Energieeffizienz von Gebäuden (EPBD)

Mit der Neufassung der EU-Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD – Energy Performance of Buildings Direktive) ist die im Jahre 2002 erlassene Vorschrift zur Verringerung des Energieverbrauchs und damit des CO₂-Ausstoßes von Gebäuden überarbeitet worden. Neben der Heizung, Lüftung und Klimatisierung des Gebäudes wird damit auch die künstliche Beleuchtung – und zwar nur die künstliche Beleuchtung zur Erfüllung der Sehaufgaben, nicht die dekorative Beleuchtung – erfasst. Die Richtlinie gilt für neue Wohn- und Dienstleistungsgebäude mit einer Gesamtnutzfläche ab 1.000 m² sowie für bestehende Wohn- und
Dienstleistungsgebäude mit einer Gesamtnutzfläche ab 1.000 m², wenn größere Renovierungen mit mehr als 25% des Gebäudewertes durchgeführt werden.

Ihre Umsetzung in deutsches Recht in Form des Energieeinspargesetzes und der Energieeinsparverordnung (EnEV) schreibt seit 2007 in Deutschland die Erstellung eines Energieausweises zur Erteilung einer Baugenehmigung verbindlich vor.

In anderen europäischen Ländern existieren entsprechende gesetzliche Regelungen. In England gilt seit 2003 die „Building-Regulation“. Belgien, Frankreich, die Schweiz und die Niederlande arbeiten ebenfalls schon lange mit Systemen zur Energiebilanzierung in Gebäuden. Eine Harmonisierung der Bewertungssysteme ist gegenwärtig nicht absehbar.

Die Intention der EU-Richtlinie ist, die energetische Qualität von Gebäuden über einen Gebäudeenergiepass (siehe Abbildung) zu kennzeichnen, ähnlich der Energiekennzeichnung für Haushaltskühlgeräte oder für Lampen. In Deutschland ist der Energiepass für alle Gebäude – unabhängig von deren Größe – vorgeschrieben, für Wohnungen und Wohngebäude allerdings ohne den Energieanteil für die Beleuchtung.

Die EU-Richtlinie enthält weder detaillierte Energiewerte noch eine Methode, wie die Gesamtenergiewerte eines Gebäudes zu ermitteln sind. Das ist Aufgabe europäischer und nationaler Normen. Für die Beleuchtung wird der Einbeziehung des Tageslichtes als wesentliches Energiesparpotential große Bedeutung beigemessen. Die Tageslichtnutzung durch Regelung bzw. Steuerung der künstlichen Beleuchtung und die Anwesenheitserfassung sind im Hinblick auf Verringerung des Energiebedarfs für die Beleuchtung seit 2014 auch in der deutschen EnEV stärker berücksichtigt.

Zur Umsetzung der EPBD (siehe oben) ist in Deutschland das Energieeinspargesetz erlassen worden. Dieses verweist bzgl. konkreter, technischer Anforderungen auf die Energieeinsparverordnung, die derzeit in der Version EnEV 2014 vorliegt, welche seit dem 01.05.2014 gültig ist. Sie wird in Kürze durch ein neues Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) abgelöst werden, in dem bzgl. der Beleuchtung jedoch keine wesentlichen Änderungen zur heute gültigen EnEV vorgesehen sind. Lediglich der Bezug auf die Vornorm DIN V 18599 ist nun auf die Fassung aus dem Jahr 2018 aktualisiert (siehe unten, „Deutsche Norm DIN V 18599”).

Die EnEV 2014 nutzt zur Festlegung der Mindestanforderungen an die Energieeffiizienz eines Gebäudes ein sogenanntes Referenzwertverfahren, mit dem der maximal zulässige Gesamt-Energiebedarf des Gebäudes bestimmt wird. Der Energiebedarf eines Gebäudes ist in diesem Zusammenhang keine Messgröße, sondern eine theoretische Größe, die nach einem festgelegten Berechnungsverfahren zu ermitteln ist. Die Gründe für eine solche Vorgehensweise sind im Wesentlichen:

• Theoretische Bedarfswerte können vor der Inbetriebnahme des Gebäudes und somit auch vor der Baugenehmigung ermittelt werden (siehe unten).

• Bei dem Berechnungsverfahren werden in der Norm festgelegte Randbedingungen für den Betrieb des Gebäudes unterstellt, u. a. sogenannte Nutzerprofile. Individuell unterschiedliche Verhaltensweisen der Nutzer beeinflussen die Bewertung nicht.

• Durch die Eliminierung der Nutzereinflüsse besteht eine hohe Vergleichbarkeit der Wirksamkeit der eingesetzten Technologien.

Bei der Berechnung des Energiebedarfs wird zwischen Wohngebäuden und Nichtwohngebäuden unterschieden. Für Nichtwohngebäude ist das Berechnungsverfahren in der Vornorm DIN V 18599 (siehe unten) vollständig beschrieben.

Der Gesamt-Energiebedarf für Nichtwohngebäude ergibt sich aus der Summe der Energiebedarfe aller haustechnischen Anlagen für

• Heizung,

• Warmwasser,

• Eingebaute Beleuchtung,

• Lüftung,

• Kühlung einschl. Befeuchtung.

Für elektrischen Strom wird ab dem 01.01.2016 ein Primärenergiefaktor ^(*) von 1,8 für die Stromerzeugung angesetzt. Dies bedeutet, dass die Menge der verbrauchten elektrischen Energie mit diesem Faktor multipliziert wird, um die Verluste der Stromerzeugung zu berücksichtigen.

Das entworfene Gebäude wird mit einer Software, in der die Rechenverfahren der DIN V 18599 implementiert sind, erstellt. Dieses Gebäude wird nun komplett mit den Baustoffen und den Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung in der Ausführung der in der EnEV definierten Referenztechnologie bestückt. Der mit der Referenztechnologie errechnete Wert ist nun der Referenzwert des Energiebedarfs.

Für die Ausstellung eines Energieausweises werden nun Vergleichsberechnungen durchgeführt. Der zunächst bestimmte Referenzwert des Energiebedarfs darf, über alle Gewerke betrachtet, nicht überschritten werden, wenn das Gebäude anschließend mit den tatsächlich geplanten Komponenten berechnet wird. Dies ist Voraussetzung für die Baugenehmigung eines Gebäudes.

Liegen dem Aussteller des Energieausweises zum Zeitpunkt der Erstellung des Energieausweises nicht alle detaillierteren Informationen vor, so kann er an betreffender Stelle die Referenztechnologie einsetzen. Dies ist in Bezug auf die Beleuchtung meistens der Fall, da die Entscheidung für ein konkretes Beleuchtungssystem erst im Rahmen der Elektroplanung fällt, die in der Regel erst nach der Baugenehmigung erstellt wird.

Die Aufgabe des Lichtplaners

Mit dem vorgestellten Verfahren sind die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz der Beleuchtung im Allgemeinen also bereits vor der Elektroplanung festgelegt, die später in der Ausführung eingehalten werden sollten. Die Referenztechnologie der Beleuchtung ist:

• die stabförmige Leuchtstofflampe am EVG,

• der Wartungsfaktor von 0,8 (0,6 für Nutzerprofile 14, 15 und 22)

• die Beleuchtungsart „direkt/indirekt”, außer für die Nutzerprofile 6 und 7 (siehe Tabelle),

• die elektronische Anwesenheitserfassung, Konstantlichtregelung und tageslichtabhängige Steuerung, wie in den letzten drei Spalten der Tabelle mit den fett gedruckten Kennzeichnungen angegeben.

Dabei ist zu beachten, dass dies lediglich die Berechnungsgrundlage zur Ermittlung des zulässigen Energiebedarfs ist. Dessen Einhaltung liegt in der Verantwortung des Lichtplaners. Alle dazu erforderlichen Kenntnisse, insbesondere die Kenntnis der zur Baugenehmigung unterstellten Referenztechnologie, werden vorausgesetzt.

Es steht dem Planer frei, die Erfüllung der energetischen Mindestanforderungen Anforderungen mit völlig anderer Technologie zu erfüllen, sofern er dies belegen kann.

Der Verlust der Gültigkeit einer erteilten Baugenehmigung durch Nichtumsetzung der genehmigten Baudetails ist eine Ordnungswidrigkeit.

Eine Lesefassung der EnEV ist unter http://www. enev-2014.info/text-enev-2014.php als pdf- Dokument zum freien Download verfügbar.

Deutsche Norm DIN V 18599

In Deutschland besteht eine Normenreihe (als Vornorm) DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Beheizung, Kühlung, Belüftung, Warmwasser und Beleuchtung“, die heute in der Fassung vom September 2018 aus 11 Teilen besteht (siehe Tabelle). Sie ist unter der Federführung des Fraunhofer Instituts für Bauphysik (IBP) in Stuttgart unter Einbeziehung von Experten aller betroffenen Gewerke aus Industrie, Verwaltung und Wissenschaft erarbeitet worden. Diese Vornorm ist die Grundlage für die Energiebilanzierung im Rahmen der Anwendung der Energieeinsparverordnung.

Vornormen werden i. A. ohne Normentwurf sofort veröffentlicht, um so schnell umgesetzt werden zu können. Der Gesetzgeber kann die Anwendung von Vornormen vorschreiben. Im Fall der aktuellen Energieeinsparverordnung EnEV 2014 ist die Anwendung der DIN V 18599 in der Fassung vom Dezember 2011 verbindlich vorgeschrieben.

Für die Beurteilung des Energiebedarfs der Beleuchtung sind die Teile 1, 4 und 10 der Norm DIN V 18599 von Bedeutung.

• Im Teil 1 werden werden die allgemeinen, die Gewerke übergreifenden, Begriffe und Methoden behandelt.

• DIN V 18599-4 erfasst alle technischen Einflüsse auf den Energiebedarf der Beleuchtung, wie die installierte Anschlussleistung des Beleuchtungssystems, die Tageslichtversorgung, und die Beleuchtungssteuerung. Die Werte der vielfältigen technischen Einflussgrößen sind hier detailliert in Tabellen hinterlegt.

• Im Teil 10 werden die anwendungsspezifischen Größen behandelt. Ihnen liegen umfangreiche Recherchen und statistische Erhebungen zu Grunde. Tabellarisch werden diese zu 41 Nutzerprofilen  zusammengefasst (siehe Tabelle).

Der Geltungsbereich der Norm in Bezug auf die Beleuchtung umfasst ausschließlich die Beleuchtung zur Erfüllung der Sehaufgabe in Nichtwohngebäuden; dekorative Beleuchtung wird durch diese Norm nicht berücksichtigt. Ebenso verhält es sich bei Ihrer Anwendung im Rahmen der aktuellen EnEV, da nur die Erfüllung der Sehaufgabe der Funktion des Nichtwohngebäudes zuzuordnen ist.

Der Energiebedarf für Beleuchtungszwecke wird in jedem zu betrachtenden Bereich (Raum oder Raumzone) als Produkt aus elektrischer Anschlussleistung (elektrische Bewertungsleistung) und der effektiven Betriebszeit der Kunstlichtanlage ermittelt. Die effektiven Betriebszeiten berücksichtigen, ausgehend von der Gesamtbetriebszeit der Beleuchtungsanlage gemäß den im Teil 10 der Norm aufgeführten Nutzerprofilen (siehe Tabelle), das energetische Einsparpotenzial aufgrund der Tageslichtnutzung und einer eventuellen Abwesenheit der Nutzer in den jeweils betrachteten Bereichen (siehe Tabelle).

Energiebedarfsfaktor Anschlussleistung

Um die zu installierende elektrische Leistung für die künstliche Beleuchtung eines Raumes zu ermitteln,  sind drei Verfahren möglich:

• das Tabellenverfahren,

• das vereinfachte Wirkungsgradverfahren und

• die detaillierte Fachplanung .

Mit dem Tabellenverfahren wird die elektrische Leistung der Beleuchtung (Bewertungsleistung) nach folgender Formel berechnet:

wobei alle aufgeführten Faktoren den in der Norm DIN V 18599 enthaltenen Tabellen entnommen bzw. mit
ihnen berechnet werden können (siehe Tabellen).

Diese verallgemeinerte Betrachtung berücksichtigt keine konkreten Produktdaten der einzusetzenden Leuchten, sondern lediglich deren prinzipielle Form der Lichtverteilung (Lichtstärkeverteilungskurve) und die Art der Lampe und ggf. des eingesetzten Vorschaltgerätes.

Das Tabellenverfahren ist in den Softwareprogrammen zur Erstellung des Energieausweises gemäß der EnEV implementiert (siehe oben, EnEV).

Das vereinfachte Wirkungsgradverfahren bietet eine Möglichkeit zur detaillierteren Betrachtung des Energiebedarfs unter Berücksichtigung konkreter Leuchtendaten. Es hat in der Praxis aber nur eine geringe Bedeutung. Mit ihm wird die elektrische Leistung der Beleuchtung (Bewertungsleistung) nach folgender Formel berechnet:

Der Leuchten-Betriebswirkungsgrad und der Raumwirkungsgrad ergeben zusammen den Beleuchtungswirkungsgrad (η_LB ⋅η_R = η_B). Dieser ergibt sich aus der Lichtverteilung der Leuchte, Ihrer Position im Raum, der Geometrie des Raumes und den Reflexionseigenschaften der Raumbegrenzungsflächen (siehe auch Kapitel). Er wurde bis in die 1990er Jahre von vielen Herstellern technischer Leuchten in Tabellenform auf den Datenblättern ihrer Produkte veröffentlicht.

Heute werden Leuchtendaten von den Leuchtenherstellern im Allgemeinen in den Datenformaten der marktüblichen Lichtplanungs-Softwareprogramme veröffentlicht. Diese Programme nutzen intern weiterhin das Wirkungsgradverfahren zur schnellen Ermittlung der ungefähr benötigten Anzahl der Leuchten. Dieser Ermittlung kann dann auch die spezifische Anschlussleistung entnommen werden, ohne Tabellenwerte manuell bearbeiten zu müssen.

Die Fachplanung ist die Grundlage der tatsächlich auszuführenden Installation der Beleuchtungsanlage und bietet somit u. a. die präzise Ermittlung ihrer spezifischen Anschlussleistung. Diese kann dann zur Erstellung des Energieausweises verwendet werden (siehe Kapitel).

Energiebedarfsfaktor Abwesenheitserfassung

Das Einsparpotential bzgl. der aufzuwendenden Beleuchtungsenergie durch Nutzung von Abwesenheitszeiten ist abhängig von

• der jährlichen Gebäudenutzungsdauer,

• der relativen Abwesenheit von Personen, angegeben in % der Gebäudenutzungsdauer und

• der Art des installierten Anwesenheitserfassungssystems, bzw. dessen Effizienz der Erfassung der Abwesenheitszeiten.

Die ersten beiden Faktoren sind im Rahmen der Erhebungen zur Erarbeitung der Norm DIN V 18599 statistisch ermittelt und im Teil 10 der Norm in den Nutzerprofilen notiert worden (siehe Tabelle). Für den letzten Faktor, die Effizienz einer elektronischen Erfassung der Abwesenheitszeiten, wird im Teil 4 der Norm der Wert von 0,95 angegeben.

Dies bedeutet, dass z. B. in einem Einzelbüro bei einer jährlichen Nutzungsdauer von 2.750 h die 30%-ige Abwesenheit zu 95% erfasst wird, woraus sich für die automatische Ausschaltfunktion ergibt:

2.750h ⋅ 0, 3 ⋅ 0, 95 = 784h,

also eine jährliche Betriebszeit der Beleuchtung von 1.966 h übrig bleibt.

Energiebedarfsfaktor Tageslichtnutzung

Das Einsparpotential bzgl. der aufzuwendenden Beleuchtungsenergie durch Nutzung des Tageslichtes ist abhängig von

• der jährlichen Gebäudenutzungsdauer,

• der etwaigen Reduzierung der Betriebszeiten der Beleuchtung auf Grund der Anwesenheitserfassung,

• der Tageslichtversorgung in den zu betrachtenden Nutzungszonen,

• dem zu erreichenden Wartungswert der Beleuchtungsstärke,

• der Art des installierten Lichtregelsystems, bzw. dessen Effizienz der Regelung.

Die ersten beiden Faktoren sind aus dem vorangegangenen Kapitel bereits bekannt.

Der an dritter Stelle aufgeführte Faktor, die Tageslichtversorgung der Nutzungszonen, ist hingegen stark von baulichen Gegebenheiten (wie z. B. die Größe, Position und Ausrichtung der Fenster,  Transmissionsgrad der Fensterscheiben, Aufbau der Fassade, Verbauung) abhängig. Die Ermittlung der Tageslichtversorgung erfolgt im Rahmen der DIN V 18599 sehr detailliert und ist vollständig im Teil 4 beschrieben. Neben der Berechnungsformel sind auch Tabellen zur Berücksichtigung der genannten relevanten Faktoren dort zu finden. Für die lichttechnische Planung sind diese Faktoren nicht von Bedeutung und daher in der Regel nicht bekannt. Bei der Erstellung des Energieausweises hingegen sind alle diese Parameter bekannt, da sie für den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes bedeutsam sind (siehe Kapitel).

Der letzte Faktor, die Effizienz der Regelung, liegt im Teil 4 der Norm DIN V 18599 in Tabellenform, jeweils den unterschiedlichen Lichtregelfunktionen zugeordnet, vor.

Konstantlichtstromregelung

Ein weiterer Faktor ist in der DIN V 18599-4 die Konstantlichtstromregelung. Diese ist nicht zu verwechseln mit der tageslichtabhängigen Regelung. Sie ist grundsätzlich von dieser unabhängig, wird aber in der Regel nur mit ihr gemeinsam realisiert.

Mit der Konstantlichtstromregelung ist das Herunterregeln der auf Grund des Wartungsfaktors auftretenden, lebensdauerabhängigen anfänglichen Überbeleuchtung gemeint.

Bei einem Wartungsfaktor von 0,8 ist zum Zeitpunkt der Neuinstallation prinzipiell möglich, die Beleuchtungsstärke um 20% - unabhängig von der tageslichtabhängigen Regelung - auf Ihren Wartungswert zu reduzieren. Zum Wartungszeitpunkt steht bei Volllast gerade noch genügend Lichtstrom zur Verfügung. Im zeitlichen Mittel ergibt sich daraus ein Einsparpotential von 10 %.

Energiebedarf für die Beleuchtung in einer Nutzungszone

Eine Nutzungszone ist ein Zusammenschluss aus Bereichen eines Gebäudes, die sich auf Grund der Ähnlichkeit ihrer baulichen Gegebenheiten (z. B. mehrere identische Räume mit gleicher  Himmelsausrichtung, jedoch auf unterschiedlichen Ebenen des Gebäudes) und ihrer identischen Nutzung (z. B. Gruppenbüros) zusammenfassen lassen.

Für eine solche Nutzungszone j ergibt sich der Energiebedarf Q_l,b,n,j [in kWh/a] zu:

Dabei wird zur Bestimmung des Einsparpotentials der tageslichtabhängigen Lichtregelung auch das Dimmender Beleuchtung (Reduzierung der Leistungsaufnahme)formal der Reduzierung der effektiven Betriebszeit t_eff,Tag,TL,j zugerechnet.

Der Grad der Tageslichtversorgung in der Teilfläche A_TL,j wie auch die Größe und Lage der Teilflächen A_TL,j und A_KTL,j ergeben sich aus den baulichen Gegebenheiten (siehe oben, Abschnitt „Energiebedarfsfaktor Tageslichtnutzung”).