Arbeitsgruppe Lichttechnik und passive Solarsysteme

Etwa 80 bis 90 Prozent der Informationsaufnahme des Menschen erfolgt über das Auge. Der anforderungsgerechten Gestaltung und Planung des visuellen Umfeldes kommt damit hohe Bedeutung zu. Zugleich stehen beleuchtungstechnische Lösungen verstärkt unter dem Primat der Energieeffizienz. Bei ca. 10 Prozent des Gesamtstromverbrauchs in Europa für Beleuchtungszwecke können effiziente Lichtlösungen einen erheblichen Beitrag zu schonendem Ressourceneinsatz und klimapolitischen Zielen leisten.

Vor diesem Hintergrund bearbeitet die Arbeitsgruppe Lichttechnik und passive Solarsysteme Projekte zur Fassadenoptimierung, zur Allgemeinbeleuchtung von Gebäuden und zur Straßenbeleuchtung. Der Fassadentechnik kommt hinsichtlich einer energetisch effizienten und biologisch wirksamen Solarenergie- und Lichtversorgung von Gebäuden eine maßgebliche Bedeutung zu. Gut geplante Fassaden ermöglichen es, in dahinter liegenden Raumbereichen wie Büros zu etwa 80 Prozent der Zeit ohne Wärmeenergie und Kunstlicht auszukommen und damit Wärme- und Beleuchtungsenergiebedarf und Leuchtmitteleinsatz signifikant zu senken. Darüber hinaus wirkt Tageslicht unmittelbar biologisch auf den Menschen, z. B. bei der Steuerung des circadianen Rhythmus. Im Bereich der Lichttechnik von Fassaden herrscht bis dato Planungsunsicherheit. Es fehlen Fassadensystemdaten und geeignete Beratungssoftware was zu planerischen Fehlentscheidungen führen kann.

Die Schwerpunkte der Arbeitsgruppe Lichttechnik und passive Solarsysteme liegen in der Entwicklung von Bewertungsmethoden und in der Softwareentwicklung, in der Technologieentwicklung, in Validierungsuntersuchungen, in der Beratung und im Wissenstransfer sowie im Bereich des Mess- und Prüfwesens.

 

Mitwirkung bei der Bearbeitung der Forschungsthemen zu
Licht & Psychologie
des Promotionskollegs »Menschen in Räumen - MIR«  

www.people-inside.de

 

Eine Auswahl an Projekten, die in der Gruppe bearbeitet wurden:

 

TaLed -

fassadenintegrierte Tageslicht-und LED-Beleuchtung

Durch den Einsatz mikrostrukturierter opti­scher Komponenten für Tageslichtnutzung und elektrische Beleuchtung sollen Energie­effizienz, Lebenszyklusbilanz und die Aufenthaltsqualität im Gebäudebereich verbessert werden.
Entwickelt werden zwei miteinander kombinierbare mikrooptische Strukturen:
Lichtumlenkende Strukturen Lichtauskoppelnde Strukturen 

 

Strahlungskonzentration und Blendung

durch Wolkenkratzer-Fassaden und andere spiegelnde urbane Oberflächen


Neue Analyseverfahren und Vermeidungsstrategien

Strahlungskonzentrationen durch konzentrierend ausgebildete Glasfassaden können zu Materialschädigungen (z.B. Versagen von Kunststoffen, wie z.B. Dichtungen in Fassaden) oder zu zum einen als störend empfundenen oder zum anderen die Sehfunktion (Sicherheit!) beeinträchtigende Blendungen führen.

Das sogenannte »Walkie Talkie« Gebäude in London ist das bekannteste Beispiel für diesen »Brennglas-Effekt«, bei dem eine konkav ausgeführte Glasfassade zu Schädigungen und starken Blendungen in der städtischen Nachbarschaft führte. In der Folge war die 160 m hohe Fassade kostenintensiv mit speziell ausgelegten Verschattungselementen („Brise Soleil“) nachzurüsten.

 

Katalog von Empfehlungen

zur Steigerung der Energieeffizienz für Beleuchtungszwecke

Ein erheblicher Teil der Gesamtenergie-aufwendungen in Gebäuden entfällt auf die Beleuchtung.
Zur Senkung dieser Aufwendungen stehen effiziente technische und gestalterische Lösungen zur Verfügung. Diese kommen jedoch aus unterschiedlichen Gründen nicht flächendeckend zum Einsatz. Ziel der Entwicklung des Katalogs war es, energie-effiziente Beleuchtung besser in Planung und Umsetzung im Neubau und in der Bestandsertüchtigung zu verankern.

 

Energieeffizienz-Strategien Beleuchtung

Methoden für die Standardisierung

Anforderungen an die Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Gebäudebereich wurden erst mit der EPBD und den einhergehenden nationalen Umsetzungen in der Breite verankert. Dies machte die Entwicklung neuer systemischer Bewertungsansätze in Form von technischen Standards erforderlich. In den technischen Standards werden integral die Einflüsse der Tageslichtversorgung über die Gebäudefassaden, der elektrischen Beleuchtung und des Lichtmanagements berücksichtigt.

 

Tageslichttechnische Fassadenplanung für die Beratungspraxis

Ziel des Vorhabens war die Verbesserung der qualitativen und quantitativen lichttechni­schen und energetischen Fassadenplanung in der Beratungspraxis durch Bereitstellung geeigneter Planungswerkzeuge. Dadurch sollte die Minderung von Fehlplanungen, eine verbesserte Integration von Tages- und Kunstlichtplanung und eine Erhöhung der Planungsqualität erreicht werden.

Im Projekt wurden sowohl mess- als auch softwaretechnische Arbeiten durchgeführt. Das bestehende IBP-Photogoniometer wurde erweitert, um Messungen an Fassa­denkomponenten durchzuführen.

 

IEA SHC Task 50

 

Ziel des vom IBP geleiteten IEA-SHC Task 50: "Advanced Lighting Solutions for Retrofitting Buildings", der International Energy Agency war es, die Sanierung von Beleuchtungsanlagen (Tageslichttechnik, elektrische Beleuchtung und Lichtmanagement) im Nichtwohnbau mit Hilfe innovativer aber praxisnaher Ansätze, die auf eine Vielzahl typischer Gebäuden angewendet werden können, zu unterstützen.

 

Kontextsensitive Beleuchtung

Ein erheblicher Anteil des Energieverbrauchs in Bürogebäuden entfällt auf die Beleuchtung. Durch eine heute mit Hilfe von LED-Systemen und neuen Sensoriken mögliche, differenzier­tere, kontextsensitive Bereitstellung von Licht in Arbeitsbereichen kann die Energieeffizienz erhöht werden. Ziel des Forschungsvorhabens war es, entsprechende Versuchsanlagen zu entwickeln und anschließend die Nutzer-akzep­tanz der Steuerung des Lichts in Abhängigkeit von Position und Tätigkeit der Nutzer im Raum zu untersuchen.

 

Asphaltprüfeinrichtung

Beleuchtung im urbanen Umfeld

Neben einer energieeffizienten Lichttechnik der Leuchten hat die Wahl des Straßen-belags einen hohen Einfluss auf den Energiebedarf für die Straßenbeleuchtung. So ermöglicht der Einsatz heller gegenüber dunkler Straßenbelagsarten eine Absenkung der erforderlichen energetischen Aufwendungen auf ein Drittel – dies bei der Bereitstellung verkehrssicherheitstechnisch vergleichbarer Leuchtdichteniveaus.  

 

IBP–Photogoniometer

 

Die genaue lichttechnische Charakterisierung transparenter Fassadenelemente ist von hoher Bedeutung für die Planung und Bewertung anforderungsgerechter und energieeffizienter visueller Umfelder. Fassadensysteme übernehmen heutzutage lichttechnische Schutz- und Versorgungsfunktionen. Einerseits sind Arbeits- und Aufenthaltsbereiche vor zu hohen Leuchtdichten auf der Fassadeninnenseite zu schützen, andererseits kann die Fassade zu einer effizienten natürlichen Raumausleuchtung beitragen. So kann in Büros z. B. ausreichend Tageslicht zu über 80 Prozent der Jahresbetriebszeit von Verwaltungsbauten bereitgestellt werden.
Ein am Fraunhofer IBP bereits bestehendes numerisches Verfahren zur photometrischen Charakterisierung transparenter Fassadenelemente wurde nun um eine Versuchseinrichtung ergänzt, die es ermöglicht, Komponenten und Systeme schnell, richtungsaufgelöst, zu vermessen. Mit der neuen Versuchseinrichtung lassen sich Fassadensysteme in Ergänzung zu seit langem möglichen Standardprüfungen (U-Wert, g-Wert) nun auch lichttechnisch umfassend bewerten. Klassifizierungen, z. B. nach DIN V 18599-4, werden möglich.


Die Versuchseinrichtung basiert auf dem Prinzip der Lichtstrommessung.

 

Numerisches Photogoniometer

Das numerische Verfahren ermöglicht es, parallel zu realen Messapparaturen (Photogoniometern), Streuindikatrizen (BTDFs) verschiedenartiger Fassadensysteme zu bestimmen. Das als »Numerische Photogoniometrie« beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Streuindikatrix von Fassadensystemen genügt folgenden Anforderungen:

  • Berücksichtigung des geometrischen Aufbaus der Fassadensysteme
  • Berücksichtigung der photometrischen Eigenschaften der genutzten Materialien
  • Parametrierbarkeit der Position und Art der zur Beleuchtung der Probe genutzten Lichtquelle, analog zu realen Messaufbauten unter anerkannten Messprotokollen wie in IEA Task 21 entwickelt
  • Parametrierbarkeit der Sensorik und damit Bestimmung der Auflösung der Streuindikatrix unter Berücksichtigung zu fordernder messtechnischer Randbedingungen, wie Einhaltung der photometrischen Grenzentfernung

Das Verfahren greift zur Berechnung der eigentlichen Lichtausbreitung auf einen kommerziellen Strahlverfolgungsalgorithmus zurück.

 

Talisys – Innovative Tageslichtbeleuchtung  

Innovative Tageslichtsysteme versprechen eine effiziente Nutzung des Tageslichtes bezogen auf den Energiehaushalt des Gebäudes und auf das Wohlbefinden der Nutzer. Eine Vielzahl von Systemen ist bereits auf dem Markt, an Weiteren wird gearbeitet. Die Spanne reicht von streuenden über starre, lichtlenkende Systeme bis hin zu beweglichen Reflektoren auf der Basis metallischer oder dielektrischer Spiegel. Neben multifunktionalen Verglasungen wird auch intensiv an der Weiterentwicklung von Sonnenschutzsystemen gearbeitet, die die Versorgung mit blendfreiem Tageslicht am Arbeitsplatz gewährleisten sollen, ohne dass Überhitzungseffekte auftreten.
In wieweit ein System diese wichtigen und anspruchsvollen Ziele erreicht, kann derzeit weder bei der Entwicklung noch bei der Gebäudeplanung zuverlässig vorhergesagt werden, da computergestützte tageslichttechnische Rechenwerkzeuge bis dato nicht in der Lage sind, komplexere Tageslicht- und Sonnenschutzsysteme zu berechnen. Dieser Mangel soll durch das Projekt behoben werden.