Warum ist das Thema Straßenbeleuchtung für Kommunen so wichtig und wodurch zeichnet sich eine gute Straßenbeleuchtung aus? Informieren Sie sich hier über aktuelle normative Grundlagen und neue rechtliche Rahmenbedingungen, wie z. B. die Ökodesign- Richtlinie.
Die Erfassung des Bestands sowie die Ermittlung energetischer und ökonomischer Kenngrößen ist die Voraussetzung für lohnenswerte Energieeffizienzmaßnahmen. Erfahren Sie mehr über Ihre Kommune durch den Vergleich mit anderen und lernen Sie anhand des Beispiels Musterstadt.
Hier finden Sie eine Zusammenfassung zum Stand der Technik von Leuchtmitteln, Vorschaltgeräten, Leuchten und bedarfsgerechter Lichtsteuerung. Lernen Sie außerdem den Ansatz der Energiekennwerte für eine energieeffiziente Straßenbeleuchtung kennen. Anschauliche Beispiele und Musterstadt liefern detaillierte Informationen.
Verschaffen Sie sich einen Überblick über aktuelle Förderprogramme. Oder finanzieren Sie geplante Maßnahmen aus Eigenmitteln, z.B. durch ein Contracting. Sie finden eine Gegenüberstellung verschiedener Vertragsmodelle sowie deren Vor- und Nachteile.
Was sollte bei der Ausschreibung und der Erstellung der Verdingungsunterlagen beachtet werden? Lesen Sie über grundsätzliche vergaberechtliche Fragestellungen und finden Sie hilfreiche Tipps.
Sie wollen mehr wissen? Hier finden Sie eine Vielzahl hilfreicher Erläuterungen, Checklisten, Übersichten und Berechnungsbeispiele. Vervollständigt wird dies durch eine Sammlung von Literaturempfehlungen und informativen Links.
Typische Beleuchtungssituationen werden Beleuchtungsklassen zugeordnet, für die lichttechnische Planungsgrößen festgelegt sind. Die ME-Klassen sind beispielsweise zur Anwendung auf Verkehrswegen für motorisierten Verkehr vorgesehen, auf denen mittlere bis höhere Geschwindigkeiten zugelassen sind.
Nähere Informationen zu weiteren Beleuchtungsklassen enthält die DIN EN 13201-2.
Die Beleuchtungsstärke E in Lux (lx) gibt den Lichtstrom bezogen auf die beleuchtete Fläche an, und zwar unabhängig von deren Reflexionsgrad. Fällt 1 lm Lichtstrom auf eine Fläche von 1 m2, so ergibt sich eine Beleuchtungsstärke von 1 lx. Die Beleuchtungsstärke reduziert sich mit dem Quadrat der Entfernung zwischen Lichtquelle und Bewertungsebene. Mit anderen Worten: Je weiter die Lichtquelle entfernt ist, desto geringer ist die Beleuchtungsstärke.
Abb. Beleuchtungsstärke: Abhängig von der Entfernung zwischen Lichtquelle und beleuchteter Fläche.
Das Bewertungsfeld, das zur Dimensionierung und Bewertung herangezogen wird, liegt zwischen derjenigen Leuchte, die sich 60 m vor einem gedachten Beobachter (Fahrzeugführer) befindet, und der nächsten Leuchte auf dieser Straßenseite. Bei der Berechnung und der Messung wird von einem Beobachter ausgegangen, der aus 1,5 m Höhe in der Mitte einer Fahrspur auf dieses Feld schaut.
Die Abbildung verdeutlicht die Geometrie. Der Fahrzeugführer blickt aus 1,5 m Höhe auf das Bewertungsfeld.
In Ausnahmefällen, d.h. bei überschaubaren Verkehrssituationen, ist eine Dimensionierung nach der lichttechnischen Größe „Beleuchtungsstärke“ zulässig. In diesem Fall wird die horizontale Beleuchtungsstärke an jedem Punkt des Bewertungsfelds gemessen bzw. berechnet.
Die Blendung spielt in der Außen- und Straßenbeleuchtung eine wesentliche Rolle. Durch zu hohe Leuchtdichten oder zu große Leuchtdichteunterschiede im Gesichtsfeld leiden Sehkomfort und Sehleistung. Damit Objekte sichtbar sind, müssen sie einen minimalen Leuchtdichteunterschied (Schwellenwert) zur Umgebung aufweisen. Bei Blendung erhöht sich dieser notwendige Unterschied. Dabei wird die prozentuale Schwellenwerterhöhung TI (threshold increment) als Maß der Blendung verwendet. Diese gibt im Wesentlichen an, um wie viel das Leuchtdichteniveau (Umgebungshelligkeit) angehoben werden müsste, um genau so gut zu sehen, wie ohne Blendung auf dem vorhandenen Niveau.
sollten nicht überschritten werden.
Die örtliche Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte ist eine Grundvoraussetzung für die Wahrnehmung von Fahrzeugen, Personen und Gegenständen auf der Fahrbahn. Sie besitzt somit Sicherheitsrelevanz im Straßenverkehr. Während sich das Auge in einem gewissen Umfang an veränderte mittlere Leuchtdichten anpassen kann, entstehen aus der Sicht des Kraftfahrers als Folge ungenügender Leuchtdichtegleichmäßigkeit Tarnzonen, die jedoch nicht als solche wahrgenommen werden. Diese bilden Gefahrenquellen für Kraftfahrer und Fußgänger.
— Tarnzonen
Tarnzonen sind ungenügend beleuchtete Bereiche der Fahrbahn, vor deren Hintergrund Personen und Hindernisse aufgrund zu geringer Kontraste nicht wahrgenommen werden können. Sie entstehen auch durch Abschalten einzelner Lichtpunkte. Das Unfallrisiko erhöht sich, da der Kraftfahrer im sicheren Vertrauen auf seine Sehleistung auf beleuchteten Straßen in diese Tarnzonen fährt und die Hindernisse nicht rechtzeitig erkennt. Für die vor dem Kraftfahrer liegende Fahrspur gelten daher besondere Anforderungen an die gleichmäßige Verteilung der Leuchtdichte.
Die Abschaltung von einzelnen Lichtpunkten zur Senkung des Energieverbrauchs wird nicht befürwortet. Eine Abschaltung erhöht nicht die systembezogene Energieeffizienz, sondern führt nur zur Verbrauchssenkung und in der Regel zur deutlichen Verschlechterung der Beleuchtungssituation. Die Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte wird durch die folgenden zwei Größen beschrieben:
— Längsgleichmäßigkeit
Die Längsgleichmäßigkeit Ul bezieht sich auf die Mitte des Fahrstreifens, auf die sich die Aufmerksamkeit des Kraftfahrers im Wesentlichen konzentriert. Sie wird durch das Verhältnis der minimalen Leuchtdichte Ll, min zur maximalen Leuchtdichte Ll, max auf dieser Linie beschrieben: Ul = Ll, min / Ll,max. Typische Werte liegen zwischen 0,4 ... 0,7.
— Gesamtgleichmäßigkeit
Die Gesamtgleichmäßigkeit U0 wird beschrieben durch das Verhältnis von minimaler Leuchtdichte Lmin zu mittlerer Leuchtdichte Lm. U0 = Lmin/ Lm gilt für die gesamte Bewertungsfläche. Ein typischer Wert ist 0,4. Eine unzureichende Gesamtgleichmäßigkeit kennzeichnet Tarnzonen – vornehmlich am Fahrbahnrand. Dadurch wird das rechtzeitige Erkennen z. B. von Fußgängern, die spontan auf die Fahrbahn treten, erschwert oder gar unmöglich gemacht.
Nachfolgende Tabelle zeigt die gängigsten Lampentypen:
| Lampenbezeichnungen | ||
|---|---|---|
| Abkürzung | Bezeichnung | Ausführung |
| T26 | Leuchtstofflampe | stabförmig, 26 mm Durchmesser |
| T38 | Leuchtstofflampe | stabförmig, 38 mm Durchmesser |
| HME | Quecksilberdampf-Hochdrucklampe | mit Ellipsoidkolben |
| HSE | Natriumdampf-Hochdrucklampe | mit Ellipsoidkolben |
| HST | Natriumdampf-Hochdrucklampe | in Röhrenform |
| HIE | Halogen-Metalldampflampe | mit Ellipsoidkolben |
| HIT | Halogen-Metalldampflampe | in Röhrenform |
| LED | Leuchtdiode | herstellerspezifische Module |
Die Lebensdauer bezeichnet den Zeitraum, in der eine Lampe funktionsbereit ist. Sie wird maßgeblich von Umwelteinflüssen determiniert. Starke Erschütterungen, dauerhafte Vibration, Spannungsschwankungen, Häufigkeit des An- und Ausschaltens, Umgebungstemperatur und Zustand der eventuell benötigten Betriebsgeräte sind einige der wichtigsten Einflussfaktoren. Aus diesem Grund sind exakte Lebensdauer- angaben nur schwer möglich. In der Praxis ist aber eine genaue Lebensdauerangabe nicht unbedingt erforderlich, da der Lampenwechsel meist zu einem Zeitpunkt erfolgt, der vor dem Ende der Nutzlebensdauer liegt und durch betriebliche Wartungsprozeduren vorgegeben wird. So könnte ein Wartungszyklus vorgeben, einen Gruppenwechsel von Lampen alle drei Jahre vorzunehmen. Zu den wichtigsten Größen zählen die mittlere Lebensdauer und die Nutzlebensdauer. Für die Straßenbeleuchtung ist die Nutzlebensdauer maßgeblich. Die Tendenz in der Praxis geht aber in die Richtung, den Fokus auf die Ausfallrate zu legen. Sind fünf Prozent der Lampen einer Anlage ausgefallen, wird bereits ein Gruppenwechsel aller Lampen der Anlage durchgeführt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass sich schon bei einigen Einzelausfällen die Wahrnehmungsbedingungen verschlechtern, Tarnzonen entstehen können und somit die Verkehrssicherheit gefährdet sein kann.
— Mittlere Lebensdauer
Die mittlere Lebensdauer gibt an, nach welchem Zeitraum die Hälfte der Lampen einer Testgruppe unter genormten Bedingungen ausgefallen ist.
— Nennlebensdauer
Die Nennlebensdauer ist die vom Hersteller veröffentlichte Lebensdauer nach der bei einem bestimmten Schaltrhythmus ein bestimmter Prozentsatz der Lampen ausgefallen ist (z. B.: 12B10 entspricht 12-Stunden- Schaltrhythmus und Ausfallquote 10 Prozent).
— Nutzlebensdauer
Die Nutzlebensdauer ist bei den in der Straßenbeleuchtung eingesetzten Lampentypen wie Leuchtstofflampen, Hochdrucklampen oder Natriumdampf-Niederdrucklampen von Bedeutung. Die Nutzlebensdauer ist die Zeit, nach der der Anlagenlichtstrom auf 80 Prozent bei Leuchtstofflampen und 70 Prozent bei Hoch- und Niederdrucklampen abgesunken ist.
Die Lebensdauer von LEDs wird zum einen durch den Totalausfall der LED Module oder Elektronik begrenzt, aber auch durch das Unterschreiten eines festgelegten Mindestlichtstroms. Diese Angaben müssen vom Hersteller zur Verfügung gestellt werden.
Die Leuchtdichte L in Candela pro Quadratmeter (cd/m²) ist die maßgebliche lichttechnische Größe für den Helligkeitseindruck, den eine selbstleuchtende oder beleuchtete Fläche im Auge erzeugt, und bestimmt somit die Sehleistung. Die Leuchtdichte ist die einzige für den Menschen wahrnehmbare lichttechnische Größe.
Abb. Leuchtdichte: Das Maß für die Helligkeit, die der Mensch wahrnimmt.
Die Lichtausbeute einer Lampe gibt an, wie wirtschaftlich die eingesetzte elektrische Leistung in Licht - den Lichtstrom - umgewandelt wird. Sie wird in Lumen pro Watt [lm/W] angegeben.
— Systemlichtausbeute
Die Systemlichtausbeute (η) bezeichnet den Grad der Umwandlung der elektrischen Leistung P mit den Verlusten der evtl. notwendigen vorgeschalteten Bauteile in Licht. Sie hängt neben der Lampenlichtausbeute von der Verlustleistung notwendiger Betriebsgeräte (Vorschaltgeräte) ab.
Der Lichtstrom in Lumen (lm) gibt die Strahlungsleistung einer Lichtquelle in den gesamten Raum an. Dabei wird die Strahlung unter Berücksichtigung der Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges bewertet. Man könnte auch sagen, dass Lichtstrom die „Menge“ des Lichts ist. Alle anderen lichttechnischen Größen leiten sich von dieser Grundgröße ab.
Abb. Lichtstrom: Die "Menge" des Lichts.
Wie die lichttechnischen Grundgrößen Lichtstrom, Lichtstärke, Leuchddichte und Beleuchtungsstärke zusammenhängen, zeigt nachfolgende Abbildung.
Die einzelnen Grundbegriffe werden unter dem jeweiligen Glossarbegriff definiert.
— Betriebsübliche Nutzungsdauer (BND)
Die betriebsüblichen Nutzungsdauern können der Fachliteratur entnommen werden oder durch Anfragen bei Betreibern und Sachkundigen ermittelt werden. Diese Angaben sind als durchschnittliche Nutzungsdauer zu verstehen.
— Restnutzungsdauer (RND)
Als Restnutzungsdauer ist die Anzahl der Jahre anzusehen, in denen die baulichen Anlagen bei ordnungsgemäßer Unterhaltung und Bewirtschaftung voraussichtlich noch wirtschaftlich genutzt werden können. Durchgeführte Instandsetzungen oder Modernisierungen sowie unterlassene Instandhaltung oder andere Gegebenheiten können die Restnutzungsdauer verlängern oder verkürzen.
(Quelle: § 16 WertV Ermittlung des Ertragswerts der baulichen Anlagen)
Es ist nicht immer sinnvoll, eine getrennte Betrachtung der Komponenten eines Beleuchtungssystems vorzunehmen, da diese nur als Gesamtsystem funktionsfähig sind. Aus betriebswirtschaftlichen, aber auch aus bautechnologischen Gründen endet die betriebsübliche Nutzungsdauer in den meisten Fällen für alle Komponenten gleichzeitig, obwohl die Einzelkomponente u. U. über eine größere betriebsübliche Nutzungsdauer verfügt. Aus diesem Grund ist bei der Bestandserfassung die Zuordnung der Komponenten zu einem Lichtpunkt notwendig.
Der Reflexionsgrad gibt an, wie viel Prozent des auf eine Fläche fallenden Lichts reflektiert wird. Dunkle Flächen benötigen eine höhere Beleuchtungsstärke, um den gleichen Helligkeitseindruck zu erzeugen.
— Konventionelle Vorschaltgeräte (KVG)
Konventionelle Vorschaltgeräte sind äußerst zuverlässig. Sie können jahrzehntelang störungsfrei arbeiten und müssen nicht ausgewechselt werden. Allerdings steigt mit zunehmendem Alter die Verlustleistung.
— Verlustarme konventionelle Vorschaltgeräte (VVG)
Verlustarme konventionelle Vorschaltgeräte zeichnen sich durch eine um ca. 30 Prozent geringere Verlustleistung als bei KVGs aus.
— Elektronische Vorschaltgeräte (EVG)
Elektronische Vorschaltgeräte bestehen aus elektronischen Schaltkreisen bzw. Elementen. Gasentladungslampen werden mittels EVGs mit höherer Frequenz betrieben und die Lampe erreicht einen höheren Wirkungsgrad. Unter heißen Umgebungsbedingungen ist die Ausfallrate höher als bei den KVGs.
Zum Betrieb von LED Modulen sind grundsätzlich elektronische Vorschaltgeräte oder sogenannte elektronische Treiber erforderlich.
Gemäß CIE 154 (Außenbeleuchtung) folgende Wartungsfaktoren definiert:
Das Produkt der einzelnen Wartungsfaktoren ergibt den Wartungsfaktor MF (Maintenance Factor) der Beleuchtungsanlage.
LLMF ergibt sich zum jeweiligen Betrachtungszeitraum aus den Lichtstromrückgangskurven der Hersteller.
LSF ergibt sich zum jeweiligen Betrachtungszeitpunkt (in Stunden) aus den bis zu diesem Zeitpunkt total ausgefallenen Lichtquellen.
(Text in Anlehnung an ZVEI: Leitfaden Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung – Begriffe, Definitionen und Messverfahren: Grundlagen für Vergleichbarkeit. 2013. ZVEI-Publikation)
Der Wartungswert kennzeichnet das Niveau, unter welches der Wert der entsprechenden lichttechnischen Größe während des Betriebes zu keiner Zeit absinken darf. Beispielsweise sind die in der DIN EN 13201-2 angegebenen Werte Wartungswerte. Der für die Planung der Beleuchtungsanlage relevante Neuwert ergibt sich aus diesem Wartungswert und dem Wartungsfaktor.