunktionen. IP-Schnittstellen und IP-Router sind bei KNX zudem fehleranfällig und können die Linienkommunikation beeinträchtigen.
Funksystem ist allerdings nicht gleich Funksystem: Am besten geeignet ist eine Lösung, die in industrieller Umgebung einwandfrei funktioniert. 868-Megahertz-Funksignale sind in der Lage, auch stahlbewehrte dickere Wände und Decken sowie Stahltüren zu durchdringen und dabei keine Interferenzprobleme mit anderen Funknetzen zu erzeugen. Gerade 2,4-Gigahertz-Funknetze sind allgemein dafür bekannt, sich potenziell gegenseitig und zudem das betriebliche WLAN-Netzwerk zu stören. Unzuverlässige Funkprotokolle stellen im Betrieb ein großes Ärgernis dar – gerade, wenn mehrere Hunderttausend Euro in ein Beleuchtungssystem investiert wurden und sich die gekaufte Infrastruktur im Alltagsbetrieb als störanfällig erweist.
Steuern und analysieren
Im Facility Management ist die zentrale Steuerung der Beleuchtung über ein Building Management System gang und gäbe. Bei einer mesh-vernetzten, selbstheilenden, sensorgesteuerten Funklösung ist das nicht notwendig. Eine zentrale Steuerung kann entfallen, da die Leuchten sich selbst steuern. Die Daten der Leuchten werden über ein systemeigenes GSM-Webinterface in eine sichere ISO-zertifizierte Datencloud geschickt und können von autorisierten Nutzern über eine Webanwendung überwacht werden.
Über die Webanwendung lassen sich jederzeit Leuchtenparameter für einzelne Leuchten oder für das gesamte System ändern. Statusmeldungen und Push-Nachrichten informieren über den Betrieb des Systems und mögliche Probleme. Der Zustand jeder Leuchte kann überwacht werden. In gute Systeme lässt sich problemlos die Not- und Sicherheitsbeleuchtung für Flucht- und Rettungswege einbinden. Prüfprotokolle für die Not- und Sicherheitsbeleuchtung können mit einem Klick erstellt werden und decken die vorgeschriebenen monatlichen und jährlichen Funktionsberichte für den Brandschutz ab. Über Push-Nachrichten per Mail werden im Fehlerfall der Funktionszustand der Leuchte, des Akkus und die Position der defekten Einheit übermittelt.
Facility Manager können über das Interface des Systems jederzeit einsehen, wie viel Energie konkret verbraucht und im Vergleich zur alten Beleuchtungsanlage eingespart wurde. Eine interaktive Karte (Heatmap) macht sichtbar, wann welche Räume oder Raumbereiche genutzt wurden und wann nicht. Daraus lassen sich Schlüsse etwa für die Optimierung von innerbetrieblichen Wegen ableiten. Entlang viel genutzter Wege und viel genutzter Bereiche lassen sich Leuchten digital zu Gruppen zusammenfassen, die dann gemeinsam auf die Bewegungserkennung eines einzelnen Sensors in der Gruppe reagieren. Damit dimmen und schalten sich Leuchten immer gemeinsam ein und aus, wenn ein Bereich betreten wird.
Die Entwicklung wird zweifellos weiter in Richtung funkgesteuerter und vernetzter Beleuchtungslösungen gehen, da die Nachfrage steigt und dies vom Gesetzgeber mit Blick auf Effizienz und Nachhaltigkeit gewollt ist. Die entsprechenden Anreize sind da: Moderne Beleuchtungssysteme werden vom Bund, den Ländern und zum Teil auch von Kommunen gefördert. Die Förderfähigkeit hängt in der Regel von der Technologie der Beleuchtung, ihren Effizienz- und Nachhaltigkeitsmerkmalen ab. Schulz rät daher: „Es ist wichtig, dass das System entsprechend zertifiziert und damit förderfähig ist.“ Leuchten, Sensoren und Lichtmanagementsystem sollten vom gleichen Hersteller kommen. Auf diese Weise vermeidet man Fehler.
Bild: Schahl LED Lighting/Thorlux
Bild: Nadja Müller
GEB Dossier
Grundlegende Informationen zum Thema finden Sie auch in unserem Dossier Elektrotechnik mit Beiträgen und News aus dem GEB.
www.geb-info.de/elektrotechnik
