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-‐ HarzOp)cs GmbH – Ein An-‐Ins)tut der Hochschule Harz -‐
Chris)an Reinboth | LED-‐Praxisforum | Würzburg | 07.10.2013
LEDs in der Außenbeleuchtung
Ökologische Aspekte und Praxisbeispiele
LED-‐Praxisforum | 07.10.2013 | Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.-‐Inf.(FH) | Würzburg
Kurzvorstellung HarzOp<cs
LED-‐Beleuchtung und Ökologie
• Beleuchtung und Energieverbrauch • Schleichender Verlust der Nacht • Licht und öffentliche Sicherheit
LED-‐Beleuchtung in Wernigerode
• Entwicklung in Zahlen seit 2009 • Bislang realisierte Energieersparnis
Beleuchtungssimula<on und –kar<erung • Beleuchtungssimula)onen mit DIALux • Lichtpunktkar)erung mit Quantum GIS
Agenda für das LED-‐Praxisforum 2013
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Produkte
• OPTOTEACH-‐Lehrsystem • 3dB POF-‐Koppler/Spliber • Faserlinsen/Fasertaper • LED-‐Beleuchtung
Dienstleistungen
• Op)sche Vermessungen • Forschung & Entwicklung • Consul)ng & Projek)erung
Aus-‐ & Weiterbildung
• Fernlehrgang Technische Op)k • Azubi-‐Ausbildung im Technikum
HarzOp)cs – Op)k-‐Forschung im Harz
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Entwicklung op)scher Komponenten
POF-‐Seitenlicheasern (mit DieMount GmbH, g) und GOF-‐Faserlinse
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OPTOTEACH-‐Lehrsystem
1 BNC-‐Eingänge 2 Poten)ometer 3 Op)sche Ausgänge 4 Polymerfaser (POF) 5 Mul)plexer 6 Verschiebe)sch 7 Demul)plexer 8 Polymerfaser (POF) 9 Op)sche Eingänge 10 Poten)ometer 11 BNC-‐Ausgänge 12 Powermeter
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Breitband-‐Infrastrukturkar)erung
Planung und Kar)erung von Netzinfrastruktur für Städte und Kommunen
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Automa)sierte LED-‐Vermessungen
Hochpräzise Selek)on von bis zu 400 LEDs/h nach Farbort und Intensität
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LED-‐Beleuchtungsprojekt „AuLED“
Auoragsentwicklung einer Lichtsmog-‐armen LED-‐Straßenlampe (2008-‐2009)
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Mehrfach ausgezeichnete Entwicklung
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AUBELE = Autarke BELEuchtung Projektziele
• Autarkes Beleuchtungssystem (Solar-‐ & Wasserstoffzelle) • Minimaler Energieverbrauch und damit CO2-‐Eintrag • Minimaler Beitrag zur Lichtverschmutzung • Minimale Anlockwirkung auf Insekten
Partner
• Hochschule Harz • HarzOp)cs GmbH • argus Electronic GmbH • Elektro-‐Anlagenbau GmbH Rügen
Das Vorhaben wurde inzwischen erfolgreich abgeschlossen – ein Prototyp ist in Betrieb.
Vortragsteil I
Beleuchtung und Ökologie
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Straßenbeleuchtung und Ökologie? Energieverbrauch
• Bundesweit: 4.000.000.000 kWh/Jahr (nur öffentliche Straßenbeleuchtung)
• Dies entspricht ca. 2,5 Millionen t CO2
• Europaweit: 35.000.000.000 kWh/Jahr (= Verbrauch von Berlin, BB und MVP)
• Dies entspricht ca. 21 Millionen t CO2
Weitere Umwelteffekte
• Zunahme der Lichtverschmutzung • Entsorgung von Quecksilberleuchten
Foto © Lamiot
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Boulder-‐Gletscher, Washington State
Foto © www.globalwarmingart.com
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Prognos)zierter Meereslevelans)eg
Grafiken © www.globalwarmingart.com
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Der schleichende Verlust der Nacht...
Eine Aufnahme des Sternbilds Orion bei geringer Lichtverschmutzung sowie in der mibelgroßen Stadt Orem, Utah (90.000 Einwohner)
Fotomontage © Jeremy Stanley
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...durch fehlgeleitete Beleuchtung Foto © Dark Skies Switzerland
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Das Phänomen des „Urban Sky Glow“ Foto © Norbert Heinze
Stellarium
Stellarium
Bortle-‐Skala 1: Offenes Meer, Wüste, Hochgebirge...
Stellarium
Bortle-‐Skala 2: Elend, Sark, Galloway Forrest...
Stellarium
Bortle-‐Skala 3: Sankt Andreasberg, Sorge, Wieda...
Stellarium
Bortle-‐Skala 4: Braunlage, Bad Sachsa...
Stellarium
Bortle-‐Skala 5: Wernigerode, Quedlinburg...
Stellarium
Bortle-‐Skala 6: Halberstadt, Magdeburg...
Stellarium
Bortle-‐Skala 7: Halle, Dresden, Hannover...
Stellarium
Bortle-‐Skala 8: Frankfurt (Main), Berlin...
Stellarium
Bortle-‐Skala 9: New York, London, Tokio, Paris...
Oberharz: 2-‐3 (Bortle-‐Skala)
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Milchstraße? Für viele nicht existent...
1/3 aller Deutschen hat die Milchstraße noch nie gesehen Unter den unter 30jährigen sind es bereits 44% (Emnid, 2002)
Wann wird die Milchstraße gar nicht mehr sichtbar sein?
Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service
Foto © Utz Schmidtko, Sternwarte St. Andreasberg
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Kulturelles Erbe – verloren im Licht
Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service
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„Todesfalle“ Straßenbeleuchtung
Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service
Fotos © Prof. Dr. Eisenbeis, Uni Mainz
Während des Sommers werden pro Nacht und pro veralteter Quecksilber-‐Dampflampe bis zu 150 Insekten getötet – bundesweit summiert sich
dies etwa auf 6,8 Milliarden Insekten pro Jahr
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Und unsere Gesundheit...?
„The analysis yielded an estimated 73% higher breast cancer incidence in the highest LAN (light at night) exposed
communities compared to the lowest LAN exposed communities.“
Kloog, I., Haim, A; Stevens, R.G.; Barchana, M. & Portnov, B.A.: Light at night co-distributes with incident breast but not lung cancer in the female population of Israel, in: Chronobiology
International 2008 Feb;25(1):65-81
Grafik © Tomas Dvorak, M.D.
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Was lässt sich (leicht) verbessern?
Besonders viel Lichtverschmutzung
“Normale” Lichtverschmutzung
Minimale Lichtverschmutzung
Grafik © Florian Schweidler
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„Insektenfreundliche“ Straßenlampen
Quecksilberdampflampen Natriumdampflampen
Getaktete LED-Beleuchtung ist besonders insektenfreundlich (bei Astronomen aber aus anderen Gründen nicht beliebt)
Grafiken © Institut für Hydrobiologie & Gewässermanagement Wien
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Zehn Regeln für gute Lichtplanung
(1) Nur dort beleuchten, wo es notwendig ist (2) Möglichst energiesparende Lampen einsetzen (3) Auf ausreichende Lampenabschirmung achten (4) Umgebung der Lampen stets berücksich)gen (5) Mögl. von zeitabhängiger Beleuchtung prüfen (6) Mögl. von versetzten Abschaltungen prüfen (7) Keine Beleuchtung in Wohnungsfenster (8) Totalverzicht auf sog. „Bodenleuchten“ (9) Totalverzicht auf sog. „Skybeamer“ (10) Nachtspaziergänge fest einplanen Aus: U. Fischer-‐Hirchert & C. Reinboth: Lichtökologie und Lichtwahrnehmung, Lehrbrief für den Management-‐Lehrgang "Straßenbeleuchtung -‐ Planung, Bau und Betrieb unter wirt-‐ schaIlichen und ökologischen Aspekten", erschienen im EUROFORUM-‐Verlag, Düsseldorf, 2009.
LED-‐Praxisforum | 07.10.2013 | Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.-‐Inf.(FH) | Würzburg
Foto © Chris Ecklebe
LED-‐Praxisforum | 07.10.2013 | Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.-‐Inf.(FH) | Würzburg Foto © Dr. Andreas Hänel
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Viel Licht = maximale Sicherheit?
Studie der Home Office Crime Preven)on Unit (2004)
– Installa)on einer besonders hellen Straßenbeleuchtung – Eine Analyse der Einsatzdaten der Polizei zeigte, dass
keine der eigentlich erhozen Verbesserungen eintrat – Das Sicherheitsgefühl der Anwohner s)eg dennoch an
Studie der Polizei-‐Fachhochschule Rheine (2007)
– Nachtabschaltung zwischen 1:00 und 3:30 Uhr – Ergebnis: 72.000 EUR Ersparnis, 420t CO2-‐Einsparung – Einsatzzahlen der Polizei sind nicht signifikant ges)egen
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Recherchen der Stadt Goslar (2012) Gemeinde Liebenburg: Nachtabschaltung von 01:00 – 4:30 Uhr • Seitens der Verkehrsteilnehmer, der Rebungsdienste
und der Feuerwehr sind keine Beeinträch)gungen bekannt. • Laut Auskuno der Polizei ist kein Ans)eg der Kriminalität bekannt. Stadt Vienenburg: Nachtabschaltung 01:00 – 04:00 Uhr • Zunächst sehr nega)ve Bewertung der Maßnahme durch
die Anlieger, miblerweile wird die Maßnahme akzep)ert. • Seitens der Rebungsdienste, Polizei, Feuerwehr sind keine Probleme bekannt.
Stadt Seesen: Nachtabsenkung 0:00 – 5:30, Nachtabschaltung 0:00 – 5:30 in Bereichen in denen keine Nachtabsenkung möglich ist • Nach Einführung der Nachtabschaltung wurden nach Beschwerden punktuelle Nachbesserungen
vorgenommen. Ansonsten wurde die Maßnahme von den Anwohnern mit Verständnis aufgenommen. • Es liegen keine Rückmeldungen über nega)ve Einflüsse von Polizei, Feuerwehr und Rebungsdiensten vor.
Vortragsteil II
LED-Beleuchtung in Wern gerode
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Wernigerode – bunte Stadt am Harz
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Ausgezeichneter Naturschutz
Bundeshauptstadt Naturschutz 2007 (Kategorie 30.000 bis 100.000 Einw.)
Biodiversitäts-‐ kommune
2011 Foto © Stadt Wernigerode
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Pilotanlage in der Marklingeröder Str.
Die Installa)on der neun LED-‐Lampen erfolgte 2009 unter Mitwirkung der Hochschule Harz
Fotos © Andreas Müller
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Energiebilanz der Pilo)nstalla)on
Grafik: Stadtwerke Wernigerode GmbH
Einsparung: 45%
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Energiebilanz der Pilo)nstalla)on
Grafik: Stadtwerke Wernigerode GmbH
Niedrigere Beleuchtungsstärke – gesetzliche Grenzwerte werden aber erreicht
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Schribweise Umstellung auf LEDs
Jahr Objekt Anzahl LED-‐Leuchten
Verbrauch LED-‐Leuchten (kWh/a)
Verbrauch alte NA-‐Leuchten (kWh/a)
2007 Altstadtkreisel (Geländer) 196 -‐/-‐ -‐/-‐
2008 Wanderweg Steinerne Renne 11 -‐/-‐ -‐/-‐
2009 Marklingeröder Straße 9 1728 3276
2009 Lichter Weihnachtsmarkt 3700 2930 18648
2009 Radweg am Schleifweg 14 1792 -‐/-‐
2010 Zwölfmorgental 13 1612 4732
2010 Kreisverkehr Burgbreite 25 3200 9100
2011 Gewerbegebiet Smatvelde 85 20740 30940
2012 Mannsbergstraße 4 592 1456
2013 Plemnitzstraße/Bodestraße 13 1924 4732
Seit 2009 wurden 174 von 4.368 (4%) der Lichtpunkte auf LED-‐Technologie umgerüstet
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Beispielbetrachtung zur Leuchtenauswahl
Grundlage ist eine Konfigura)on mit Nachtabsenkung (wo möglich)
Leuchte und Leuchtmi]el Leipziger Koffer (HSE 70W) Siteco SL 100 (HSE 70W) HESS New York (LED 32W)
Anschaffungskosten pro LP 8,00 EUR 359,00 EUR 520,00 EUR
Betrachtungszeitraum 13 Jahre 13 Jahre 13 Jahre
jährliche Brennstunden 4.250 h 4.250 h 4.250 h
davon leistungsreduziert 2.125 h 2.125 h 2.125 h
Lebensdauer Leuchtmibel 8.000 h 16.000 h 50.000 h
Anzahl Mibelwechsel 12,28 5,64 1,13
Kosten pro Wechsel 58,00 EUR 60,00 EUR 200,00 EUR
Nennleistung 90W 90W 37W
Reduzierter Verbrauch 90W 63W 18,5W
Reduzierter Lichtstrom 5.900 lm 2.478 lm 1.750 lm
Kommunaler Strompreis 0,25 EUR/kWh 0,25 EUR/kWh 0,25 EUR/kWh
Kosten über 25 Jahre 40.442,19 EUR 35.481,53 EUR 19.267,42 EUR
Kosten pro LP pro Jahr 95,63 EUR 81,28 EUR 29,48 EUR
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LED-‐Licht auf dem Weihnachtsmarkt Leistungsaufnahme
Glühlampe 7,00 W
LED-‐Lampe 1,20 W
Leistungseinsparung 5,80 W
Brennstunden
Einschalten um 14:00 Uhr
Abschalten um 08:00 Uhr
Laufzeit 18 Stunden pro Tag
Laufdauer 40 Tage pro Jahr
40 Tage x 18 Stunden = 720 Stunden 0,0058 kW x 720 Stunden = 4,176 kWh Einsparung bei 150 Lampen = 650 kWh (entspricht dem Verbrauch von 5 Haushalten)
Foto © Stadt Wernigerode
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Vortragsteil III
Simulationen und Kartierung
Erstellung von DIALux-‐Videos
Einführung in DIALux | Chris)an Reinboth | 01.12.2010
Kalkula)on des ULR von Bodenleuchten
Simula)on für das Forum „Effiziente Beleuchtung“ der IHK Potsdam 2010
ULR = Upward Light Ra)o
Szenario ohne Bodenleuchten
ULR = 6%
Lichtverteilung ohne Bodenleuchten
Szenario mit Bodenleuchten
ULR = 43%
Lichtverteilung mit Bodenleuchten
Szenario ohne Straßenlampe
ULR = 99%
Lichtverteilung ohne Straßenlampe
Simula)on für das Projekt „AuLED“ im Auorag der AUTEV AG Brandenburg
Bushaltestelle im Na)onalpark Harz, Simula)on für das BMWi-‐Projekt „AUBELE“ (Autarke Straßenbeleuchtung)
Detailansicht der Haltestellen-‐Simula)on
Detailansicht der Haltestellen-‐Simula)on
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Simula)on einer Straßenzene für das BMWi-‐ Projekt „AUBELE“ (Autarke Straßenbeleuchtung)
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Innenraum-‐Beleuchtungssimula)on mit DIALux
„Doppelleuchte“ in Wernigerode – warum?
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Mangelnde Adap)vität der Beleuchtungsplanung
LED-‐Praxisforum | 07.10.2013 | Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.-‐Inf.(FH) | Würzburg
Kar)erung von Beleuchtungssystemen
• Lichtpunkte • IST-‐Situa)on • SOLL-‐Situa)on • Gefahrpunkte • Beleuchtungs-‐
klasse Straßen
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Lichbechnische Analysen in Wernigerode
Photonics Communica<ons Lab an der HS Harz
• Simula)on von Mikroop)ken mit OPTALIX (Koppler, Spliber, Mul)plexer, Prismen etc.)
• Bes)mmung der Abstrahlcharakteris)ka von Straßenlampen mibels Goniometer-‐Messung
An-‐Ins<tut HarzOp<cs GmbH
• Simula)on von Außenbeleuchtung mit DIALux • Simula)on von Innenbeleuchtung mit DIALux • Charakterisierung von LEDs nach dem Farbort • Charakterisierung von LEDs nach der Intensität • Kar)erung von Außenbeleuchtung mit GIS
LED-‐Praxisforum | 07.10.2013 | Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.-‐Inf.(FH) | Würzburg
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. Ulrich Fischer-‐Hirchert Lehrstuhl für opt. Nachrichtentechnik Laborleitung PCL @ Hochschule Harz
Dr. Mabhias Haupt, Dipl.-‐Ing. Simula)on von Mikroop)ken (OPTALIX)
Chris)an Reinboth, Dipl.-‐Wi.Inf.(FH)
Simula)on von Außenbeleuchtung (DIALux)
Weitere Informa)onen unter: hbp://hope.hs-‐harz.de hbp://www.harzop)cs.de hbp://www.led-‐strassenlampe.de Kontakt über: creinboth@harzop)cs.de