Vergelijking milieuaspecten LED-letter reclameverlichting

Transcriptie

1 Vergelijking milieuaspecten LED-letter reclameverlichting Monitoring (meting 4 van 5) Datum: 18 juni Versie: 1.1 In opdracht van: Uitgevoerd door: Terry Heemskerk Vakgroep Lichtreclame, Uneto-VNI Laura Golsteijn Marisa Vieira PRé Consultants bv

2 Dit rapport is geschreven door PRé Consultants bv. PRé Consultants helpt bedrijven en overheden bij het ontwikkelen van duurzame producten en diensten. PRé Consultants heeft meer dan 20 jaar ervaring in het uitvoeren van Life Cycle Assesment (LCA) studies; van ISO conforme studies tot screening LCA s. De op LCA gebaseerde oplossingen zijn zowel praktisch als wetenschappelijk onderbouwd. PRé Consultants is marktleider op het gebied van de ontwikkeling van LCA software. Onze professionele LCA tool, SimaPro wordt in meer dan 80 landen gebruikt door bedrijven, adviesbureau s, universiteiten en onderzoeksinstituten. PRé Consultants uit Amersfoort heeft een kantoor in de Verenigde Staten en werkt samen met een wereldwijd partnernetwerk. Dit ervaren netwerk biedt advies, oplossingen en ondersteuning aan grote internationale bedrijven en projecten. PRé Consultants bv Stationsplein LE Amersfoort ii

3 Inhoudsopgave 1 Inleiding Achtergrond Doel van het onderzoek Aanpak Uitgangspunten Methodiek Resultaten Resultaten van de metingen Milieueffecten Indicator voor klimaatverandering Discussie Conclusies... 7 Bronnen... 9 Bijlage 1 Letter I Bijlage 2 Gemeten frequentiespectra van de LED letters iii

4 1 Inleiding 1.1 Achtergrond De vakgroep Lichtreclame van Uneto-VNI is geïnteresseerd in de milieubelasting van LED reclameverlichting die door verschillende leveranciers op de markt gebracht worden. In is een onderzoek gestart waarbij een analyse is gemaakt van de milieubelasting die optreedt bij de productie en transport alsmede de gebruiksfase van LED reclameletters. Uit dit onderzoek (nulmeting) blijkt dat vooral de gebruiksfase relevant is voor de milieuprestatie van LED verlichting. De milieuprestatie wordt dus voornamelijk bepaald door factoren die belangrijk zijn in de gebruiksfase en die direct gemeten kunnen worden zoals het werkelijk vermogen, power factor en de luminantie. De vakgroep Lichtreclame wil graag weten of deze factoren wijzigen tijdens de levensduur van vijf jaar waardoor dus ook de milieuprestatie kan veranderen. 1.2 Doel van het onderzoek Het doel van dit onderzoek is het vergelijken van verschillende LED reclameletter systemen op milieubelasting, levensduur, energieverbruik en lichtopbrengst. In is een nulmeting van acht LED reclameletters uitgevoerd. Hierbij is door twee adviesbureaus de luminantie, het werkelijk vermogen en de power factor gemeten. Deze kwaliteitsaspecten zijn door PRé Consultants verwerkt in een screening LCA en gepubliceerd door Uneto-VNI (Uneto-VNI, 2011). Na de meting zijn de LED reclameletters buiten opgehangen en in werking gesteld met het doel om periodiek de kwaliteit te meten op dezelfde aspecten die hierboven zijn genoemd. Tevens wordt geregistreerd welke onderdelen tijdens de proef defect raken. In dit monitoringsrapport worden de resultaten weergegeven van de LED letters na meer dan 4 jaar continue gebruik. De milieueffecten worden vervolgens naar 5 jaar continue gebruik doorgerekend en vergeleken met de resultaten van de nulmeting. Het is belangrijk op te merken dat de resultaten die in dit rapport worden gepresenteerd voortkomen uit een screening LCA zonder externe validatie. De resultaten zijn uniek voor de data van de geselecteerde leveranciers en de aannames die in deze studie gemaakt zijn. De resultaten zijn niet bedoeld voor vergelijkingen met andere LED leveranciers of andere LED producten. Zelfs voor vergelijkbaar producten kunnen verschillen in functionele eenheid, gebruikersprofielen of data kwaliteit leiden tot onvergelijkbare resultaten. 2 Aanpak 2.1 Uitgangspunten Functionele eenheid De functionele eenheid is de vergelijkingsbasis die gebruikt wordt in dit onderzoek. De functionele eenheid van een LED reclameletter wordt als volgt omschreven: een LED systeem dat in een reclameletter I van 703 mm hoog en 409 mm breed is ingebouwd, continue gebruikt wordt voor de duur van 5 jaar (43800 branduren) en een luminantie heeft van 698 cd/m 2. 1

5 In de functionele eenheid is de gemiddelde luminantie van de LED systemen opgenomen (698 cd/m 2 ). Indien een LED systeem bijvoorbeeld een luminantie heeft die twee keer zo laag is dan het gemiddelde, dan wordt er vanuit gegaan dat het systeem twee keer zo groot moet zijn om dezelfde kwaliteit licht te geven waardoor de hoeveelheid verbruikte energie ook twee keer zo groot wordt. De lichtopbrengst van 698 cd/m 2 die gebruikt is voor de functionele eenheid is de gemiddelde gemeten luminantie van de acht LED systemen bij de nulmeting. Door deze luminantie als standaard te nemen is het mogelijk om de LED letters niet alleen onderling maar ook in de tijd met elkaar te vergelijken Systeemgrenzen Uit de nulmeting van LED reclameverlichting is gebleken dat de gebruiksfase een grote milieu-impact heeft in de levenscyclus van de verlichting (Uneto-VNI, 2011). Omdat alle andere fasen (waaronder productie en transport) minder dan 2,5% van de milieu-impact veroorzaken is besloten om alleen de gebruiksfase mee te nemen in het onderzoek. Het vervolgonderzoek van LED reclameverlichting zal op dezelfde voet worden voortgezet. Gebruiksfase Er wordt aangenomen dat de LED verlichting 5 jaar lang continue aan staat. Tijdens de gebruiksfase zijn de volgende factoren belangrijk voor de milieuperformance van een LED systeem: 1. Werkelijk of opgenomen vermogen (Watt) 2. Luminantie (cd/m 2 ) 3. Power factor Ad 1 Werkelijk vermogen De energie die wordt verbruikt in het LED systeem noemt men het werkelijke vermogen. De hoeveelheid werkelijk vermogen is samen met de power factor bepalend voor het energieverbruik van een LED systeem tijdens de gebruiksfase. In dit onderzoek wordt de hoeveelheid werkelijk vermogen uitgedrukt in Watt gekoppeld aan een levensduur van vijf jaar (43800 branduren) wat het elektriciteitsverbruik in (k)wh oplevert. Ad 2 Luminantie De luminantie, die ook wel wordt aangeduid als lichtintensiteit of oppervlaktehelderheid, is de hoeveelheid licht die per oppervlakte-eenheid wordt uitgestraald en wordt uitgedrukt in candela (cd) per vierkante meter. De grootheid luminantie wordt in dit onderzoek meegenomen als kwaliteitsmaat (zie 2.2.1). Ad 3 Power factor De power factor geeft de fase verschuiving aan tussen alle harmonische stroom en spanningcomponenten. Met de power factor kan het werkelijke vermogen, in Watt, en het schijnbare vermogen, in Volt Ampère (VA) worden bepaald. Voor de energie die wordt verbruikt in het LED systeem, het werkelijke vermogen, moet het energiebedrijf extra energie leveren, het schijnbare vermogen. De prijs die de consument betaalt aan het energiebedrijf is voor het afnemen van het werkelijk vermogen per tijdseenheid (Wh) waarin naar alle waarschijnlijkheid de kosten van de extra geleverde energie verdisconteerd is. De verhouding tussen het werkelijk en schijnbaar vermogen wordt aangeduid met de power factor. Bij een power factor van 1 is er geen fase verschuiving en geen harmonische (netvervuiling). De voedingen van LED systemen veroorzaken de fase verschuiving en hogere harmonische. Hoe kleiner het getal hoe ongunstiger de werking van de voeding (Veer, H. de, 2011). Een niet gunstige powerfactor, die veel kleiner is dan 1, zorgt ervoor dat er grotere stromen lopen dan dat het strikt noodzakelijk is voor het afgeleverde netto vermogen, en deze grotere stromen zorgen nu voor meer verlies in de leidingen van het aanvoernet. De 2

6 frequentiespectra waarin de fase verschuiving van de geteste LED systemen wordt weergegeven zijn opgenomen in bijlage Methodiek Milieubelasting In dit onderzoek is een Impact Assessment uitgevoerd met behulp van de ReCiPe methodiek (Goedkoop et al. 2009). Deze methode is door RIVM, CML, Radboud Universiteit Nijmegen en PRé Consultants ontwikkeld en wordt internationaal erkend als een betrouwbare en volledige methode. Met ReCiPe kunnen de milieueffecten uitgedrukt worden op het niveau van milieuthema s en als één milieuscore. Dit maakt een vergelijking tussen de verschillende systemen goed begrijpelijk en interpreteerbaar. Om tot één score te komen zijn drie verschillende milieueffecten met elkaar gewogen: humane gezondheidseffecten (40%), schade aan ecosystemen (40%) en uitputting van grondstoffen (20%). Deze drie milieuthema s of damage categorieën bestaan ieder afzonderlijk ook weer uit milieuthema s of impact categorieën zoals in onderstaande tabel wordt weergegeven. Tabel 1 Milieuthema s en eenheden in ReCiPe Damage categorie Impact categorie Eenheid Humane gezondheid klimaatverandering humane gezondheid DALY (Disability Adjusted Life Years). ozonlaag aantasting Nadelen/belemmeringen humane toxiciteit door ziekten veroorzaakt. vorming fotochemische oxidanten vorming fijnstof ioniserende straling Ecosystemen Klimaatverandering ecosystemen Afname van het aantal soorten per jaar Terrestische Verzuring Zoetwater eutrofiering Marine ecotoxiciteit Landgebruik landbouw Stedelijk landgebruik Transformatie natuur Grondstoffen Uitputting metalen Amerikaanse dollar Uitputting fossiele hulpbronnen In dit rapport zal de milieubelasting uitgedrukt worden als één milieuscore. De eenheid voor de score is punten (Pt). Één punt komt overeen met een duizendste van de totale jaarlijkse milieubelasting van een gemiddelde Europeaan Indicator voor klimaatverandering Naast de totale milieuscore worden de resultaten ook uitgedrukt in CO 2 equivalenten wat een indicator is voor klimaatverandering. Deze wordt bepaald door de IPCC 2007 methode (IPPC, 2007). Deze methode is opgezet door het International Panel on Climate Change (IPCC) en is een veel gebruikte indicator voor klimaatverandering. De scores worden uitgedrukt in massa eenheden CO 2 equivalenten. 3

7 3 Resultaten 3.1 Resultaten van de metingen In tabel 2 zijn de gegevens opgenomen die zijn gemeten in augustus (nulmeting), mei, oktober en februari. Voor de gebruiksfase wordt gebruik gemaakt van de luminantie, de hoeveelheid werkelijk vermogen en de power factor van de LED systemen. Op basis van de hoeveelheid werkelijk vermogen en de power factor wordt het schijnbaar vermogen berekend. Het schijnbaar vermogen per tijdseenheid vertegenwoordigt de hoeveelheid energie die van het net afgenomen wordt. De luminantie is gemeten door het onafhankelijke adviesbureau MLD. Het werkelijk vermogen en de power factor van de LED systemen zijn gemeten door het onafhankelijke adviesbureau HV Advies. Tabel 2 De luminantie, werkelijk vermogen, schijnbaar vermogen en de power factor van de zeven verschillende LED reclameverlichting systemen (metingen door MLD (Luminantie) en HV Advies) Merk naam Luminantie (cd/m 2 ) Werkelijk vermogen (W) Tridonic ,50 9,75 9,50 9,50 IP LED ,10 16,10 16,25 16,18 Hansen ,25 11,65 10,88 10,8 SloanLED ,75 12,50 12,15 12,13 Osram * ,50 23,75 21,50 21,5 GE/Tetra ,70 11,75 11,43 11,43 Sign Landia ,75 16,00 16,00 15,75 Merk naam Schijnbaar vermogen (VA) Power factor Tridonic 20,21 20,74 19,39 18,27 0,47 0,47 0,49 0,52 IP LED 20,36 19,17 19,35 19,26 0,84 0,84 0,84 0,84 Hansen 15,85 16,41 15,76 15,43 0,71 0,71 0,69 0,7 SloanLED 23,61 21,55 19,29 18,65 0,54 0,58 0,63 0,65 Osram * 25,29 30,45 28,67 28,29 0,85 0,78 0,75 0,76 GE/Tetra 13,45 13,51 13,13 14,28 0,87 0,87 0,87 0,8 Sign Landia 28,64 28,57 29,09 27,63 0,55 0,56 0,55 0,57 * : Nieuwe voeding in De gemiddelde luminantie van de LED systemen is afgenomen van 698 cd/m 2 in naar 668 cd/m 2 in. De power factor is in drie gevallen verslechterd, in een geval gelijk gebleven en in drie gevallen (licht) verbeterd. De power factor in combinatie met het werkelijk vermogen levert in vijf gevallen een lager schijnbaar vermogen op en in twee gevallen een hoger schijnbaar vermogen (Osram en GE/Tetra). In is er voor vijf van de zeven LED systemen een hogere luminantie gemeten dan in (gemiddeld 672 cd/m 2 versus 659 cd/m 2 ). Het is mogelijk dat deze hogere luminantie het gevolg is van de foutmarge van maximaal 5% die kunnen optreden bij het meten (Meutzner, 2014). In slechts één geval was deze boven 5% (Hansen, 5,4%). Per leverancier was er sinds het volgende waar te nemen: Tridonic: een lichte afname in luminantie en een toename in powerfactor resulteren in een lager schijnbaar vermogen. IP Led: een afname in luminantie (met als dieptepunt de meting in ) en een constante powerfactor resulteren in lichte afname in schijnbaar vermogen. 4

8 Milieubelasting (Pt) PRé Consultants bv Hansen: een afname in luminantie (met als dieptepunt de meting in ) en een bijna constante powerfactor resulteren in lichte afname in schijnbaar vermogen. Sloan LED: een afname in luminantie (met als dieptepunt de meting in ) en een toenemende powerfactor resulteren in flinke afname in schijnbaar vermogen. Osram: een afname in luminantie (met name tussen en ) en een afname in powerfactor resulteren in een toename in schijnbaar vermogen. GE/Tetra: een afname in luminantie (met als dieptepunt de meting in ) en een bijna constante powerfactor resulteren in lichte toename in schijnbaar vermogen. Sign Landia: een afname in luminantie (met als dieptepunt de meting in ) en een bijna constante powerfactor resulteren in lichte afname in schijnbaar vermogen. 3.2 Milieueffecten De milieubelasting per LED systeem is afgebeeld in de grafiek 1. 1 In lag de milieubelasting van de LED systemen tussen 41 punten en 100 punten, in tussen de 45 en 113 punten, in tussen de 42 en 101 punten, en in de eerste meting van tussen 42 en 96 punten. Daarmee waren de verschillen in milieubelasting tussen de producenten in maximaal zo n factor 2.3. Ten opzichte van, is de milieubelasting in gemiddeld met 2% afgenomen. Bij twee van de zeven systemen is de milieubelasting groter geworden (Hansen en GE/Tetra) en bij vijf systemen juist lager. Bij één systeem is de milieubelasting zelfs duidelijk lager dan in (Sloan LED). Dit wordt veroorzaakt door de power factor die na de nulmeting omhoog is gegaan Fossil depletion Metal depletion Natural land transformation Urban land occupation 80 Agricultural land occupation Marine ecotoxicity Freshwater ecotoxicity Terrestrial ecotoxicity Freshwater eutrophication Terrestrial acidification Climate change Ecosystems Ionising radiation Particulate matter formation 0 Hansen Sloan LED IP LED Osram GE Tetra Tridonic Signlandia Gemiddeld Grafiek 1 Milieubelasting per LED systeem (letter I) uitgedrukt in punten. Impact assessment methode: ReCiPe endpont (H) V1.08/Europe H/A 1 Hierbij zijn de resultaten voor en herberekend in vanwege een update van de ReCiPe methode en wijken ze licht af van de resultaten in de nulmeting en het eerste monitoringsrapport (Uneto-VNI, 2011). 5

9 Milieubelasting (Pt) PRé Consultants bv Omdat ten slotte alleen het elektriciteitsverbruik (afgenomen van het Nederlandse elektriciteitsnet) is meegenomen zijn de verhoudingen tussen de impact categorieën bij elk LED systeem hetzelfde. De grootste milieubelasting is toe te schrijven aan de uitputting van fossiele hulpbronnen zoals olie en gas (lichtgroene balk). Dit zijn de fossiele hulpbronnen die nodig zijn om de elektriciteit op te wekken die van het Nederlandse elektriciteitsnet wordt betrokken. Daarnaast zijn er grote effecten op klimaatverandering voor zowel de humane gezondheid als ecosystemen. Deze effecten worden veroorzaakt door de emissies van broeikasgassen. In Figuur 2 zijn de 17 impact categorieën geaggregeerd naar de drie damage categorieën grondstoffen, ecosystemen en humane gezondheid. Hieruit komt duidelijk naar voren dat de milieubelasting voornamelijk ligt bij grondstoffen (door uitputting van fossiele hulpbronnen) en humane gezondheid (voornamelijk klimaatverandering en in mindere mate het vrijkomen van giftige stoffen en fijn stof) Grondstoffen Ecosystemen Humane gezondheid 20 0 Hansen Sloan LED IP LED Osram GE Tetra Tridonic Signlandia Gemiddeld Grafiek 2 Milieubelasting per LED systeem (letter I) uitgedrukt in punten. Impact aassessment method:e ReCiPe endpont (H) V1.08/Europe H/A 3.3 Indicator voor klimaatverandering Grafiek 3 laat het de bijdrage aan klimaatverandering zien van de verschillende LED systemen in,, en. Bij de analyse van de milieubelasting is geconstateerd dat de bijdrage aan klimaatverandering erg belangrijk is (zie grafiek 1). De volgorde van de scores voor klimaatverandering in grafiek 3 zijn ook hetzelfde als bij de bepaling van de milieubelasting. De indicator voor klimaatverandering van de LED systemen lag in tussen 485 en 1189 kg CO 2 equivalenten, in tussen 536 en 1345, in tussen 502 en 1208 kg CO 2 equivalenten, en in tussen 505 en 1144 kg CO 2 equivalenten. Daarmee waren de verschillen in bijdrage aan klimaatverandering tussen de producenten in maximaal zo n factor 2.3. Ten opzichte van, is de bijdrage aan klimaatverandering in gemiddeld met 2% afgenomen. Ter vergelijking, een gemiddelde Europeaan heeft een uitstoot van 1120 kg CO 2 equivalenten per jaar. De hoeveelheid CO 2 equivalenten die vrijkomt bij een LED systeem in vijf jaar is dus vergelijkbaar met ongeveer de helft tot ruim de volledige uitstoot van een gemiddelde Europeaan per jaar. 6

10 kg CO2 equivalenten PRé Consultants bv Hansen Sloan LED IPLED Osram GE/Tetra Tridonic SignLandia Gemiddeld Grafiek 3 Effect op klimaatverandering per LED systeem (letter I) uitgedrukt in kg CO 2 equivalenten 4 Discussie Voor het vergelijken van de LED systemen van de nulmeting met de vervolgmetingen in, en is uitgegaan van de functionele eenheid zoals vastgesteld bij de nulmeting. Dit betekent dat de gemiddelde luminantie zoals destijds bij de nulmeting is vastgesteld gebruikt wordt. Ook is er gerekend met een continue gebruik van vijf jaar bij zowel de nulmeting als deze eerste vervolgmeting. Er is dus sprake van een theoretische uitkomst die ervan uitgaat dat de gemeten waarden (luminantie, power factor en werkelijk vermogen) vijf jaar lang constant blijft. Dit is uiteraard niet het geval maar op deze manier kan duidelijk gemaakt worden in hoeverre de milieubelasting toe of afneemt. 5 Conclusies De milieubelasting van de zeven LED systemen lag in tussen 41 punten en 100 punten. Bij de meting van lag de milieubelasting van de zeven geteste systemen tussen 45 en 113 punten, in tussen 42 en 101 punten, en in tussen 42 en 96 punten. Ten opzichte van, is de milieubelasting in gemiddeld met 2% afgenomen. De verschillen in milieubelasting tussen de producenten bedroegen in maximaal zo n factor 2.3. Bij vijf van de zeven systemen is de milieubelasting in lager dan in. Bij vijf systemen is de oorzaak van een lagere milieubelasting een lagere werkelijk vermogen. Bij één systeem (GE/Tetra) is de milieubelasting groter geworden vanwege een hoger schijnbaar vermogen. Bij één systeem (Hansen) is de milieubelasting groter geworden vanwege een lagere luminantie. Het effect op klimaatverandering van de zeven LED systemen lag in tussen 485 en 1189 kg CO 2 equivalenten, in tussen 536 en 1345, in tussen 502 en 1208 kg CO 2 equivalenten, 7

11 en in tussen 505 en 1144 kg CO 2 equivalenten. Ten opzichte van, is de bijdrage aan klimaatverandering in gemiddeld met 2% afgenomen. De verschillen in bijdrage aan klimaatverandering tussen de producenten bedroegen in maximaal zo n factor 2.3. Bij vijf van de zeven systemen is het effect op klimaatverandering in kleiner geworden in vergelijking met. Tridonic en Sign Landia scoren slechter dan gemiddeld op milieubelasting en klimaatverandering; de overige LED systemen beter dan gemiddeld. De meeste milieubelasting wordt veroorzaakt door uitputting van fossiele hulpbronnen en het effect van klimaatverandering op humane gezondheid en ecosystemen. De resultaten en de conclusies in dit onderzoek zijn alleen gebaseerd op de gebruiksfase van de reclameverlichting van vijf jaar. De milieubelasting van de reclameverlichting wordt bepaald door enerzijds het energieverbruik dat gekoppeld is aan het werkelijk vermogen en de power factor en anderzijds de luminantie. De conclusies zijn gebaseerd op de eerste meting (nulmeting) en de vervolgmetingen die hebben plaatsgevonden in respectievelijk augustus, mei, oktober en februari. Daarbij zijn de resultaten van beide metingen geëxtrapoleerd naar een periode van vijf jaar. De metingen zullen periodiek worden uitgevoerd gedurende vijf jaar. Na deze proefperiode zal een eindoordeel gevormd worden. 8

12 Bronnen Boer, L.E. den, F.P.E. Brouwer en H.P. van Essen (2008). STREAM, Studie naar Transport Emissies van Alle Modaliteiten, Versie 2.0, CE Delft. Dogterom, F. (). Slechte led vervuilt het net, Allicht, 3de jaargang, no 7, september, blz Ecoinvent Centre (). Ecoinvent data v2.2. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, Goedkoop, M., R. Heijungs, M. Huijbregts, A. De Schryver, J. Struijs en R. van Zelm (2009). ReCiPe 2008, A life cycle impact assessment method which comprises harmonised category indicators at the midpoint and the endpoint level, First edition, Report I: Characterisation. Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer. IPCC (2007). IPCC Fourth Assessment Report. The physical science basis. Meutzner, J. (2014). MLD, persoonlijke mededeling 4 februari Uneto-VNI (2011). Vergelijking milieuaspecten LED-reclameverlichting, eindrapport onderzoek , Vakgroep Lichtreclame Uneto-VNI, Zoetermeer, Veer, H. de. (2011). HV Advies Elektrotechnisch Advies- en Opleidingsbureau, Persoonlijke mededeling 26 mei

13 Bijlage 1 Letter I 10

14 Bijlage 2 Gemeten frequentiespectra van de LED letters De frequentie die van het net komt is 50 Hz. Grafisch gezien levert dit een golvend, sinusvormig patroon op. Elektronische apparatuur kan extra frequenties veroorzaken die een veelvoud zijn van deze grondfrequentie, bijvoorbeeld 150 en 250 Hz. Die extra frequenties heten harmonischen en verstoren het sinusvormige frequentiepatroon (Dogterom, ). In de grafieken geven de linkerbalkjes de grondfrequenties (50 Hz) weer. Alle overige balken zijn afwijkende frequenties die een nadelige invloed hebben op het elektriciteitsgebruik en op de kwaliteit van de elektronische componenten in het net. Tridonic () Tridonic () 11