Lichttechnische Modernisierung eines Nichtwohngebäudes

Bachelorarbeit von Marco Verardi

Einleitung:

Die vorliegende Bachelorarbeit stellt einen Leitfaden für die lichttechnische Modernisierung eines Nichtwohngebäudes dar. Das Referenzprojekt dieser Arbeit ist eine Berufsbildende Schule, die bereits energietechnische Optimierungen im Bereich der Heizungs- und Lüftungsanlage erhalten hat. Der letzte Schritt umfasst die Betrachtung der Beleuchtungsanlage.

Die Bestandsaufnahme und die energietechnische Bewertung in Form eines Energiepasses sind nicht Teil dieser Ausarbeitung und grenzen sich dahingegen ab. Der Leitfaden ist so aufgebaut, dass die energietechnischen Werte selbst aufgenommen oder aber von einem externen Partner eingeholt werden können. Bei diesen Partnern kann es sich um Institute, Energieplaner und Träger des Gebäudekomplexes handeln. Natürlich werden die gelieferten Ergebnisse auf Plausibilität geprüft, um eine präzise Aussage über den aktuellen energietechnischen Verbrauch der Beleuchtungsanlage geben zu können. Die ersten Kapitel dieser Arbeit behandeln die technischen Grundlagen. Dabei werden die erforderlichen Normen und Bezeichnungen erläutert. Dem Leser wird eine Übersicht über die Techniken und die einzelnen Komponenten einer Beleuchtungs-anlage gegeben. Des Weiteren wird ein Einstieg in die Nutzung eines professionellen, softwaregestützten Planertools für Lichttechnik ermöglicht. Dabei wird der Ist-Zustand der Berufsbildenden Schule dargestellt. Neben der Aufnahme der aktuellen Verbrauchswerte wird auch eine Einschätzung der Gebäudeeffizienz gegeben, um nach der Modernisierung eine Vergleichbarkeit zu schaffen. Anschließend werden drei verschiedene Konzepte vorgestellt, die eine Basis-, eine Komfort- und eine High-End-Variante vorsehen. Die Konzepte werden nach dem Stand der Technik entwickelt und bieten neben unterschiedlichen Investitionssummen auch unterschiedliche Einsparpotenziale. Fünf Referenzräume werden exemplarisch für den Schul-komplex betrachtet. Die Bilanzierung im Kapitel sechs sorgt für eine Transparenz und zeigt die betriebswirtschaftlichen Rechenansätze, um eine Modernisierung einer Beleuchtungsanlage entsprechend beziffern zu können. Komplettiert wird der Leitfaden durch einen Vorschlag für die Umsetzung der Planungskonzepte inklusive einer Erläuterung der technischen Einzelheiten. Im Kapitel des Monitorings und Controllings werden die Aufgaben des durchführenden Unternehmens nach Erstellung der neuen Lichtkonzepte aufgezeigt, um das Gebäude nach der Umrüstung optimal betreuen zu können. Ein abschließendes Fazit fasst die Erkenntnisse zusammen und gibt einen Ausblick für die zukünftigen Lichtoptimierungsmöglichkeiten.

Als Hinweis sei noch erwähnt, dass Literaturverweise und Formeln mit Ziffern gekennzeichnet sind. Ziffern in eckigen Klammern verweisen auf das Literaturverzeichnis, in runden Klammern auf das Formelverzeichnis.

1.1 Zielsetzung:

Die vorliegende Berufsbildende Schule ist ein Gebäudekomplex aus den 1980er Jahren mit dem entsprechenden Stand der Beleuchtungstechnik. Das Ziel ist es nun anhand dieser Referenz Konzepte auszuarbeiten, die für eine moderne Beleuchtungsszenerie mit höchsten Komfortmerkmalen und größter Energieeffizienz stehen. Der Leitfaden soll Wege aufzeigen, wie mit unterschiedlichen Ansätzen einzelne Konzepte ausgearbeitet werden die wiederum unterschiedliches Potenzial in Sachen Energieeinsparung aufweisen können. Des Weiteren soll auch klar werden, wie viel elektrische Energie in einem älteren Gebäude durch moderne und intelligente Gebäudetechnik eingespart werden kann. Durch eine Basis-, eine Komfort- und eine High-End-Variante soll der Kunde eine Auswahlmöglichkeit erhalten, die mit dem vorhandenen Budget gedeckt werden kann. Neben den finanziellen Aufwendungen soll der Kunde die nachhaltigen Energieeinsparmöglichkeiten, die höheren Komforteigenschaften und aktuellste Sicherheitsstandards aufgezeigt bekommen. Die Modernisierungsmaßnahmen unterliegen einer betriebswirtschaftlichen Sicht, denn die Kosten für Modernisierungsmaßnahmen sollen sich nach Möglichkeit über den Lebenszyklus der Neuanlage amortisieren.

1.2 Motivation:

Die Motivation diese Arbeit zu schreiben, leitet sich aus der Überzeugung ab, dass umwelttechnisch auf dieser Erde etwas geschehen muss. Des Weiteren basiert die Motivation auf dem Wissen, dass Menschen vom Energieeinsparen nur dann überzeugt werden können, wenn sie sich in ihrem Handeln nicht einschränken müssen. Dies hat wiederum zur Folge, dass eine Betrachtung des Komforts zur nachhaltigen Umsetzung von Energieeinsparkonzepten zum wesentlichen Bestandteil gehört. Die komplexe Herangehensweise an eine Technik, die in der reinen Elektrotechnik nur eine untergeordnete Rolle spielt, schafft zusätzliche Anreize. Des Weiteren wird das Entwickeln von energieeffizienten Gebäuden ein großes Ziel der Elektroindustrie werden, um so den steigenden Energiekosten und den begrenzten Ressourcen Rechnung zu tragen. Aus diesem Grund ist es auch aus wirtschaftlicher Sicht für ein Unternehmen wichtig, die Trends und Techniken frühzeitig zu erkennen und notwendige Schritte durchzuführen. Diese Arbeit bietet die ideale Vorraussetzung für das Betrachten der Thematik, um entsprechende Erfolgsaussichten abzuschätzen.

Mit Abschluss dieser Arbeit entsteht ein Leitfaden, der zukünftig bei einer Lichtplanung genutzt werden kann.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 5, Beleuchtungskonzepte:

Der Hauptteil des Leitfadens wird in diesem Kapitel behandelt. Nach der Feststellung des Ist-Zustands werden hier nun die entsprechenden Konzepte ausgearbeitet, die in der Berufsbildenden Schule die Komfortmerkmale erhöhen, die Sicherheitsrisiken beseitigen und eine nachhaltige Energieeinsparung garantieren.

Die Beleuchtungskonzepte werden auf dem Stand der aktuellen Technik angefertigt. Hierbei werden alle relevanten Vorschriften berücksichtigt. Der zusätzliche Aufwand zum Erfüllen der Richtlinien kann zudem zusätzliche Leuchten erfordern, welche die Energiebilanz durch die neuen Beleuchtungskonzepte etwas verschlechtern. Maßgeblich ist jedoch, dass die Berufsbildende Schule mit einer normgerechten Beleuchtungsanlage für einen optimalen Gesundheitsschutz ausgerüstet wird. Natürlich wird versucht, so wenig Installationsaufwand wie möglich zu betreiben. Schließlich erhöhen jede Komponente und jeder zusätzliche Aufwand die Kosten, die die abschließende Energiebilanz verschlechtern. Ein sinnvoller Einsatz moderner Technik ist aus kostentechnischer Sicht entscheidend.

Die Wichtigkeit einer Ausarbeitung um moderne Beleuchtungskonzepte umzusetzen, wird durch die Tatsache bekräftigt, dass die am 29.04.2009 erschienene Energieeinsparverordnung (EnEV) bei einer Modernisierung die Erstellung eines Energieausweises erfordert. Dieser Ausweis sorgt für Transparenz unter den Nichtwohngebäuden und kann als Gütesiegel gesehen werden. Die Werte werden nach den einzelnen Techniken wie Heizung, Klima, Lüftung und Beleuchtung aufgelistet. Eine Gesamteinstufung des Energieverbrauchs wird in einer gesonderten Skala dargestellt. Für den Träger des Gebäudes ist ein positives Ergebnis, welches durch den Energieausweis ausgewiesen wird, eine hervorragende Werbung. Des Weiteren sorgt ein Energieausweis bei entsprechend positiven Werten für eine Wertsteigerung des Gebäudes.

Das Ziel ist es nun mit Hilfe dieses Energieausweises Anreize zu schaffen, um Gebäude auf Dauer umweltfreundlicher zu gestalten. Die Erstellung des Energieausweises ist nicht Bestandteil dieser Arbeit, denn eine Ermittlung der Verbrauchswerte unterliegt einer umfangreicheren Bestandsaufnahme. Das Ziel, das die Berufsbildende Schule in Kusel ein positives und repräsentatives Ergebnis erhält, wird auch in dieser Arbeit verfolgt. Die normgerechte Auslegung und ein höheres Komfortpotenzial werden dabei als weiteres Ziel betrachtet. Die Berufsbildende Schule kann so als gutes Beispiel vorangehen.

Nachfolgend werden drei Varianten für die Modernisierung wiedergegeben. Die in diesem und in den folgenden Kapiteln angegebenen Bilder und Tabellen wurden vom Autor für diese Arbeit angefertigt.

5.1, Basis-Variante:

Die Basis-Variante stellt den Einstieg in die Beleuchtungsmodernisierung dar. Hier wird versucht, ein Deckenlayout zu finden, welches sowohl die Normbeleuchtungsstärke als auch nachhaltige Energieeinsparungen garantiert. Hierzu werden lediglich die uneffizienten Leuchten und Leuchtmittel gegen Modelle mit einem hohen Wirkungsgrad ausgetauscht. Die optimale Anordnung ermöglicht eine Reduzierung der Leuchtenanzahl. Bislang wurden Leuchtmittel mit sechsundzwanzig Millimetern (T8) genutzt, sie werden weitestgehend von Leuchtmitteln mit sechzehn Millimetern (T5) ersetzt. Damit die Montagekosten möglichst gering bleiben, wird versucht, die originalen Aufhängungspunkte der bisherigen Leuchten weiter zu verwenden. Dies hat zur Folge, dass die Leitungsanschlüsse ebenfalls weiter verwendet werden können. Einen Unterschied gibt es jedoch bei der Montageart der einzelnen Leuchten. Vor allem in Klassenräumen kann die Lichthöhe mit Pendelleuchten reduziert werden. Grundsätzlich gilt für einen Lichtplaner, dass die Lichtquelle nach Möglichkeit so nah wie es die technischen Gegebenheiten zulassen an die Sehaufgabe heran geführt wird. Die Länge der Pendel bzw. Aufhängung beträgt fünfzig Zentimeter. Damit reduziert sich die in 4.4.1 ermittelte Raumhöhe von drei Metern auf zweieinhalb Meter. In Fluren ist diese Montageart jedoch ungeeignet, da die Nutzbarkeit der Räumlichkeiten nicht eingeschränkt werden darf. Entsprechend ist bei einer Lichtplanung zu beachten, dass Flure als Transport- und Verkehrswege gesehen werden müssen. Eine reduzierte Lichthöhe widerspricht dieser Vorgabe. Im Lehrerzimmer sind auf Grund der örtlichen Gegebenheiten, sprich Einrichtung und Flexibilität, keine abgehängten Leuchten möglich. Die Toilettenräume besitzen auf Grund der Kabinenhöhe bereits im jetzigen Zustand nur einen geringen Abstand zur Leuchte. Eine Absenkung der Lichtquelle würde die Streuleistung und damit die Lichtausbeute in den Räumlichkeiten reduzieren.