ARBEITSPLAN

Ausgangslage
Viele Schulräume und Büros sind mit Beleuchtungen ausgerüstet, die manuell ein- und ausgeschaltet werden müssen. Gerade bei den häufig vorkommenden Deckenleuchten mit Spiegelraster realisiert man bei stetig steigendem Tageslicht nicht mehr, dass diese eingeschaltet sind. Dies führt häufig dazu, dass die Beleuchtung am Morgen eingeschaltet und bis am Abend nicht mehr ausgeschaltet wird.

In diesen Fällen würde die Nachrüstung mit einer Bedarfssteuerung erhebliche Energieeinsparungen bewirken. Diese Steuerungen sind in der Regel mit einem Präsenzmelder und einem Tageslichtsensor ausgerüstet. Die Steuerung schaltet dann die Beleuchtung automatisch aus, wenn niemand mehr im Raum anwesend oder genügend Tageslicht im Raum vorhanden ist. Um einen möglichst grossen Energiespareffekt zu erzielen, muss die Steuerung so konzipiert sein, dass sie, einmal ausgeschaltet, wieder von Hand eingeschaltet werden muss.

Leider erfordert die Nachrüstung von Beleuchtungen mit einer solchen Bedarfssteuerung oft zusätzliche Elektroinstallationen, die zum Teil technisch nur aufwendig zu lösen und entsprechend teuer sind (z.B. zusätzliche Steuerleitungen vom Handschalter zum Präsenzmelder).

Neue Produkte, wie z.B. Piezoelektrisch getriebene Funkschalter und Photovoltaisch gespeiste Präsenzmelder können ohne Batterien oder separate Speisung betrieben werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Konzepten für Bedarfssteuerungen, die mit wesentlich einfacheren Installationen auskommen (Keine Installation von Steuerleitungen, Präsenzmelder und Schaltelement können örtlich unabhängig voneinander installiert werden). Somit könnten auch Nachrüstungen mit vernünftigem finanziellem und technischen Aufwand realisiert werden.

Gelingt es, die Kosten entsprechend tief zu halten, könnten Beleuchtungen oft innerhalb eines ordentlichen Betriebsbudgets mit einer Bedarfsteuerung nachgerüstet werden. Die Finanzierung solcher Massnahmen würde dadurch wesentlich einfacher.

Da bis 2050 bereits 90% der Bausubstanz gebaut ist, sehen wir ein grosses Potential für solche Systeme, die eine einfache Nachrüstung vom Beleuchtungen mit einer Bedarfssteuerung erlauben.


Zielsetzungen und erwartete Ereignisse

  • Erstellen eines Katalogs der gängigsten Beleuchtungsinstallationen und deren Konzepte für eine Nachrüstung mit einer Bedarfssteuerung.
  • Entwicklung und Konzeption von Bedarfssteuerungen für die kostengünstige Nachrüstung von bestehenden Beleuchtungen und Nachweis deren Wirtschaftlichkeit. (Ziel: Rückzahlfristen unter 4 Jahren). Abschätzen eines Kostenreduktionspotentials bei den eingesetzten Komponenten, wenn grössere Stückzahlen produziert würden.
  • Funktionstests neuer fremdspeisungsfreier Präsenzmelder
  • Realisation und Dokumentation von Nachrüstungen als P+D Anlagen.
  • Evaluation der Benutzerzufriedenheit und der Funktionszuverlässigkeit anhand der Nachgerüsteten Anlagen.
  • Erstellen eines Leitfadens für die Nachrüstung von Beleuchtungen mit Bedarfssteuerungen (Identifikation der bestehenden Installation, geeignete Konzepte. Hilfsmittel für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit.)
  • Präsentation der Steuerungskonzepte, Dokumentationen und aktuell erhältlicher Produkte im Internet.
  • Aufzeigen weiterer energetisch sinnvoller Einsatzgebiete der neuen Komponenten.


2.2 Gewählter Lösungsweg

Analyse von Beleuchtungsinstallationen
In 10 typischen Büros oder Schulungsräumen wird die bestehende Beleuchtungsinstallation analysiert. Anhand dieser Beispiele wird geprüft wie die neuen Funkkomponenten für die Umrüstung auf Bedarfssteuerung eingesetzt werden können. Die Installation sollte ein Alter von 10 bis 20 Jahren haben, da dort ein grosses Sanierungspotential zu erwarten ist.

Diese Installationen werden als exemplarische Beispiele mit Installationsplänen und Fotos dokumentiert.

Anhand der exemplarischen Beispiele soll mit einem dem Budget angemessenen Aufwand gezeigt werden, wie typische Installationssituationen aussehen und was dies für die Umrüstung auf Bedarfssteuerung bedeutet.

Aus der Analyse werden zusammen mit dem Industriepartner allenfalls neu oder weiter zu entwickelnde Produkte definiert.


Erstellen eines Katalogs gängiger Beleuchtungsinstallationen
Aufgrund der 10 analysierten Räume und ergänzenden Informationen von Elektroplanern und Gebäudebetreibern wird ein Katalog erstellt in dem häufig vorkommende Installationsarten beschrieben werden. Für diese werden dann allgemeine Hinweise erarbeitet, wie die Installationen mit den neuen Komponenten durchgeführt werden können. Diese Informationen werden in einem Katalog zusammengefasst.

Durch die Ergänzenden Informationen soll die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass man für die Erarbeitung des Katalogs häufig vorkommende Installationen Beschrieben hat.

Mit dem Katalog soll eine Typisierung der Installationen vorgenommen werden, die es erlaubt einfach zu überprüfen ob und wie die neuen Komponenten eingesetzt werden können.


Funktionstests fremdspeisungsfreier Präsenzmelder im Feld
Zentrale Komponente für die neuen Steuerungskonzepte ist ein fremdspeisungsfreier Präsenzmelder. Dieser Präsenzmelder wird zurzeit bei der Firma Hardmeier Electronics entwickelt. Bevor diese Präsenzmelder in den P+D Anlagen eingesetzt werden, wird ihr Funktionieren unter realen Bedingungen getestet und überprüft. Hierzu wird an der Universität Zürich Irchel ein bereits mit Präsenzmeldern ausgerüsteter Raum mit dem neuen Präsenzmelder und den Funkkomponenten nachgerüstet. Der bestehende Präsenzmelder wird von der Steuerung abgehängt. Der über das ZLS erfasste Betriebszustand des Prasenzmelders wird dann zur Überprüfung der Funktionsweise der neuen Steuerung verwendet.

Durch die Nutzung der bestehenden ZLS Infrastruktur besteht die Möglichkeit mit wenig Aufwand das korrekte Funktionieren der neuen Komponenten zu überprüfen und durch Messungen zu belegen. Allfällige Verbesserungen und Anpassungen an diesen Komponenten können so noch vor der eigentlichen Realisation der P+D Anlagen durchgeführt und getestet werden.


Realisation von Nachrüstungen.
Nachrüsten von mindestens 2 Beleuchtungsanlagen mit einer Bedarfssteuerung. Dokumentation des Umbaus. Kosten und Wirtschaftlichkeitsrechnung der umgebauten Anlagen. Testbetrieb während ca. eines halben Jahres mit Benutzerumfrage.

Durch Ausrüstung von 2 Beleuchtungsanlagen und die Benutzerumfrage soll überprüft werden, ob sich der Einsatz der neuen Komponenten bewährt und die Benutzer bezüglich Funktion und Bedienungskomfort zufrieden stellt.


Definition der Randbedingungen für einen wirtschaftlichen Betrieb.
Anhand der gemachten Erfahrungen werden Randbedingungen definiert unter denen die neuen Komponenten wirtschaftlich eingesetzt werden können. Dabei werden folgende Gesichtpunkte Berücksichtigt

  • Bestehende Installation
  • Betriebszeiten der Beleuchtung
  • Kosten für Komponenten und Umrüstung
  • Zu erwartende Kostenentwicklung der Komponenten

Anhand der obengenannten Arbeiten soll gezeigt werden, wo diese neuen Komponenten hauptsächlich eingesetzt werden können.


Erstellen eines Leitfadens
Als Konzentrat wird ein Leitfaden erstellt, der Planer und Gebäudebetreiber helfen soll, zu erkennen, wo diese neuen Beleuchtungssteuerungen eingesetzt werden können. Der Leitfaden umfasst folgende Informationen:

  • Durchzuführende Abklärungen
  • Auswahl des Sanierungskonzepts
  • Tool für Kosten und Wirtschaftlichkeitsrechnung (Excel Worksheet)
  • Liste mit den zur Zeit der Erstellung des Leitfadens verfügbaren Komponenten


Präsentation der Arbeit im Internet
Der Leitfaden und die Forschungsarbeit werden im Internet (z.B. auf Energienetz.ch) einem breiten Publikum zugänglich gemacht. Wichtige Ergebnisse der Arbeit werden zusammengefasst als HTML Seite präsentiert. Ebenfalls wird eine Linkliste mit den zurzeit erhältlichen Komponenten erstell.

Bericht Wirtschaftlichkeitstool und Leitfaden werden zum Download zur Verfügung gestellt.

Es besteht die Möglichkeit die Informationen auch in andere Webauftritte einzubinden.


Aktueller Stand der Entwicklung der einzusetzenden Komponenten
Kernkomponente der zu entwickelnden Sanierungskonzepte ist ein Präsenzmelder mit Tageslichtsensor, der ohne fremde Speisung oder Batterie funktioniert.

Die Firma Hardmeier Electronics ist zurzeit an der Entwicklung eines solchen Präsenzmelders, auf der Basis eines bestehenden Präsenzmelders. Dieser wird über eine Indoor-Photozelle gespeist und setzt bei Bedarf ein geeignetes Funksignal ab. Ein Prototyp existiert bereits, jedoch müssen Speisung und Stromverbrauch noch optimiert werden.

Piezoelektrisch betriebene Funkschalter und entsprechend Aktoren (Funkgesteuerte Relais) sind bereits auf dem Markt erhältlich. (z.B. Easyclick von Flextron oder Ratio Funkbussystem von Omnio)
Alle erwähnten Komponenten basieren auf der EnOcean Technologie für die Gebäudetechnik und Anwendungen in der Industrie.