Tageslichtbeleuchtung in Gebäuden - li.tu- · PDF fileBedeutung des Tageslichtes im...

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.