Der Einfluss der Tageslichtregelung auf die LED-Lebensdauer

23.11.2017 | Connaissances sur l'éclairage

Im Teillastbetrieb altern LED langsamer. Mit der Arrhenius-Gleichung, lässt sich der Zusammenhang zwischen Teillastbetrieb und Lichtstromdegradation sehr genau berechnen. Für den Einsatz in der täglichen Planungspraxis ist dieser komplexe Ansatz jedoch nicht praktikabel. Eine Alternative dazu bietet die einfache lineare Beziehung: DTeillast = 1 – (1-DVolllast) x Teillast/Volllast.

Bei einer LED-Leuchte nimmt der Lichtstrom mit zunehmender Betriebsdauer ab. Die Degradation D muss bei der Konzeption einer Anlage berücksichtigt werden, damit die geforderten Beleuchtungsstärken über auch am Ende der Betriebsdauer noch erreicht werden. Wird die Leuchte über eine Tageslichtregelung gesteuert, sinkt die effektive Betriebsdauer – und damit auch der Lichtstromrückgang. Aber wie lässt sich der Effekt des Teillastbetriebs auf die Lichtstromdegradation konkret berechnen? Die theoretischen Grundlagen dafür liefert die Arrhenius-Gleichung, die die Temperatur-Abhängigkeit von physikalischen und chemischen Prozessen beschreibt. Für den täglichen Einsatz ist diese Exponentialfunktion nicht praktikabel. Es gibt jedoch eine lineare Alternative, die sich aus der summarischen Energieeinsparung herleiten lässt.  

 

Einfluss des Teillastbetriebes

Genau genommen handelt es sich um den Mittelwert der Teillast über der gesamten Betriebsdauer. Dieser kann z. B. grob geschätzt werden und ergibt sich sinngemäß aus der Energieeinsparung z. B. durch ein Lichtmanagementsystem. So kann man beispielsweise in Büros mit hohem / mittlerem Tageslichtanteil die Teillast mit ca. 50% / 40% Einsparung (Teillast = 50% / 60%) rechnen. Beim linearen Ansatz wird das Lichtstromverhalten über der Betriebsdauer linear dargestellt. Dabei wird vereinfachend die tatsächliche Lebensdauer im realen Teillastbetrieb durch eine reduzierte Lebensdauer im Vollastbetrieb ersetzt (Grafik 1, L80 = 50.000 h, reduzierte Lebensdauer 30.000 h).


Berechnung Lichtstromdegradation

Voll- und Teillastbetrieb

Die Lichtstromdegradation (anteiliger Restlichtstrom nach Ablauf der realen Lebensdauer) im Teillastbetrieb lässt sich nun anhand folgender linearen Gleichung ermitteln:

Die Lichtstromdegradation für Volllast ist der jeweiligen Angabe des Leuchtenherstellers zu entnehmen, siehe nachfolgendes Berechnungsbeispiel. Laut Herstellerangabe sinkt der Lichtstrom bei Volllast nach 50.000 h auf 80 % des Ausgangswertes (L80 = 50.000 h). Bei einer jährlichen Betriebsdauer von 2.500 h wird dieser Wert also nach 20 Jahren Volllastbetrieb erreicht (50.000 h /2.500 h/Jahr = 20 Jahre).


Berechnung Wartungsfaktor

Voll- und Teillastbetrieb

Der Wartungsfaktor (MF) einer Beleuchtungsanlage ist ein Maß für den Rückgang der Beleuchtungs-stärke im Laufe Anlagenlebensdauer. Die Lichtstromdegradation (D) fließt dabei als Lampen-lichtstromwartungsfaktor (LLMF) direkt in die Formel MF = LLMF x LSF x LMF x RMF mit LLMF = D. Die weiteren Teilwartungsfaktoren lassen sich entsprechenden CIE- Tabellen entnehmen:

  • LSF = 1,00     (Leuchtenüberlebensfaktor für LED-Leuchten mit L80 = 50.000 h)
  • LMF = 0,96   (Leuchtenwartungsfaktor für sehr saubere LED-Leuchten)
  • RMF = 0,97  (Raumwartungsfaktor für sehr saubere Räume, Wartungsintervall 3 Jahre)

 

Fazit

  • Durch Lichtmanagement sinkt die LED-Degradation im Vergleich zum Volllastbetrieb signifikant. In der Praxis lässt sich die Degradation des Lichtstroms vereinfacht linear berechnen.
  • Im Rechenbeispiel erhöht der Teillastbetrieb von 60% den Wartungsfaktor um 10 Prozent. Somit werden rund 10 % weniger Leuchten benötigt, um die geforderte Beleuchtungsstärke am Ende der Anlagenlebensdauer (50.000 h) sicherzustellen.

 

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