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Kurztitel: StEffi
Ausführende Stelle: Technische Universität Berlin - Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik - Institut für Energie- und Automatisierungstechnik - Fachgebiet Lichttechnik
Laufzeit: 05/2016 bis 02/2020
Bewilligte Summe: 277.603 €
Förderkennzeichen: 03ET1339A
Themen: Energieplanung für Städte, Planung & Auslegung
Innovation: Maßgeschneiderte Beleuchtung für verschiedene Nutzflächen wie beispielsweise Fußgänger- und Radwege, Fassaden und Plätze
Schlagworte:

Quintessenz

  • Wege und Plätze werden bedarfsgerechter beleuchtet
  • Nutzflächenbezogene Beleuchtung mit gleichmäßigen Beleuchtungsstärken
  • LED-Laufsteg demonstriert Beleuchtungsstrategien unter realen Bedingungen

Die energieeffiziente LED-Technologie ermöglicht zudem eine gezielte Lichtverteilung und damit die Beleuchtung kleiner Flächen. So kann der Energiebedarf weiter reduziert und gleichzeitig die Beleuchtungsqualität in Städten verbessert werden. Für die notwendigen Untersuchungen bietet der LED-Laufsteg auf dem Grundstück des Deutschen Technikmuseums in Berlin sehr gute Voraussetzungen. Es sollen Maßzahlen und Konzepte für eine nutzflächenbezogene Beleuchtung entwickelt werden. Geplant ist, einen Kriterienkatalog als Planungshilfe für Kommunen zu erstellen.

Projektkontext

In Deutschland werden jährlich bis zu 4 Milliarden kWh Strom für die Beleuchtung von Straßen und Plätzen verbraucht. Aufgrund dessen sind Einsparpotenziale in der Straßenbeleuchtung von großer Bedeutung. Die Basis der heutigen Straßenbeleuchtungsnorm DIN EN 13201 wurde in den 60er Jahren für konventionelle Lichtquellen entwickelt. Sie ist geprägt von großen ‚Lichtstrompaketen‘ der Gasentladungslampen (Quecksilber- und Natriumdampfhochdruckentladungslampen), welcher undifferenziert in den Straßenraum abgestrahlt wird. Mit Hilfe der LED-Technologie kann dagegen eine nach unterschiedlichen Nutzflächen differenzierte Beleuchtung relativ einfach umgesetzt werden. Entsprechende effiziente Beleuchtungskonzepte müssen entwickelt, validiert und in die Normung eingebracht werden. Für die hierfür notwendigen Untersuchungen bietet der LED Laufsteg auf dem Grundstück des Deutschen Technikmuseums in Berlin beste Voraussetzungen: Seit März 2015 betreibt das Fachgebiet hier 43 Lichtpunkte mit 78 Leuchten auf 4 unterschiedlichen Versuchsstrecken.

Forschungsfokus

Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Evaluierung von Maßzahlen und Konzepten für eine nutzflächenbezogene Beleuchtung. Nur wenn die Flächen beleuchtet werden, die Licht für eine gute Erkennbarkeit oder für gestalterische Aufgaben benötigen, können wir von energieeffizienten Lösungen sprechen. Die zu entwickelnden Maßzahlen müssen eine maßgeschneiderte Beleuchtung aller Nutzflächen ermöglichen. Dazu zählen z. B. die folgenden Parameter: die Festlegung von vertikalen Beleuchtungsstärken und deren Gleichmäßigkeit für Fußgänger und Radwege, zeitabhängige maximale Beleuchtungsstärken für Hausfassaden zur Sicherstellung der Schlafqualität sowie die Festlegung von Fahrbahnrandbereichen und dort vorhandener Beleuchtungsstärken.

Grundlage hierfür sind Lichtverteilungen, die mit Hilfe mathematischer und heuristischer Optimierungsverfahren hinsichtlich Energieeffizienz, Sichtbarkeit und Blendungsfreiheit unter Berücksichtigung der realen Umgebungsbedingungen optimiert werden. Wesentliche Voraussetzung für deren Bestimmung ist die exakte Kenntnis der ortsaufgelösten Reflexionseigenschaften aller Nutzflächen.

Teilziel dieses Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung von Verfahren, mit welchen sich die Reflexionseigenschaften kostengünstig und schnell ermitteln lassen.

Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Eine konventionelle Lichtquelle beleuchtet undifferenziert und mit breiter Streuung den Straßenraum. Zu sehen ist eine graphische Darstellung des Lichtkegels einer konventionellen Lichtquelle.

Eine konventionelle Lichtquelle beleuchtet undifferenziert und mit breiter Streuung den Straßenraum

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik
Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Mit LED-Technologie ist eine nutzflächenbezogene Beleuchtung mit gleichmäßigen Beleuchtungsstärken möglich. Zu sehen ist eine graphische Darstellung des Lichtkegels einer nutzflächenbezogenen Beleuchtung.

Mit LED-Technologie ist eine nutzflächenbezogene Beleuchtung mit gleichmäßigen Beleuchtungsstärken möglich

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik

Weitere Abbildungen

Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Der beleuchtete Straßenraum besteht aus wesentlich mehr Nutzflächen als der Straßenraum. Hinzu kommen beispielsweise Geh- und Radwege, Vorgärten und Fassaden. Zu sehen ist eine Darstellung der verschiedenen Nutzflächen im Straßenraum.

Der beleuchtete Straßenraum besteht aus wesentlich mehr Nutzflächen als der Straßenraum. Hinzu kommen beispielsweise Geh- und Radwege, Vorgärten und Fassaden.

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik
Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Die Messungen mit der Hilfsleuchte wurden für die Entwicklung eines einfachen Messverfahrens für die Reflexionseigenschaften von Straßendeckschichten in den Laborräumen der TU durchgeführt. Aus Leuchtdichtebildern wurde so ein erster Algorithmus zur Berechnung von Leuchtdichtekoeffizienten ermittelt. Zu sehen ist eine Messung mit Hilfsleuchten.

Die Messungen mit der Hilfsleuchte wurden für die Entwicklung eines einfachen Messverfahrens für die Reflexionseigenschaften von Straßendeckschichten in den Laborräumen der TU durchgeführt. Aus Leuchtdichtebildern wurde so ein erster Algorithmus zur Berechnung von Leuchtdichtekoeffizienten ermittelt.

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik
Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Zu sehen ist ein Screenshot eines am Fachgebiet Lichttechnik entwickelten Simulationsprogramms, mit dem Lichtstärkeverteilungskurven optimiert werden können

Screenshot eines am Fachgebiet Lichttechnik entwickelten Simulationsprogramms, mit dem Lichtstärkeverteilungskurven optimiert werden können

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik

Erfolge

Die fotometrischen Maßzahlen für die verschiedenen Nutzflächen Straße, Gehweg, Radweg, Plätze und Hausfassaden wurden mit Hilfe von Sekundärdaten in Studien, Technischen Berichten und Normen zusammengefasst und festgelegt.

Zur Ermittlung der Reflexionseigenschaften wurden standardisierte und neue Messverfahren recherchiert und deren Evaluierung vorbereitet. Eigene Messverfahren befinden sich bereits in der Testphase und werden stetig weiter optimiert. Verschiedene Algorithmen zur Optimierung der Lichtverteilungen konnten bereits erfolgreich angewendet werden. Die Forschungsstrecke auf dem LEDLaufsteg wurde ausführlich hinsichtlich ihrer lichttechnischen Eigenschaften untersucht. Erste Leuchten, die für die Messungen optimiert wurden, sind bereits installiert.

Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Zu sehen sind lichttechnische Untersuchungen: Gemessene Leuchtdichten in einem ersten Abschnitt des LEDLaufstegs

Lichttechnische Untersuchungen: Gemessene Leuchtdichten in einem ersten Abschnitt des LEDLaufstegs

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik
Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Zu sehen sind lichttechnische Untersuchungen: Gemessene Leuchtdichten in einem ersten Abschnitt des LEDLaufstegs

Gemessene Leuchtdichten in einem weiteren Abschnitt des LEDLaufstegs

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik
Mit LED Wege und Plätze effizient beleuchten: Zu sehen ist die zu Versuchszwecken errichtete Sonderanfertigung eines Lichtmastes mit drei Auslegern, um die Beleuchtungsqualität aus verschiedenen Höhen zu untersuchen.

Zu Versuchszwecken errichtete Sonderanfertigung eines Lichtmastes mit drei Auslegern, um die Beleuchtungsqualität aus verschiedenen Höhen zu untersuchen.

© TU Berlin Fachgebiet Lichttechnik

Anwendung

Die Umrüstung der Beleuchtung erfolgt auf kommunaler Ebene. Daher benötigen Kommunen im Hinblick auf ihre Investitionsentscheidungen Nachweise, dass eine nutzflächenbezogene Beleuchtung mit LED-Technologie den Energieverbrauch und die Energiekosten senkt und somit nachhaltig und zukunftssicher ist. Der LEDLaufsteg bietet die Chance, die im Projekt entwickelten Beleuchtungsszenarien zu demonstrieren. Anhand der Forschungsergebnisse wird ein Kriterienkatalog für eine hocheffiziente Beleuchtungsplanung erstellt. Dieser soll die Möglichkeit bieten, auch spezifische Besonderheiten der Kommunen wie z. B. Einwohnerdichte und industrielle Bebauungen zu berücksichtigen. Auf dem LEDLaufsteg erfolgen kontinuierlich Demonstrationen für Kommunen und Leuchtenindustrie, womit eine schnelle Umsetzung in die Praxis gefördert wird.

Letzte Aktualisierung: 19. Mai 2017

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