Tageslicht: Planungsgrundlagen

Relevante Berechnungsgrößen und Verordnungen für die Tageslichtplanung

Die Behaglichkeit in Innenräumen unterliegt einer Reihe von Einflussgrößen. Dazu gehören Temperatur, Luftqualität, Feuchte, Schall, Farben und nicht zuletzt Tageslicht. Diese Erkenntnis ist jedoch verhältnismäßig jung, bedenkt man die Tendenz in den 1950er-Jahren, Arbeitsstätten mit dem Fokus auf Kunstlicht oder sogar fensterlos zu planen, um tageslichtunabhängig rund um die Uhr unter gleichbleibenden Bedingungen arbeiten zu können. Nachdem heute die negativen Auswirkungen fehlenden Tageslichts auf den Menschen nachgewiesen sind, bildet die Tageslicht- und Fensterplanung einen integralen Entwurfsbestandteil aus dem Aufgabenfeld Architekturschaffender.

Gallerie

Aus der Normenreihe DIN 5034 Tageslicht in Innenräumen wurden im Jahr 1960 Landesbauordnungen LBO abgeleitet, die bei der Planung der Fensterflächen für Aufenthaltsräume ein lichtes Rohbaumaß von 1/8 der Grundfläche fordern. Zusätzlich muss laut LBO an relevanten Stellen wie etwa Schreibtischplatten ein Tageslichtquotient von D >2% erreicht werden. Je nach Bundesland ergibt sich daraus ein Mindestfensterflächenanteil von 10 bis 12,5% der Netto-Grundfläche. Damit werden die heutigen Nutzerbedürfnisse in der Regel aber nicht erfüllt.

Seit 2019 sind daher in der DIN EN 17037 Tageslicht in Gebäuden neben Empfehlungen zu Aussicht, Besonnung und der Vermeidung von Blendung neue Richtwerte zur Sicherstellung einer ausreichenden Tageslichtversorgung festgeschrieben, die deutlich über die bislang bestehenden Anforderungen hinausgehen und nunmehr auf den tatsächlichen Tageslichtbedingungen im Innenraum basieren, statt wie bisher das Verhältnis der Fenstergröße zur Raumgröße zu betrachten.

Mithilfe der Norm kann die Belichtung in die Bewertungskategorien „gering“, „mittel“ und „hoch“ eingeordnet werden. Für vertikale und geneigte Fenster werden zwei Kriterien für eine ausreichende Tageslichtversorgung aufgeführt, die sich jeweils auf eine Fläche im Raum (Bezugsebene) in Höhe von 85 cm mit jeweils 50 cm Abstand von den Wänden beziehen:

  • Auf 50% der Fläche sollen mindestens 300 Lux während 50% der Tageslichtstunden erreicht werden.
  • Auf 95% der Fläche sollen mindestens 100 Lux während 50% der Tageslichtstunden erreicht werden.

Für horizontale Oberlichter gilt:

  • Auf 95 % der Fläche sollen mindestens 300 Lux während 50 % der Tageslichtstunden erreicht werden.

Um diese präzisen Vorgaben umsetzen zu können, müssen komplexe Berechnungen inklusive einer Ganzjahressimulation der Beleuchtungsstärken vorgenommen werden, was mit geeigneter Software am besten möglich ist. Als Planungshilfe kann daher folgende vereinfachte Faustformel angewandt werden: Eine Fensterfläche von 20 bis 25% der Raumgrundfläche erfüllt in den meisten Fällen die Norm (entspricht in etwa einer Verdopplung der Fensterflächen gegenüber den LBO-Vorgaben).

Bei der Fensterflächenberechnung darf außerdem der Einfluss der Fensterverglasung nicht vernachlässigt werden. So können beispielsweise möglichst große Fensterflächen eingeplant werden, wozu auch Überlängengläser erhältlich sind. Zudem ist der Wärmeschutz zu berücksichtigen. Dreifachisoliergläser etwa senken neben dem U-Wert oft auch den Lichteintrag; oftmals gelangen gerade mal 70% des Tageslichts ins Innere. Abhilfe schaffen neuartige Wärmeschutzverglasungen, die gute Isoliereigenschaften mit gleichzeitig hoher Lichttransmission verbinden. Durch eine spezielle Beschichtungstechnologie sind beispielsweise sogar Dreifachisolierverglasungen mit einem Wärmedurchgangskoeffizient (Ug-Wert) von nur 0,5 W/(m2K) mit einer Lichttransmission von 77% möglich.

Beleuchtungsstärke
Die wichtigste Einheit aus einer Reihe von Begriffen zur Lichtplanung ist die Beleuchtungsstärke. Alle gesetzlichen Vorschriften, z. B. über die Beleuchtung von Arbeitsplätzen oder anderen Aufenthaltsorten, beziehen sich im Wesentlichen auf sie. Die Beleuchtungsstärke ist der Quotient aus dem auf eine Fläche auftreffenden Lichtstrom (lm) und der beleuchteten Fläche. Sie wird in Lux (lx) oder Lumen pro Quadratmeter (lm/m²) gemessen.

Die maximale Horizontalbeleuchtungsstärke im Freien kann bei klarem Himmel an einem Sommertag bis zu 100.000 lx betragen. Ist der Himmel bedeckt, liegt die Beleuchtungsstärke – je nach Wetterlage – zwischen 5.000 bis 10.000 lx. Das menschliche Auge ist für einen sehr weiten Bereich von Beleuchtungsstärken empfindlich: Von einigen wenigen Lux bei Mondlicht bis zu den genannten 100.000 Lux in der sommerlichen Mittagssonne.

Die einzuhaltenden Nennbeleuchtungsstärken sind in der DIN 5035, in der EN 12464 sowie in den Arbeitsstättenrichtlinien festgehalten und unterscheiden sich je nach Nutzung des Gebäudes.

Lichtstrom
Der Lichtstrom (Φ) gibt die gesamte Lichtmenge an, die von einer Lichtquelle in alle Richtungen abgestrahlt wird. Er kennzeichnet die vom menschlichen Auge wahrnehmbare Lichtleistung und beschreibt die Umwandlung der Strahlungsleistung in für den Menschen sichtbares Licht. Die Maßeinheit ist Lumen (lm).

Der Lichtstrom ist ein notwendiger Ausgangswert für die Berechnung von Lichtstärke, Lichtausbeute, Lichtmenge und Beleuchtungsstärke. Er wird mit einem Spektrometer verbunden mit einer Ulbricht-Kugel gemessen.

Lichtstärke
Lampen geben ihr Licht im Allgemeinen nicht in alle Richtungen gleichmäßig ab. Die Lichtstärke (I) ist der Teil des Lichtstroms, der in eine bestimmte Richtung strahlt. Sie entspricht der Stromdichte in einer bestimmten Ausstrahlrichtung und wird in Candela (cd) gemessen. Verbindet man die Endpunkte der Lichtstärken einer Lampe, erhält man eine sogenannte Lichtstärkeverteilungskurve (LVK).

Lichtstärkeverteilungskurven werden verwendet, um die Lichtrichtung und -intensität von Leuchten und Scheinwerfern eindeutig darzustellen. Dabei sind die Bauarten der Leuchten und Leuchtmittel maßgeblich.

Lichttransmissionsgrad
Der Lichttransmissionsgrad tL gibt an, welcher Anteil der sichtbaren Strahlung senkrecht durch Glas hindurchtritt. Unter sichtbarer Strahlung werden dabei Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm verstanden, bezogen auf die Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass der tL-Wert umso höher ist, desto mehr Licht von außen nach innen dringt und nicht durch Glasdicken, Glasreflexion und Glasbeschichtungen verringert wird.

Tageslichtquotient
Zur Beschreibung des in den Innenraum gelangenden Tageslichtanteils dient der Tageslichtquotient D, der das Verhältnis der Beleuchtungsstärke an einem Punkt im Innenraum zur Beleuchtungsstärke im Außenraum bei freiem Horizont angibt. Der Tageslichtquotient lässt sich im Tageslichtsimulator messen.

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Was sind relevante Berechnungsgrößen und Verordnungen für die Tageslichtplanung? Ein Überblick.

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