Beschlusstext (Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl)

CHRISTOPH HEYEN freiberufl. Ingenieur für Lichttechnik Gutachterliche Stellungnahme zur Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl Die von der Stadtwerke Brühl GmbH zur Verfügung gestellten Daten wurden vom Unterzeichner analysiert und bewertet und mit ergänzenden fachlichen Informationen und Empfehlungen in einem Vortrag am 26.03.2015 dem „Ausschuss für Bauen und Umwelt“ präsentiert. Inhaltliche Gliederung: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Einleitung und Grundlagen Technologie-Vergleich „IST-Zustand“ der Straßenbeleuchtung Ausblick in die Zukunft Beleuchtung von Fußgängerüberwegen Zusammenfassung Die Stellungnahme orientiert sich an dem als Anlage angefügten Vortrag mit Bezug auf die jeweiligen Folien. 1. Einleitung und Grundlagen Die lichttechnischen Größen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte zählen zu den wichtigsten Gütemerkmalen der Lichttechnik. Während die Beleuchtungsstärke eine rein physikalische Bewertungs- und Messgröße ist, wird mit der Leuchtdichte die vom menschlichen Auge gesehene Helligkeit definiert (Folie 2). Für die Planung und Errichtung von Straßenbeleuchtungsanlagen gelten europäische und nationale Normen und Richtlinien, die die Zusammenhänge zwischen Fahrbahn- und Leuchten-Geometrie (Lichtpunktabstand, Lichtpunkthöhe, Lichtpunktüberhang) und dem Beleuchtungsniveau beschreiben (Folien 3 – 5). Anhand eines Parametersystems (Folien 6 + 7) wird die jeweilige Beleuchtungsklasse für die Bewertung nach der Leuchtdichte-Methode bzw. BeleuchtungsstärkeMethode ermittelt. Die Leuchtdichte-Methode (Folie 8) wird nur für Verkehrsstraßen mit mehr als 30 km/h angewandt. Konfliktzonen (z.B. Kreuzungen oder Kreisverkehre) werden nach der BeleuchtungsstärkeMethode mit den analogen CE-Klassen geplant und bewertet (Folie 9). Für Wohnstraßen, Fußgängerzonen und Rad- / Gehwege gelten die Anforderungen der S-Klassen (Folie 10); diese Beleuchtungsstärke-Methode unterscheidet sich von der vorigen durch deutlich geringere Gleichmäßigkeit. Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl [2] Wesentlichste Gütekriterien der Straßenbeleuchtung sind die Gleichmäßigkeit Uo und die LängsGleichmäßigkeit Ul (Folie 11); die normativ geforderten Werte sind Mindestwerte und dürfen nicht unterschritten werden. Zu große Lichtpunktabstände erzeugen gefährliche Dunkelzonen (Unterschreitung des U l - Wertes) und sind deshalb genauso zu vermeiden wie die verbotene Energiesparmaßnahme „Abschaltung jeder zweiten Leuchte“. Dagegen kann der Wert der mittleren Leuchtdichte bzw. Beleuchtungsstärke in begründeten Fällen durchaus um eine Stufe niedriger gewählt werden, allerdings unter Einhaltung der übrigen Gütemerkmale. Verbunden mit der Einführung der EN-Normen war die Umstellung auf sogenannte „Wartungswerte“ (Folie 12). Der Wartungswert definiert ein Beleuchtungsniveau am Ende eines Wartungszyklus, das auf keinen Fall unterschritten werden darf. In der SB-Praxis erfordert das eine „zyklische Erneuerung“ der Lampen in Kombination mit einer Wartung der Leuchten. Die „DGUV-Vorschrift 3 für Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“ nennt in Tabelle 1A eine 4jährige Prüffrist für elektrische Anlagen (Folie 13). Allein die Tatsache, dass sich alle Straßenbeleuchtungsanlagen im öffentlichen Verkehrsraum befinden, setzt zwingend die Einhaltung und Anwendung dieser Vorschrift voraus. EMPFEHLUNG: Eine Kombination von lichttechnischer Wartung, mechanischer Kontrolle von Mast und Leuchte sowie eine elektrotechnische Prüfung im „4-Jahres-Zyklus“ reduziert die Anzahl der zwischenzeitlichen Einzel-Entstörungen erheblich und erhöht die Qualität und Lebensdauer der Straßenbeleuchtungsanlage. Grundsätzlich gilt: Eine gute Straßenbeleuchtung …  ist energieeffizient und umweltfreundlich durch optimale Technologien  ist wirtschaftlich und ressourcenschonend durch qualitativ hochwertige und langlebige Anlagen-Komponenten  gewährleistet die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer  schützt vor Kriminalität und Vandalismus  sorgt für eine attraktive Stadt und ein positives Lebensgefühl ihrer Bürger und Besucher 2. Technologie-Vergleich In der Straßenbeleuchtung werden bevorzugt genormte Lampen der unterschiedlichsten Arten verwendet (Folie 15); dadurch kann der Anwender unter verschiedenen Herstellern das beste und kostengünstigste Produkt auswählen. Einzige Ausnahme ist das „CosmoPolis-System“, dass von PHILIPS entwickelt und nur von einem zweiten Hersteller angeboten wird. Die bisher in großen Stückzahlen verwendeten Quecksilberdampf-Hochdrucklampen verlieren gemäß der „Europäischen-Energieeffizienz-Richtlinie“ (ErP-Richtlinie) wegen zu geringer Lichtausbeuten ab dem 13. April 2015 das CE-Zeichen und dürfen nicht mehr in den Handel gebracht werden; das entspricht einem „Quasiverbot“ (Folie 16). Lagermäßig bevorratete Lampen dürfen jedoch auch weiterhin in Straßenbeleuchtungsanlagen verwendet werden. Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl [3] Als Ersatz bieten einzelne Hersteller sogenannte Austauschlampen für Hg-Lampen an, deren Verwendung für eine gewisse Übergangszeit durchaus sinnvoll ist (Folie 18). Sinn und Zweck der ErP-Richtlinie ist die Erhöhung der Lichtausbeute (Lichtstrom / elektr. Leistung = Lumen / Watt) und daraus resultierend eine Verringerung des elektrischen Anschlusswertes. Die Lichtausbeute ist aber nur eine Bewertungsgröße; ebenso wichtig ist eine optimale Lichtlenkung (Folie 19). Charakteristisch für jeden Leuchtentyp ist die spezielle Lichtstärke-Verteilungs-Kurve (LVK), die dem fachlich versierten Lichtplaner als Auswahl- und Entscheidungshilfe dient (Folie 20). Digitale LVK‘s im EULUMDAT-Format sind die Grundlage für lichttechnische Berechnungen – ein wichtiges Element einer fachgerechten Straßenbeleuchtungs-Planung. Die Lichterzeugung mit LED’s erfolgt heute fast ausschließlich nach dem von OSRAM patentierten „Konversions-Prinzip“ (Folie 21). Ein Leuchtstoff wandelt die vom Halbleiter-Chip emittierte blaue Strahlung in weißes Licht um. Durch Zusammenschaltung einzelner LED’s entstehen LED-Module in unterschiedlichsten Ausführungen – mit und ohne Linsenoptiken (Folie 22). Leider hat die „ZHAGA-Initiative“ als geplante internationale Normung bisher nicht die erhofften Ergebnisse gebracht und es fehlt eine zu konventionellen Lampen vergleichbare Normung der einzelnen LED-Komponenten. Eine umfassende internationale Normung ist aber Voraussetzung für Wettbewerb über Herstellergrenzen und langfristige Verfügbarkeit als Grundlage für einen wirtschaftlichen Betrieb der LED-Technologie. Für LED-Linsenoptiken gibt es zwei Verfahren der Lichtverteilung (Folien 23 + 24): Beim „Multi-Spot-Konzept“ sind die LED‘s auf einzelne Teilfelder ausgerichtet, wodurch beim Ausfall einzelner LED’s ausgeprägte Dunkelzonen entstehen. Dagegen funktioniert das „Multi-LayerKonzept“ durch Überlagerung der Lichtwirkungen aller LED‘s; Einzel-Ausfälle vermindern lediglich die Helligkeit im Bewertungsfeld. Klassische Spiegelsysteme in Leuchten können nur für LED-Module gemäß dem ZHAGA-Standard verwendet werden. Für Lichtstärke-Verteilungs-Kurven von LED-Leuchten gelten die gleichen Grundsätze wie für konventionelle Technologien. Eine mangelhafte LVK wird nicht durch die hohe Energieeffizienz der Lichtquelle kompensiert (Folie 25). Ein besonders wichtiger Aspekt bei der Auswahl von LED-Leuchten ist die technisch-wirtschaftliche Nutz-Lebensdauer. Zielvorstellung ist ein Wert von 100.000 Stunden (= 25 Jahre). In der Realität werden allerdings noch nicht mal 30.000 Stunden erreicht. Der ZVEI-Leitfaden „Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung“ enthält Begriffe, Definitionen und Messverfahren für die Vergleichbarkeit der LED-Technik (Folien 26 - 27) – ein theoretischer Ansatz. Umfangreiche Untersuchungen von Prof. Khanh, TU Darmstadt zeigen jedoch, dass Theorie und Praxis noch sehr weit voneinander entfernt sind (Folie 28 – 29). Die größten Probleme sind die extreme Temperaturempfindlichkeit der LED’s (Thermomanagement), die chemische Stabilität des Leuchtstoffs und etwaige Wechselwirkungen mit den Linsenoptiken sowie die Lebensdauer der elektronischen Treiber (Vorschaltgeräte). Im gewitterreichen Jahr 2014 zeigte sich ein neues, bis dahin nicht bekanntes Problem – die Blitzund Überspannungs-Festigkeit der LED-Module und Treiber. Als Konsequenz daraus empfiehlt sich Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl [4] der Einbau eines speziellen Überspannungsschutzes für LED-Außenbeleuchtungsanlagen (Folie 30), der in der vergleichenden Kostenbetrachtung zu berücksichtigen ist. Als Zusammenfassung zeigt Folie 31 den Technologie-Vergleich. 3. „IST-Zustand“ der Straßenbeleuchtung Die Straßenbeleuchtungsanlage der Stadt Brühl hat 5.290 Leuchtstellen (5.528 Leuchten) mit einem Anschlusswert von 457.054 W und einen Jahres-Energieverbrauch von 1.881.691 kWh. Die SB-Gesamt-Kosten (Energie + Instandhaltung + Erneuerung) summieren sich auf ca. 800.000 € (Folie 32). Über 59% der Leuchten sind mit Natriumdampf-Hochdrucklampen ausgestattet und entsprechend den aktuellen Energieeffizienz-Anforderungen (Folie 33). Lediglich 25% der Leuchten mit HgLampen und 13% der Leuchten mit Leuchtstoff-Lampen sind noch auszutauschen bzw. umzurüsten. Die Altersstruktur der Leuchten (Folie 34) zeigt, dass 1.658 Leuchten (31%) älter als 35 Jahre sind und damit zur Erneuerung anstehen; Details zeigen die Folien 35 – 37. Aus der Altersstruktur der Maste (Folie 38) ist zu ersehen, dass 928 Maste (18%) älter als 45 Jahre sind und damit in nächster Zeit zur Erneuerung anstehen. Mit regelmäßigen seit 2009 durchgeführten Standsicherheitsprüfungen wurden die schlechtesten SB-Maste erfasst und darüber hinaus eine sogenannte Reststandzeit ermittelt. Diese Prüfungen geben jedoch nur eine „juristische Sicherheit“; sie verlängern nicht die Nutzlebensdauer der Maste (Folie 39). Die „Empfehlungen zur Erzielung längerer Mast-Standzeiten“ werden von der Stadtwerke Brühl GmbH bereits angewandt. 4. Ausblick in die Zukunft Eine „Was-wäre-wenn-Betrachtung“ (Folie 40) zeigt die Gesamtkosten der Straßenbeleuchtung bei 4-jähriger turnusmäßiger Wartung und zyklischer Erneuerung, allerdings noch mit den derzeitigen Energiekosten (2014). Mit energiesparender Technik und langlebigen Leuchten (35 Jahre) und Masten (45 Jahre) ist eine wirtschaftliche Straßenbeleuchtung auf heutigem Kostenniveau möglich. Straßenbeleuchtungsanlagen in Wohn- und Anliegerstraßen werden zukünftig ausschließlich in LED-Technik errichtet. Voraussetzung ist jedoch eine schnellstmögliche Umsetzung der immer wieder artikulierten Mindestanforderungen, wie Normung und Standardisierung, Nutzlebensdauer und Zuverlässigkeit der LED-Module und Vorschaltgeräte. Konventionelle Lampentechniken mit hoher Energieeffizienz und Zuverlässigkeit werden auch weiterhin in verkehrsstarken Straßen und zur Beleuchtung von Fußgängerüberwegen eingesetzt. Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl [5] Die „Digitalisierung der Straßenbeleuchtung“ eröffnet neue Möglichkeiten der individuellen SBSteuerung. Derzeit gibt es verschiedene Systeme (leitungsgebunden und funkbasiert) mit sehr unterschiedlichen Zuverlässigkeiten. Bei allen Überlegungen sind die tatsächlich erzielbaren Energiekosteneinsparungen den höheren Betriebskosten gegenüber zu stellen (Folien 41 + 42). Die Beachtung der „Handlungsempfehlungen für Neubau und Erneuerung von Straßenbeleuchtungsanlagen mit LED-Leuchten“ (Folien 43 - 45) soll bei zukünftigen Planungen vor unliebsamen Überraschungen und Schäden schützen. Detailliert sind darin die geografischen Besonderheiten für den Blitzschutz sowie die netztechnischen Anforderungen definiert. 5. Beleuchtung von Fußgängerüberwegen Markierte Fußgängerüberwege (FGÜ) vermitteln Fußgängern ein Gefühl der Sicherheit und erfordern deshalb bei der Planung und Errichtung die konsequente Anwendung der diesbezüglichen Richtlinien und Normen. Vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen wurden spezielle „Richtlinien für die Anlage und Ausstattung von Fußgängerüberwegen (R-FGÜ 2001)“ veröffentlicht. Danach MUSS ein Fußgängerüberweg in den Dunkelstunden beleuchtet sein. Die FGÜ-Beleuchtung ist gemäß den Normen DIN 67523 (Teil 1 + 2) bzw. DIN EN 13201 auszuführen; die Richtlinien R-FGÜ 2001 und die Normen stehen in einem logischen Wechselbezug zueinander (Folie 46). Die häufigste Art der FGÜ-Beleuchtung ist eine separate Zusatzbeleuchtung mit PiktogrammLeuchten oder asymmetrischen FGÜ-Leuchten. Diese Leuchten werden in Fahrtrichtung vor dem FGÜ angeordnet, damit der Fußgänger angestrahlt und für den Fahrzeugführer erkennbar wird. Die Bewertung erfolgt gemäß dem in DIN 67523-2 definierten Mess-Raster. Danach ist auf der FGÜ-Achse eine „mittlere vertikale Beleuchtungsstärke“ Evm von 30 Lux (in 1 m Höhe) und ein „Mindestwert der vertikalen Beleuchtungsstärke“ Ev min ≥ 4 Lux an allen Messpunkten einzuhalten. Zusätzlich sind die besonderen Anforderungen der Blendungsbegrenzung zu beachten (Folien 47 – 49). Alternativ kann eine normgerechte FGÜ-Beleuchtung auch durch Erhöhung des vorhandenen SBBeleuchtungsniveaus erfolgen. Dazu muss das Beleuchtungsniveau in einem Bereich von 50 m vor und 50 m hinter dem FGÜ mindestens der Beleuchtungsklasse ME2 (mittlere Leuchtdichte ≥ 1,5 cd/m²) entsprechen. Auf der FGÜ-Achse ist ein Mindestwert der vertikalen Beleuchtungsstärke von ≥ 4 Lux für jede Bewertungsrichtung nachzuweisen (Folie 50). In Bereichen mit Fußgängerüberwegen darf das Beleuchtungsniveau nicht reduziert oder halbnächtig abgeschaltet werden. Wichtige Aussage eines Juristen: „Wenn eine Gemeinde bei der Straßenbeleuchtung sparen will, dann bloß nicht bei der FGÜ-Beleuchtung !“ Durch Initiative der Stadtwerke Brühl im Jahr 2009 wurde das Thema „FGÜ-Beleuchtung“ fundiert angegangen, so dass die überwiegende Anzahl der FGÜ’s mittlerweile normgerecht beleuchtet ist. Straßenbeleuchtung der Stadt Brühl [6] Einsparpotenzial bietet sich in verschiedenen Situationen durch Änderung bzw. Verkürzung der FGÜ’s; nicht jede Fußgänger-Querung muss ein FGÜ sein ! (Folien 51 – 54) Fußgänger-Querungshilfen (FQH) sind „bauliche Maßnahmen zur Verkehrsberuhigung“; sie bieten dem Fußgänger eine sichere Querung, ohne Einräumung eines Vorrechts. Im Bereich der FQH wird das vorhanden Beleuchtungsniveau lediglich um eine Stufe angehoben (Folien 55 + 56). 6. Zusammenfassung Der Privatisierungstrend kommunaler Versorgungsunternehmen hat sich im Laufe der Jahre umgekehrt in eine Re-Kommunalisierung, um der Fremdbestimmung - u.a. durch Konzerne - nicht länger ausgeliefert zu sein. Hier kann man der Stadt Brühl nur gratulieren, dass sie dieser Entwicklung nicht gefolgt ist. Mit der Stadtwerke Brühl GmbH hat die Stadt Brühl ein modernes Versorgungsunternehmen, das die vielfältigen Aufgaben einer mittleren Stadt im Sinne und zum Wohl der Bürger ausführen kann. Im Bereich der Straßenbeleuchtung haben die SW Brühl seit 2009 die vordringlichsten Probleme angepackt und so die meisten Fußgängerüberwege normgerechte beleuchtet und die Leuchtenund Mast-Erneuerungen systematisch begonnen. Mit einer intensivierten Erneuerung von Leuchten und Masten in den kommenden Jahren lässt sich das Problem dauerhaft lösen. Als „weitsichtig“ und trotzdem „zukunftsorientiert“ ist die Zurückhaltung gegenüber unzureichend erprobten neuen Technologien zu bezeichnen, um die Stadt vor unvorhersehbaren finanziellen Risiken zu bewahren. Das Management mit einem kompetenten, gut ausgebildeten Team von Fachleuten wird die Technologieentwicklungen kritisch beobachten und die optimalste Lösung für die Stadt Brühl auswählen. Anlage (57 Folien) Merzenich, den 08. April 2015 Christoph Heyen freiberufl. Ingenieur für Lichttechnik Kleine Kumm 22 | 52399 Merzenich