Tageslicht und solarer Wärmeeintrag

	Tageslicht und solarer Wärmeeintrag		English version
	Wenn Innenräume mit Tageslicht beleuchtet werden, muß für das Licht keine elektrische Energie aufgewendet werden und meist wirkt es sich auch positiv auf das Wohlbefinden der Menschen aus. Das Tageslicht ist solare Strahlung, die letztlich im Raum absorbiert wird und diesen dabei erwärmt. Diffuses Himmelslicht bewirkt eine eher geringe Erwärmung, direkte Sonneneinstrahlung kann dagegen wie eine kräftige Heizung wirken und zur Überhitzung führen. In einem Tageslicht-Konzept müssen diese Faktoren berücksichtigt werden. Bedeckter Himmel und direkte Sonnenstrahlung treten im mitteleuropäischen Klima etwa gleich häufig auf. Eine Beleuchtung mit Tageslicht muß deshalb unter beiden Bedingungen gut funktionieren. Diffuses Himmelslicht Im Fall des bedeckten Himmels und auch bei unbesonnten Fenstern gilt es einen möglichst großen Anteil des außen verfügbaren diffusen Himmelslichts in den Raum zu bekommen. In wieweit das möglich ist, hängt von der Geometrie des Gebäudes einschließlich der umliegenden Bebauung sowie von der Anordnung und Größe der Fenster ab.
	Stellt man - als Experiment - einen Schreibtisch ins Freie und fotografiert mit einem Fischaugen-Objektiv von dessen Oberfläche nach oben, dann zeigt das Foto die gesamte obere Hemisphäre, die den Arbeitsplatz beleuchtet.	Grafiken: D.Hennings Wiederholt man das Experiment mit Schreibtisch in einem Büroraum, dann zeigt das Foto einen kleinen Himmelsausschnitt als Lichtquelle, der von der Fensteröffnung und vom Horizont, hier durch das Nachbargebäude begrenzt wird.
..	Anhand der beiden Grafiken ist erkennbar, daß von der leuchtenden Himmels-Hemisphäre nur ein kleiner Ausschnitt zur Beleuchtung eines Innenraums beitragen kann, selbst unter den in der rechten Grafik dargestellten günstigen Bedingungen wie große, sturzfrei bis zur Decke reichende Fenster und einem fensternahen Arbeitsplatz. Der Tageslicht-Faktor beschreibt den imnerhalb des Raums wirksamen Anteil des außen verfügbaren Tageslichts. Günstigenfalls beträgt er in Fensternähe einige Prozent, so daß an hellen Tagesstunden das Licht für Büro-Arbeitsplätze ausreicht. Mit der Entfernung vom Fenster sinkt der Tageslicht-Faktor, bei tiefen Räumen bis weit unter 1%. Direkte Sonneneinstrahlung Im Gegensatz zum bedeckten Himmel bewirkt eine direkte Sonneneinstrahlung häufig ein Übermaß an Tageslicht und Blendung. Zugleich hat die im Raum absorbierte Sonnenstrahlung eine erhebliche Heizwirkung. Bei klarer Atmosphäre und hohem Sonnenstand beträgt die Strahlungsstärke der Sonne bis etwa 1 KiloWatt pro Quadratmeter, wovon hinter Fenstern, abhängig von der Verglasung und von der Geometrie, bis zu 500 W/m² ankommen können. Zum Vergleich: ein Mensch heizt im Büro mit rund 100 W, ein stromsparender Notebook-PC mit 20 W oder weniger und eine Beleuchtung mit diffusem Tageslicht oder mit sparsamen LEDs mit wenigen W/m². Die Sonneneinstrahlung kann also schnell zur bei Weitem domnierenden Wärmequelle werden und Räume überhitzen.
	Wenn direkte Sonnenstrahlung durch Fenster in einen Raum fällt, kann dies zur Blendung durch das helle Licht und zur Überhitzung durch den hohen Wärmeeintrag führen. Die Kontraste zwischen besonnten und unbesonnten Flächen werden sehr groß und können die Augen überfordern.	Grafiken: D.Hennings Eine Jalousie bietet einen einstellbaren Sonnenschutz, der in 'cut-off-Stellung' die direkte Sonnenstrahlung so ausblendet, daß die Sichtbeziehung nach außen bestehen bleibt. Eine hell gefärbte Jalousie streut zudem eine Teil des Sonnenlichts an die Raumdecke und verbessert so die Beleuchtung in der Raumtiefe.
..	Zum Schutz sowohl vor Blendung als auch vor Überhitzung benötigen deshalb besonnte Fenster einen wirksamen Sonnenschutz, der auf die variable Sonnen-Einfallsrichtung eingestellt werden kann und der für unbesonnte Zeiten entfernt werden kann.
	Einzig an Nord-Fassaden ist die Besonnung auch im Sommer so gering, daß in der Regel kein Sonnenschutz benötigt wird. Bei allen anderen Ausrichtungen kann zeitweise starke Besonnung auftreten und ein Sonnenschutz erforderlich sein. Das Sonnenstandsdiagramm zeigt für jeden Monat stündliche Positionen der Sonne, wobei die Stunden-Angaben in lokaler Sonnenzeit sind, so daß die Sonne genau um 12 Uhr im Süden steht. Das dargesetllte Diagramm gilt für 51° nördlicher Breite (Köln, Erfurt, Dresden). Sonnenstandsdiagramme für beliebige Breiten können hier generiert werden.
..	Die hier vorgestellten Ansätze für eine gute Tageslicht-Beleuchtung ohne Gefahr der Überhitzung von Innenräumen sollten in ein Gesamtkonzept für ein angenehmes thermisches Innenklima bei zugleich sehr niedrigem Energiverbrauch eingebettet sein. Zutaten eines solchen Konzepts können sein: • Tageslicht-orientierte Geometrie des Baukörpers und der inneren Grundrisse sowie Tageslicht-optimierte Fenster-Geometrie mit moderater Apertur • auf den Bedarf einstellbarer Sonnenschutz, Lichtlenk-Funktionen, neutrales Sonnenschutzglas • innere Wärmequellen, nicht mehr als Nutzungs-bedingt notwendig • wirksame thermische Speichermassen für den thermischen Tag-Nacht-Ausgleich • wirkungsvolle und energieeffiziente Abfuhr überschüssiger Wärme über Lüftung, Erdwärmetauscher, Bauteil-Temperierung oder andere Verfahren • gute Luftqualität bei angemessenem Luftwechsel; Wärmerückgewinnung, ggf. Kälterückgewinnung • ein sehr guter winterlicher Wärmeschutz • eine energieeffiziente Beleuchtung und technische Gebäudeausrüstung.
..	Zurück zur Übersicht by D. Hennings • www.eclim.de •