Optimierung der Energieeffizienz der Beleuchtung eines Büroraumes durch Beleuchtungssimulation in Relux undunter Berücksichtigung von Arbeitsergonomie sowieWirtschaftlichkeit

Abstract

Die Europäische Union und die Bundesregierung versuchen mit verschiedenen Maßnahmen das Fortschreiten des Klimawandels zu verhindern. Eine dieser Maßnahmen ist das Einsparen von Energie durch effizientere Beleuchtung. Dabei werden besonders LED-Technologien gefördert. Die LED-Technologie wird immer häufiger eingesetzt und höhere Energieeffizienzen werden erzielt. Aber nicht nur die Beleuchtungstechnik wird weiterentwickelt und verbessert. Auch an den Wirkungen von Licht auf den Menschen wird geforscht, denn es wurde ein Zusammenhang zwischen Licht, insbesondere den blauen Lichtanteilen, und der Aufmerksamkeit sowie dem Wohlbefinden von Menschen entdeckt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass Licht nicht nur das Sehen unterstützt, sondern auch auf den Wach- Schlaf-Rhythmus des Menschen wirkt. Damit übt Licht auch einen nicht-visuellen Einfluss auf den Menschen aus. Durch die Berücksichtigung dieser Effekte von Licht, kann die Arbeitsergonomie gesteigert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden die technischen Eigenschaften von energieeffizienter Beleuchtung, die Vorgaben für Beleuchtungsplanung aus aktuellen Normen, sowie die Forschungsergebnisse zu nicht-visuellen Effekten von Licht zusammengetragen und als Basis für die Optimierung genutzt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, energieeffiziente Optimierungsvorschläge zu erarbeiten, welche diese Aspekte mit einbeziehen. Die Vorschläge werden mit Hilfe der Simulationssoftware Relux modelliert und schließlich auf ihre Wirtschaftlichkeit überprüft. Dafür wurde zunächst ein Beispielbüroraum mit sanierungsbedürftiger Beleuchtung gewählt, und die Beleuchtungsstärke der Beleuchtung gemessen. Anschließend wurde der Raum in der Software modelliert und die Beleuchtungsstärke simuliert, um die Eignung von Relux für die Optimierungsplanung zu validieren. Es wurde sowohl anhand der Messergebnisse, als auch mit Hilfe der Simulation festgestellt, dass die Beleuchtungsstärke der vorhandenen Beleuchtung des Büroraums nicht den Vorgaben der aktuellen Normen entspricht und somit in den Optimierungsvorschlägen angepasst werden muss. Drei Optimierungsvarianten wurden geplant, welche sich besonders in der Art der Montage unterscheiden. Bei allen Varianten konnten Energieeinsparungen von über 50 % erzielt werden. Eine Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zeigt, dass aufgrund der hohen Investitionskosten keine Variante wirtschaftlich ist. Jedoch wird in der Diskussion auf Fördermöglichkeiten von LED-Beleuchtung hingewiesen, damit ist eine Investition dennoch sinnvoll, um Energie einzusparen und die Ergonomie der Tätigkeiten im Büro zu steigern. Die größte Energieeinsparung, sowie auch die beste Möglichkeit nicht-visuelle Effekte zu integrieren, wurde mit der dritten Optimierungsvariante erreicht. Die Arbeitsergonomie der Beleuchtung wird durch die nichtvisuellen Wirkungen unterstützt. Zwei der drei Optimierungsvarianten zeigen viel Potenzial für die Unterstützung dieser Wirkungen.

The climate change is evolving, therefore the European Union and the German government take actions in reducing its cause. One of these actions is to support efficient lighting, especially LED-technology, in order to save energy. It is a growing technology, which offers an increase in the possibilities of its usage and in its energy efficiency. There is not only a development in the light technology, but also in the knowledge of the effects of light on the human. A connection was discovered, which links light, especially the blue part of the visual spectrum, to the human circadian rhythm. These non-visual effects of light promote alertness and comfort during the day and a higher sleep quality at night. This thesis compiles the fundamentals of efficient lighting and the requirements of light planning with the research results of studies concerning the non-visual effects of light. The main aim of this thesis is to optimize the current inefficient lighting of an example office by using LED-light. The planning considers the latest requirements of lighting standards. Furthermore, the possibility of an integration of nonvisual effects of light in the planning are evaluated. An investigation if the optimization by using LEDtechnology is economically valuable is also a part of this thesis. The new lighting plan is developed in the light simulation software Relux. To ensure that the software is sufficient for the planning, the illuminance of the current lighting was measured and compared to a simulation of the illuminance in a model of example office in Relux. The results validated that the software is suitable for the planning of the new LED-lighting. A lack of illuminance was discovered in the measurement of the office as well as in the simulation. The illuminance does not meet the standard requirements for office work. Three versions of optimized lighting, which comply with the standards were developed. All versions offer a reduction of energy consumption of over 50 %. The highest energy saving is discovered in the third version. This version also promotes the most possibilities of integrating non-visual effects in the lighting. An assessment of the economic viability demonstrated that an optimization with LED-lighting is not profitable due to high investment costs. However possible funding is included in the discussion, on this account an Investment in LED-lighting is viable due to energy saving and ergonomic improvement. The work ergonomics of lighting are supported by non-visual effects. Two out of three versions show a high potential in promoting these effects.