RJ45-Stecker als Leuchtenanschluss
LED-Beleuchtung per Netzwerk
Licht ist ein zentrales Thema, um das Betreiber von Gebäuden nicht herumkommen. Von den Lagerfeuern über Glühlampen bis zu Leuchtstoffröhren produziert Licht seit jeher aber auch eine große Menge an Wärme. Vor allem die steigenden Energiepreise und die daraus folgende Energieeffizienzdiskussion ließen neue Lichtkonzepte entstehen. Heute spielen bei einem Neubau stets auch LEDs und die damit verbundenen Einsparungen eine Rolle.
Die LED-Technik bietet heute vielfältige Optionen. Bereits verfügbare Systeme punkten beim Flächen-Management, bei der Wartung und beim zusätzlichen Energieeinsparen. Dies beizieht sich unter anderem auf die Planung von Büroumgebungen, die ergonomische und ökologische Gesichtspunkte einbezieht. Ohne ein sogenanntes "Minergie-Label" existiert heute praktisch keine Planung für neue Gebäude.
Die Anforderung an die Minergie-Beleuchtung ist erfüllt, wenn der Elektrizitätsbedarf höchsten 25 Prozent über dem Zielwert liegt. Für die Planung eines Gebäudes heißt dies, dass Leuchtmittel der EU-Effizienzklasse A eingesetzt werden sollen, außerdem elektronische und verlustarme Vorschaltgeräte, optimale Leuchtenreflektoren mit hohem Anteil an direktem Licht, eine Tageslichtsteuerung in Räumen mit Tageslicht sowie Präsenzmelder in Räumen ohne Tageslicht.
Dies heißt für die Leuchteninstallation, dass neben einem 230V-Netz zumindest Tageslichtsensoren mit den Leuchten gekoppelt sein müssen. In den letzten Jahren wurde vielen Planern und Verantwortlichen wieder bewusst, dass Tageslicht eine natürliche kostenlose Quelle von Licht ist, die richtig eingesetzt, Energie spart und die Gesundheit der Menschen fördert.
Bei der Beleuchtung dominieren heute zwei Bussysteme, die es erlauben, Leuchtengruppen zu steuern und auf Ereignisse zu reagieren: Dali und KNX. Dali kommt im Umfeld der Leuchten und der Lichteffekte zum Einsatz und kann über ein Gateway mit KNX und einem Management-System kooperieren.
Bild 1 auf dieser Seite zeigt eine klassische Beleuchtungsinstallation, wenn der Betreiber etwas mehr als nur den Minergie-Standard erfüllen will. Neben der 230V-Verkabelung benötigt er einen Dali-Bus und zusätzlich einen Anschluss an die verschiedenen Sensoren. Bei einem weiteren Schritt gilt es dann, auch die Energieeinsparung in puncto Licht zu dokumentieren und zu überwachen, damit diese nicht nur als theoretischer Wert im Raume steht. Dies erfordert zusätzlich Messwandler für das Licht und andere Gewerke, die ebenfalls ins Management-System integriert sein müssen.
Jedes dieser Systeme ist standardisiert, einfach installierbar und adressierbar. Die Komplexität und Abhängigkeiten der Systeme untereinander lassen aber die Frage aufkommen: Gibt es keine einfachere Lösung? In einem ersten Schritt kann der Betreiber das bestehende System auf LED-Leuchtmittel umrüsten, allerdings dann nur mit beschränkter Effizienz und ohne Mehrwert. Für die LED-Technik spricht jedoch auch schon dann die Lichtausbeute, denn der Quotient lm/W ist gestiegen. Die Kosten pro Lumen sind gesunken, und die Lichtfarbe ist auf Anwendungszweck einstellbar. Auf diese Weise können die Hersteller heute LED-Leuchten entwickeln und bauen, die noch vor wenigen Jahren als unmöglich galten. Ein zweiter wichtiger Effekt der LED ist die zusätzliche Leistungseinsparung beim Dimmen des Lichts. Bild 2 zeigt, dass mit einer LED 30 Prozent Energie gegenüber einer im gleichen Maße gedimmten Leuchtstoffleuchte eingespart werden kann, ohne dass die Lichtausbeute sich ändert. Mit einer gedimmten LED erhöht man zudem deren Lebensdauer erheblich.
Neben den Leuchten und den HLK-Systemen (Heizung, Lüftung, Klimatisierung) benötigt ein Gebäude weitere Systeme wie zum Beispiel für den Brandschutz, für die Sicherheit, WLAN und andere Wireless-Anbindungen. Die Komplexität steigt dadurch immer weiter, und der Betreiber weiß nicht immer, was die Zukunft bringt und wie sein Gebäude dann aussehen wird oder wie stark es ausgelastet ist. Für die verschiedenen Benutzergruppen sind dabei die folgenden Punkte von Bedeutung: die effiziente Nutzung und Auslastung des Gebäudes, eine Kostenersparnis durch ein effizientes Lichtsteuerungssystem und eine angeschlossene HLK-Anlage sowie die Sicherheit und das Monitoring innerhalb des Gebäudes.
Die Nutzung innerhalb des Gebäudes ist nur effizient zu bewerkstelligen, wenn Daten vorhanden sind. Ohne Geschichte und Datenpunkte sind keine genauen Angaben möglich. Als Beispiel können folgende Szenarien dienen: In vielen Firmen sind Besprechungsräume permanent ausgebucht, werden sie jedoch genutzt? Zu welchem Grad sind die Besprechungsräume effektiv ausgelastet? Zwei Fragen, deren Beantwortung dazu führen kann, dass auch kleinere Räume als Lösung infrage kommen. Zusätzlich lassen sich Besprechungsräume über Sensoren managen, um zu klären, ob sie genutzt werden oder nicht. LED-Leuchten zeigen dabei an, ob die Sitzungsräume "nur reserviert" sind oder ob sie auch genutzt werden.
Lichtsteuerungen bieten ein enormes Potenzial. In einem Bürogebäude gehen rund 75 Prozent des Energieverbrauchs auf das Konto von Licht und Klimatisierung. Mit LED-Leuchten, einem feinmaschigen Netz von Sensoren und der Adaption auf eine einzelne Leuchte, Tageslichtanpassung und angepasster Anwesenheits- und Follow-Me-Funktion kann ein Betreiber Einsparung gegenüber konventionellen Leuchtstoffröhren um mehr als 70 Prozent erreichen. Integriert er seine Daten dann in das HLK-System, sind weitere umfangreiche Einsparungen möglich (Bild 3).
Der Wert von 70 Prozent erscheint enorm, dies sind jedoch Daten aus einer realen Installation, bei der der erste Mitarbeiter im Betrieb die Beleuchtung einschaltet und irgendwann die Sicherheitskraft die Beleuchtung am späten Abend wieder ausschaltet. Schaut man sich abends die Bürogebäude großer Unternehmen an, dann wird schnell klar, dass dort noch enormes Potenzial für Einsparungen vorhanden ist.
Power over Ethernet ist bei IP-Telefonen, Kameras und WLAN Access Points heute nicht mehr wegzudenken. Es spricht also vieles dafür, das gleiche Konzept für die Ansteuerung von LED-Leuchten zu nutzen. Jede LED-Leuchte ist dann mit einem Sensor ausgerüstet, der neben einer logischen Adresse den Strom, die Temperatur, das Umgebungslicht sowie die Bewegung erfasst. Dies ergibt ein feinmaschiges Netzwerk von Informationen über das gesamte Gebäude. Die Vorschaltgeräte sind nicht mehr an oder in jeder Leuchte angeschlossen, sondern in einer effizienten zentralen Stromquelle im Verteilerraum platziert. Die Leuchten werden durch die universelle Gebäudeverkabelung angesteuert, die sternförmig in der Decke verteilt ist. Die Stromquellen verfügen über einen LAN-Anschluss, sodass sich die Leuchten über ein Web-Interface von jedem Ort aus managen lassen.
Damit gibt es keine Niederspannungsanforderungen mehr (Spannungen sind kleiner als 50V), die Verkabelung ist weniger komplex, und es gibt keine komplizierten Austauschaktionen. Das Licht lässt sich zudem leicht spezifisch auf den Nutzer anpassen. Außerdem ist eine schnellere Adaption von Veränderungen innerhalb der Gebäude möglich. Echtzeitdaten ermöglichen es, nachvollziehbare Entscheidungen zu treffen, was mit einer erheblich reduzierten und vereinfachten Wartung und Fehlersuche einhergeht.
Bei dem Redwood-System von Commscope läuft der Strom von bis zu 700 mA über alle acht Drähte des Datenkabels (UKV Channels). Diese 700 mA reichen für ein sehr gutes 600×600-Licht-Panel oder einer Lichtkanal von rund 1,5 Metern Länge. Dies soll dazu dienen, die maximal mögliche Anzahl von Lumen pro Kanal herauszuholen. Die maximale Spannung von 50 V und 35 W Leistung bewegen sich in den gleichen Regionen, die heute Power over Ethernet Plus nutzt. Von einer Erwärmung durch das Datenkabel ist daher nicht auszugehen, was verschiedene Studien in der ISO/IEC JTC 1 WG3 belegen.
Die API zum Redwood-System ist eine frei zugängliche Schnittstelle. Damit will Commscope es seinen Kunden ermöglichen, ihre spezifischen Anforderungen umzusetzen oder das System in andere Gewerke zu integrieren. Eine klassische Anwendung dafür ist sicher die Integration in den Outlook- oder Google-Kalender, über die ein Anwender Besprechungsräume reservieren und buchen kann. Die Funktionalität kann jedoch einen Schritt weiter gehen, da das System über die Sensoren erkennen kann, ob das Besprechungszimmer tatsächlich genutzt wird oder nicht. Dann kann es den Raum automatisch wieder freigeben. Neue Möglichkeiten ergeben sich auch über spezielle Funktionen, etwa dass fünf Minuten vor Ende der geplanten Besprechung das Licht zu blinken beginnt oder dass die Türen automatisch rot oder grün leuchten, um die Besprechungsteilnehmer zum Verlassen des Raumes aufzufordern, was die effiziente Nutzung deutlich optimiert.
Verschiedene Geräte, die einen Kommunikationsanschluss benötigen, sind bereits heute in der Decke verankert. Dazu gehören zum Beispiel WLAN-Antennen, IP-Kameras und Beamer. In den kommenden Jahren werden auch die Mobile-Inhouse-Antennen über ein Datenkabel angesteuert sein. So kann das bekannte System anstatt im Doppelboden in der Decke zum Einsatz kommen. Arbeitet der Betreiber mit Consolidation-Point-Boxen, erreicht er eine sehr hohe Flexibilität. Analog zur strukturierten Gebäudeverkabelung ist die maximale Kabellänge auf 100 m begrenzt. Neue Mieter und Änderungen der Trennwände lassen sich schnell organisieren und durchführen. Koppelt er dies in größeren Gebäuden mit einem intelligenten Kabel-Management-System, dann ist neben der Flexibilität auch die Übersicht gewährleistet und er weiß, wo sich welche Geräte befinden. Bei aktuellen Installationen mit Stehleuchten lässt sich in vielen Fällen einer der bestehenden RJ45-Steckplätze an der Arbeitsplatzsteckdose verwenden. Ein wichtiger Aspekt bei der klassischen Anwendung in Bürogebäuden sind neben der Stromersparnis die Sicherheit und Kontrolle in einem Netzwerk flächendeckender Sensoren. Damit wird ein Sensor während der Nachtzeit zu einem Alarmsensor, mit dessen Hilfe sich auch temperaturkritische Räume überwachen lassen. In Schulen und Krankenhäusern kommen solche Systeme schon heute zum Einsatz. Auch in den Rechenzentren sind derartige Lösungen sinnvoll. Sie sind einfach zu installieren, bieten Übersicht über die Umgebungstemperatur, erkennen Hotspots und können Personen im RZ lokalisieren. Gerade in Colocation-Umgebungen kann es sinnvoll sein, nur dort das Licht anzuschalten, wo sich jemand aufhält (Follow-Me-Modus) und nicht in anderen sensitiven Bereichen. Auch die Alarmierung durch blinkende LEDs ist in großen Rechenzentren eine nützliche Hilfe.
Fazit
De LED-Technik schafft vielfältige Möglichkeiten, von denen heute vermutlich erst kleine Fragmente zu sehen sind. Innovative Konzepte und die UKV-Verkabelung vereinfachen in einem ersten Schritt das System und gestalten es offen. Einsparungen im Stromverbrauch und ein besseres Wissen über die Vorlieben der Mitarbeiter werden zu neuen Arbeitsplatzkonzepten führen und damit auch zu einer erhöhten Produktivität.
Lesen Sie mehr zum Thema
