Gebäudetechnik: Zeitgemäße LED-Beleuchtung für die AWK Düsseldorf

In der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste wurde betagte Lichttechnik durch moderne Leuchten auf LED-Basis ersetzt. Das Ergebnis überzeugt – nicht nur bezüglich technischer Aspekte.

Im Düsseldorfer Stadtteil Unterbilk ist die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste im Karl-Arnold-Haus der Wissenschaften beheimatet. Das langgestreckte zweigeschossige Gebäude versprüht den Charme der späten 1950er Jahre und beinhaltet zwei bemerkenswert gestaltete Veranstaltungssäle für bis zu 400 bzw. 84 Personen. Der kleinere Diskussionssaal ist kreisrund geformt, während der großzügig dimensionierte Kongresssaal einen rechteckigen Grundriss (25 × 16 m) aufweist und über eine konzentrisch angeordnete Polsterbestuhlung sowie ein frontseitiges Podium verfügt.

Beide Säle besitzen eine überraschend gute Akustik, die nicht zuletzt der hölzernen Kassettentäfelung der Wände zuzuschreiben sein dürfte. Sogar anspruchsvolle Konzerte können hier ausgerichtet werden, wie das stets bestens besuchte Neujahrskonzert eindrucksvoll belegt. Über das Jahr verteilt finden regelmäßig Veranstaltungen in der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste statt.

Handlungsbedarf

Für die Medien- und Informationstechnik in der Akademie ist seit 2008 Armin Schönebeck zuständig. Unter seiner Leitung wurde die Veranstaltungstechnik in den Sälen der Nord – rhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste sukzessiv auf einen aktuellen Stand gebracht. Jüngste Maßnahme war die Erneuerung der in die Jahre gekommenen Beleuchtungstechnik, die im vergangenen Jahr in zwei Schritten erfolgte.

Sowohl der Diskussionssaalals auch der Kongresssaal werden nicht von der Decke, sondern durch in die Wände integrierte Leuchtenelemente erhellt, die als umlaufendes Band (kleiner Saal) bzw. Matrix (großer Saal) arrangiert sind. Zu den besonderen Herausforderungen der Umrüstung gehörte der Umstand, dass die seit 1960 unverändert existierende Holztäfelung der Wände unter Denkmalschutz steht. Vormals befanden sich hinter den quadratischen Abdeckungen ein oder zwei ringförmige Leuchtstoffröhren mit Leistungen von 54 bzw. 2 × 36 Watt. Die Röhren waren über passende Vorschaltgeräte dimmbar und zum Teil mit einer Sicherheitsbeleuchtung versehen, die auf konventionellen Glühbirnen basierte und über einen eigenständigen Stromkreis versorgt wurde.

„Dieser Zustand war nicht mehr zeitgemäß, und auch der Stromverbrauch fiel vergleichsweise hoch aus“, erinnert sich Armin Schönebeck und berichtet über Störungen, die bedingt durch den Ausfall von Vorschaltgeräten auftraten. Letztere waren ab einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr nachzubestellen, so dass unübersehbar Handlungsbedarf bestand. „Von Beginn an war klar, dass wir bei einer Neuanschaffung von Beleuchtungstechnik auf zeitgemäße LED-Lösungen setzen wollten“, erklärt Armin Schönebeck. „Es galt somit, einen Hersteller zu finden, der eine Leuchte entwickelt, welche den besonderen Anforderungen der Akademiesäle genügt.“

 

Maßanfertigung

Die Ausschreibung über die neu einzubringende Beleuchtungstechnik konnte hmpartner, produktneutrales Planungsbüro mit Sitz in Sonsbeck, für sich entscheiden. Erster Ansprechpartner war Stefan Mathias, der gemeinsam mit Kollegen zunächst die Ist-Situation ermittelte: „In einem ersten Schritt haben wir Lichtmessungen in den Sälen vorgenommen, die Steuerungstechnik analysiert und dabei natürlich stets auch die aktuellen Sicherheitsanforderungen inklusive des Brandschutzkonzeptes im Auge behalten“, berichtet Mathias. „Ziel war, die originale Beleuchtungssituation in den Sälen unter Einsatz moderner LED-Technik so gut wie möglich zu reproduzieren.“

Lediglich die Farbtemperatur (CCT) wurde gegenüber den vormals zum Einsatz kommenden Leuchtstoffröhren um rund elf Prozent erhöht und liegt heute bei 3.000 Grad Kelvin. Aufgrund der Denkmalschutzbestimmungen und der gegebenen Infrastruktur war es nicht möglich, für die neue Beleuchtung auf Standardprodukte zurückzugreifen – neben den Abmessungen der Holzkassetten mussten auch die vorhandenen Befestigungspunkte berücksichtigt werden. Die Wärmeableitung war ebenfalls ein Thema – pro LED-Leuchteneinheit werden bei der aktuell zum Einsatz kommenden Lösung maximal 56 Watt produziert.

Für die Produktion einer geeigneten Sonderanfertigung wurden mehrere Hersteller angefragt. Dem Vernehmen nach war lediglich die Philips Lighting BV bereit, eine aus Konzernperspektive vermutlich eher unattraktive Stückzahl bei vertretbaren Kosten zu fertigen. Zunächst wurde in Winterswijk (Niederlande) ein Mustertyp der Leuchte produziert, der im Labor in allen relevanten Parametern vermessen wurde. Ermittelt wurde unter anderem die Lichtverteilungskurve (LVK), die bei hmpartner die Basis für eine Simulation mithilfe einer Software der Relux Informatik AG bildete. Wichtige Aspekte in diesem Zusammenhang waren die Homogenität der Lichtverteilung, die maximale Beleuchtungsintensität sowie die minimale Beleuchtungsintensität (Sicherheit).

Steuerung über DALI

Teil der Anforderungen war neben der exakt ermittelten Dimension der Leuchten auch deren Konnektivität: Bus der Wahl in der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste ist DALI. Die Dynalite-Steuertechnik mit Gateways (DDBC120- DALI) im Hutschienenformat stammt ebenso wie die neuen Leuchten von Philips. Ein DALI-Universum ist auf 64 Leuchten limitiert, so dass im Diskussionssaal ein einzelner Controller (plus Redundanzgerät) ausreicht. Physikalisch sind die einzelnen Leuchten untereinander per Daisy-Chaining verbunden.

Ein Nachteil von DALI besteht darin, dass sich angeschlossene Leuchten selbst im ausgeschalteten Zustand unter Spannung befinden. Das Problem wurde in Düsseldorf derart gelöst, dass die Leuchten über einen Schaltkontakt im Controller spannungslos geschaltet werden können: „Für uns ist das auch in Bezug auf die Gebäudesicherheit ein sehr wichtiger Aspekt!“, erklärt Armin Schönebeck. Ein externer Remote-Zugriff auf den DALI-Bus ist prinzipiell möglich, wobei die Sicherung gegen Hacker-Angriffe in der Akademie ebenso einfach wie effektiv ist: Eine Verbindung kann lediglich dann hergestellt werden, wenn Armin Schönebeck das entsprechende Netzwerkkabel einsteckt.

In den Sälen wird Nutzern auf unterschiedliche Arten Zugriff auf die Steuerung gewährt: Auf ein simples An/Aus beschränkt sich der Putzlichtschalter, dessen Betätigung den Saal in das erforderliche Grundlicht taucht. Hinzu kommt ein Mehrfachtaster mit selbsterklärender Beschriftung, der Szenen wie Einlassbeleuchtung, Präsentationsbeleuchtung (vorne dunkler, hinten heller) oder Diskussionsbeleuchtung (umgekehrter Lichtkeil) abrufbar macht.

Weiterhin ist am Philips-Mehrfachtaster (Dynalite PATPE AntumbraTouch) die Helligkeit gemäß persönlichem Gusto einstellbar. Schließlich ist ein Zugriff noch aus dem Regieraum über das dort installierte Mischpult möglich – Szenen lassen sich an der Konsole auf Knopfdruck abrufen, aber auch individuelle Lichtverteilungen mit Fadern einpegeln. Im Kongresssaal können über das 48-kanalige Pult zusätzlich zur Saalbeleuchtung noch zwölf LED-Scheinwerfer – 3 × Deckenspot, 9 × Frontlicht – gesteuert werden. Bei größeren Veranstaltungen werden in der Akademie Licht-, Ton- und Videotechnik von ausgebildeten Fachkräften bedient.

Neues Licht in alten Wänden

Im runden Diskussionssaal sind 63 LED-Leuchten montiert, während im großen Kongresssaal 264 LED-Panels zum Einsatz kommen. Aus naheliegenden Gründen wurden im Rahmen der Sonderproduktion bei Philips zusätzliche Einheiten gefertigt, die in der Akademie als Sicherheitsreserve für einen in Zukunft eventuell erforderlichen Ersatz einzelner Units gelagert werden. Detail am Rande: Die Größen der Leuchten in den beiden Sälen unterscheiden sich um 1 cm, so dass ein wechselseitiger Austausch zwischen Diskussions- und Kongresssaal nicht möglich ist. Beide Leuchtenchargen wurden mit Gedanken an eine vertretbare Preisgestaltung gemeinsam im Jahr 2014 produziert.

Von Philips gefertigt wurden jenseits des LED-bestückten Innenlebens* auch die Montagewannen (Lampenkörper aus gekantetem Blech) sowie die Vorschaltgeräte. Hinzu kamen passende Kunststoffhauben, deren Opazität (Trübung) derart ausgelegt ist, dass mit dembloßen Auge keine Hotspots auszumachen sind. Die neuen Leuchten präsentieren sich somit dem Betrachter als homogene Flächen ohne nennenswerte Abdunkelung in den Ecken. Vorgabe war, dass sich die Hauben per Saugnapf nach vorne hin abnehmen lassen, um im Bedarfsfall an die Elektronik gelangen zu können.

Die originalen transluzenten Vorsatzschalen ließen sich aufgrund ihres altersbedingten Zustands nicht weiter verwenden. Aus Sicherheitserwägungen wurden einzelne Leuchtenmodule über Weichen nicht nur an das normale Stromnetz, sondern auch an eine unterbrechungsfreie Batterie-Gleichstromversorgung angeschlossen, die im Fall der Fälle Notenergie liefern würde: Sobald der Wechselstrom ausfällt, wird automatisch auf Gleichstrom umgeschaltet, welchen die LED-Leuchten klaglos akzeptieren. Das Anliegen von Gleichstrom setzt die Elektronik in einen definierten Zustand mit einer Leistung von 15 Watt.

Vorgeschrieben ist eine Nothelligkeit von 1 Lux – zu messen sind im Diskussionssaal im Notfall-Modus inklusive der Stufenbeleuchtung und weiterer Elemente rund 5 Lux. Die Notstromversorgung in der Akademie ermöglicht den Betrieb der Leuchten über eine Dauer von deutlich mehr als den vorgeschriebenen drei Stunden. Der Lampenaustausch wurde getrennt nach Sälen in zwei Zeitfenstern von zwei unterschiedlichen Elektrofirmen (Horst Wilke Elektroanlagen und Jäger Elektrotechnik) vorgenommen.

Im März 2015 wurde zunächst der Diskussionssaal erneuert, bevor im Sommer der Kongresssaal folgte – die aufwändigen Baumaßnahmen mit kompletter Einrüstung konnten selbstverständlich nur zu Zeiten erfolgen, in denen die Säle nicht genutzt wurden. Im großen Saal konnte der komplette Austausch in einer Rekordzeit von lediglich drei Wochen erledigt werden – seit September 2015 erstrahlt die historische Veranstaltungsstätte in neuem Licht. Fachgerecht entsorgt wurden im Rahmen des Rückbaus nicht nur die alten Leuchtmittel, sondern auch mehr als eine Tonne alte Kabel sowie 700 kg Metallschrott.

Einspareffekte: Gut für Budget und Umwelt

Dank des Austauschs der nicht mehr zeitgemäßen Beleuchtungstechnik durch moderne LED-Lösungen konnte in der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste eine Energieersparnis von 81 (!) Prozent gegenüber dem ursprünglichen Zustand erzielt werden. Die Investition dürfte sich somit in einem angemessenen Zeitraum amortisieren. Pro Jahr werden durch die neue Technik die CO2-Emissionen gemäß BMU-Formular um 638 Tonnen reduziert.

Als ergänzender Effekt kommt hinzu, dass von den neuen Leuchten insgesamt weniger Wärme abgestrahlt wird, so dass die Klimaanlage selbst bei gut besuchten Veranstaltungen lediglich moderat kühlen muss. „Mit den neuen Leuchten haben wir ausschließlich positive Erfahrungen gemacht“, konstatiert Armin Schönebeck.

„Von unseren regelmäßigen Gästen hat niemand bemerkt, dass ein Austausch stattgefunden hat, und es gab keine einzige Beschwerde, dass die Lichtqualität schlechter geworden sei. Ganz im Gegenteil konnten wir feststellen, dass sich die Aufmerksamkeit unserer Gäste bei Veranstaltungen weiter gesteigert hat – unterschwellig wird von den Anwesenden anscheinend wahrgenommen, dass im Gegensatz zur früheren Ausstattung kein Flackern mehr vorhanden ist. Befragt man Gäste direkt und weist sie darauf hin, dass die Lichttechnik erneuert wurde, werden nach kurzer Überlegung Komparative wie „gleichmäßiger“ oder „ruhiger“ genannt.

Der Aufmerksamkeit ist die neue Lichttechnik ohne jede Frage förderlich; die Arbeitsatmosphäre in unseren Sälen hat sich durch die Maßnahme deutlich verbessert!“ Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem Einsatz von LED-Technik in den Veranstaltungssälen wird in Düsseldorf bereits laut über die Verwendung von Leuchtdioden in weiteren Teilen des denkmalgeschützten Gebäudes nachgedacht: Insbesondere in den Foyers sind derzeit noch mehr als 500 Rundleuchten alter Prägung im Einsatz – für eine Umrüstung werden auch hier formgerechte Sonderanfertigungen sowie eine kompetente Fachplanung vonnöten sein.

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AWK DÜSSELDORF

Die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste pflegt als Vereinigung führender Forscherinnen und Forscher des Landes NRW den interdisziplinären Austausch unter den Mitgliedern. Sie ist in drei wissenschaftliche Klassen für Geisteswissenschaften, Naturwissenschaften und Medizin sowie für Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften und in eine Klasse der Künste gegliedert.

Die Akademie betreut zurzeit 14 Langzeit-Forschungsprojekte und gibt u. a. wissenschaftliche Publikationen heraus. 2006 wurde zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses das Junge Kolleg gegründet, in das bis zu 30 herausragende junge Wissenschaftler aller Fachrichtungen für vier Jahre berufen werden können. Öffentliche Veranstaltungen in der Akademie bieten eine Plattform für den Dialog zwischen Wissenschaft, Politik und Öffentlichkeit.

Ihren Sitz hat die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste im Düsseldorfer Karl-Arnold-Haus, das von 1958 bis 1960 nach Plänen von Hans Schwippert und Friedrich Kohlmann erbaut wurde. Aktuell sind elf festangestellte Mitarbeiter in der Geschäftsstelle beschäftigt.