Blog 24. März 2016

De-Illumination: ein wirtschaftlicher Ansatz

Getting to grips with the facts and figures of LED vs retro-reflective

TSRGD bietet Kommunen und Anlagenbetreibern die Möglichkeit, bestimmte Schilder und Poller zu deilluminieren. Die offensichtlichen Einsparungen scheinen auf der Hand zu liegen, doch geschieht dies auf Kosten der Straßenverkehrssicherheit?

Jüngste und geplante Änderungen der Vorschriften haben die Bedingungen reduziert, unter denen die Beleuchtung von Schildern und Pollern (in bestimmten Situationen) vorgeschrieben ist. Diese Lockerung überträgt die anspruchsvolle Entscheidungsfindung und das damit verbundene Risiko der Deilluminierung auf die Kommunen oder Anlagenbetreiber. Diese haben zwei unmittelbare Möglichkeiten: Sie können jene Schilder und Poller weiter beleuchten, bei denen die Anforderung entfallen ist, oder sie deilluminieren und retroreflektierendes Material verwenden.

Diese Lockerung hat zu einer verstärkten Verfügbarkeit und Nutzung von retroreflektierenden Pollern geführt, einem nicht beleuchteten Poller, der auf seiner Oberfläche auftreffendes Licht reflektiert, um den Gefahrenbereich zu markieren, sowie einer Vielzahl von Anbietern retroreflektierender Materialien für alle Arten von Straßenschildern. Diese Produkte haben den attraktiven Vorteil, dass die laufenden Stromkosten vollständig entfallen. Es gibt jedoch mehrere weitere Gesichtspunkte, die bei dieser Entscheidung zu berücksichtigen sind.

Retroreflektierende Materialien haben technische Einschränkungen: Sind sie nicht sauber von Schmutz, Graffiti und sogar Tau, wird ihre Wirksamkeit erheblich verringert. Viele Faktoren wie die Positionierung, die Umgebungslichtstärke und der Winkel in Relation zum Beobachter beeinflussen, ob das Schild oder der Poller für einen Straßenverkehrsteilnehmer in den Dunkelstunden klar erkennbar ist. Reflektierende Oberflächen bieten keine ausreichende Lösung, um potenzielle Gefahrenbereiche für Fußgänger oder Radfahrer zu kennzeichnen; außerdem stellen sie ein Problem für Fahrer größerer Fahrzeuge dar, die deutlich höher als ihre Scheinwerfer sitzen.

Die Leitlinien des Verkehrsministeriums (DfT) zur Abschaltung der Direktbeleuchtung empfehlen: „Es wird empfohlen, dass eine fundierte Risikoanalyse jede diesbezügliche Entscheidung auf Einzelfallbasis stützen sollte.“

Ein ergänzender Hinweis aus dem Verkehrszeichenhandbuch, Kapitel 3, besagt: „Einige Schilder befinden sich möglicherweise an Orten, an denen sie keine ausreichende Beleuchtung durch Scheinwerfer erhalten, und es könnte ratsam sein, unabhängig von den gesetzlichen Anforderungen eine Direktbeleuchtung vorzusehen.“

Die wirtschaftliche Betrachtung

Haushaltskürzungen bei Kommunen erschweren es zunehmend, bestehende Anlagen zu unterhalten, technologische Fortschritte zu nutzen und von neuen Produktentwicklungen zu profitieren. Es gibt viele Möglichkeiten, die Kosten für Betrieb und Wartung von beleuchteten Schildern und Pollern zu senken. Dieser Artikel untersucht die Betriebskostenbereiche für traditionell innenbeleuchtet Poller und Schilder und analysiert die Wirtschaftlichkeit von retroreflektierenden Produkten im Vergleich zu LED-Retrofits dieser Systeme. Dabei wurden verschiedene Annahmen getroffen, die im Anhang zu diesem Artikel aufgeführt sind.

Darüber hinaus werden Sicherheitsaspekte der Deilluminierung sowie die verfügbaren Optionen für eine Kostensenkung bei gleichzeitiger Beibehaltung direkt beleuchteter Schilder betrachtet.

Die Betriebskosten eines traditionellen Pollers oder eines von außen beleuchteten Schildes lassen sich in folgende Bereiche aufteilen:

Energiekosten
CRC-Abgabe (bezogen auf den Energieverbrauch)
Reinigungskosten
Anteilige laufende Lampenwechselkosten
Anteilige laufende Schild-/Pollerersatzkosten

Poller

Innenbeleuchtete Poller bestehen aus einem Sockel oder Fundament und einem polymer-basierten „Oberteil“. Der Sockel enthält ein Vorschaltgerätefach und beherbergt traditionell 2 oder 3 Leuchtstofflampen, die durch ein magnetisches oder hochfrequentes Vorschaltgerät betrieben werden können. Das Oberteil ist ein kostengünstiger Teil des Pollers, der in großen Stückzahlen gefertigt wird. Wenn beleuchtet, erscheint der Poller hell und gleichmäßig und warnt Fahrer aus allen Blickwinkeln vor einem potenziellen Gefahrenbereich.

Ein Pollerkopf hat in der Regel eine Lebensdauer von 10 Jahren. Danach kann der Pollerkopf vom Sockel gelöst und ein neuer Pollerkopf einfach installiert werden.

Der Energieverbrauch errechnet sich aus der Leistungsaufnahme (Schaltungskreiswatt: 30 für 2×11-W-PL-Lampen) und der Anzahl der Betriebsstunden pro Jahr (angenommen 4.500 Stunden für Dämmerungs- bis Morgendämmerungsbetrieb).

Mit zunehmender Verschmutzung durch Schmutz, Staub und Ablagerungen auf der Polleroberteiloberfläche nimmt die durchgelassene Lichtmenge ab. Daher ist es notwendig, die Außenfläche des Pollers regelmäßig zu reinigen. Die erforderliche Reinigungshäufigkeit hängt von der lokalen Umgebung ab; ein typischer Reinigungsrhythmus wäre 1 Reinigung pro Jahr.

Die anteiligen Kosten für den Ersatz der Lampen und des Polleroberteil werden unter Berücksichtigung der erwarteten Produktlebensdauer und des jährlichen Einsatzes berechnet. Eine Übersicht der Kosten ist unten dargestellt:

Abbildung 2 zeigt, dass die Energiekosten 47 % der gesamten Betriebskosten ausmachen. Um die Kosten zu senken und dabei die Einhaltung der Vorschriften sowie die Sicherheit der Straßenverkehrsteilnehmer zu gewährleisten, ist es wichtig, jeden Ausgabenbereich einzeln anzugehen, beginnend mit dem Stromverbrauch.

RETROREFLEKTIERENDE POLLER

Retroreflektierende Poller eliminieren die mit Energie und Lampenwechsel verbundenen Kosten vollständig. Es entstehen jedoch erheblich höhere Kosten für Reinigung und den laufenden Pollerersatz nach Beschädigungen.

Bei einem innenbeleuchtetem Poller reduziert die Schmutzansammlung nach und nach die Lichtdurchlässigkeit durch das Pollerkopf. Die Reflexionseigenschaften eines retroreflektierenden Pollers erfordern jedoch, dass die Oberfläche relativ sauber ist. Dies erfordert eine erhöhte Reinigungshäufigkeit und damit höhere Wartungskosten in diesem Bereich. Ein periodischer Austausch des gesamten Pollers wird erforderlich, da die reflektierende Oberfläche mit der Zeit abbaut (ca. 10 bis 12 Jahre). Da die Kosten des retroreflektierenden Pollers erheblich höher sind als die Kosten eines Polymer-Polleroberteil, sind auch die laufenden Ersatzkosten höher.

Es ist zu beachten, dass nach einem Vorfall der Poller möglicherweise ausgetauscht werden muss, da die reflektierende Oberfläche beschädigt werden kann, was die Kosten weiter erhöht. Aus sicherheitskritischer Sicht kann ein schwerer Unfall den Poller abbrechen und ihn vollständig vom Boden lösen. Bei einem retroreflektierenden Poller bleibt die Gefahr dann vollständig unmarkiert, während bei einem innenbeleuchteten Poller die Bodenplatte nach dem Abbrechen des Polleroberteil noch beleuchtet ist und eine ähnliche Funktion wie ein Katzenauge erfüllt, was eine gewisse Restsichtbarkeit bietet.

Abbildung 3 zeigt, dass, obwohl die Energiekosten entfallen, andere Kosten erheblich steigen:

Die jährlichen Gesamtbetriebskosten werden um rund 33 % gesenkt. Wenn man jedoch die hohen Anfangsinvestitionen für die Entfernung oder Sicherung der bestehenden Stromversorgung und die Kosten des neuen Pollers berücksichtigt, ist der Amortisationszeitraum schwer zu rechtfertigen.

LED RETROFIT-POLLER

LED-Retrofits bieten den Vorteil relativ geringer Anfangskosten bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs. Darüber hinaus bedeutet das Beibehalten der innenbeleuchtetem Pollerlösung, dass die zusätzlichen bereits erwähnten Sichtbarkeitsvorteile erhalten bleiben und kein Zeit- und Ressourcenaufwand für eine detaillierte Risikoanalyse erforderlich ist.

Die Umstellung auf LED durch einen Lampen-Retrofit (im Vergleich zu Vorschaltgerätefach-Austauschen) ermöglicht eine äußerst einfache Installation bei niedrigen Kosten. Außerdem kann der Installateur weiterhin zwei separat gesicherte Lichtquellen statt einer verwenden, wie im CSS-Bericht empfohlen; dies gibt die Gewissheit, dass im Falle eines Lampenausfalls noch eine gewisse Beleuchtung vorhanden ist.

Abbildung 4 zeigt, wie die Gesamtkosten reduziert werden, was einer Einsparung von über 40 % entspricht:

Die Amortisationszeiträume aus den Vergleichsberechnungen sind im folgenden Diagramm zusammengefasst:

Laufende Umsatzeinsparungen sind durch Deilluminierung möglich, und Kapitalinvestitionen können den Einsatz retroreflektierender Poller unterstützen. Bietet dies jedoch für alle Straßenverkehrsteilnehmer, insbesondere nicht motorisierte Nutzer, eine ausreichende Lösung?

Schilder

Retroreflektierendes Schildermaterial bietet in vielen Situationen eine vergleichbare Beleuchtungsstärke wie direkte Beleuchtung; es bietet jedoch für sich genommen keine ausreichende Beleuchtung, um die Entfernung aller Beleuchtung zu rechtfertigen, und für jede Situation muss die geeignete Beleuchtungsmethode abgewogen werden.

Vollständige Details finden sich in TSRGD; zusammenfassend sind die Bedingungen, unter denen eine Schildbeleuchtung weiterhin vorgeschrieben ist:

Warn- und Vorschriftszeichen, bei denen die Durchfahrtshöhe eingeschränkt ist
Sicherheitskritische Vorschriftszeichen
Regulative Endzeichen wie Vorfahrt gewähren, Einfahrt verboten, Geschwindigkeitsbegrenzungen
Autobahnschilder
Schilder an innenbeleuchtetem Pollern

Die meisten vorhandenen beleuchteten Schilder enthalten doppelte Leuchtstoffröhren, die einfach durch LED-Retrofit-Lampen ersetzt werden können, um den Energieverbrauch und die erforderlichen Wartungseinsätze für den Lampenwechsel zu reduzieren. Die für innen- oder außenbeleuchtete Schilder erforderlichen Beleuchtungsniveaus sind in BS EN 12899-1 festgelegt, und jede Schildaufrüstung oder in Betracht gezogene Retrofit-Option sollte dieser Norm entsprechen. Lichtstromdegradationswerte (L80) sollten ebenfalls berücksichtigt und als Teil der Gesamtlebenszykluskostenberechnung und Amortisationskalkulation einbezogen werden.

Der Energieverbrauch eines traditionellen beleuchteten Schildes errechnet sich aus den Schaltungskreiswatt (15 für 1 x 11-W-PL-Lampe) und der Anzahl der Betriebsstunden pro Jahr (angenommen 4.500 Stunden für Dämmerungs- bis Morgendämmerungsbetrieb). Eine Übersicht der Kosten ist unten dargestellt.

Wie beim traditionellen Pollersystem machen die Energiekosten fast die Hälfte der Gesamtbetriebskosten eines Schildes aus. Strom sowie Wartungskosten sind für viele Kommunen ein zentraler Ansatzpunkt zur Senkung der laufenden Kosten.

RETROREFLEKTIERENDE SCHILDER

Retroreflektierende Schilder eliminieren die mit Energie und Lampenwechsel verbundenen Kosten vollständig. Es entstehen jedoch erheblich höhere Kosten für Reinigung und laufenden Ersatz nach Beschädigungen.

Sicherheitsbedenken werden für Fahrer größerer Fahrzeuge geäußert, bei denen die Scheinwerfer deutlich tiefer als ihre Sitzposition liegen. Retroreflektierende Materialien reflektieren Licht hervorragend direkt zurück in Richtung der Lichtquelle mit einem geringen Reflexionswinkel, was für Pkw-Fahrer gut funktioniert. Bei LKW, Bussen und anderen Großfahrzeugen ist die zum Fahrer zurückreflektierte Lichtmenge jedoch oft erheblich geringer. Wie bei retroreflektierenden Pollern gibt es für Radfahrer oder Fußgänger kaum Hinweise auf Gefahrenstellen.

Abbildung 7 zeigt, dass, obwohl die Energiekosten entfallen, andere Kosten erheblich steigen.

LED RETROFIT-SCHILDER

LED-Retrofits bieten den Vorteil relativ geringer Anfangskosten bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs und der Wartung. Diese Senkung der Betriebskosten ermöglicht es Kommunen, beleuchtete Schilder zu unterhalten, ohne Deilluminierung oder vollständigen Schildersatz vornehmen zu müssen. Die Umstellung auf LED durch einen Lampen-Retrofit (im Vergleich zu Vorschaltgerätefach-Austauschen) ermöglicht eine äußerst einfache Installation bei niedrigen Kosten.

Abbildung 8 zeigt, wie die Gesamtkosten gesenkt werden, was einer Einsparung von über 40 % entspricht.

Die Amortisationszeiträume aus den drei Vergleichsberechnungen sind im folgenden Diagramm zusammengefasst:

Solarbetriebene, elektrolumineszente Schilder und Niedervoltbeleuchtung sind weitere verfügbare Optionen, die in diesem Artikel nicht berücksichtigt wurden; es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Amortisationszeiträume ähnlich wie bei retroreflektierenden Produktinstallationen wären.

Fazit und Empfehlungen

Die Deilluminierung von Straßenverkehrssicherheitsmerkmalen sollte mit Vorsicht und den entsprechenden Risikoanalysen vorgenommen werden, wobei die Umgebung, die Nutzung des Bereichs, die Auswirkung von Schmutz und Verschmutzung auf retroreflektierende Materialien sowie das Gesamtkosten-Nutzen-Verhältnis zu berücksichtigen sind.

Nicht beleuchtete Lösungen sind als Teil der Konstruktionsrisikoanalysen für neue Installationen in Betracht zu ziehen. Die Berechnungen zeigen jedoch, dass es für bestehende Installationen keinen finanziellen Vorteil einer Deilluminierung gibt, da die hohen Anfangskosten für die Umrüstung anfallen und bereits in die Stromversorgung der Anlage investiert wurde.

Es hat sich gezeigt, dass eine beleuchtete Lösung die wirtschaftlichste sein kann und gleichzeitig die Straßenverkehrssicherheit für alle Nutzer, einschließlich Fußgänger, Radfahrer und Fahrer großer Fahrzeuge, aufrechterhält.

Quellen und weiterführende Literatur:

CSS SL5/2007 Leitfaden zu den Beleuchtungsanforderungen für Verkehrsschilder und Poller (2007)
Traffic Sign Regulations General Directions, 2002, Amendment 2 (2011)
Traffic Signs Manual Chapters 3 and 4