Optimierung der Beleuchtung

Analyse und energetische Optimierung der Beleuchtungssituation eines Einzelhandelsgeschäftes.

Ausgangssituation:
In dem im Januar 2014 übernommenen Angelgeschäft, möchte der Neueigner die Beleuchtungssituation energieeffizient optimieren. Durch die stetig steigenden Energiekosten, ist hier dringender Handlungsbedarf gegeben.  Die derzeitige Beleuchtung erfolgt fast ausschließlich durch Leuchtstoffröhren.

Angedachte Maßnahmen: 
•    Optimierung einzelner Anlagenbauteile (Leuchten, Lampen, Vorschaltgeräte) 
•    Optimierung der Betriebsweise (Lichtstrom, Nutzungszeiten, flexible Regelung bedarfs- und helligkeitsorientiert)

---

---

Einleitung:

Künstliches Licht ist heute für rund 19% (Quelle: Osram) des weltweiten Elektrizitätsverbrauchs verantwortlich. Durch Optimierung der Beleuchtungssituation kann somit ein beachtlicher Teil der CO2-Emission vermieden werden. 

Die Modernisierung einer alten Beleuchtungsanlage ermöglicht in der Regel eine Reduzierung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten um mindestens 30 %. Durch den Einsatz von intelligenten Beleuchtungsmanagementsystemen mit Anwesenheitssensorik und tageslichtabhängiger Dimmung können unter Umständen weitere Einsparungen erzielt werden.

Im Nonfood-Bereich ist die Beleuchtung mit 53% der größte Energieverbraucher gefolgt von der Klimatisierung mit 22% und der Heizung mit 14% des durchschnittlichen Gesamtenergieverbrauchs (Quelle: 6.Studie 2013 EHI Retail Institut Köln). 


Studie Energieeffizienz im Mittelstand / Münster 25.05.2014
DER MITTELSTANDSVERBUND – ZGV e.V.–  Branchenvergleich Einzelhandel
 

	Apotheken	Elektronik- einzelhandel	Lebensmittel- einzelhandel	Möbel- einzelhandel	Sportartikel- und Modeeinzelhandel
durchschnittl. spezifischer Energieverbrauch (kWh/m2)*	262,73	277,07	360,37	111,56	199,4
durchschnittl. spezifisches Einsparpotenzial (kWh/m2)*	56,81	72,72	53,73	13,23	57,59
durchschnittl. spezifische Energiekosten (€/m2)*	37,81	35,06	49,92	11,57	26
durchschnittl. spezifisches Einsparpotenzial (€/m2)*	9,78	9,72	7,73	2,31	9,39
durchschnittl. spezifischer EEG-Aufschlag 2013(€/m2)*	2,24	2,06	4,54	0,94	1,8

*Angaben jeweils pro Jahr

Licht als wichtiges Instrument zur Orientierung, Akzentuierung und Inszenierung hat im Einzelhandel eine besonderer Bedeutung und ist zugleich ein enormer Kostenfaktor geworden. Neben der Energieeffizienz muss auch die Lichtqualität berücksichtigt werden. 

Die Nutzung von Tageslicht, insofern möglich und die Umstellung auf energieeffiziente Beleuchtungssysteme birgt große Einsparpotenziale. 

Glühbirnen sind mittlerweile in der EU verboten. Die Energiesparlampen muss als Übergangslösung betrachtet werden. Ab 2016 werden Halogenlampen mit mehr als zehn Watt ebenfalls verboten. Damit hat die LED (Licht-emittierende Diode) beste Chancen, das Leuchtmittel der Zukunft zu werden. 

LED-Retrofit-Lampen, die in herkömmliche Glühbirnenfassungen passen, werden Experten zufolge ab 2015 erstmals einen höheren Marktanteil als klassische Energiesparlampen erreichen. Bis zum Jahr 2020 wird ein LED-Anteil in der Beleuchtung von 88 bis 90 Prozent prognostiziert. 

LED bieten zahlreiche Vorteile: Sie sind die umweltfreundlichsten Lichtquellen, da sie keine schädlichen Stoffe beinhalten, weniger Energie verbrauchen, und mit einer Laufzeit von bis zu 50.000 Stunden eine höhere Lebensdauer als herkömmliche Lichtquellen besitzen. Sofort nach dem Einschalten strahlen sie in voller Helligkeit ohne merkliche Einschaltverzögerung und sind somit auch gut kombinierbar mit Bewegungsmelder.

Der Einsatz der LED Lichttechnologie bietet neben der hohen Energieeffizienz, eine großen Lebensdauer und einem dadurch einhergehenden reduzierten Wartungsaufwand. 
 
Durch den Verbrauch fossiler Energieträger und der damit verbundenen CO2 - Emissionen verändern wir unser Klima nachhaltig. Ebenso sind die Vorräte einiger fossiler Energieträger (Öl, Gas) nur noch sehr begrenzt vorhanden. Nutzenergie wie zum Beispiel Strom, werden heute noch zu einem großen Teil aus diesen Primärenergien erzeugt. Selbst bei einer Umstellung auf alternative Stromerzeugung (Ökostrom) sind in den letzten Jahren erhebliche Preissteigerungen durch gestiegene Steuern und Abgaben zu verzeichnen. Durch die Tatsache des Zertifikatshandels von Ökostrom kann der Konsument nicht abschließend sicher sein -wirklich und ausschließlich- Öko-Strom zu bekommen.



Aus diesen Gründen muss es erklärtes Ziel sein:

•    mit Energie rationell umzugehen und die Energieverbräuche sukzessive zu reduzieren,

•    einen aktiven Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz zu leisten,

•    die Energiekosten zu senken und damit die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zu sichern.

Rentabilität können Unternehmen im heutigen Konkurrenz und Niedrigmargen geprägten Markt- und Branchenumfeld nur durch Optimierung ihrer Prozesse – auch der energetischen- erreichen. Nur wer kostenorientiert arbeitet und seine Prozesse energetisch optimiert betreibt, sowie bei Einsatz von Materialien und Serviceleistungen  kostenorientiert handelt kann langfristig erfolgreich wachsen und am Markt bestehen.


Aufgabenstellung:

Der jährliche Stromverbrauch von 16.494 kWh muss reduziert werden. 

Die vorhandene Beleuchtungsanlage besteht im wesentlichen aus 18 (Anzahl) x T 8 Leuchtstoffröhren 150 cm / 58 Watt incl. VVG und 68 (Anzahl) x T8 Leuchtstoffröhren 120 cm / 36 Watt incl. VVG. Ein  Strahler mit 4 x GU10 / 35 Watt befindet sich in der Toilette. 

Durch eine Tarifoptimierung wird der Strombedarf von Graustrom auf Ökostrom umgestellt


Beleuchtungsanlage:

Bei der Bestandsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung wurde jeder Raum genau betrachtet. So wurden im Lager und in der Küche mehrere Halogen Flutlicht Baustrahler bemerkt.

Die 500 Watt Baustrahler wurden zur Deckenausleuchtung nach Feierabend verwendet. Da sie ausschließlich zur stimmungsvollen Ausleuchtung genutzt wurden hatten die Baustrahler keinerlei geschäftlichen Nutzen. 

Nach einer kurzen Erläuterung, dass bei einer täglichen Nutzung von ca. 2 Stunden an 312 Tagen im Jahr und 0,21 Euro Energiekosten je kWh je Baustrahler Kosten von 65,52 Euro entstehen, wurden diese Geräte ausgemustert.  

Die vorhandene Beleuchtungsanlage besteht im wesentlichen aus 18 (Anzahl) x T 8 Leuchtstoffröhren 150 cm / 58 Watt incl. VVG und 68 (Anzahl) x T8 Leuchtstoffröhren 120 cm / 36 Watt incl. VVG, sowie ein  Strahler mit 4 x GU10 / 35 Watt. 


Betriebsart und Rahmendaten

•    Betriebsart:

Die Beleuchtungseinheiten werden an 6 Tagen die Woche über das gesamte Jahr betrieben. Die Ladenöffnungszeiten sind montags bis freitags von 09:00 - 18:30 Uhr und samstags von 08:30 - 14:00 Uhr. Ungefähr eine Stunde vor Öffnung treffen die Mitarbeiter ein und bestücken die Regalflächen. Am Samstag findet in der Regel nur ein Abverkauf statt. Die Regalauffüllung wird unter der Woche betrieben. Die Mitarbeiter treffen samstags um ca. 08:00 Uhr im Ladengeschäft ein. Die gesamte Beleuchtung wird durch den zuerst  eintreffenden Mitarbeiter aktiviert.  Unter der Woche wird die Beleuchtung ab ca. 19:00 Uhr durch den Eigentümer ausgeschaltet.  Am Samstag verlässt der Eigentümer um ca. 15:00 Uhr als letztes den Laden. Mit Verlassen des Geschäftes wird die Beleuchtung ausgeschaltet. 

Montag-Freitag 08:00- 19:00 Uhr = 11 Stunden / Tag = 55 Stunden
Samstag 08:00-15:00 Uhr = 7 Stunden / Tag
62 Stunden / Woche * 52 Wochen = 3.224 Betriebsstunden / Jahr

Die kleinen Fensterflächen mit satiniertem Glas in ungefähr 2,50 m Raumhöhe lassen nicht ausreichend Licht in das Geschäft. Änderungen sind hier nicht möglich, da die Verkaufsfläche nicht Eigentum des Unternehmers ist.  Eine geringere Beleuchtung ist ohne Umsatzeinbußen nicht möglich, so der Eigentümer.  In den Wintermonaten November bis Januar/Februar wurde die Beleuchtung zur Kostenreduzierung im hinteren Teil des Geschäftes testweise ausgeschaltet. Im hinteren Teil des Geschäftes befindet sich eine künstliche Grünfläche mit einer Zeltausstellung. Zusätzlich werden hier weitere Campingartikel wie Liegen, Tische, Stühle und Bekleidung präsentiert. Ohne Beleuchtung meiden Kunden die hintere Ladenfläche. Eine Verringerung der Beleuchtung  ist somit ohne Umsatzeinbußen nicht möglich. 

•    Rahmendaten:

Um eine genaue Analyse durchzuführen, müssen zuerst die verwendeten Lampentypen und deren Anzahl erfasst werden.

Wie in der Grafik dargestellt werden hier neben dem VVG als Vorschaltgerät auch die Verbräuche eines EVG gegenübergestellt. Hier wäre in den letzten Jahren schon einiges Einsparpotential möglich gewesen. Im Vergleich eine aktuelle LED Röhre.


Wartung:

Alle Beleuchtungseinheiten sollten einmal im Jahr in Augenschein genommen und gesäubert bzw. entstaubt werden. 

Verschmutzte Leuchten geben weniger Licht ab, verbrauchen aber weiterhin die gleiche Menge an Energie. Defekte Leuchten müssen ausgetauscht werden. Ebenso sollten Leuchten deren Lichtstrom sich -bedingt durch den Alterungsprozess- verringert hat, ausgewechselt werden. 

Gute Lichtqualität schützt gegen Arbeitsunfälle. Sie schafft eine Atmosphäre und ein Raumklima des Wohlbefindens in der man sich gerne aufhält, das gilt insbesondere für die Verkaufsflächen. 

Bei der Inszenierung der Warenwelten soll die Shop-Beleuchtung bei den Kunden Emotionen und Bedürfnisse wecken sowie das Kaufverhalten am Point-of-Sale beeinflussen.

Alle Anlagenteile sollen regelmäßig einmal jährlich gewartet werden bzw. in Augenschein genommen und gereinigt werden. Die Pflege wird von einer betriebsinternen Person durchgeführt. 

Die Brenndauer von Leuchtstoffröhren liegt bei der Verwendung eines konventionellen Vorschaltgerätes (Drossel und Starter) bei einer mittleren Lebensdauer von 15.000 Betriebsstunden. Bezogen auf unsere 3.224 jährlichen Betriebsstunden kann man hier von einer Nutzungsdauer von ca. 4,5 Jahren sprechen.

LED-Retrofit Lampen werden mit 30.000-50.000 Stunden Lebensdauer beworben. In der Regel wird eine Herstellergarantie auf ca. 4 Jahre gewährt. 

LEDs haben eine lange, aber keine unendliche Lebensdauer. Bezeichnend für die Halbleiter-Lichtquellen (LEDs) ist ihre lange Lebensdauer. Im Gegensatz zur herkömmlichen Glühbirne fällt eine LED in der Regel nicht plötzlich einfach aus, sondern sie verliert im Laufe ihrer Betriebszeit allmählich an Helligkeit. Je nach Güte der Leuchtdiode verläuft diese Helligkeitsabnahme (Degradation) mal schneller oder mal langsamer.

Grundsätzlich können sehr hochwertige LEDs eine Lebensdauer von über 100.000 Stunden erreichen, wenn sie vom Anwender ordnungsgemäß betrieben werden. Eine ordnungsgemäße Verwendung von LEDs bedeutet, dass die vom Hersteller angegebenen Werte beim Betriebsstrom und Temperatur eingehalten werden. Allerdings können auch äußere Umstände, wie Feuchtigkeit oder Wetterbedingungen bei Anbringung der LEDs im Freien die Lebenszeit einer LED beeinflussen.

Aktuell wird immer häufiger eine Licht-Degradation von L70 oder L80 angegeben. Das bedeutet, dass der Hersteller seine LED bereits am Ende ihres Lebens sieht, wenn der Lichtstrom 70% (L70) bzw. 80% (L80) der Anfangshelligkeit unterschreitet. Osram, Toshiba und Cree geben die Nutzlebensdauer der LED-Produkte bspw. in Stunden und mit einer Degradation von 30% (L70) an. Üblicherweise werden diese LED-Produkte auch weit über diesen theoretischen Punkt hinaus eingesetzt. Je nach persönlichem Empfinden oder Einsatzgebiet können nach dem L70-Lebensdauerende bis zur tatsächlichen Unbrauchbarkeit der LED oder des Leuchtmittels mehrere zehntausend Stunden Betriebszeit vergehen.

Beispiel: gibt ein Hersteller eine Lebensdauer von 60.000 Stunden bei einer Lichtdegradation von L80 an, bedeutet dies für den Endverbraucher nicht, dass seine LED nach 60.000 Stunden ausfällt und kaputt ist, sondern dass seine LED nach 60.000 Stunden Brenndauer „nur” noch 80% des ursprünglichen Lichtstroms abgibt, also ein Lumen-Verlust von 20% erzielt hat. (Quelle: leds.de)

Eine Kostenreduktion ist bei der Pflege der LED Beleuchtung gegenüber Leuchtstoffröhre kaum gegeben. Die Lebensdauer der LED Beleuchtung kann bis zu dreimal höher sein gegenüber der Leuchtstoffröhre. Da das bisherige Auswechseln während der Verkaufsoffenen Zeit durch das Personal vorgenommen wurde und somit keine zusätzlichen Kosten generiert wurden wird der Aufwand für Pflege und Ersatz der Leuchtmittel nicht einkalkuliert.    

Kosten- und Verbrauchsberechnung:

Entsprechend wurden die Stromkosten für die folgenden Leuchten berechnet:

Stromkosten T8 Leuchstoffröhre 120 cm / 36 Watt
Anzahl der Lampen im Betrieb: 68 Stück
Wattleistung der Leuchtstoffröhre incl. VVG: 52 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
68 Stück X 52 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 11.400 kWh
11.400 kWh x 0,215 € = 2.451,- Euro

Stromkosten für Retrofit LED Röhre 120 cm / 20 Watt
Anschaffungspreis ca. 30,- Euro incl. MwSt.
Anzahl der Lampen im Betrieb: 68 Stück
Wattleistung der LED Röhre: 20 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
68 Stück X 20 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 4.385 kWh
4.385 kWh x 0,215 € = 943,- Euro

Jährliche Ersparnis durch den Austausch:  1.508,- Euro
_________________________________________________________________

Stromkosten T8 Leuchstoffröhre 150 cm / 58 Watt
Anzahl der Lampen im Betrieb: 18 Stück
Wattleistung der Leuchtstoffröhre incl. VVG: 80 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
18 Stück X 80 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 4.643 kWh
4.643 kWh x 0,215 € = 998,- Euro

Stromkosten für Retrofit LED Röhre 150 cm / 24 Watt 
Anschaffungspreis ca. 30 Euro incl. MwSt.
Anzahl der Lampen im Betrieb: 68 Stück
Wattleistung der LED Röhre: 24 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
18 Stück X 24 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 1.393 kWh
1.393 kWh x 0,215 € = 299,- Euro

Jährliche Ersparnis durch den Austausch:  699,- Euro
_________________________________________________________________

Stromkosten GU 10 / 35 Watt
Anzahl der Lampen im Betrieb: 4 Stück
Wattleistung: 35 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
4 Stück X 35 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 451 kWh
451 kWh x 0,215 € = 97,- Euro

Stromkosten für Retrofit LED GU 10 / 4 Watt – 
Anschaffungspreis ca. 4-5,- Euro incl. MwSt.
Anzahl der Lampen im Betrieb: 4 Stück
Wattleistung: 4 Watt
Jährliche Betriebsstunden: 3.224 h
Preis je Kilowattstunde Netto in Euro: 0,215€
4 Stück X 4 Watt x 3.224 Betriebsstunden / 1000 = 52 kWh
52 kWh x 0,215 € = 11,- Euro

Jährliche Ersparnis durch den Austausch:  86,- Euro
 

---

Bei einerUmstellung aller Leuchten auf die aktuelle LED Technik können jährlich 10.664 kWh eingespart werden. Bei einem Stromnettopreis von 0,215 Euro beträgt die jährlich Einsparung 2.293,- Euro.

 

Stromkostenersparnis durch Wechsel auf LEDs:

T8 36 Watt ersetzt durch 20 Watt: 7.015 kWh * 0,215 €	= 1.508,22 €
T8 58 Watt ersetzt durch 24 Watt: 3.250 kWh * 0,215 €	=  698,75 €
GU 10 35 Watt ersetzt durch 4 Watt: 399 kWh * 0,215 €	= 85,75 €
Ersparnis:        10.664 kWh * 0,215 €	= 2.292,76 €/a

CO2 Einsparung:

Neben der Energiekosteneinsparung, hat die Umstellung auf LED-Beleuchtung auch einen ökologischen Vorteil.

Durch die Reduzierung des Stromverbrauches von ehemals 16.494 kWh auf 5.830 kWh werden knapp 6 kg CO2 jährlich eingespart. 
Im Jahr 2013 lag der CO2-Emissionsfaktor für den Strommix in Deutschland nach ersten Schätzungen bei 559 Gramm pro Kilowattstunde (Quelle Umweltbundesamt). Bei einem Stromverbrauch von 312 kWh wird die Natur mit 174,40 kg Co2 belastet. Als Grundlage der Berechnung dienen die Daten des Umweltbundesamtes über den deutschen Energiemix. Als Energiemix wird die Verwendung verschiedener Primärenergieformen zur gesamten Energieversorgung bezeichnet.


Bewegungsteuerung:

Von einer Bewegungssteuerung wurde abgesehen. Der unbeleuchtete Teil der Verkaufsfläche würde eine kleinere Ladenfläche suggerieren. Eine Verdunkelung der hinteren Ladenfläche ist vom Unternehmer nicht gewünscht.


Zusammenfassung und Empfehlung:

Eine schnelle Realisierung der Beleuchtungsoptimierung wird angestrebt und als Empfehlungen der Geschäftsleitung vorgelegt.

a)    Empfehlung

In der Beleuchtungsoptimierung liegt ein nicht zu unterschätzendes Potential, dies wird durch diese Projektarbeit bestätigt. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Kosten zu sparen, den Energieverbrauch zu reduzieren und damit auch den CO2 - Ausstoß zu senken.

Es wird ein Beitrag zur besseren Wettbewerbsfähigkeit geleistet.


Die nächsten Schritte:

Teststellung von verschiedenen Beleuchtungskörper mit unseren Lichtdesignern.


Vorteile der LED:

• Einfacher Austausch bestehender Leuchtmittel
• Stromkosten-Ersparnis bis zu 70% gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln
• Lange Lebensdauer, bis zu 50.000 Stunden (Umgebungstemperaturabhängig) 
• Keine UV- und IR-Strahlung
• Umweltfreundlich, da Quecksilber- und schadstofffrei (RoHS)
• bessere, angenehmere Lichtqualität als mit herkömmlichen Leuchtstoffröhren