Ganzheitliche Konzepte für verbesserte

Autor: Günther Volz, Beratender Ingenieur f. Elektro- u. Lichttechnik
Ganzheitliche Konzepte für verbesserte
Tageslichtnutzung und künstliche Beleuchtung
im Büro
Einleitung
Durch Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung und kann der Komfort
am Arbeitsplatz in Gebäuden wesentlich verbessert und große Energieeinsparpotentiale
ausgenutzt werden.
Tageslichtnutzung wirkt sich übergreifend auf Sehleistung und visuelles Ambiente über
Sonnenschutz und Blendschutz sowie die thermische Behaglichkeit aus.
Blendung und schlechte Beleuchtung wird als eine der häufigsten Störquellen am Arbeitsplatz
beklagt. Dabei begünstigen momentaner Strompreis, effizientere Lampen und neue Leuchten
mit unübersehbarer Design-Vielfalt sogar Lösungen mit künstlicher Beleuchtung.
Mit den enormen Fortschritten in der Technologie von elektrischen Lampen und Leuchten in
den 60er und 70er Jahren entwickelte sich eine Vorstellung, dass der Mensch sogar ohne
Tageslicht und nur mit Technik bessere Umgebungsbedingungen schaffen könne.
Die Gebäudenutzer fordern jedoch mehr Tageslicht für das Wohlbefinden in Räumen, in denen
sie einen Großteil ihrer Arbeitszeit verbringen.
Tageslicht wirkt stimulierend und ist im Vergleich zur künstlichen Beleuchtung wesentlich
abwechslungsreicher. Die Veränderung des Tageslichtes gibt unserer Umgebung ein anderes
Aussehen und rhythmisiert unseren Tagesablauf. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen den
Zusammenhang zwischen gutem Licht, Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsbereitschaft.
Tageslichttechnik bietet mehr und besseres Licht mit weniger Strom. Auch der Energiehaushalt
von Gebäuden wird stark von der Tageslichtnutzung beeinflußt.
Tageslichtnutzung ist die edelste Form erneuerbarer Energie!
Sie erlaubt den höchstmöglichen Wirkungsgrad von Solarenergie-Nutzung. Das läßt sich leicht
bei einem Vergleich, z. B. mit Fotovoltaik, nachweisen. Die Herausforderung für Architekten
und Ingenieure ist „nur“, diese "kostenlose" Edelenergie auf Nutzflächen in der Raumtiefe
weiterzulenken.
Mit der Bildschirmarbeit kamen zusätzliche Anforderungen: Blendung und störende
Reflexionen durch Tageslicht und künstliche Beleuchtung müssen vermieden werden. Daraus
ergibt sich, dass am "helllichten Tag" Jalousien geschlossen werden müssen. Dabei kann das
reichliche Angebot an Tageslicht nicht ausgenutzt werden. Mit erhöhtem Energieaufwand muss
künstlich beleuchtet werden. Die Anforderungen: Schutz vor Sonnenhitze, Blendschutz, hoher
Tageslichtanteil und freie Sicht nach aussen werden heute immer noch selten in den meisten
Büros gleichzeitig erfüllt.
Bei gesamtheitlicher Betrachtung und Planung zeigen sich gewerkeübergreifende
Zusammenhänge zwischen Tageslichttechnik, Sonnenschutz, Blendschutz, Raumklima,
künstlicher Beleuchtung sowie deren Auswirkungen auf thermische und visuelle Behaglichkeit.
Die Anforderungen an verbesserte Tageslichtnutzung im Gebäude berühren deshalb Architekten
und fast alle Ingenieure in den verschiedenen Bereichen der technischen Gebäudeausrüstung,
Lichttechniker und Bauphysiker. Notwendig ist, daß die mit verbesserter Tageslichtnutzung
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einhergehenden Probleme wie Blendung, Wärmeeintrag usw. gewerkeübergreifend gelöst
werden.
In bestehenden Normen und Richtlinien sind Mindestanforderungen an die lichttechnischen
Kriterien definiert. Die wichtigsten davon zielen auf:
• erforderliche Beleuchtungsstärke mit mindestens 500 Lux bzw. 300 Lux bei
tageslichtorientierten Arbeitsplätzen
• Begrenzung der Direkt- und Reflexblendung
• ausgewogene Leuchtdichte-Verteilung
• örtliche und zeitliche Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke
• angemessene Lichtfarbe und Farbwiedergabe
• Sichtverbindung nach aussen
Kompetente Lichtplaner berücksichtigen jedoch darüber hinaus weitere Qualitätskriterien für ein
abgestimmtes Beleuchtungskonzept:
• die Beleuchtung soll eine flexible Nutzung bzw. Möblierung zulassen
• Beleuchtung soll sich unterschiedlichen Sehaufgaben anpassen können
• stärkere Beachtung ergonomischer Gesichtspunkte mit individueller und zonierter
Beleuchtung.
Ein effizientes, ganzheitliches Beleuchtungskonzept ergibt sich aus der Kombination,
Integration und dem Zusammenwirken folgender Komponenten und Aspekte, wobei
folgende Zielsetzungen für Lichtqualität und Energieeffizienz bestehen:
•
Tageslichtnutzung:
Hohe Verfügbarkeit, d.h. Qualität und Quantität des natürlichen Tageslichts bei
gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an Sonnenschutz und Blendschutz
•
Farbgebung und Reflektionsgrad im Raum:
Harmonische Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld, Einfluß auf den
"Raumwirkungsgrad".
•
Lichtgestaltung als Bezug zur Architektur, Lichtdesign als Beitrag und Unterstützung
architektonischer Ziele und betrieblicher Funktionen
Die wichtigsten Komponenten für den Anteil der künstlicher Beleuchtung und ihre
Zielsetzungen hinsichtlich Qualität und Effizienz sind:
•
Lampen (Leuchtmittel):
Auswahl der Lichtfarbe nach gestalterischen Gesichtspunkten bei hoher
Farbwiedergabequalität, hoher Lichtausbeute, Langlebigkeit und erforderlichenfalls
Dimmbarkeit
•
Leuchten (Beleuchtungskörper):
Lichtverteilungscharakteristik für ein ausgewogenes Verhältnis von Horizontal- und
Vertikalbeleuchtungsstärken, konstruktive Merkmale der Lichtlenkung für hohen
Leuchtenwirkungsgrad, Entblendung, Montage- und Wartungsfreundlichkeit sowie
Design-Qualität
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•
Vorschaltgeräte, elektrische Betriebsgeräte für Steuerung und Regelung:
Geringe Verlustleistung, lampenschonend im Sinne einer Verlängerung der
Lampenlebensdauer, geräuschfrei, für flimmerfreien Lampenbetrieb.
Optimale Bedarfsanpassung an Tageslichtnutzung und Präsenz, unterschiedliche Nutzung,
Realisierung von Energieeinsparung durch Reduzierung der Vollbetriebszeit
•
Betrieb:
Erhalt der Gütekriterien der einzelnen Komponenten und somit Energieeffizienz der
gesamten Anlage.
Ausgehend vom Fenster in der Wand oder Oberlicht in der Decke als einfachstem und
verbreitetstem "Tageslichtsystem" entwickelt die moderne Architektur Gebäude, die immer
stärker von Fassaden mit großen Glasflächen geprägt sind. Neben dem Gewinn an Tageslicht
stellt sich hierbei verschärft das Problem des Sonnenschutzes und Blendschutzes. Aufgrund der
tages- und jahreszeitlichen Schwankungen in Helligkeit und Temperatur stellen sich zum Teil
gegensätzliche Anforderungen an die Gebäudehülle, und somit muß sich das Tageslichtsystem
der jeweiligen unterschiedlichen Situationen anpassen können. Folgende Anforderungen sollen
von einem Tageslichtsystem erfüllt werden:
•
Lichtlenkung, insbesondere zur Ausleuchtung der Raumtiefe und Reduzierung der
Einschaltdauer der künstlichen Beleuchtung, Schaffung der visuellen Behaglichkeit und
besseren Gleichmäßigkeit der Leuchtdichteverteilung
•
Hitzeschutz und Reduzierung der Raumaufheizung im Sommer und dem damit
erforderlichen Energieaufwand für Kühlung und Lüftung
•
Blendschutz zur Erfüllung der Anforderungen insbesondere von Bildschirmarbeitsplätzen
•
Außenverbindung, Aufrechterhaltung des Sichtkontaktes nach außen, Transparenz, mit
möglichst geringen Farbveränderungen des Tageslichts
und damit Erhöhung der Nutzerakzeptanz des Tageslichtsystems
•
Wärmeschutz zur Reduzierung der Wärmedurchgangskoeffizienten, Erzielung solarer
Wärmegewinne im Winter, mit dem Ziel der Heizenergieeinsparung
•
Anpassungsfähigkeit des Tageslichtsystems durch Regelmöglichkeiten und Anbindung an
Gebäudeautomation bzw. selbstregelnd.
Bedarf und Schritte zur Richtlinie VDI 6011:
Für die lichttechnische Konzeption durch Architekten und Fachingenieure, welche oft in
unterschiedlichen Fachbereichen an diese Aufgabenstellung herangehen, besteht Bedarf an
Planungshilfen und Richtwerten für die Systemauswahl, Bewertung der jeweiligen
Einsatzschwerpunkte und eine nutzungsgerechte Ausführungsplanung.
Dieses war Anlaß für die VDI-Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung, im Februar 2002
die Richtlinie VDI 6011 "Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung" zu
verabschieden. Das vorliegende Blatt 1 der Richtlinie gibt einen Überblick zum Stand der
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Technik von Tageslichtnutzung, künstlicher Beleuchtung und deren Kombination einschließlich
der zugehörigen Steuerung und Regelung.
Beim "Standardhimmel" nach CIE ist die Leuchtdichte im Zenit 3 x höher als am Horizont.
Somit ist Zenitalbeleuchtung (durch horizontale, in der Decke befindliche Fenster bzw.
Öffnungen) in ihrer Lichtausbeute im Vergleich zur Öffnungsgröße um ein Mehrfaches
wirksamer als Lateralbeleuchtung (durch vertikale Fenster in seitlichen Wänden).
Deshalb wird das geplante Blatt 2 der VDI-Richtlinie 6011 das wichtige Feld der
Tageslichtsysteme in Dächern behandeln.
Systeme der Tageslichttechnik für Bürogebäude
sind in Kombination mit Fenster und Fassade sowie Dachoberlichtern verfügbar:
•
Jalousien zur Lichtlenkung,
innen, außen oder im Scheibenzwischenraum angeordnet, siehe Bild 1 (BNW Hueppe):
•
Lamellen mit Retroreflektoren
•
Vertikallamellen für Innenanordnung
•
Ausstattung von Verglasungen mit
Spiegelprofilen für Anordnung im
Scheibenzwischenraum oder bei
Dachoberlichtern
•
Lichtlenkprofile im Scheibenzwischenraum
zum Einsatz oberhalb der Sichtfenster
•
Spezielle Formen von "Lichtschwertern" für
Integration in die Fassade
•
Lichtleitdecken, auch in der Spezialform als
anidolische Decken
•
Reflektierende Decken in Kombination mit
einem Tageslichtlenksystem, kombinierbar
mit Klimadecken
•
Spezielle Oberlichter,
Dachelemente mit Diffuslichtdurchlaß
•
Holografisch-optische Elemente zur Umlenkung des Diffuslichtes
•
Heliostaten zur Lichteinspeisung in Gebäude bei direktem Sonneneinfall
in Verbindung mit
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•
Lichtrohr (Light-pipe) oder
Glasfaser, siehe Bilder 2, 3
(BNW Heliobus AG):
Der Fensterbereich liefert das
Tageslicht primär dem
fensternahen Arbeitsplatz. Hier
soll trotz Sonnenschutz die
vorgeschriebene
Außenverbindung, d.h.
Sichtverbindung gewährleistet
werden.Während die
Beleuchtungsstärke ohne
besondere Maßnahmen der
Lichtlenkung zur Raumtiefe hin
stark abfällt, kann mit Hilfe von
Lichtlenkmaßnahmen ein
gleichmäßigerer Verlauf
ermöglicht werden. Durch
Lichtlenktechnik kann
Tageslicht vom fensternahen
Bereich in die Raumtiefe
gebracht werden. Zusätzlich
kann die zu hohe Einstrahlung
im Fensterbereich reduziert
werden. Über den oberen
Fensterbereich kann das Licht
flach in den Raum einstrahlen
und damit die Raumtiefe
ausleuchten.
Die spektrale Zusammensetzung
des Tageslichts im Innenraum
und seine
Farbwiedergabeeigenschaften
dürften durch das
Tageslichtsystem nicht
wesentlich beeinflußt werden.
In der technischen Umsetzung
des Zieles "verbesserte
Tageslichtnutzung" entstehen
Konflikte und
Gegenläufigkeiten zwischen
Schutzfunktionen und
Versorgungsfunktionen
aufgrund physikalischer
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Gesetze, wie Bild 4 zeigt.
Bild 4:
Konflikte und Gegenläufigkeiten
in der Tageslichtnutzung
aufgrund physikalischer Gesetze
Schutzfunktionen
und
Versorgungsfunktionen
Blendschutz
•
•
Durchsicht,
Aussenverbindung
Sonnenschutz
•
•
Tageslichteintrag
•
•
Solare
Wärmegewinne
im Winter
(gegen Überhitzung)
Wärmeschutz
(gegen Wärmeverluste
nach aussen)
(Energieeinsparung bei künstlicher
Beleuchtung)
Energie- Einsparung:
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Grobe Anhaltswerte über Energieeinsparpotentiale bei optimierter und mit dem Fassadenaufbau
abgestimmter Systeme für Sonnenschutz und Tageslichtlenkung:
Der Energiedurchlass (g-Wert) wird im Vergleich zu Sonnenschutzverglasungen mit
Blendschutzeinrichtungen um mehr als 50 % reduziert, somit muss deutlich weniger gekühlt
werden.
Der Energiebedarf für die künstliche Beleuchtung kann in Kombination mit geeigneter
Steuerung oder Regelung um bis zu 70 % reduziert werden.
Die Energieeinsparpotentiale innovativer Tageslichttechnik liegen nicht allein in der Einsparung
von elektrischer Energie für künstliche Beleuchtung. Das thermische Gebäudeverhalten sowie
die Möglichkeit, die Haustechnik insgesamt zu reduzieren, ist ein weiterer Effekt.
Zur Tageslichtergänzung stehen innovative Komponenten für künstliche Beleuchtung zur
Verfügung:
Die neue Leuchtstofflampengeneration mit 16 mm Durchmesser prägt das Design neuer
Leuchten. Durch die Verkürzung der Lampen um 5 cm gegenüber den vergleichbaren
konventionellen Lampentypen lassen sich die Leuchten besser in die gängigen Deckensysteme
einfügen. Die dünnere Lampe erlaubt deutlich kleinere Leuchten, siehe Bild 5 (BNW Spectral):
Durch den kleineren Lichtpunkt
können effizientere Techniken für
Lichtverteilung realisiert werden. Die
höchste Lichtausbeute beträgt bei guter
Farbwiedergabequalität (Stufe 1b) als
Systemlichtausbeute mit dem
zugehörigen elektronischen
Vorschaltgerät 94 Lumen / Watt, z. B.
in den Leistungsstufen 35 oder 28
Watt. Bei einer fast verdoppelten
Lebensdauer bis zu 15.000 Stunden
wurde auch der Lichtstromrückgang
während der Alterung reduziert. Diese
Lampen werden ausschließlich mit
elektronischen HochfrequenzVorschaltgeräten betrieben.
Die neue Lampenfamilie ist
zweigeteilt:
• High-Efficience-Lampen, mit einer
hohen Systemlichtausbeute bis zu 94 Lumen pro Watt,
• High-Qutput-Lampen, mit besonders hohen Lichtströmen.
Die Auswahl der Lampenfamilie muß entsprechend der erforderlichen Entblendung und
Lichtverteilung der Leuchten vorgenommen werden. High-Output-Lampen sollen bei Leuchten
mit vorwiegend Indirekt-Charakteristik eingesetzt werden, da diese sonst bei direktstrahlenden
Leuchten zu unzulässig hohen Leuchtdichten führen können.
Durch die kleineren Leuchtenkonstruktionen entstehen in den neuen Leuchten häufig höhere
Temperaturen als bisher. Der Betriebspunkt mit dem Lichtstrom-Maximum der Lampen wurde
deshalb auf 35°C Umgebungstemperatur gelegt. Für den Planer ist Vorsicht bei starken
Luftströmungen oder Zuglufterscheinungen im Bereich der Leuchten geboten, da sich dabei der
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Lampenlichtstrom deutlich verringern kann und somit die geplante Beleuchtungsstärke nicht
erreicht wird.
Die Leistungsstufen zwischen alter und neuer Lampenfamilie weichen beträchtlich voneinander
ab. Bei Sanierungen ist eine komplette Neuplanung erforderlich, ein 1:1 Austausch ist nicht
möglich!
Um sich bei sonstigen Lampentypen die Möglichkeit offen zu halten, die Effizienz durch
Steuerung und Regelung zu verbessern, muß bei der Auswahl der Lampen geprüft werden, ob
sich diese zum Dimmen eignen. Neben den stabförmigen Leuchtstofflampen sind die meisten
Kompaktleuchtstofflampen mit dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten erhältlich, dabei ist
auf die Bezeichnung "EL" mit besonderem Sockel zu achten. Die Kompaktleuchtstofflampen
mit integriertem Vorschaltgerät – sogenannte Energiesparlampen – sind dagegen nicht
dimmbar!
Neuentwicklungen bei den Hochdruck-Metallhalogendampflampen erlauben kompakte
Lichtquellen als Lumenpakete mit großer Lichtausbeute. Beachtenswert sind die
Einsatzmöglichkeiten dieser Lichtquellen in neuer Technologie mit Keramik-Brennern. Bei der
konventionellen Quarz-Technologie mußte oft unterschiedliche Lichtfarbe sogar im Neuzustand
bemängelt werden. Die neuen CDM-Lampen versprechen über die gesamte Lebensdauer hinweg
Farbstabilität. Mit unterschiedlichen Sockel-Ausführungen und Leistungsstufen ab 35 Watt bis
150 Watt wird eine Verbesserung bei der Lampenlichtausbeute (bis 91 Lumen pro Watt) und der
Lampenlebensdauer von ca. 12.000 bis 15.000 Stunden gegenüber den konventionellen
Lampentypen mit Quarzbrenner erreicht!
Energieeinsparung bis zu 30 % durch elektronische Vorschaltgeräte:
Die konventionellen magnetischen Vorschaltgeräte werden durch den Einsatz elektronischer
Vorschaltgeräte immer mehr zurückgedrängt. Auch in öffentlichen Gebäuden werden diese
innovativen Betriebsgeräte zunehmen Standard. Elektronische Vorschaltgeräte lassen 25 – 30%
Energie einsparen. Liegt im Gebäude z. B. erhöhte Netzspannung an, so bewirken EVG's eine
zusätzliche Energieeinsparung gegenüber konventionellen Vorschaltgeräten.
EVG's können Lampen ohne jegliches Flackern mit flimmerfreiem Licht ohne
Stroposkopeffekte betreiben. Auch das bei konventionellen magnetischen Betriebsgeräten oft
auftretende Brummen gehört damit der Vergangenheit an. Defekte Lampen werden automatisch
abgeschaltet, bevor erfolglose Startversuche und störendes Blinken beginnen. Die erhöhte
Lampenlebensdauer führt zu erheblich längeren Wartungsintervallen, zu reduzierten Kosten für
Lampenwechsel und – entsorgung. Die neuen Vorschaltgeräte erlauben, daß die gleichen
Lampen und Leuchten sowohl für die Allgemein- als auch die Notbeleuchtung verwendet
werden können, da sie sich wahlweise an Gleich- oder Wechselspannung betreiben lassen.
Zur Helligkeits-Steuerung oder –regelung sind EVG's in dimmbarer Ausführung erhältlich.
Werden diese mit Helligkeitssensoren kombiniert, kann die Beleuchtungsstärke automatisch an
einen vorher eingestellten Schwellwert angepaßt werden.
Optimierte EVG's arbeiten mit Cut-Off-Technologie. Damit wird nach dem Lampenstart die
Wendeldauerheizung abgeschaltet und das Lichtstrom-Optimum nach oben verschoben, womit
sich die Lampenlebensdauer nochmals erhöht.
Wenn Räume nicht ständig belegt sind, kann das Licht in Kombination mit einem
Präsenzmelder gesteuert werden.
Mancher Bewegungsmelder ließ für den gestalterischen Geschmack noch zu wünschen übrig.
Zwischenzeitlich sind Licht- und Präsenz-Sensoren integriert in Leuchten verfügbar, so daß das
Gestaltungskonzept des Architekten nicht gestört wird.
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Beleuchtungselektronik ist ein wesentlicher Schlüssel zum wirtschaftlichen Betrieb und zur
Energieeinsparung bei Beleuchtungsanlagen, auch in Sanierungsmaßnahmen.
Die höchste Reduzierung der "Vollbetriebszeit" kann mit einer kontinuierlichen Regelung
erzielt werden. Einfache Lösungen, z. B. in Räumen mit hohem Tageslichtquotienten wie
Industriehallen mit Oberlichtern ergeben sich durch Schwellwertschaltungen. Eine Einbindung
der Beleuchtungssteuerung in ein Lichtmanagementsystem, in das weitere Steuer- und
Regelfunktionen für Jalousien, Sonnenschutz und Blendschutz integriert sind, schöpft das
Energieeinsparpotential noch mehr aus.
Mit Lichtmanagementsystemen können zentral oder dezentral Leuchten in einem Raum, Bereich
oder ganzen Gebäude einzeln oder gruppenweise gesteuert, überwacht und gedimmt werden.
Selbstverständlich können Lichtmanagementsysteme auch die Funktion einer automatischen
tageslichtabhängigen Regelung und sonstige vorher definierte Steuerungen von funktions- und
nutzungsabhängigen Anforderungen für Lichtszenarien übernehmen.
Der neue Schnittstellenstandard DALI läßt sich auch ohne aufwendiges Bussystem in
Beleuchtungsanlagen einsetzen. Diesen neuen digitalen Kommunikationsstandard haben
Hersteller aus der Lichtindustrie gemeinsam entwickelt. DALI schließt die Lücke zwischen den
aufwendigeren digitalen Bussystemen und der bestehenden 1-10-Volt-Technik. Informationen
können über ein Gateway mit einem übergeordnete Gebäudemanagementsystem ausgetauscht
werden.
Auch bei der künstlichen Beleuchtung wird nun versucht, über elektronische Betriebsgeräte die
dynamischen Eigenschaften von Tageslicht (wenigstens in geringem Mass) nachzubilden:
Tageslicht schwankt ständig – aufgrund der Tages- und Jahreszeit und der Witterung. Dabei
ändert sich nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Lichtfarbe. Lichtplaner können ihrem
Bauherrn durch elektronische Farbtemperatur-Steuerungen für die TageslichtErgänzungsbeleuchtung "den Himmel ins Zimmer zurückholen". Lampen mit unterschiedlichen
Lichtfarben lassen sich so programmieren, daß Farbe und Intensität des Lichts mit dem
Tagesverlauf wechseln.
Der nächste Schritt zur Beleuchtung in der Zukunft heißt "active light". Damit ist eine
dynamisch ablaufende, sich verändernde Lichtszene mit wechselnden Lichtfarben,
Lichtabstrahlungen und Lichtintensitäten gemeint, welche z. B. durch ein
Lichtmanagementsystem vorprogrammiert werden kann. Dies kann mit einzelne speziell
konzipierten Lichtkomponenten (Leuchten verfügen über zwei oder mehr individuell schaltbare
Leuchtmittel mit unterschiedlichen Lichtfarben) als auch mit einer Kombination mehrerer
Lichtsysteme erreicht werden.
Glaubensfrage: Direkt- oder Indirektbeleuchtung?
Reflexblendung auf dem Schreibtisch oder Arbeitsgut muß vermieden werden. Den
Befürwortern einer hocheffizienten Vorwiegend-Direktbeleuchtung stehen Anhänger einer
reinen Indirekt-Beleuchtung gegenüber. Die Aufzählung einiger Vor- und Nachteile soll jedoch
keine abschließende Wertung darstellen:
• Vorwiegend Indirekt-Beleuchtung unter der gesamten Deckenfläche erlaubt weitestgehende
Flexibilität in der Anordnung der Arbeitsplätze und Möblierung. Die Reflexblendung auf
dem Arbeitsgut wird damit fast völlig ausgeschlossen. Bei CAD-Arbeitsplätzen ist dieses
sehr weiche und blendfreie Licht sehr beliebt. Unser Auge wird normalerweise auf den
Bereich mit der höchsten Leuchtdichte im Raum gelenkt. Bei indirekter Beleuchtung wird
die Decke somit zum "optischen Zentrum". "Warum eigentlich nicht" argumentieren die
Befürworter der Indirektbeleuchtung, "beim natürlichen Tageslicht ist die Leuchtdichte des
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Firmaments auch heller als der erleuchteten Sehobjekte...".
•
Bei der Innenraumbeleuchtung wünscht das Auge sichtbare Direkt-Lichtanteile. Bei der
Vorwiegend-Direkt-Beleuchtung ist Lichtrichtung und Schattigkeit spürbar, Körperlichkeit
ist durch Kontraste gut erkennbar. Die architektonisch meist gewünschte Lichtzonenbildung
läßt sich mit vorwiegend Direkt-Beleuchtung leichter realisieren. Nicht zuletzt daraus
resultiert die hervorragende Energieeffizienz.
Gute Sehbedingungen werden durch Beleuchtung erzielt, die ein ausgewogenes Verhältnis von
Lichtrichtung und Schattigkeit schafft. Nicht immer findet eine reine Direkt-Beleuchtung,
bildschirmarbeitsplatzgerecht, die Akzeptanz der Mitarbeiter. Häufig wird eine geringere und
individuell in ihrer Helligkeit steuerbare Beleuchtung innerhalb des eigenen Arbeitsbereichs
gewünscht.
Als Ausweg und Kompromiß erscheint das Beleuchtungskonzept "mildes Licht". In ihrer
Wirkung ist sie weniger diffus als die reine Indirektbeleuchtung und weicher als die harte
Direktbeleuchtung. Bei diesem Beleuchtungsprinzip wird das Licht nach oben zu einem
Sekundärreflektor abgestrahlt, welcher durch seine weiße und diffus reflektierende Farbgebung
eine milde Lichtverteilung im Raum bewirkt. Die Lichtquelle ist entweder völlig abgeschirmt
oder läßt nur einen geringen sichtbaren Lichtanteil direkt austreten. Unterschiedliche Bauformen
erlauben den Einsatz unterschiedlicher Leuchtmittel wie stabförmige Leuchtstofflampen,
Kompaktleuchtstofflampen und Metallhalogendampflampen.
Leuchten:
Moderne Büroleuchten entsprechen den gestiegenen Anforderungen an Entblendung für
Bildschirmarbeitsplätze durch optimierte Reflektoren mit lichtlenkender Funktion und Raster.
Höhere Leuchtenwirkungsgrade ergeben sich auch aus verbesserten Reflektormaterialien. Eine
optische Verbesserung des Lichtklimas am Arbeitsplatz und im räumlichen Umfeld schaffen
entsprechende Lichtanteile für die Aufhellung der Wände und Gesichter, meßbar als
Vertikalbeleuchtungsstärke. Damit wird der Höhleneffekt beseitigt, der bei rein tiefstrahlender
Beleuchtung und ausschließlicher
Beachtung der nach Norm definierten
horizontalen Beleuchtungsstärke, z. B. für
Schriftgut auf dem Schreibtisch, entsteht.
Eine arbeitsplatzorientierte Beleuchtung,
abgependelt, mit eine zusätzlichen
geringen Indirektanteil ergibt im Vergleich
zu einer rein direktstrahlenden
Allgemeinbeleuchtung eine höhere
Beleuchtungsqualität und eine
Verbesserung der Energieeffizienz.
Ein Beispiel der Entwicklungen für
Arbeitszonen-Leuchten zeigt Bild 6 (BNW
Trilux).
Nach Akzeptanzuntersuchungen in
deutschen Büros mit einem Vergleich
unterschiedlicher Beleuchtungssysteme
ergibt sich eine gute Bewertung für eine
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arbeitszonenorientierte Beleuchtung bei den Nutzern. Diese erlaubt auch eine individuelle
Bedienung und Steuerung durch die Mitarbeiter.
Nicht nur bei Modernisierungsmaßnahmen, auch bei vielen Neubauten, ist Flexibilität in der
Möblierung und späteren Nutzung eine wichtige Anforderung. Bei Sanierungen mit Fixpunkten
durch vorhandene Beleuchtungsauslässe sind flexible Beleuchtungssysteme, wie z. B.
Profilsysteme oder Rohrschienenkonstruktionen eine willkommene Lösung und erlauben
kreative Lichtlösungen. Mit geeigneten Rastern können Leuchten direkt in der Arbeitszone quer
zur Blickrichtung angeordnet werden, was bei üblichen Rasterleuchten aufgrund der
Reflexblendung nicht möglich ist.
Im Lichtdesign hat sich ein Trend zu Deckenanbauleuchten und abgehängten Pendelleuchten
verstärkt, zu dem passende Wandleuchten und variable Stehleuchten aus derselben
Leuchtenfamilie verfügbar sind. Damit sollen in Räumen, deren Nutzung durch den Bauherrn in
der Planungsphase noch nicht genau definiert werden kann, bis kurz vor dem Einzug alle
Nutzungsoptionen erhalten bleiben. Das geht so weit, daß Veränderungen des direkten und
indirekten Lichtanteils über eine einfache Mechanik ohne Werkzeuge selbst vorgenommen
werden können. So kann sich jeder Mitarbeiter "ins rechte Licht" setzen.
Durch die zunehmend in Büros eingesetzten
flachen Bildschirme, Bildtelefone und LCDDisplays werden neue Beleuchtungslösungen
verlangt. Die Industrie hat dazu eine Serie von
Indirekt-Direkt-Leuchten entwickelt. Damit werden
sowohl arbeitsplatzbezogene als auch freie
Anordnungen für ein flexible Möblierung im Raum
zugelassen. Das neue Beleuchtungsprinzip besteht
aus einer gezielten und entblendeten Auskopplung
des Lichts über eine Mikroprismenstruktur. Dabei
werden 75 % indirekt nach oben und rund 25 %
über die Acrylglasflügel als Direktlicht nach unten
abgegeben,
wie im Bild 7 (BNW: Zumtobel):
Bei entsprechenden Raumgrundrissen können
rechteckförmige Leuchten den Nachteil haben, eine
unerwünschte Richtungsbetonung zu schaffen. Als
Lösung dafür sind Rundleuchten entwickelt
worden. Diese sind mit den Nachfolgern der vor vielen Jahren eingesetzten ringförmigen
Leuchtstofflampen in lichttechnisch und energetisch verbesserter Art bestückt. In diversen
Leistungsstufen und Durchmessern erlauben sie neue Leuchtenkonstruktionen, die eine
richtungslose Anordung im Raum zulassen. Darüber hinaus können technische Elemente wie
Brandmelder, Lautsprecher, Notlicht usw. integriert werden.
Zukunftsorientierte Planung und Licht-Effizienz:
Leuchten, Lampen und lichttechnische Komponenten werden in enger Abhängigkeit zueinander
entwickelt und optimiert. Die Lichtqualität und Effizienz einer Komponente kann nur im
Zusammenhang mit den anderen Komponenten und dem auszuleuchtenden Raum bewertet
werden. Somit läßt sich "1 Stck. effiziente Beleuchtung" nicht einfach per Katalog und BestellNr. beschaffen, sondern nur durch kompetente und fachübergreifende Planung und Kombination
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jeweils geeigneter Komponenten unter Berücksichtigung der räumlichen Voraussetzungen und
individuellen Nutzung erreichen.
Aufgrund der Normungsaktivitäten ist anzunehmen, daß sich Bürobeleuchtungen mit folgenden
Komponenten zukünftig durchsetzen werden:
• Komponente 1: Reduzierte Grundbeleuchtungsstärke als Allgemeinbeleuchtung, erzeugt
durch vorwiegend indirekte Beleuchtung
• Komponente 2: Arbeitszone mit Direktbeleuchtung und verbesserter Lichtoptik zur
Vermeidung von Direktblendung und Reflexblendungen.
Es ist zu erwarten, daß auch derzeit noch teure Komponenten durch Preisreduzierungen immer
mehr in Richtung kürzerer Amortisationszeiträume rücken.
Zur Orientierung für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen und zur Kontrolle von Planungen
können folgende Richtwerte für die spezifische Anschlußleistung genannt werden:
Gruppenbüros mit EDV-unterstützten Arbeitsplätzen:
ca. 11 Watt/m² - 6 Watt/m²
spezifischer Jahresenergiebedarf:
ca. 15 kWh/m² - 10 kWh/m²
Sowohl bei künstlicher Beleuchtung als auch der Tageslichtnutzung haben die
Raumreflektionsgrade einen hohen Einfluß auf die Effizienz. Anhand von
Vergleichsberechnungen mit gleicher Beleuchtungsstärke zeigt sich, daß bei
Indirektbeleuchtung der Energieaufwand in einem Raum mit ungünstigen Reflektionsgraden
rund 40 % gegenüber einem Vergleichsraum mit günstigen Reflektionsgraden ansteigt!
Läßt sich durch künstliche Beleuchtung etwas gegen die wissenschaftlich bewiesene
Winterdepressionen unternehmen?
Im Freien erlebt der Mensch etwa 12 Stunden täglich Beleuchtungsstärken zwischen 5.000 und
100.000 Lux. Künstliche Beleuchtung in Innenräumen erreicht jedoch selten mehr als 500 Lux.
Die für den Schlaf-Wachrythmus des Körpers verantwortliche Melatoninproduktion kann
während des Tages aber nur bei einer Beleuchtungsstärke ab 2.500 Lux und Höhe verhindert
werden! Bei normgemäßer typischer künstlicher Arbeitsplatzbeleuchtung herrscht somit
biologisch gesehen Nacht! Ein biologisch wirksame Beleuchtung läßt sich wirtschaftlich nur mit
Tageslicht sinnvoll realisieren.
Perspektiven:
Alleine aus energetischen Gründen kann der verstärkte Einsatz von Tageslichttechnik nicht
forciert werden. Wichtiger sind andere Aspekte:
Die tatsächlich auftretenden Kosten des Bürobetriebs in einem Gebäude setzen sich über die
Gebäudelebensdauer aus 80 % Personalkosten, 15 % Betriebskosten und nur 5 %
Abschreibungen der Anfangsinvestition zusammen. In der Kombination der energetischen
Kriterien und Aspekte des Arbeitsschutzes, Licht und Gesundheit können Entscheidungen
beeinflusst und Veränderungen erreicht werden.
Nur in der Summe der Auswirkungen der Tageslichtnutzung auf die Produktivität der
Mitarbeiter und den Energiebedarf eines Gebäudes, d.h. der harten und weichen Fakten, kann
die Dimension der volks- und betriebswirtschaftlichen Potentiale abgeschätzt werden.
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Die Aspekte der gesundheitlichen Auswirkungen, Wohlbefinden und Leistungsbereitschaft
durch mehr Tageslicht in Gebäuden sollten auch in der Forschung zukünftig stärker verfolgt und
allgemein verständlich an die Öffentlichkeit getragen werden. Die gewachsenen
Qualitätsansprüche, Sensibilität und vorliegenden Erkenntnisse um die Zusammenhänge werden
den innovativen Entwicklungen sehr entgegenkommen und diesen zum Durchbruch verhelfen.
Literaturhinweise und Links:
• Tageslichtnutzung in Gebäuden.
BINE-Informationsdienst, Fachinformationszentrum Karlsruhe.
• VDI-Richtlinie 6011 "Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung,
Blatt 1 – Beuth Verlag GmbH, Berlin.
• DIANE, Systeme der Tageslichtnutzung.
Bundesamt für Energiewirtschaft 1995, Schweiz.
• DIN 5034, Tageslicht in Innenräumen.
Beuth Verlag GmbH, Berlin
• Lichtforum Nr. 39. Fördergemeinschaft gutes Licht, Frankfurt am Main.
• Tageslicht nutzen – Bedeutung von Dachlichtöffnungen für Ergonomie, Architektur und
Technik.
Studie des FVLR, Kleffmann Verlag.
• Forum für Lichtforschung, Licht und Gesundheit, Weblightshow: www.cyberlux.de
• FiTLicht – Fördergemeinschaft innovative Tageslichtnutzung www.fitlicht.de
Autor:
Günther Volz, Beratender Ingenieur
für Elektro- u. Lichttechnik
Vorsitzender der
Fördergemeinschaft innovative Tageslichtnutzung
FiTLicht e.V.
c/o:
71139 Ehningen, Im Letten 26
Tel. 07034 – 93470
Fax 07034 – 934749
[email protected]
www.FitLicht.de
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