LEDs in der Außenbeleuchtung

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HarzOp)cs GmbH – Ein AnIns)tut der Hochschule Harz Chris)an Reinboth | LEDPraxisforum | Würzburg | 07.10.2013 LEDs in der Außenbeleuchtung Ökologische Aspekte und Praxisbeispiele

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Dieser Foliensatz entstand für einen Vortrag über ökologische und ökonomische Folgen von Lichtverschmutzung, LED-Beleuchtungstechnik und kommunale Beleuchtungsplanung auf dem LED-Praxisforum am 07. Oktober 2013 in Würzburg.

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-­‐  HarzOp)cs  GmbH  –  Ein  An-­‐Ins)tut  der  Hochschule  Harz  -­‐  

 Chris)an  Reinboth  |  LED-­‐Praxisforum  |  Würzburg  |  07.10.2013  

LEDs  in  der  Außenbeleuchtung    

 

Ökologische  Aspekte    und  Praxisbeispiele  

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Kurzvorstellung  HarzOp<cs  

LED-­‐Beleuchtung  und  Ökologie  

•  Beleuchtung  und  Energieverbrauch  •  Schleichender  Verlust  der  Nacht  •  Licht  und  öffentliche  Sicherheit  

LED-­‐Beleuchtung  in  Wernigerode  

•  Entwicklung  in  Zahlen  seit  2009  •  Bislang  realisierte  Energieersparnis  

Beleuchtungssimula<on  und  –kar<erung    •  Beleuchtungssimula)onen  mit  DIALux  •  Lichtpunktkar)erung  mit  Quantum  GIS  

Agenda  für  das  LED-­‐Praxisforum  2013  

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Produkte  

•  OPTOTEACH-­‐Lehrsystem  •  3dB  POF-­‐Koppler/Spliber  •  Faserlinsen/Fasertaper  •  LED-­‐Beleuchtung  

Dienstleistungen  

•  Op)sche  Vermessungen  •  Forschung  &  Entwicklung  •  Consul)ng  &  Projek)erung  

Aus-­‐  &  Weiterbildung  

•  Fernlehrgang  Technische  Op)k  •  Azubi-­‐Ausbildung  im  Technikum  

HarzOp)cs  –  Op)k-­‐Forschung  im  Harz  

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Entwicklung  op)scher  Komponenten  

POF-­‐Seitenlicheasern  (mit  DieMount  GmbH,  g)  und  GOF-­‐Faserlinse  

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OPTOTEACH-­‐Lehrsystem  

1  BNC-­‐Eingänge  2  Poten)ometer  3  Op)sche  Ausgänge  4  Polymerfaser  (POF)  5  Mul)plexer    6  Verschiebe)sch  7  Demul)plexer  8  Polymerfaser  (POF)  9  Op)sche  Eingänge  10  Poten)ometer  11  BNC-­‐Ausgänge  12  Powermeter  

1  

2  3  

4   8  

5   6  7  

9  10  

11  

12  

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Breitband-­‐Infrastrukturkar)erung  

Planung  und  Kar)erung  von  Netzinfrastruktur  für  Städte  und  Kommunen  

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Automa)sierte  LED-­‐Vermessungen  

Hochpräzise  Selek)on  von  bis  zu  400  LEDs/h  nach  Farbort  und  Intensität  

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LED-­‐Beleuchtungsprojekt  „AuLED“  

Auoragsentwicklung  einer  Lichtsmog-­‐armen  LED-­‐Straßenlampe  (2008-­‐2009)  

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Mehrfach  ausgezeichnete  Entwicklung  

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AUBELE  =  Autarke  BELEuchtung  Projektziele  

•  Autarkes  Beleuchtungssystem  (Solar-­‐  &  Wasserstoffzelle)  •  Minimaler  Energieverbrauch  und  damit  CO2-­‐Eintrag  •  Minimaler  Beitrag  zur  Lichtverschmutzung  •  Minimale  Anlockwirkung  auf  Insekten  

Partner  

•  Hochschule  Harz  •  HarzOp)cs  GmbH  •  argus  Electronic  GmbH  •  Elektro-­‐Anlagenbau  GmbH  Rügen  

 Das  Vorhaben  wurde  inzwischen  erfolgreich  abgeschlossen  –  ein  Prototyp  ist  in  Betrieb.  

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Vortragsteil I

Beleuchtung und Ökologie

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Straßenbeleuchtung  und  Ökologie?  Energieverbrauch  

•  Bundesweit:  4.000.000.000  kWh/Jahr  (nur  öffentliche  Straßenbeleuchtung)  

•  Dies  entspricht  ca.  2,5  Millionen  t  CO2  

•  Europaweit:  35.000.000.000  kWh/Jahr  (=  Verbrauch  von  Berlin,  BB  und  MVP)  

•  Dies  entspricht  ca.  21  Millionen  t  CO2  

Weitere  Umwelteffekte  

•  Zunahme  der  Lichtverschmutzung  •  Entsorgung  von  Quecksilberleuchten  

Foto © Lamiot

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Boulder-­‐Gletscher,  Washington  State  

Foto © www.globalwarmingart.com

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Prognos)zierter  Meereslevelans)eg  

Grafiken © www.globalwarmingart.com

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Der  schleichende  Verlust  der  Nacht...  

Eine  Aufnahme  des  Sternbilds  Orion  bei  geringer  Lichtverschmutzung    sowie  in  der  mibelgroßen  Stadt  Orem,  Utah  (90.000  Einwohner)  

Fotomontage © Jeremy Stanley

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...durch  fehlgeleitete  Beleuchtung  Foto © Dark Skies Switzerland

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Das  Phänomen  des  „Urban  Sky  Glow“  Foto © Norbert Heinze

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Stellarium  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  1:  Offenes  Meer,  Wüste,  Hochgebirge...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  2:  Elend,  Sark,  Galloway  Forrest...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  3:  Sankt  Andreasberg,  Sorge,  Wieda...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  4:  Braunlage,  Bad  Sachsa...    

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  5:  Wernigerode,  Quedlinburg...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  6:  Halberstadt,  Magdeburg...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  7:  Halle,  Dresden,  Hannover...    

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  8:  Frankfurt  (Main),  Berlin...  

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Stellarium  

Bortle-­‐Skala  9:  New  York,  London,  Tokio,  Paris...  

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Oberharz:  2-­‐3  (Bortle-­‐Skala)  

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Milchstraße?  Für  viele  nicht  existent...  

1/3  aller  Deutschen  hat  die  Milchstraße  noch  nie  gesehen  Unter  den  unter  30jährigen  sind  es  bereits  44%  (Emnid,  2002)  

 Wann  wird  die  Milchstraße  gar  nicht  mehr  sichtbar  sein?  

Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service

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Foto © Utz Schmidtko, Sternwarte St. Andreasberg

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Kulturelles  Erbe  –  verloren  im  Licht  

Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service

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„Todesfalle“  Straßenbeleuchtung  

Foto © Dan Duriscoe, US National Park Service

Fotos © Prof. Dr. Eisenbeis, Uni Mainz

Während  des  Sommers  werden  pro  Nacht  und  pro  veralteter  Quecksilber-­‐Dampflampe  bis  zu  150  Insekten  getötet  –  bundesweit  summiert  sich  

dies  etwa  auf  6,8  Milliarden  Insekten  pro  Jahr  

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Und  unsere  Gesundheit...?  

„The analysis yielded an estimated 73% higher breast cancer incidence in the highest LAN (light at night) exposed

communities compared to the lowest LAN exposed communities.“

Kloog, I., Haim, A; Stevens, R.G.; Barchana, M. & Portnov, B.A.: Light at night co-distributes with incident breast but not lung cancer in the female population of Israel, in: Chronobiology

International 2008 Feb;25(1):65-81

Grafik © Tomas Dvorak, M.D.

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Was  lässt  sich  (leicht)  verbessern?  

Besonders viel Lichtverschmutzung

“Normale” Lichtverschmutzung

Minimale Lichtverschmutzung

Grafik © Florian Schweidler

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„Insektenfreundliche“  Straßenlampen  

Quecksilberdampflampen Natriumdampflampen

Getaktete LED-Beleuchtung ist besonders insektenfreundlich (bei Astronomen aber aus anderen Gründen nicht beliebt)

Grafiken © Institut für Hydrobiologie & Gewässermanagement Wien

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Zehn  Regeln  für  gute  Lichtplanung  

(1)  Nur  dort  beleuchten,  wo  es  notwendig  ist  (2)  Möglichst  energiesparende  Lampen  einsetzen  (3)  Auf  ausreichende  Lampenabschirmung  achten  (4)  Umgebung  der  Lampen  stets  berücksich)gen  (5)  Mögl.  von  zeitabhängiger  Beleuchtung  prüfen  (6)  Mögl.  von  versetzten  Abschaltungen  prüfen  (7)  Keine  Beleuchtung  in  Wohnungsfenster  (8)  Totalverzicht  auf  sog.  „Bodenleuchten“  (9)  Totalverzicht  auf  sog.  „Skybeamer“  (10)   Nachtspaziergänge  fest  einplanen    Aus:  U.  Fischer-­‐Hirchert  &  C.  Reinboth:  Lichtökologie  und    Lichtwahrnehmung,  Lehrbrief  für  den  Management-­‐Lehrgang    "Straßenbeleuchtung  -­‐  Planung,  Bau  und  Betrieb  unter  wirt-­‐  schaIlichen  und  ökologischen  Aspekten",  erschienen    im  EUROFORUM-­‐Verlag,  Düsseldorf,  2009.  

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Foto © Chris Ecklebe

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LED-­‐Praxisforum  |  07.10.2013  |  Chris)an  Reinboth,  Dipl.-­‐Wi.-­‐Inf.(FH)  |  Würzburg  Foto © Dr. Andreas Hänel

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Viel  Licht  =  maximale  Sicherheit?  

Studie  der  Home  Office  Crime  Preven)on  Unit  (2004)  

–  Installa)on  einer  besonders  hellen  Straßenbeleuchtung  –  Eine  Analyse  der  Einsatzdaten  der  Polizei  zeigte,  dass    

keine  der  eigentlich  erhozen  Verbesserungen  eintrat  –  Das  Sicherheitsgefühl  der  Anwohner  s)eg  dennoch  an  

Studie  der  Polizei-­‐Fachhochschule  Rheine  (2007)  

–  Nachtabschaltung  zwischen  1:00  und  3:30  Uhr  –  Ergebnis:  72.000  EUR  Ersparnis,  420t  CO2-­‐Einsparung  –  Einsatzzahlen  der  Polizei  sind  nicht  signifikant  ges)egen  

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Recherchen  der  Stadt  Goslar  (2012)  Gemeinde  Liebenburg:  Nachtabschaltung  von  01:00  –  4:30  Uhr    •  Seitens  der  Verkehrsteilnehmer,  der  Rebungsdienste    

und  der  Feuerwehr  sind  keine  Beeinträch)gungen  bekannt.  •  Laut  Auskuno  der  Polizei  ist  kein  Ans)eg  der  Kriminalität  bekannt.    Stadt  Vienenburg:  Nachtabschaltung  01:00  –  04:00  Uhr    •  Zunächst  sehr  nega)ve  Bewertung  der  Maßnahme  durch    

die  Anlieger,  miblerweile  wird  die  Maßnahme  akzep)ert.  •  Seitens  der  Rebungsdienste,  Polizei,  Feuerwehr  sind  keine  Probleme  bekannt.  

Stadt  Seesen:  Nachtabsenkung  0:00  –  5:30,    Nachtabschaltung  0:00  –  5:30  in  Bereichen  in  denen  keine  Nachtabsenkung  möglich  ist    •  Nach  Einführung  der  Nachtabschaltung  wurden  nach  Beschwerden  punktuelle  Nachbesserungen  

vorgenommen.  Ansonsten  wurde  die  Maßnahme  von  den  Anwohnern  mit  Verständnis  aufgenommen.  •  Es  liegen  keine  Rückmeldungen  über  nega)ve  Einflüsse  von  Polizei,  Feuerwehr  und  Rebungsdiensten  vor.    

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Vortragsteil II

LED-Beleuchtung in Wern gerode

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Wernigerode  –  bunte  Stadt  am  Harz  

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Ausgezeichneter  Naturschutz  

Bundeshauptstadt  Naturschutz  2007  (Kategorie  30.000  bis  100.000  Einw.)  

 

Biodiversitäts-­‐  kommune    

2011  Foto © Stadt Wernigerode

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Pilotanlage  in  der  Marklingeröder  Str.  

Die  Installa)on  der  neun  LED-­‐Lampen  erfolgte  2009  unter  Mitwirkung  der  Hochschule  Harz    

Fotos © Andreas Müller

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Energiebilanz  der  Pilo)nstalla)on  

Grafik:  Stadtwerke  Wernigerode  GmbH  

Einsparung:  45%  

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Energiebilanz  der  Pilo)nstalla)on  

Grafik:  Stadtwerke  Wernigerode  GmbH  

Niedrigere  Beleuchtungsstärke  –  gesetzliche  Grenzwerte  werden  aber  erreicht  

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Schribweise  Umstellung  auf  LEDs  

Jahr   Objekt   Anzahl  LED-­‐Leuchten  

Verbrauch  LED-­‐Leuchten  (kWh/a)  

Verbrauch  alte  NA-­‐Leuchten  (kWh/a)  

2007   Altstadtkreisel  (Geländer)   196   -­‐/-­‐   -­‐/-­‐  

2008   Wanderweg  Steinerne  Renne   11   -­‐/-­‐   -­‐/-­‐  

2009   Marklingeröder  Straße   9   1728   3276  

2009   Lichter  Weihnachtsmarkt   3700   2930   18648  

2009   Radweg  am  Schleifweg   14   1792   -­‐/-­‐  

2010   Zwölfmorgental   13   1612   4732  

2010   Kreisverkehr  Burgbreite   25   3200   9100  

2011   Gewerbegebiet  Smatvelde   85   20740   30940  

2012   Mannsbergstraße   4   592   1456  

2013   Plemnitzstraße/Bodestraße   13   1924   4732  

Seit  2009  wurden  174  von  4.368  (4%)  der  Lichtpunkte  auf  LED-­‐Technologie  umgerüstet  

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Beispielbetrachtung  zur  Leuchtenauswahl  

Grundlage  ist  eine  Konfigura)on  mit  Nachtabsenkung  (wo  möglich)  

Leuchte  und  Leuchtmi]el   Leipziger  Koffer  (HSE  70W)   Siteco  SL  100  (HSE  70W)   HESS  New  York  (LED  32W)  

Anschaffungskosten  pro  LP   8,00  EUR   359,00  EUR   520,00  EUR  

Betrachtungszeitraum   13  Jahre   13  Jahre   13  Jahre  

jährliche  Brennstunden   4.250  h   4.250  h   4.250  h  

davon  leistungsreduziert   2.125  h   2.125  h   2.125  h  

Lebensdauer  Leuchtmibel   8.000  h   16.000  h   50.000  h  

Anzahl  Mibelwechsel   12,28   5,64   1,13  

Kosten  pro  Wechsel   58,00  EUR   60,00  EUR   200,00  EUR  

Nennleistung   90W   90W   37W  

Reduzierter  Verbrauch   90W   63W   18,5W  

Reduzierter  Lichtstrom   5.900  lm   2.478  lm   1.750  lm  

Kommunaler  Strompreis   0,25  EUR/kWh   0,25  EUR/kWh   0,25  EUR/kWh  

Kosten  über  25  Jahre   40.442,19  EUR   35.481,53  EUR   19.267,42  EUR  

Kosten  pro  LP  pro  Jahr   95,63  EUR   81,28  EUR   29,48  EUR  

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LED-­‐Licht  auf  dem  Weihnachtsmarkt  Leistungsaufnahme  

Glühlampe   7,00  W  

LED-­‐Lampe   1,20  W  

Leistungseinsparung   5,80  W  

Brennstunden  

Einschalten  um   14:00  Uhr  

Abschalten  um   08:00  Uhr  

Laufzeit   18  Stunden  pro  Tag  

Laufdauer   40  Tage  pro  Jahr  

40  Tage  x  18  Stunden  =  720  Stunden  0,0058  kW  x  720  Stunden  =  4,176  kWh  Einsparung  bei  150  Lampen  =  650  kWh  (entspricht  dem  Verbrauch  von  5  Haushalten)  

Foto © Stadt Wernigerode

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Vortragsteil III

Simulationen und Kartierung

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Erstellung  von  DIALux-­‐Videos  

Einführung  in  DIALux  |  Chris)an  Reinboth  |  01.12.2010  

Kalkula)on  des  ULR    von  Bodenleuchten  

Simula)on  für  das  Forum  „Effiziente  Beleuchtung“  der  IHK  Potsdam  2010  

ULR  =  Upward  Light  Ra)o  

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Szenario  ohne  Bodenleuchten  

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ULR  =  6%  

Lichtverteilung  ohne  Bodenleuchten  

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Szenario  mit  Bodenleuchten  

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ULR  =  43%  

Lichtverteilung  mit  Bodenleuchten  

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Szenario  ohne  Straßenlampe  

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ULR  =  99%  

Lichtverteilung  ohne  Straßenlampe  

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Simula)on  für  das  Projekt  „AuLED“  im  Auorag  der  AUTEV  AG  Brandenburg  

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Bushaltestelle  im  Na)onalpark  Harz,  Simula)on  für  das    BMWi-­‐Projekt  „AUBELE“  (Autarke  Straßenbeleuchtung)  

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Detailansicht  der  Haltestellen-­‐Simula)on  

Page 63: LEDs in der Außenbeleuchtung

Detailansicht  der  Haltestellen-­‐Simula)on  

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Simula)on  einer  Straßenzene  für  das  BMWi-­‐  Projekt  „AUBELE“  (Autarke  Straßenbeleuchtung)  

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Innenraum-­‐Beleuchtungssimula)on  mit  DIALux  

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„Doppelleuchte“  in    Wernigerode  –  warum?  

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Mangelnde  Adap)vität  der  Beleuchtungsplanung  

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Kar)erung  von  Beleuchtungssystemen  

•  Lichtpunkte  •  IST-­‐Situa)on  •  SOLL-­‐Situa)on  •  Gefahrpunkte  •  Beleuchtungs-­‐

klasse  Straßen  

Page 69: LEDs in der Außenbeleuchtung

LED-­‐Praxisforum  |  07.10.2013  |  Chris)an  Reinboth,  Dipl.-­‐Wi.-­‐Inf.(FH)  |  Würzburg  

Lichbechnische  Analysen  in  Wernigerode  

Photonics  Communica<ons  Lab  an  der  HS  Harz  

•  Simula)on  von  Mikroop)ken  mit  OPTALIX  (Koppler,  Spliber,  Mul)plexer,  Prismen  etc.)  

•  Bes)mmung  der  Abstrahlcharakteris)ka  von  Straßenlampen  mibels  Goniometer-­‐Messung  

An-­‐Ins<tut  HarzOp<cs  GmbH  

•  Simula)on  von  Außenbeleuchtung  mit  DIALux  •  Simula)on  von  Innenbeleuchtung  mit  DIALux  •  Charakterisierung  von  LEDs  nach  dem  Farbort  •  Charakterisierung  von  LEDs  nach  der  Intensität  •  Kar)erung  von  Außenbeleuchtung  mit  GIS  

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LED-­‐Praxisforum  |  07.10.2013  |  Chris)an  Reinboth,  Dipl.-­‐Wi.-­‐Inf.(FH)  |  Würzburg  

Vielen  Dank  für  die  Aufmerksamkeit!  

Prof.  Dr.  Ulrich  Fischer-­‐Hirchert  Lehrstuhl  für  opt.  Nachrichtentechnik  Laborleitung  PCL  @  Hochschule  Harz  

       

Dr.  Mabhias  Haupt,  Dipl.-­‐Ing.  Simula)on  von  Mikroop)ken  (OPTALIX)  

 Chris)an  Reinboth,  Dipl.-­‐Wi.Inf.(FH)  

Simula)on  von  Außenbeleuchtung  (DIALux)  

Weitere  Informa)onen  unter:    hbp://hope.hs-­‐harz.de  hbp://www.harzop)cs.de  hbp://www.led-­‐strassenlampe.de    Kontakt  über:  creinboth@harzop)cs.de