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Technische Universität BerlinFachgebiet Lichttechnik, Sekr. E6Einsteinufer 1910587 Berlin
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Tageslichtbeleuchtung in Gebäuden
S. Aydinli
Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht / gestern
EPSALI ?ESTEB ?
StStäändige Tageslichtergndige Tageslichtergäänzungsbeleuchtung (STEB)nzungsbeleuchtung (STEB)Permanent Supplementary Artificial Lighting of Interior (PSALI)Permanent Supplementary Artificial Lighting of Interior (PSALI)
50er und 60er Jahre: Weiterentwicklung und breiten 50er und 60er Jahre: Weiterentwicklung und breiten Einsatz von LEinsatz von L--LampenLampen-- GebGebääude mit stude mit stäändiger Kunstlichtbeleuchtung in USAndiger Kunstlichtbeleuchtung in USA-- fensterlose Schulrfensterlose Schulrääume in Berlinume in Berlin
Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht / heute
TageslichtabhTageslichtabhäängige Beleuchtungskontrollengige Beleuchtungskontrolle
Inhalt
• Einleitung- Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / gestern und heute
• Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden- Psychologische Aspekte- Physiologische Aspekte / lichttechnische Aspekte- Gesundheitliche und ergonomische Aspekte- Störende Wirkungen / Blendung- Energetische Aspekte / Wirtschaftlichkeit- Architektonische Aspekte / solares Bauen
• Zurzeit geltende Regelwerke
• Tageslichtabhängige Beleuchtungskontrolle undEnergieeinsparpotential
• Tageslichtquotient
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / gestern
Ausgangspunk: Psychologische Aspekte
- Sichtverbindung nach außen- Helligkeitseindruck des Innenraumes (subjektive Bewertung)
Arbeitsstättenverordnung - ArbStättV
ASR 7/1 Sichtverbindung nach außen
DIN 5034 Tageslicht in Innenräumen
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / gestern
• Arbeitsstättenverordnung - ArbStättV
§ 7: BeleuchtungSichtverbindung nach außen
• ASR 7/1 Regelung der Sichtverbindung nach außen
Beschaffenheit Lage und Abmessungen von FensternGesamtfläche der Sichtverbindungen
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / gestern
DIN 5034
Wohn- und Arbeitsräume
- Sichtverbindung nach außen
- ausreichende Helligkeit (Helligkeitseindruck, subjektive Bewertung)
Ausreichende Helligkeit wird über Tageslichtquotient (D in %) bei vollkommen bedecktem Himmelszustand bestimmt.
DIN 5034
Tageslichtquotient
Die ausreichende Helligkeit in Innenräumen wird über den Tageslichtquotient bestimmt. Der Tageslichtquotient D (Daylight factor) wird als Verhältnis der Beleuchtungsstärke EP in einem Punkt einer gegebenen Ebene, die durch direktes und/oder indirektes Himmelslicht bei angenommener oder bekannter Leuchtdichteverteilung des Himmels erzeugt wird, zur gleichzeitig vorhandenen Horizontalbeleuchtungsstärke Ea im Freien bei unverbauter Himmelskugel definiert.
Für den Anwendungsbereich nach dieser Norm gilt der Tageslichtquotient für die Beleuchtung durch den vollkommen bedeckten Himmel. In diesem Fall ist der Tageslichtquotient für jeden Raumpunkt eine konstante Größe.
%100⋅=a
P
EED
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / gestern
Beleuchtung mit künstlichem Licht
war
die eigentliche Beleuchtung
in Innenräumen.
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / heute
Tageslichtnutzung in GebTageslichtnutzung in GebääudenudenNichtwohngebNichtwohngebääudeude
Visuelle und thermische BehaglichkeitVisuelle und thermische Behaglichkeit
Sicherheit / Gesundheit / WohlbefindenSicherheit / Gesundheit / Wohlbefinden
EUEU--Richtlinie 89/654/EWG Richtlinie 89/654/EWG „„Mindestvorschriften fMindestvorschriften füür r ArbeitsstArbeitsstäättentten““
ArbeitsstArbeitsstäättenverordnung ttenverordnung --ArbStArbStäättVttV 20042004
Tageslichtnutzung und Tageslichtnutzung und BeleuchtungBeleuchtung
EnergieEnergie
EnergieeffizienzEnergieeffizienz
EUEU--Richtlinie 2002/91/EG Richtlinie 2002/91/EG EUEU--Richtlinie 2010/31/EU Richtlinie 2010/31/EU üüber ber die die „„Gesamtenergieeffizienz von Gesamtenergieeffizienz von GebGebääudenuden““
Energieeinsparverordnung Energieeinsparverordnung –– EnEVEnEVEnEVEnEV 20072007 / / EnEVEnEV 2009 / 2009 / EnEVEnEV 20122012
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / heute
EU-Richtlinie 89/654/EWG „Mindestvorschriften für Arbeitsstätten“
Arbeitsstättenverordnung - ArbStättV 2004
„Die Arbeitsstätten müssen möglichst ausreichend Tageslicht erhalten und mit Einrichtungen für eine der Sicherheit und dem Gesundheitsschutz der Beschäftigten angemessenen künstlichen Beleuchtung ausgestattet sein.“
Bedeutung des Tageslichtes in Gebäuden / heute
Tageslichtbeleuchtung ist
die eigentliche Beleuchtung in Innenräumen.
Beleuchtung mit künstlichem Licht ist eine Ergänzung dazu.
Zurzeit geltende Regelwerke
Arbeitsstättenverordnung - ArbStättV 2004
ASR A3.4: Beleuchtung
DIN 5034: Tageslicht in InnenräumenSichtverbindung nach außen
ausreichende Helligkeit
BGR 131: Natürliche und künstliche Beleuchtung von ArbeitsplätzenBGI 7007: Tageslicht am Arbeitsplatz – leistungsfördernd und gesund
Ausreichendes Tageslicht:Ausreichendes Tageslicht:
am Arbeitsplatz: D > 2%
Räume mit Dachoberlichter: D > 4%
oder
mindestens Verhältnis lichtdurchsichtiger Fenster-, Tür- oder Wandfläche bzw. Oberlichtfläche zur Raumgrundfläche von mindestens 1:10 (entspricht etwa 1:8 Rohbaumaße)
SichtverbindungSichtverbindung: : nicht mehr berücksichtigt
Technische Regel für Arbeitsstätten ASR A3.4
Sichtverbindung nach außen (DIN 5034)
Beschaffenheit
Lage und
Abmessungen von Fenstern
Gesamtfläche der Sichtverbindungen
Ausreichende Helligkeit (DIN 5034)
0,85 m
1 m
1 m
Rt/2
D2
D1
D1 und D2 ≥ 0,75% und (D1 + D2) / 2 ≥ 0,9%
30 Jahre alte Untersuchungen (Wohnräume)Modellraumuntersuchungen (ohne Felduntersuchungen)
Für größere Arbeitsräume gibt es bisher keine Angaben
Tageslichtquotient D in % 100%EE
Da
p ⋅=
Arbeiträume mit Oberlichtern
mittlerer Tageslichtquotient auf der Nutzebene :
Ausreichende Helligkeit (DIN 5034)
Erfahrungen Thermischen Belastung durch Sonnenstrahlung Neuartige Verglasungen und Tageslichtsysteme nicht berücksichtigt
4%D_
>
10%D_
≤
2%Dmin ≥
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / DIN 5034, LBO, MBO - ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen / DIN 5034
Gesundheitliche Aspekte- Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / DIN 5034, LBO, MBO, - ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen / DIN 5034
Gesundheitliche Aspekte- Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / ArbStättV, LBO, MBO, DIN 5034- ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen
Gesundheitliche Aspekte- Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
Gütemerkmale der Tageslichtbeleuchtung
- Beleuchtungsniveau- Leuchtdichtverteilung- Lichtrichtung und Schattigkeit- Blendungsbegrenzung- Lichtfarbe und Farbwiedergabe
Gütemerkmale der Tageslichtbeleuchtung
- Beleuchtungsniveau- Leuchtdichtverteilung- Lichtrichtung und Schattigkeit- Blendungsbegrenzung- Lichtfarbe und Farbwiedergabe
Beleuchtungsniveau
„„40% der Arbeitspl40% der Arbeitspläätze befinden sich in tze befinden sich in einer Entfernung von 1 m oder weniger einer Entfernung von 1 m oder weniger zum nzum näächsten Fenster, weitere 30% in chsten Fenster, weitere 30% in einer Entfernung bis zu 2 m.einer Entfernung bis zu 2 m.““
Gütemerkmale der Tageslichtbeleuchtung
- Beleuchtungsniveau- Leuchtdichtverteilung- Lichtrichtung und Schattigkeit- Blendungsbegrenzung- Lichtfarbe und Farbwiedergabe
Seitliche Lichteinfallsrichtung / Sichtbarkeit
„„Die durch Tageslicht allein gegebene Die durch Tageslicht allein gegebene Beleuchtung in ArbeitsrBeleuchtung in Arbeitsrääumen mit Fenstern umen mit Fenstern gilt solange als ausreichend, wie die gilt solange als ausreichend, wie die BeleuchtungsstBeleuchtungsstäärke am ungrke am ungüünstigsten nstigsten Arbeitsplatz mindestens das Arbeitsplatz mindestens das 0,60,6--fachefache der in der in DIN EN 12464DIN EN 12464--1 angegebenen Werte der 1 angegebenen Werte der BeleuchtungsstBeleuchtungsstäärke betrrke beträägt.gt.““
Gütemerkmale der Tageslichtbeleuchtung
- Beleuchtungsniveau- Leuchtdichtverteilung- Lichtrichtung und Schattigkeit- Blendungsbegrenzung- Lichtfarbe und Farbwiedergabe
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / ArbStättV, LBO, MBO, DIN 5034- ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen
Gesundheitliche Aspekte- Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
Aufbau der Netzhaut
Circadiane Wirkungen
[Rudolph, LiLe 2007 ]
Verteilung der Ganglienzellen auf der Netzhaut
Bedeutung des Tageslichts in Gebäuden
• Gesundheitliche AspekteGesundheitliche Aspekte- Dynamik im Beleuchtungsniveau und in der Farbe - Melatoninwirksame Wirkung des Tageslichts (Melatoninsupression) - Studien in Schulen (USA 1999; Schweden 1992)
Strahlungsfunktion des mittleren Tageslichtes (D65)Zirkadiane Wirkungsfunktion c(λ) im Vergleich zu V(λ)
c(λ)
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / ArbStättV, LBO, MBO, DIN 5034- ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen
Gesundheitliche Aspekte-Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
BeleuchtungAnforderungen an Beleuchtung:
- Beleuchtungsniveau- Leuchtdichtverteilung- Lichtrichtung und Schattigkeit- Blendungsbegrenzung- Lichtfarbe und Farbwiedergabe
Blendung:- durch direktes Sonnenlicht- durch den im Blickfeld liegenden Teil des Himmels - durch helle besonnte Fläche im Gesichtsfeld- durch glänzende bzw. spiegelnde Flächen
(Reflexblendung)
Bildschirmarbeitsplatz:Spiegelung von hellen Raumoberflächen auf dem Bildschirm
Blendungsbegrenzung
Blendungsbegrenzung:
- durch die Herabsetzung des Leuchtdichtkontrastes
- durch Vermeidung der Blickrichtung am Arbeitsplatz auf das Fenster
- Anwendung von Blend- zw. Sonnenschutzeinrichtungen
Bedeutung des Tageslichtes im Gebäude
Psychologische Aspekte- Sichtverbindung nach außen / ArbStättV, LBO, MBO, DIN 5034- ausreichende Helligkeit / DIN 5034 - Besonnung von Wohnungen
Gesundheitliche Aspekte- Kunstlichtbeleuchtung = biologische Finsternis- Tageslicht gegen Winterdepression
Störende Wirkungen- Wärme- und Strahlungsbelastung- Blendung / direkt und indirekt / Bildschirmarbeitsplätze
Physiologische Aspekte / beleuchtungstechnische Aspekte- dynamisch / Beleuchtungsniveau und Farbe- seitlicher Lichteinfall (Fester)- hohes Beleuchtungsniveau - ungleichmäßige Beleuchtung durch Seitefenster
Energetische Aspekte
Architektonische Aspekte
Bedeutung des Tageslichtes in GebBedeutung des Tageslichtes in Gebääudenuden
Tageslichtnutzung in GebTageslichtnutzung in GebääudenudenNichtwohngebNichtwohngebääudeude
Visuelle und thermische BehaglichkeitVisuelle und thermische Behaglichkeit
Sicherheit / Gesundheit / WohlbefindenSicherheit / Gesundheit / Wohlbefinden
EUEU--Richtlinie 89/654/EWG Richtlinie 89/654/EWG „„Mindestvorschriften fMindestvorschriften füür r ArbeitsstArbeitsstäättentten““
ArbeitsstArbeitsstäättenverordnung ttenverordnung --ArbStArbStäättVttV 20042004
Tageslichtnutzung und Tageslichtnutzung und BeleuchtungBeleuchtung
EnergieEnergie
EnergieeffizienzEnergieeffizienz
EUEU--Richtlinie 2002/91/EG Richtlinie 2002/91/EG EUEU--Richtlinie 2010/31/EU Richtlinie 2010/31/EU üüber ber die die „„Gesamtenergieeffizienz von Gesamtenergieeffizienz von GebGebääudenuden““
Energieeinsparverordnung Energieeinsparverordnung -- EnEV EnEV EnEV 2007EnEV 2007 / EnEV 2009 / / EnEV 2009 / EnEV 2012EnEV 2012
Tageslichtnutzung und Energieeffizienz von GebTageslichtnutzung und Energieeffizienz von Gebääuden uden Energieeinsparverordnung und DIN V 18599Energieeinsparverordnung und DIN V 18599
EU-Richtlinie 2002/91/EG EU-Richtlinie 2010/31/EU über die „Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden“
Energieeinsparverordnung –EnEV 2007/ EnEV 2009 / EnEV 2012
DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Gebäuden“Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf für
Beleuchtung
Relativer jRelativer jäährlicher hrlicher PrimPrimäärenergiebedarfrenergiebedarf
kWh/(mkWh/(m22··a)a)
PrimPrimäärenergiefaktorenrenergiefaktoren
Energieträgergruppe Energieträger Primärenergie faktoren fp
Brennstoffe (Bezugsgröße: unterer Heizwert):
Heizöl
1,1
Erdgas H 1,1 Flüssiggas 1,1 Steinkohle 1,1 Braunkohle 1,2 Nah-/Fernwärme aus KWK (durchschnittliche Werte):
Fossiler Brennstoff
0,7
Erneuerbarer Brennstoff 0 Nah- und Fernwärme aus Heizwerken:
Fossiler Brennstoff
1,3
Erneuerbarer Brennstoff 0,1 Strom: Strom-Mix 3,0
Liersch, K. W., Langner, N.; EnEV-Praxis; 1. Aufl. Berlin: Bauwerk, ISBN 3-934369-71-5; 2002
93 % der Arbeitszeit
8:00 bis 18:00 Uhr
82 % der Arbeitszeit
6:00 bis 20:00 Uhr
Arbeitzeit und TageslichtangebotArbeitzeit und TageslichtangebotNutzungszeiten und NutzbelichtungNutzungszeiten und Nutzbelichtung
ErhErhööhung des Tageslichtangeboteshung des Tageslichtangebotes
Schaltverhalten der Nutzer
• Einschalten der Anlage beim ersten Eintreten in den Raum
• Die gesamte Anlage wird ein- und ausgeschaltet
• Ausschalten der Anlage bei längerem Verlassen des Raumes
• Wiedereinschalten der Anlage bei niedrigem Tageslichtniveau
Eine effiziente Energieeinsparung bei Einhaltung der Mindestanforderungen ist nur mit TLBK möglich
Tageslichtsystem
InstallationsbussystemBeleuchtungskontrollsystemTageslichtabhängiges
Gebäude-Management-System
Kombination von Tages- und Kunstlichtbeleuchtungmit tageslichtabhängigen Kontrollsystemen
Tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerung
Tageslichtabhängige Beleuchtungsregelung
Tageslichtquotient
D %
Daylight factor
Ausreichende Helligkeit (DIN 5034)Wohnräume: Tageslichtquotient D
Arbeitsräume:Für Arbeitsräume, die in ihren Maßen Wohnräumen entsprechen, die oben geforderten Tageslichtquotienten eingehalten werden. Für andere Arbeitsräume gibt es bisher keine begründeten Forderungen in bezug auf ausreichende Helligkeit.
0,85 m
1 m
1 m
Rt/2
D2
D1
D1 und D2 ≥ 0,75% und (D1 + D2) / 2 ≥ 0,9%
D = Ep / Ea ⋅ 100%
Tageslichtquotient
%100⋅=a
p
EE
D pRpVpHp EEEE ++=
%100⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++=
a
pR
a
pV
a
pH
EE
EE
EE
D RVH DDDD ++=
32165)( kkkDDDD DRrVrHr ⋅⋅⋅⋅++= τ
Tageslichtquotient
Verminderungsfaktor für Versprossung k1
ungRohbauöffnigeFlächeDurchsicht
ungRohbauöffnngVersprossuungRohbauöffnk =
−=1
hF
bF
Rohbauöffnung = bF x hF
Tageslichtquotient
Verminderungsfaktor für Verschmutzung k2
Abhängigkeit des Minderungsfaktors k2 vom Maß der Verschmutzung (Anhaltswerte)
0,70,5
geringstark
stark
0,80,7
geringstark
mittel
0,90,7
geringstark
gering
Innenfläche Außenfläche
k2Verschmutzung auf der
Für Wohnräume kann im allgemeinen mit k2 = 0,95 gerechnet werden.