Fallstudie: LED Flutlichtanlage bei Hockeyfeldern

Anforderungen an Hockeyfelder nach DIN EN12193 „Sportstätten“

Klasse Horizontale Beleuchtungsstärke
Em in lx
Gleichmäßigkeit
Uo = Emin/Em
Blendung
GR
I 500 lx 0,7 50
II 200 lx 0,7 50
III 200 lx 0,7 55

Beleuchtungsklasse I: Hochleistungswettkämpfe, Hochleistungstraining; Zuschauer: große Sehentfernung
Beleuchtungsklasse II: Wettkämpfe mit mittlerem Niveau, Leistungstraining; Zuschauer: mittlere Sehentfernung
Beleuchtungsklasse III: Einfache Wettkämpfe (meist ohne Zuschauer), allgemeines Training, allgemeiner Schul- und Freizeitsport.

Je nach Organisation (z.B. Netherlands Olympic Committee) sind für die Klassen II und III bereits 250lx erforderlich.

Wichtig für das komfortable Bespielen des Platzes ist die Begrenzung der Direktblendung. Um diese zu bewerten, hat die internationale Beleuchtungskommission CIE das GR-Verfahren (Glare Rating) definiert. Dabei wird die Helligkeit der beleuchteten Sportfläche in Beziehung zur Helligkeit der Lichtquellen gesetzt. Das errechnete Verhältnis reicht auf einer Skala von 10 für „keine Blendung“ bis 90 für „unerträgliche Blendung“. Für Sportfelder wird ein Wert von unter 50 angestrebt.

In der Praxis fallen eine Vielzahl der Hockeyfelder in die Klasse II mit den vorgegebenen Anforderungen Em > 200lx Uo >0,7 und GR < 50. Eine typische BeleuchtungsInstallation auf 6 Masten würde in diesem Fall 14 konventionelle Halogenmetalldampflampen mit einer Leistungsaufnahme von 2kW erfordern. Eine Installation mit 8 Masten erfordern 16 Halogenmetalldampflampen.

3D-Falschfarbenansicht 14x 2kW HQI

Ergebnis:

Mittlere Beleuchtungsstärke Em: 245 lx

Minimale Beleuchtungsstärke Emin: 173 lx

Maximale Beleuchtungsstärke Emax: 432 lx

Gleichmäßigkeit Uo Emin/Em: 0,71

Ungleichmäßigkeit Ud Emin/Emax: 0,4

Gesamtleistung: 29,4 kW

Die Berechnung basiert auf Planflächenstrahler der neusten Generation. Der Wartungsintervall beträgt 3 Jahre, das bedeutet, dass alle 3 Jahre alle Leuchten erneuert werden. Defekte Leuchten werden sofort erneuert. CIE (WF = 0,77).

Fazit: sofern die oben genannten Wartungsarbeiten korrekt ausgeführt werden, ist eine normgerechte Beleuchtung garantiert.

In der Realität ist es oft so, dass die Wartungsarbeiten nicht in den geplanten Abständen durchgeführt werden, so dass durch Lichtstromverlust, Farbortverschiebung und Leuchtenausfall die Lichtqualität leidet. In extremen Fällen kann die Beleuchtungsstärke auf den halben Planwert fallen, wobei die Gleichmäßigkeit ebenfalls stark unter diesen Folgen leidet.

Eine wesentlich nachhaltigere Alternative bietet die LED-Technik. Mittlerweile ist sie technisch ausgereift und mit genügend Leistung ausgestattet. Somit lässt sich ein 200lx Platz mit nur 12 LED-Leuchten wie folgt realisieren:

3D-Falschfarbenansicht 12x Lumosa LED Sportfeldbeleuchtung

Ergebnis:

Mittlere Beleuchtungsstärke Em: 262 lx

Minimale Beleuchtungsstärke Emin: 189 lx

Maximale Beleuchtungsstärke Emax: 370 lx

Gleichmäßigkeit Uo Emin/Em: 0,72

Ungleichmäßigkeit Ud Emin/Emax: 0,51

Gesamtleistung: 19,2 kW

Die obige Berechnung basiert auf der Lumosa CS860 LED-Sportfeldbeleuchtung.

Die geforderte Beleuchtungsstärke ist 200lx, erreicht werden 262lx. Über die Dimmfunktion lässt sich der geforderte Wert von 200lx per Touch einstellen. Dies entspricht einer Leistungsreduktion von 24%. Damit sinkt die erforderliche Leistungsaufnahme auf äußerst energieeffiziente 14,6kW. LED Module unterliegen einem Lichtstromverlust von ca. 4% bei 15.000 Stunden. Dieser Lichtstromverlust wird durch ein automatisches Nachregeln der Leistung ausgeglichen. Somit bleibt die Beleuchtungsstärke über die gesamte Lebenszeit der LED Module konstant.

Dank der individuell ausrichtbaren LED Module der Lumosa CS860 ist es unerheblich, ob es sich um eine 6 Mast oder eine 8 Mast Anlage handelt.

Linke Seite Ausleuchtung mit Lumosa LED-Leuchten (12 x CS860), rechte Seite Ausleuchtung mit konventionellen HQI-Leuchten (12 x 2.000W)

Spezialfall 500lx Spielfeld

Eine Beleuchtungsstärke von 500lx (Klasse I) werden in der Regel mit 26 konventionellen Halogenmetalldampflampen von je 2kW dauerhaft erreicht, sofern sie wie oben erwähnt regelmäßig gewartet werden. Dies entspricht einer Gesamtleistungsaufnahme inklusive Vorschaltgerät von 54,6kW. Gefordert werden 500lx für Hochleistungswettkämpfe, welche einen relativ kleinen Anteil an der absoluten Spielzeit in Anspruch nehmen. Für lokale Wettkämpfe oder das Training reichen in der Regel 200lx aus. Man könnte jetzt versuchen, einzelne Leuchten auszuschalten, um die Beleuchtungsstärke anzupassen. Dadurch würde man jedoch riskieren, dass einzelne Leuchten schneller an Lichtstrom verlieren, was wiederum zu einer Ungleichmäßigkeit im hochklassigen 500lx Spielbetrieb führen würde. Auch das Ausschalten im 200lx Betrieb bringt eine starke Ungleichmäßigkeit mit sich.

Dies hat zur Folge, dass die Plätze dauerhaft mit 500lx bespielt werden und die Lampen somit häufig gewechselt werden müssen, zu viel Energie und Geld verbrauchen und somit auch zusätzlich CO2 ausstoßen.

Die LED hat zwei weitere unschlagbare Eigenschaften. Sie lässt sich ohne Vorglühzeit auf 100% Leistung einschalten und kann stufenlos gedimmt werden, sich also intelligent der geforderten Beleuchtungsstärke anpassen.

Hier ein Beispiel für ein 500lx Hockeyfeld realisiert mit 24 LED Leuchten:

3D-Falschfarbenansicht 24x Lumosa LED Sportfeldbeleuchtung

Ergebnis:

Mittlere Beleuchtungsstärke Em: 519 lx

Minimale Beleuchtungsstärke Emin: 420 lx

Maximale Beleuchtungsstärke Emax: 690 lx

Gleichmäßigkeit Uo Emin/Em: 0,81

Ungleichmäßigkeit Ud Emin/Emax: 0,61

Gesamtleistung: 38,4 kW

Die maximale Beleuchtungsstärke wird an nur sehr wenigen Spielstunden im Jahr benötigt. Umso wichtiger ist die Funktion, die Beleuchtungsstärke gleichmäßig auf das tatsächlich notwendige Niveau zu regeln um maximal viel Energie unter optimalen Spielbedingungen zu sparen. Die Gleichmäßigkeit bleibt hierbei unverändert auf dem konstant hohen Niveau, da alle Leuchten dasselbe Lichtniveau aufweisen.

Durch die Tatsache, dass LED Leuchten bei geringerer Leistung effizienter werden, gibt es sogar einen doppelten Vorteil. Die elektrische Leistung bei 200lx lässt sich auf 30% reduzieren, während der Lichtstrom sich bei 40% befindet.

Bedeutet 11,5kW bei 200lx und 38,4kW bei 500lx und den Komfort beides ohne Abstriche auf einem Platz zu vereinen.

Auch halbseitige Lösungen sind problemlos realisierbar, sogar die Beregnungsanlage lässt sich über das System schalten:


Quellen:
DIN EN 12193
DIN EN 12464
CIE: 154 „Maintenance of outdoor lighting systems“
licht.wissen 08 Sport und Freizeit
WIKIPEDIA

Software:
ReluxPro 2016.1.1.
Calculux 7.7.1.0
DIALux 4.13