Sonnenenergie zur Tageslichtlenkung
Aufgaben, Prinzipien, Systeme
Das Ziel der Tageslichtlenkung ist es, natürliches Licht bis tief in den Innenraum zu leiten. Dabei wird das Sonnenlicht durch ein im oberen Fensterbereich angeordnetes System aufgefangen und entweder in einem bestimmten Winkel in den Raum gestreut oder gezielt an eine gut reflektierende Decke gelenkt, die das Licht wiederum in den Innenraum abstrahlt.
Bild: Warema, Marktheidefeld
Bild: Yvonne Kavermann, Berlin
Tageslichtlenksysteme dienen der gleichmäßigen und bedarfsgerechten Tageslichtverteilung, wodurch sie die Notwendigkeit der künstlichen Beleuchtung reduzieren und Energie sparen. Gleichzeitig funktionieren sie als Blend- und bedingt auch als Hitzeschutz. Trotz ihrer Funktionen müssen die Systeme eine freie Aussicht gewährleisten und auch bei bedecktem Himmel alle Anforderungen erfüllen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen indirekten und direkten Tageslichtlenksystemen.
Indirekte Tageslichtlenksysteme
Indirekte Tageslichtlenksysteme dienen hauptsächlich dem Transport von Licht über große Entfernungen und kommen in der Regel bei Bauvorhaben mit erheblichen Gebäudetiefen zum Einsatz. Das Sonnenlicht wird auf dem Dach gesammelt und mittels eines reflektierenden Rohres oder Leitungsnetzes an den gewünschten Ort des Lichtauslasses geführt. Beispiele für solche Systeme sind Heliostaten, Lightpipes und Lichtkamine. Während Heliostaten ( = Spiegelapparate) das Licht unabhängig vom Sonnenstand immer auf den gleichen, feststehenden Punkt reflektieren, führen die sogenannten Lightpipes das Tageslicht in riesigen Lichtwellenleitern in den Untergrund. Sie sind in der Regel mit Heliostaten gekoppelt.
Lichtkamine eignen sich für den Lichttransport über kürzere Strecken. Sie können Tageslicht zum Beispiel durch einen Dachraum in die innenliegenden Räume des ersten Vollgeschosses leiten. Durch eine oberhalb des Daches montierte Kuppel fällt das Tageslicht in ein offenes Rohr, dessen Innenseiten in der Regel mit einer hoch reflektierenden optischen Schicht ausgekleidet sind. Der Lichtstrom wird darin hin und her reflektiert und auf diese Weise in die Tiefe geführt. In Deckenhöhe des zu belichtenden Raumes befindet sich eine Streulinse, durch die das Licht austritt. Weil die gerichtete Führung des Tageslichts bis zur Zimmerdecke erfolgt, geht relativ wenig Licht verloren. Würde das Licht früher gestreut, nähme es in seiner Intensität schnell ab.
Direkte Tageslichtsysteme
Direkte Tageslichtlenksysteme sind im Fensterbereich angeordnet
und dienen der Belichtung des dahinterliegenden Raums. Als
gängigste Varianten haben sich folgende Systeme
herausgestellt:
- Lichtlenkjalousien im Oberlicht
sind entweder feststehend oder unabhängig von den Jalousien im unteren Fensterbereich steuerbar. Die oberen, oft konkaven und hoch reflektierenden Lamellen leiten das Sonnenlicht an die Decke, die unteren, meist konvexen Lamellen schützen vor Blendung und Wärmeeintrag. Bei den optimierten Lichtlenkjalousien verbessern veränderte Oberflächen wie integrierte Mikrostrukturen, Mehrfachfaltungen und individuell einstellbare Lamellen u.a. den Blendschutz. Durch die Optimierung der Materialien lassen sich manche Jalousien auf der Innenseite der Fenster einsetzen, ohne dass sich der Wärmeeintrag erhöht.
- Indirekte Beleuchtung durch reflektierendes
Kunstlicht
Bei diesem System ergänzt eine sensorisch gesteuerte Kunstlichtleuchte an den reflektierenden Lamellen den Tageslichteinfall. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Ausleuchtung der Innenräume und der fast unmerkliche Übergang von Tages- zu Kunstlichtbeleuchtung.
- Lichtreflektierende Decken
Konkav gebogene, reflektierende Lamellen sind bei diesem System an der Decke in Fensternähe angebracht, wodurch das Licht gezielter, genauer und mit höherer Ausbeute ins Rauminnere gebracht wird als bei einer weißen oder mit reflektierender Farbe gestrichenen Decke.
- Lichtschwerter
sind vor dem Fenster montierte große Lamellen mit stark reflektierenden Oberflächen. Waagerecht unterhalb eines Oberlichts angebracht, lenken sie vor allem das Zenitlicht an die Decke des Innenraums. Problematisch ist, dass der Blendschutz nur bei sehr hohen Sonnenständen erfolgt und die Lichtschwerter häufig gereinigt werden müssen.
- Prismensysteme
bestehen aus rechtwinkligen Dreiecken, die direktes Licht zurückstrahlen und diffuses Licht in den Raum lassen. Der rechte Winkel zeigt dabei nach innen, während die Hypotenuse der Sonne zugewandt ist. Prismensysteme können im Dach- und Fassadenbereich angeordnet werden.
- Holographisch-optische Elemente (HOE)
Diese Elemente bestehen aus dünnen Filmfolien, die eine feine Filterung unterschiedlicher Lichtlängen zulassen. Dadurch werden nur die Lichtfarben gebeugt, die innerhalb einer bestimmten Wellenlänge liegen. Durch Überlagerung vieler Hologramme lässt sich das Licht in unterschiedliche Richtungen lenken. Die Folien können in Verbundglas oder Glaslamellen eingelegt werden und sind so vor Witterungseinflüssen geschützt. Ein großer Vorteil dieser Systeme ist die Möglichkeit, diffuses Licht bis tief in den Innenraum hinein zu lenken. HOE sind jedoch teurer, sodass sie selten zum Einsatz kommen.
