Energie sparen - Beleuchtung

Seit Edison die Glühbirne erfunden hat, ist es in unseren Wohnungen immer heller geworden. Gegenüber der Kerze und der Gaslampe war die Glühbirne ein gewaltiger Fortschritt, sowohl was die Betriebssicherheit als auch den Wirkungsgrad betrifft.

Heute, mehr als 100 Jahre später, haben wir ganz andere, fortschrittliche Beleuchtungstechniken zur Verfügung. Stromdurchflossene Drähte wird man wegen der üppigen Verlustwärme meiden. Zwei gängige Lampentypen erzeugen Licht viel eleganter.

Die Leuchtstoffröhre erzeugt durch Gasentladung in ihrem Innern ultraviolettes Licht das einen Leuchtstoff zum Leuchten anregt. Dieser Leuchtstoff befindet sich auf der Innenseite der Glasröhre und gibt letztlich das sichtbare Licht ab. Hochwertige Leuchtstoffröhren sind sehr langlebig und in vielen Farbvarianten von Kaltweiß bis Warmweiß verfügbar.

Eine ganz anderen Weg gehen die modernen LED (=»Licht Emittierende Dioden« oder Leuchtdiode) - sie geben Licht einer definierten Wellenlänge ab, wenn Strom durch den P/N-Übergang in der Diode fließt. Dummerweise ist so ein Siliziumkristall undurchsichtig, so daß dieses Licht nicht so ohne weiteres abgegeben werden kann. Die Kunst bei einer Leuchtdiode besteht also darin, dieses Licht irgendwie aus dem Kristall herauszuleiten. Neben dem hohen Wirkungsgrad lassen sich mit LED fast beliebig viele Beleuchtungseffekte erzielen. LED-Lampen gibt es als so genannte »Retrofits« mit allen gängigen Fassungen zum direkten Austausch.

Die folgende Tabelle stellt den Wirkungsgrad einiger gängiger Lampen gegenüber:

Der Trend zu immer sparsameren Lampen wird hier nur zu deutlich. Bei der Glühlampe muß noch angemerkt werden, daß der auf die gesamte Strahlung bezogene Wirkungsgrad mit 75% bisher noch ungeschlagen ist. Allerdings entfällt nur ein geringer Anteil auf das sichtbare Licht, der Rest ist Infrarot mit Schwerpunkt bei 1.073 nm. Das generelle, europaweite Verbot von Glühlampen zugunsten der Energiesparlampe halte ich allerdings für eine fatale Fehlentscheidung. Aus 3 Gründen:

1. Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen als Ersatz beinhalten Quecksilber (Hg). Da diese Lampen nur in den seltesten Fällen korrekt entsorgt werden, gelangt das hochgiftige Schwermetall unkontrolliert in viel zu großen Mengen in unsere Umwelt und vergiftet schleichend unseren Lebensraum. Einmal aufgenommenes Quecksilber kann von unserem Körper nur äußerst schwer ausgeschieden werden, es reagiert im Körper zum hochgiftigen Dimethylquecksilber welches die Zellen zerstört. Bereits 150-300 mg Quecksilber sind tödlich.
2. Beide Lampen vertragen es nicht, wenn sie zu oft ein- und ausgeschaltet werden. Bei vielen, kurzen Einschaltphasen ist die Lebensdauer extrem kurz, deutlich kürzer als die einer Glühbirne.
3. Eine Energiesparlampe braucht bis zu einer Minute (!) bis die Maximalhelligkeit und damit der höchstmögliche Wirkungsgrad erreicht wird. Bei einer kurzen Brenndauer von nur einigen Sekunden ist der Wirkungsgrad einer Energiesparlampe kaum besser als der einer Glühlampe.

Folglich kann man eins festhalten: Wird eine Lampe beispielsweise in der Vorratskammer, in der Diele oder im Treppenhaus betrieben, mit nur kurzen Brennphasen, eignet sich die Glühbirne sehr gut. Auf Grund der kurzen Brenndauer pro Jahr fällt sie in der Energiebilanz kaum auf. Eine LED-Lampe wäre hier schlicht zu teuer.

(*) An dieser Stelle eine interessante Hintergrundinformation zum Thema Wirkungsgrad der Leuchtstoffröhren: Die reine Betrachtung der Röhre liefert ein »geschöntes« Ergebnis. Tatsächlich muß eine Leuchtstoffröhre stets mit einem Vorschaltgerät betrieben werden. Hier gibt es verschiedene Ausführungen: Das KVG (Konventionelles Vorschaltgerät, sehr weit verbreitet; η=85%), das VVG (Verlustarmes Vorschaltgerät η=90%) und das EVG (Elektronisches Vorschaltgerät; η=97%). Außerdem läßt sich der Wirkungsgrad einer Leuchtstoffröhre schon aus rein physikalischen Gründen nicht weiter steigern. Denn im Innern wird im wesentlichen energiereiches UV-Licht mit einzelnen Spektrallinien bei 185, 254, 297, 313, 334 und 365 nm erzeugt. Dieses wird in der auf der Innenseite des Glaskolbens aufgebrachten Leuchtschicht zum wesentlich energieärmeren sichtbaren Licht um 550 nm »verbrannt«, d.h. rund die Hälfte der Energie geht schon mal als infrarote Strahlung verloren. Außerdem wird ein nicht unerheblicher Teil der hineingesteckten Energie in reine Wärme umgewandelt. Eine Leuchtstoffröhre, die mit einem KVG betrieben wird, bringt es also gerade mal auf einen Wirkungsgrad von rund 15% oder 53,6 lm/W und liegt damit nur geringfügig über dem einer ESL.

Konstruktion der Leuchten:

Bisher haben wir nur über die Lampen gesprochen. Noch viel schlimmere Fehler kann man mit der Konstruktion der Leuchten machen. Der schlimmste, häufig anzutreffende Fall: Die klassische ´Wohnzimmer-Stehlampe´ - zwei 60-W-Glühbirnen verheizen 97% der hineingesteckten elektrischen Leistung in Form von Infrarotstrahlung und Wärme. Die mageren 3%, die in Form von sichtbaren Licht übrig bleiben, werden durch einen braun-beigen Lampenschirm zu rund 90% verschluckt. Gesamtwirkungsgrad Lampe / Leuchte: Magere 0,3% - Schummerlicht mit 120 W Leistungsaufwand, man kann diese Konstruktion also getrost als Elektroheizung mit minimaler Lichtemission ansehen! Kaum zu glauben, eine LED mit 2 W Leistungsaufnahme in einer dekorativen, energieeffizienten Leuchte wäre sogar noch um einiges heller!

Für den Büro- und Wohnbereich gibt es dekorative und vor allem hocheffiziente Einbauleuchten, die in der Raumdecke aber auch an den Wänden angebracht werden. Die meist äußerst geschickten Konstruktionen lassen praktisch alles Licht nach außen dringen und vermeiden trotzdem eine Blendung.

Fazit:

Im Keller oder in der Vorratskammer genügt eine nackte Glühbirne. Energiesparlampen sind hier wegen der kurzen Brenndauer völlig ungeeignet und wegen des Quecksilbergehalts bedenklich. In der Wohnung nur solche Leuchten mit Energiesparlampen bestücken, die am Tag nur wenig ein- und ausgeschaltet werden und gleichzeitig eine lange Brenndauer haben. LED-Lampen sind im Moment noch zu teuer und haben auch nur geringfügig höhere Wirkungsgrade. Dafür sind sie frei von giftigen Stoffen.

Mein Tip:

Vorhandene Energiesparlampen bis zum Lebensende aufbrauchen. Mit dem Neukauf möglichst noch etwas abwarten, die Preise für die LED-Lampen werden stark fallen, außerdem wird sich ihr Wirkungsgrad in absehbarer Zeit auf rund 60% vervierfachen. Schlechte Leuchten, die einen Großteil des Lichts abschirmen, entsorgen und durch moderne Leuchten ersetzen. Beim Kauf darauf achten, daß das Licht die Leuchte ungehindert verlassen kann. Die Leuchte muß zur Lampe passen. Bei konsequentem Einsatz guter Beleuchtungstechnik in einer mittelgroßen Wohnung von 80 m² ist eine jährliche Einsparung von 160 kWh realistisch. Vorausgesetzt, es wurde vorher täglich durchschnittlich 3 Stunden lang insgesamt mit 300 W Glühlampen- und Halogenlicht beleuchtet.

Ein ganz anderes Thema ist die öffentliche Beleuchtung. Hier haben wir weder Einfluß auf die Wahl der Lampe noch auf die der Leuchte. In den letzten Jahren haben sich im innerstädtischen Bereich immer mehr die völlig unsinnigen Kugelleuchten durchgesetzt, die genau 50% der abgegebenen Lichtmenge sinnlos in den Himmel strahlen und nochmals rund 25% im Lampenfuß versickern lassen. Das ist nicht nur eine bodenlose Energieverschwendung, sondern zerstört als »Lichtverschmutzung« schleichend unseren eigenen Lebensraum. Außerdem haben diese Leuchten eine äußerst unangenehme Blendwirkung und sind - in Straßennähe betrieben - deswegen sogar verkehrsgefährdend! So richtig gaga ist dann die häufig zu beobachtende Praxis, einen Teil der Lampe mit dunklen Klebestreifen abzudecken, damit das Licht nicht in nahegelegene Schlafzimmer fällt. Mit einer geeigneten Leuchtenkonstruktion könnte der Energiebedarf bei gleicher Helligkeit auf 25% gesenkt werden. Bei der Beleuchtung von Straßen und Wegen ist sogar noch viel mehr drin, denn Büsche, Rasenflächen und Häuserwände hinter der Leuchte müssen ja nicht unbedingt beleuchtet werden. So sind am Ende 90% Einsparung nicht unrealistisch. Leider fehlt hier der politische Wille - in der Regel dienen Entscheidungen nur dem Profit mit der Energieverschwendung.

(**) Das »photometrische Strahlungsäquivalent« gilt für weißes Licht mit einer Beschränkung des Spektrums auf sichtbare Wellenlängen zwischen 780 nm (tiefrot) und 380 nm (violett). Für monochromatisches Licht mit der Wellenlänge 555 nm (hier sind unsere Augen am empfindlichsten) wären 683 lm/W der höchste theoretische Leuchtwirkungsgrad. Ausführliches dazu im Artikel »Lichtausbeute« im Wikipedia.

Nachtrag Januar 2014:
Straßenlaternen, die mit LED bestückt sind, scheinen ganz allmählich eingeführt zu werden. Man sieht sofort den Unterschied - mit LED läßt sich das Licht viel leichter dorthin lenken wo es gebraucht wird. Die Blendwirkung ist angenehm gering, die eher kaltweiße Lichtfarbe ist meist von Vorteil, streut allerdings bei dichtem Nebel oder sehr heftigem Schneefall wesentlich stärker. Der Wirkungsgrad der dort verbauten LED-Module ist mit derzeit 37% recht ordentlich und damit etwa doppelt so hoch wie der einer herkömmlichen Leuchtstoffröhre. Zusammen mit dem engeren Abstrahlwinkel ergibt sich bei gleicher Beleuchtungsstärke sogar eine Energieeinsparung von rund 75% gegenüber einer Straßenlaterne mit Leuchtstoffröhren. Die Wartungskosten verringern sich nebenbei beträchtlich. Insgesamt sehe ich hier eine sehr positive Entwicklung in die richtige Richtung.

LED-Leuchten werden in verschiedenen Arbeitsbereichen eingesetzt. Insbesondere an Arbeitsplätzen, an denen eine besonders gute Sicht notwendig ist. Hierzu zählen unter anderem Werkstätten, Produktionsbereiche oder auch Labore. Eine gleichbleibende Beleuchtung ist in diesen Bereichen außerordentlich wichtig und mit LED kann man diese erzielen. Auch für den direkten Einsatz an Maschinen werden LED-Leuchten gerne verwendet. Eine solche spezielle Maschinenleuchte, wie sie worktime LED anbietet, ist optimal für anspruchsvolle Umgebungen geeignet. Die LED-Leuchte spart Platz und kann direkt an oder in einer Maschine installiert werden.