Tiefbauamt | 31. Juli 2017

BELEUCHTUNGSSTEUERUNGEN FÜR EFFIZIENTE STRASSENBELEUCHTUNG

Christoph Schaub, Tiefbauamt Udo Kelling, Lichtplan GmbH

DIE NEUEN LED-LEUCHTEN SIND NICHT NUR EFFIZIENTER, SONDERN SIE LASSEN SICH AUCH EINFACHER EIN- UND AUSSCHALTEN UND ENTSPRECHEND DIMMEN. DADURCH BIETEN SICH NEUE MÖGLICHKEITEN AN, UM ENERGIE EINZUSPAREN UND DIE LICHTEMISSIONEN MIT DYNAMISCHER BELEUCHTUNGSSTEUERUNG ZU REDUZIEREN. IM FOLGENDEN BERICHT SOLLEN EINSATZ UND ERSTE ERFAHRUNGEN VON BELEUCHTUNGSSTEUERUNGEN IM KANTON BASEL-LANDSCHAFT AUFGEZEIGT WERDEN.

Möglichkeiten der Helligkeitsanpassung
Die Helligkeit der Beleuchtung ist unter anderem auch von der Verkehrsstärke abhängig. In den verkehrsarmen Nachtstunden kann das Helligkeitsniveau je nach Verkehr abgesenkt werden. Die Absenkung mit fixen Zeit-/Dimmprofilen ist dort sinnvoll, wo das Verkehrsaufkommen über das ganze Jahr ähnlich ist, man die Verkehrszahlen kennt und hohe Verkehrsspitzen auftreten (Pendlerverkehr). 

Bei heutigen LED-Leuchten ist es meistens ohne zusätzliche Massnahmen möglich, eine mehrstufige autarke Nachtabsenkung vorzunehmen. Das heisst es erfolgt kein zentrales Absenken mehr, sondern jede Leuchte ermittelt durch die Ein-/Ausschaltzeiten ihre «künstliche» Mitternacht und dimmt je nach programmiertem Dimmprofil. 

Dynamisch:
Wenn sich der Verkehrsfluss an verschiedenen Tage stark unterscheidet (z.B. an Wochenenden, Feiertagen, bei Konzerten, Sportveranstaltungen oder als Ausweichstrecke bei Stau auf der Autobahn) kann mit einer dynamischen Steuerung die Beleuchtung immer an den aktuellen Verkehrsfluss angepasst werden. Allerdings ist dann ein Mehraufwand an Material, IT-Wissen und Kosten erforderlich.
Die aktuelle Verkehrssituation wird mit Sensoren (Radar, Infrarot/PIR, Kamera) erfasst und die Beleuchtung darauf angepasst, das heisst es ist eine Art: «Licht nach Bedarf».

Wichtig ist, dass das Hoch- und vor allem Runterfahren der Helligkeit nicht abrupt, sondern über einen gewissen Zeitraum passiert, so dass die Helligkeitsänderungen für die Anwohner nicht störend wirken.

Radarsensor an Kandelaber montiert für Verkehrserfassung und Kommunikation unter den Leuchten  (Quelle: TBA)

Realisierte Anlagen in Basel-Landschaft

Hauptstrasse Maisprach
Die Beleuchtungssteuerung mit LED-Leuchten «Luma» ist seit November 2015 in Betrieb. Zur Erfassung des Zufahrtsverkehrs wurden zusätzlich an sieben Einmündungen an 8 bestehenden Beleuchtungsmasten Sensoren installiert.

Die Sensoren können zwischen Langsamverkehr (2-40 km/h) und Schnellverkehr (ab 40-200 km/h) unterscheiden, so dass bei Detektion die Beleuchtung auf ein wählbares Lichtniveau gesteuert werden kann. Auch die Helligkeit für die Basisbeleuchtung bei Nichtdetektion von Verkehrsteilnehmern ist wählbar. Zurzeit sind für Langsamverkehr 50 Prozent, für Schnellverkehr 100 Prozent und für Basisbeleuchtung 20 Prozent Licht eingestellt. Die Nachlaufzeit beträgt seit November 2016 eine Minute.

Durch den Wechsel auf LED-Leuchten konnten circa 2.7 kW oder 54 Prozent Leistung eingespart werden. Die Einsparung durch die Steuerung beträgt zusätzlich nochmals rund 0.7 kW/30 Prozent gegenüber LED-100 Prozent-Betrieb Im Herbst 2016 wurden noch Optimierungen vorgenommen, sodass zukünftig noch höhere Einsparungen möglich sind.

Hauptstrasse Langenbruck mit LED-Leuchten
Die Beleuchtung wird seit Herbst 2016 saniert und bis Mitte 2017 fertig sein. Die Leuchten besitzen eine zweistufige autarke Nachtabsenkung. Die gewünschten Absenkzeiten und Dimmniveaus wurden entsprechend den stündlichen Verkehrszahlen festgelegt und bei der Leuchtenbestellung angegeben, so dass der Leuchtenhersteller diese programmieren konnte.

Die Leistung der neuen LED-Beleuchtung ist höher als bei der alten Beleuchtung, weil die Beleuchtung der Fussgängerüberwege an die neuen Normen angepasst wurde und die Bereiche Post-, Kreuz- und Ochsenplatz gestalterisch/beleuchtungstechnisch aufgewertet wurden. Es werden rund 30 Prozent Einsparung durch autarke zweistufige Nachtabsenkung erwartet. Genaue Zahlen sind noch nicht verfügbar, da die Anlage noch nicht komplett fertiggestellt ist.

Basel-, Delsberg- und Grellingen Bahnhofstrasse mit Natriumdampf-Hochdruckleuchten
Die Beleuchtung wurde in den Jahren 2009 bis 2012 durch moderne und lichttechnisch hochwertige Iridium- und Sera- Leuchten (Natriumdampf-Hochdrucklampen HST 100 oder 150 W) erneuert. Die Leuchten werden nicht ersetzt, sondern bis Sommer 2017 umgebaut, sodass eine autarke zweistufige Nachtabsenkung möglich ist. Dazu wird ein Leuchtencontroller im Mast installiert.

Dieser wird mit den gewünschten Absenkzeiten und Dimmniveaus entsprechend den stündlichen Verkehrszahlen programmiert. Es kann von 20:00 bis 23:00 um eine Beleuchtungsklasse und von 23:00 bis 6:00 um zwei Klassen abgesenkt werden. Die Ausnahmen sind die Leuchten an den Fussgängerüberwegen, diese werden nicht abgesenkt.

Es werden rund 20 Prozent Energieeinsparung erwartet. Das ist weniger als mit LED-Leuchten, da Natriumdampf-Hochdrucklampen beim Dimmen weniger effizient arbeiten (für 50 Prozent Licht sind noch rund 70 Prozent Leistung erforderlich).

Fazit
Es zeigt sich, dass es das optimale System nicht gibt. Die Systeme haben alle Vor- und Nachteile und unterschiedliche Möglichkeiten. Deshalb ist es wichtig, die genauen Bedürfnisse zu ermitteln und die genauen Verkehrssituationen zu kennen. Nur so kann entschieden werden, welche Steuerungen die Anforderungen erfüllen. Die Anlage muss genau geplant, in der Anfangszeit kontrolliert und gegebenenfalls optimiert werden. Die Erfassung der Verkehrsteilnehmer muss zuverlässig funktionieren und die Beleuchtung muss so gesteuert werden, dass die Strasse für den Verkehrsteilnehmer «richtig» beleuchtet ist. Für die sichere Datenübertragung muss sie ausreichend verschlüsselt sein.

Die Energieeinsparung und Reduzierung der Lichtemissionen hängt neben der Wahl der Parameter (Helligkeitslevel ohne und mit Verkehr, Nachlaufzeit) vor allem von der nächtlichen Nutzung ab. Die verschiedenen realisierten Anlagen werden zeigen, welche Einsparungen möglich sind und ob die Versprechungen der Hersteller realistisch sind. Die Mehrkosten für die dynamischen Steuerungen werden vermutlich nur langfristig amortisiert werden können (>10 Jahre; im Vergleich zu LED-Leuchten mit autarker mehrstufiger Absenkung).

Argumente für dynamische Steuerungen sind die Energieeinsparung, Reduzierung der Lichtemissionen, jederzeit normgerechte Beleuchtung, der zentrale Zugriff und Störungsmeldungen und damit ein vereinfachter Unterhalt.

Es muss geprüft werden, ob Mehrkosten und Mehraufwand gerechtfertigt sind gegenüber einer autarken mehrstufigen Nachtabsenkung. Wenn kein Fernzugriff auf die Steuerung und keine dynamische Steuerung benötigt wird, kann mit der einfachen Lösung der autarken mehrstufigen Nachtabsenkung mit minimalen Mehrkosten und ohne zusätzlichen Installationsaufwand ebenfalls gute Energieeinsparungen erzielen (30 bis 40 Prozent).

Die erzielte Energieeinsparung hängt ab von den gewählten Helligkeitslevels, der Nachlaufzeit, den stündlichen Verkehrszahlen und der Art der Verkehrserfassung. Bei Erfassung des Verkehrsflusses mittels Kamera/Radar wird die Energieeinsparung geringer sein als bei Detektion, da nur bei extrem wenig Verkehr auf eine Basishelligkeit abgesenkt werden kann. Dafür erfolgt kein ständiges Hoch-/Runterdimmen, sodass die Änderungen für Anwohner kaum wahrnehmbar sind.