Tageslichtleitung

Heliostaten, Lichtkamine und Lightpipes

Systeme zur Tageslichtleitung gehören zu den so genannten indirekten Lichtlenksystemen. Sie sind in der Lage, Licht über weitere Strecken zu transportieren als Tageslichtlenksysteme. Deshalb werden sie dort eingesetzt, wo Licht bis zu seinem Bestimmungsort einen längeren Weg zurücklegen muss. Lichtleitende Systeme dienen meist dazu, Räume zu belichten, die ansonsten ohne Tageslichtversorgung wären, z.B. da, wo ein Fenstereinbau nicht möglich ist.

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Lichtleitende Systeme bestehen aus einem Lichtsammler zur Lichteinkopplung, einem lichtleitenden Transportmedium sowie einer Möglichkeit der Lichtverteilung im Raum. Sonnen- oder Zenitlicht wird im Bereich der Dachfläche gesammelt und z.B. über lichtbündelnde Fresnel-Linsen in ein Rohr oder in ein Leitungsnetz eingekoppelt. Durch die Auskleidung des Rohres mit einer reflektierenden Prismenfolie wird das Licht ohne große Verluste über mehrere Meter durch das Gebäude transportiert und zum eigentlichen Lichtauslass geleitet.

Zu den lichtleitenden Systemen gehören z.B. Heliostaten, Lichtkamine oder Lightpipes (Sonnenleuchten). Lightpipes sind in der Lage, über den Lichtsammler eingekoppeltes Sonnenlicht über mehrere Meter zu transportieren, so dass der Raum direkt über das lichtdurchlässige Rohr der Sonnenleuchte belichtet werden kann.

Tageslichtleitung durch Heliostaten
Heliostaten sind Spiegelsysteme, die es ermöglichen, Licht mehrfach umzulenken, damit es in Bereiche gelangt, die sonst kein oder nur wenig Tageslicht erhalten. So können sie unabhängig vom Sonnenstand ausgeleuchtet werden. Die Spiegel sind bis zu 5 m² groß und werden der Sonne in zweifacher Richtung nachgeführt, da die Sonne sowohl ihren Höhen- als auch ihren Azimutwinkel ständig verändert. Eine Heliostatenanlage arbeitet allerdings nur dann wirklich effektiv, wenn direktes Sonnenlicht zur Verfügung steht; bei bedecktem Himmel findet keine nennenswerte Lichtlenkung statt.

Meist werden Heliostaten auf dem Dach installiert, um das Licht z.B. durch gebäudehohe Räume lenken zu können. Ein zweiachsig der Sonne nachgeführter Empfangsspiegel, leitet das einfallende Licht auf einen oder mehrere weitere Spiegel, durch die es schließlich gezielt und ohne Verluste über Fenster, Lichtschächte oder Lichtkuppeln in das Gebäude gelenkt wird.

Der Einsatz einer Heliostatenanlage verringert den Energieverbrauch und die Kosten für die Beleuchtung. Der Wartungsaufwand des Systems ist jedoch relativ hoch, da die Spiegel der Witterung ausgesetzt sind und eine exakt definierte Nachführung des Empfangsspiegels gewährleistet bleiben muss. Die Spiegelanlage ist für die Belichtung von Bürogebäuden, Schulen oder Museen genauso einsetzbar wie für Erschließungsbereiche und Lichthöfe. Für Wohnbereiche oder kleinere Bauaufgaben eignen sich aufgrund des technischen Installationsaufwandes und der Kosten eher Lichtkamine.

Tageslichtleitung durch Lichtkamine
Bei der Umlenkung von Tageslicht durch Lichtkamine, wird Sonnenlicht über eine lichtbündelnde Linse in einen Hohllichtleiter eingekoppelt und über dessen hoch reflektierende Wände bis in das Innere des Gebäudes weitertransportiert. Das gesamte System besteht aus vier Hauptkomponenten: Einer durchsichtigen Acrylglaskuppel auf dem Dach, der dort integrierten Linse als Lichtsammler, dem lichtleitenden Rohr sowie einem lichtstreuenden, flächenbündigen Lichtauslass im Innenraum. Der Hohllichtleiter wird starr oder bei einigen Systemen - mit leicht verminderten Reflexionseigenschaften - auch als biegsamer Schlauch eingebaut. Die äußere Acrylglaskuppel kann bei der Montage in ihrer Form an die vorhandene Dachneigung angepasst werden.

Übliche Lichtkamine sind da einsetzbar, wo ein normaler Fenstereinbau wegen der Grundrissanordnung nicht möglich ist oder wo aufgrund der Lage des Raumes innerhalb des Gebäudes generell kein Tageslicht ankommen kann. Die Höhe des Lichtverlustes beim Weitertransport ist sowohl von der Reflexionsfähigkeit der inneren Rohrbeschichtung als auch von der Länge des zurückzulegenden Weges abhängig. Bei kleineren Lichtkaminen mit einem Durchmesser von etwa 30 bis 40 cm, kann das Tageslicht etwa 4 bis 6 Meter tief mit nur geringem Verlust in das Gebäudeinnere transportiert werden. Größere Lichtkamine haben mittlerweile eine Reichweite von bis zu 20 Metern und benötigen dafür entsprechend größere Durchmesser.

In ungewöhnlich großem Maßstab wurden Lichtkamine in Form von drei Glasstelen am Potsdamer Platz in Berlin realisiert. An deren oberstem Ende sorgt ein der Sonne nachgeführter Heliostat für eine Optimierung des Lichteinfalls. Die Lichtrohre sind wiederum mit einer speziellen, hoch reflektierenden, transparenten Folie ausgekleidet. Sie sollen Tageslicht in die unter dem Platz liegenden verschiedenen Ebenen des unterirdischen Bahnhofs lenken, reichen für eine Beleuchtung jedoch allein nicht aus und müssen durch Kunstlicht ergänzt werden. In der Nacht werden die Lichtrohre durch die Einkoppelung von Kunstlicht zu leuchtenden Säulen.

Tageslichtleitung durch Lightpipes
Lightpipes, auch Sonnenleuchten genannt, gehören zu den Systemen der Lichtleitung über längere Strecken. Sie sind besonders geeignet für fensterlose oder fensterferne Räume und dienen dort zur Belichtung mit Tageslicht. Im Gegensatz zu Lichtkaminen, sind Lightpipes als raumlange Röhrenleuchten konzipiert, die horizontal an der Raumdecke befestigt werden. Dabei wird Tages- oder auch Kunstlicht über an der Fassade angebrachte Fresnel-Linsen in ein Rohr eingekoppelt, welches innen mit einem hoch reflektierenden, aber transparenten Material ausgekleidet ist. Meist handelt es sich dabei um eine durchscheinende Prismenfolie, um die Lichtverteilung und den Lichttransport zu verbessern. Dadurch kann das Licht ohne große Verluste über Strecken von mehreren Metern innerhalb der Leuchte transportiert und der Raum unmittelbar über das Rohr belichtet werden. Bei entsprechenden Lichtverhältnissen im Außenbereich kann nur bei direktem Vergleich unterschieden werden, ob es sich um eine Kunst- oder Tageslichtleuchte handelt.

Großer Nachteil der Sonnenleuchte ist, dass eine adäquate Belichtung des jeweiligen Raumes nur mit direktem Sonnenlicht  zu erreichen ist, sodass in unseren Breitengraden immer wieder Kunstlicht nachgeschaltet werden muss. Dies kann jedoch genauso über die Lightpipe in den Raum abgegeben werden, denn auch das Kunstlicht wird über die Prismenfolie innerhalb des Rohres transportiert. Die Lichtfarbe des Kunstlichtes sollte dabei der des Tageslichtes angepasst sein, damit der Unterschied bei einem Lichtwechsel nicht so stark wahrgenommen wird. Durch die sich ständig ändernden Lichtsituationen bei leicht bewölktem Himmel wird jedoch die Gleichmäßigkeit der Belichtung etwas beeinträchtigt. Sonnenleuchten befinden sich noch in der Erprobung und sind nicht problemlos einsetzbar. Für fensterlose Räume eignen sich Lichtkamine, mit ihrer punktuellen Tageslichtabgabe an mehreren Stellen bislang besser.

Quelle: D. Haas-Arndt, F. Ranft; „Tageslichttechnik in Gebäuden", Hüthig Jehle Rehm, Heidelberg
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