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2.8 Tageslicht

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2.8.1 Anforderungen

Natürliche Beleuchtung überträgt das Spektrum und die Intensität des Sonnenlichts, des bedeckten Himmels, des Tagesablaufs und der Wettersituation über Fensteröffnungen ins Innere des Gebäudes. Weil zwei Drittel aller Sinneswahrnehmungen über den Sehapparat aufgenommen werden, spielen in der Lichtwahrnehmung des menschlichen Sehapparates neben physikalischen Gesetzen auch kulturelle und individuelle Unterschiede eine Rolle: Tageslicht vermittelt Lebensfreude, Wohlbefinden und Sicherheit. Tageslicht ist wichtig in der architektonischen Anwendung, seit sich Menschen in der zivilisierten Welt zu etwa 90 % ihrer Lebenszeit im Inneren von Gebäuden aufhalten. Tageslichtversorgung in Gebäuden wird benötigt:

  • Für unser seelisches Wohlbefinden. Beim Menschen als «Augentier» führt Lichtmangel zu SAD (saisonal abhängigen Depressionen, auch «Winter Blues» genannt) worunter in der Schweiz etwa 850’000 Personen leiden. Bei «Dunkelhaft» in fensterlosen Räumen verliert man rasch jedes Zeitgefühl.
  • Für unser körperliches Wohlbefinden. Gemäss einem Sprichwort ist «der Doktor nicht fern, wo Dunkelheit herrscht», weil die im Sonnenlicht enthaltene Ultraviolett-Strahlung Keime tötet, unser körpereigenes Immunsystem aktiviert und bei der Knochenbildung die Resorption von Kalzium überhaupt erst ermöglicht.
  • Für die Raumwahrnehmung. «La lumière du soleil ne savait pas, ce qu,elle était, avant de venir frapper un mur», meinte Le Corbusier. Erst Tageslicht macht Raum wahrnehmbar. Licht und Schatten schaffen Plastizität dank Kontrasten, und Raumqualität ist somit das Produkt von Lichtdesign und Architektur.
  • Für die kostenlose Versorgung mit Energie. Keine von Menschen gemachte Energiequelle strahlt wie Sonnenlicht pro Jahr mit rund 1’000 kWh/m2 in einem Spektralbereich, welcher dem menschlichen Auge perfekt entspricht.
  • Für unseren Orientierungssinn. Ein Sicherheitsgefühl, z.B. im öffentlichen Raum, wird durch Tageslicht vermittelt (Erkennen von Orientierungshilfen und Signaltafeln).
  • Für das Konzentrationsvermögen. Laut wissenschaftlichen Untersuchungen stieg die Produktivität um
    10 % bei gleichzeitig sinkender Ausschussrate (– 20 %) und einer Halbierung der Unfallraten bei einer Vervierfachung des Lichtangebots.

Weil Licht neben dem eigentlichen Sehen auch die Aktivität sowie die physiologischen Vorgänge und die Psyche beeinflusst, ist eine gewisse Dosis von Licht auf der Netzhaut der Augen notwendig. Also müssen Arbeitsplätze, Wohn- und Aufenthaltsräume gut beleuchtet sein. Fensterarme oder sogar fensterlose Arbeitsräume sowie Nachtarbeitsplätze erreichen mit künstlicher Beleuchtung niemals die gleiche Qualität. Gemäss arbeitsrechtlichen Grundsätzen sind Räume, wo Menschen sich an ständigen oder nur vorübergehend oder gelegentlich besetzten Arbeitsplätzen befinden, entsprechend zu beleuchten.

Tageslichtplanung definiert erzielbaren Komfort und Energieeffizienzgewinne frühzeitig.
Bild 2.8.1: Tageslichtplanung definiert erzielbaren Komfort und Energieeffizienzgewinne frühzeitig.

2.8.2 Begriffe, Richtwerte und Normen

Strahlt eine Lichtquelle mit einem bestimmten Lichtstrom (Lumen) auf Oberflächen, werden diese erleuchtet und wahrnehmbar. In einem Raum mit ausschliesslich schwarzen Oberflächen wäre Licht aus einer Quelle unsichtbar, ausser es fiele von der Lichtquelle direkt auf die Netzhaut. Weil der Lichtstrom einer Quelle keine Angaben über die Lichtverteilung im Raum liefert, spielen bei der Beurteilung von Tageslichtqualitäten folgende Kenngrössen eine Rolle.

Direktes Sonnenlicht und diffuses Himmelslicht

Die Qualität des Tageslichtangebots variiert je nach Standort, Jahreszeit, Himmelszustand bzw. atmosphärischer Trübung, Uhrzeit, Bepflanzung bzw. Helligkeit der Umgebungsflächen. Ein bedeckter Himmel hat lichttechnisch gesehen eine andere Wertigkeit als direktes Sonnenlicht (vgl. Bild 2.8.3). In der Realität treten viele unterschiedliche Lichtstimmungen auf, welche das Tageslichtangebot beeinflussen. Auch verändert Tageslicht seine Dynamik nicht nur hinsichtlich Intensität und Einstrahlungsrichtung während des Tages, sondern auch chromatisch hinsichtlich Farbzusammensetzung und Spektralanteil (ultraviolett, infrarot, sichtbares Licht).

Spannend auch zu sehen ist, wie die Körperschatten an einem Standort in Nordeuropa bei denselben Menschen länger sind als in Südeuropa. In der Lichtplanung spricht man beim Tageslicht auch von einer höheren «Wertigkeit» des Tageslichts gegenüber Kunstlicht: während bei Kunstlicht mit Deckenleuchten oder mit Indirektlicht primär Vertikalbeleuchtungsstärke erzeugt wird und dabei die Kontrastbildung und Schattigkeit auf der Strecke bleiben, ist (im Aussenraum) die Horizontalbeleuchtungsstärke bei Tageslicht ähnlich hoch wie die Vertikalbeleuchtungsstärke und damit wird das Sehen dank ausgeprägter Kontrastbildung erleichtert.

Leuchtdichte

Die Leuchtdichte einer Fläche (Candela/m2 oder cd/m2) gilt als Mass für den Helligkeitseindruck bzw. die optische Sinneswahrnehmung (vgl. Bild 2.8.4). Die Leuchtdichte umschreibt die vom Auge wahrgenommene Flächenhelligkeit. Das Auge kann sich durch Pupillenänderungen auf enorme Leuchtdichteunterschiede zwischen 1/10’000 cd/m2 (bei bewölktem Nachthimmel) und 10 Mio. cd/m2 (heller Sonnenschein) adaptieren, benötigt dafür aber Zeit. Innerhalb des Gesichtskreises, den das Auge beim Sehen ohne Kopfbewegung erfasst, sollten die Leuchtdichteunterschiede für konzentriertes Arbeiten ein Verhältnis von 1:3 im Infeld und im Umfeld von 1:10 nicht überschreiten. Die Kunst bei der Gestaltung eines Tageslichtambientes besteht also häufig darin, den Gesichtskreis beim Arbeiten so zu entblenden, dass grobe Leuchtdichteunterschiede vermieden werden.

Die Lichtstimmungen und das entsprechende Tageslichtangebot im Aussenraum varieren enorm.
Bild 2.8.2: Die Lichtstimmungen und das entsprechende Tageslichtangebot im Aussenraum varieren enorm.

Bild 2.8.3: Vergleich von direktem Sonnenlichten mit diffusem Himmelslicht.

Bild 2.8.4: Beispiele unterschiedlicher Leuchtdichten in Candela pro m2.

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke beschreibt die Flächendichte des auf eine Empfangsfläche fallenden Lichtstroms. Die Horizontalbeleuchtungsstärke wird auf Nutzebene gemessen (in Lux, etwa 0,85 m ab Boden). Bei einer punktförmigen Lichtquelle nimmt die Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat des Abstandes zwischen Lichtquelle und Rezeptorfläche und mit dem Cosinus des Auftreffwinkels ab.

Bild 2.8.5: Geforderte Beleuchtungsstärke (E) der Allgemeinbeleuchtung gemäss Verordnung 3 Arbeitsgesetz.

Bild 2.8.6: Tageslichtquotienten (nach DIN 5034).

Der Tageslichtquotient ist nicht nur von Fenstergrössen abhängig, sondern auch vom Verbauungsgrad.
Bild 2.8.7: Der Tageslichtquotient ist nicht nur von Fenstergrössen abhängig, sondern auch vom Verbauungsgrad.

Tageslichtquotient

Der Tageslichtqotient (D oder TLQ in %) ist das Mass für die Tageslichtversorgung von Räumen in Gebäuden. Er definiert das Verhältnis der Beleuchtungsstärke E (gemessen in Lux) im Raum zur Beleuchtungsstärke draussen bei bedecktem Himmel: D = (Einnen/Eaussen) x 100 (%).

Dieser wird auf Nutzebene (in der Regel Tischhöhe) gemessen, ist unabhängig von Datum und Uhrzeit und für eine bestimmte Position im Raum konstant. Er wird von Regelwerken (z.B. der DIN 5034, Arbeitsschutzrichtlinien, vgl. Bild 2.8.6) als Bewertungskriterium für die Tageslichtversorgung von Räumen herangezogen. Für Räume mit Seitenlicht sollten Tageslichtquotienten von 0,95 % in halber Raumtiefe erreicht werden. In Räumen mit Oberlichtern sollte der Tageslichtquotient zwischen 4 % und 10 % liegen. Unter dem während 50 % des Jahres bedeckten Schweizer Himmel genügt ein Tageslichtquotient von 5 %, um während 50 % der Büroarbeitszeit mit 500 Lux am Arbeitsplatz arbeiten zu können.

Verbauungsgrad

Zu den vielen Determinanten des Tageslichtquotienten gehören neben Lage, Orientierung, Horizont, Gebäudeform, Raumproportionen, Nutzungsgestaltung, Fensteranordnung, Fotometrie auch der Verbauungsgrad. Möchte man in Innenräumen, z.B. bei gegenüberliegenden Fassaden, identische Tageslichtqualitäten erreichen, wären die Fenstergrössen im Verhältnis des von Verbauung freien Raumwinkels zu bestimmen: Ein Gebäude mit grossem Vordach und hohem Nachbarhaus müsste im Vergleich zu einem unverbauten Horizont über grössere Fenster verfügen, weil diese nur von einem kleineren Teil des Himmelsanteils belichtet werden (vgl. Bild 2.8.7).

Reflexionsfaktoren

Je tiefer ein Raum ist und je weniger Fensteröffnungen darin vorhanden sind, desto eher lebt der Raumeindruck von reflektiertem Licht. Dunkle Raumbegrenzungsflächen können daher niemals einen hellen und freundlichen Raumeindruck vermitteln.

Im Vergleich zu hellen Materialien bedingen dunkle Fussbodenbeläge und Wandanstriche im Verbund mit dunklem Mobiliar eine Verdopplung der Tageslichtöffnungen zur Erzielung eines ähnlichen Raumeindrucks. Kreateure der Fotometrie sollten wissen, dass sich die Tageslichtnutzung hinter Fensteröffungen umso schneller erschöpft, je dunkler ein Raum ist. Voll verglaste Fassaden mit dunklen Innenflächen sind ein Missgriff. Ebenso ist ein ziegelroter Tennisplatz, der unter freiem Himmel völlig okay ist, in einer spärlich belichteten Tennishalle fehl am Platz.

2.8.3 Gebäudeform, Gebäudetiefe und Baukörpergestaltung

Während die Ikonen der Moderne (z.B. Mies van der Rohe oder Philipp Johnson) der totalen Transparenz im gläsernen Haus huldigten, legen Meister einer gelungenen Tageslichtführung (z.B. Alvar Aalto, Louis Kahn oder Tadao Ando) einen subtilen Umgang bei der Lichtführung bereits im frühen Projektstadium an den Tag.

Nach der ersten Erdölkrise entstanden in den 70er-Jahren «deep plan buildings», weil angesichts der damals schlechten Wärmedämmwerte der opaken Aussenhüllen und niedrigen U-Werte der Wärmeschutzgläser auf diese Weise der Heizwärmebedarf von Gebäuden reduziert werden konnte (optimiertes Oberflächen-Volumen-Verhältnis).

Gemäss einer Faustformel betragen die Reflexionsfaktoren bei Böden 40 %, bei Decken und Wänden 80 %.
Bild 2.8.8: Gemäss einer Faustformel betragen die Reflexionsfaktoren bei Böden 40 %, bei Decken und Wänden 80 %.

Bild 2.8.9: Reflexionsfaktoren typischer Materialien und Oberflächenfarben.

Mit der Ausrichtung der Entwurfsstrategien auf eine ganzheitliche Sicht beim Gebäudeentwurf und der Gebäudesystemtechnik erkannte man ab den 90er-Jahren (Programm Energie 2000), dass tiefe und gegenüber den Aussenraumeinflüssen quasi «taub» gewordene Gebäude sich durch exorbitanten Verbrauch bezüglich Kunstlicht und Lüftung auszeichneten – die Tageslichtversorgung war auf der Strecke geblieben. Man sprach von krank machenden Gebäuden und dem «sick building syndrom».

Es folgte der Trend zum «shallow plan building»: Da in der Zwischenzeit dank Infrarotverspiegelung, Mehrscheibenverglasungen, hoch isolierenden Glasrandverbünden und Doppelhautfassaden eine neue Ära bei den Wärmeschutzverglasungen eingeläutet worden war, entstanden schmalere Gebäude mit mehrseitiger Befensterung, Atrien oder Lichthöfen und auch Kammstrukturen, welche eine verbesserte Tageslichtversorgung dank reduzierter Grundrisstiefen versprachen.

Total verglastes Haus in New Canaa gegenüber der mit hoher Sensibilität für den Verlauf des Tageslichts im Raum erfolgten Schnittgestaltung und Baukörpersetzung von Tadao Ando am Projekt «Tour et Plaza», Tokio.

Bild 2.8.10: Total verglastes Haus in New Canaa gegenüber der mit hoher Sensibilität für den Verlauf des Tageslichts im Raum erfolgten Schnittgestaltung und Baukörpersetzung von Tadao Ando am Projekt «Tour et Plaza», Tokio.

Mehrseitige Befensterung und grosszügiges Öffnungsdispositif bei beschränkter Grundrisstiefe begünstigen die Tageslichtautonomie.
Bild 2.8.11: Mehrseitige Befensterung und grosszügiges Öffnungsdispositif bei beschränkter Grundrisstiefe begünstigen die Tageslichtautonomie.

2.8.4 Fensterorientierung

Die Fensterorientierung nach den unterschiedlichen Himmelsrichtungen beeinflusst den Tageslichtverlauf:

  • Nordlicht ist konstant, wärmearm und bringt kühlere Farbstimmung in den Raum. Nordlicht ist deshalb beliebt für Ateliers und Industriebauten.
  • Licht von Süden bringt vor allem im Sommer hohe Wärmelasten aus hohen Winkelgruppen.
  • Licht von Osten ist beliebt für Schulen und geeignet für Küchen: Morgensonne unterstützt mit warmer Lichtstimmung den sympathischen Teil des Nervensystems, beschleunigt den Herzrhythmus und steigert die Konzentration.
  • Licht von Westen bringt hohe Wärmelasten am Nachmittag aus niedrigen Winkelgruppen.
  • Zenitlicht ist gleichmässig, geht aber – bei unverschatteten Öffnungen – mit sehr hohen Wärmelasten während des ganzen Tages einher.

2.8.5 Lichteinbringöffnungen

Seitenfenster

Die Beleuchtungsstärke der natürlichen Beleuchtung durch Fassadenfenster nimmt nach innen rasch ab (vgl. Bild 2.8.12). Mit an die Decke reichenden Fenstern wird diesem Nachteil entgegengewirkt. Bei seitlichen Fensteröffnungen sinkt der Lichteinfall exponentiell zur Raumtiefe und erfolgt umso stärker, je geringer die Reflexionsgrade der Wände, Decken und Böden sind und je niedriger ein Raum ist. In der Praxis beschränkt sich die Tageslichtnutzung auf ungefähr das Doppelte der Fensterhöhe.

Mit optischen Systemen und Tageslichtlenkmassnahmen (Light Shelves [vgl. Bild 2.8.13], im Glas eingebaute Prismenstrukturen, Okalux oder anidolischen Systemen) ist der natürliche Tagesverlauf im Raum in Grenzen ausbalancierbar: Im fensternahen Bereich, wo sowieso ein Überangebot von Tageslicht herrscht und somit Blendungsgefahr besteht, wird das Tageslicht in Richtung tieferer Raumbereiche umgelenkt. Per saldo wird dadurch das Gesamtangebot aufgrund der Physik niedriger, dafür zugunsten des Gewinns an Tageslichtkomfort gleichmässiger.

Die störende Asymmetrie einer einseitigen Befensterung ist mit Lichtlenkmassnahmen oder doppelseitiger Fensteranordnung korrigierbar. Ein Light Shelf
Bild 2.8.12: Die störende Asymmetrie einer einseitigen Befensterung ist mit Lichtlenkmassnahmen oder doppelseitiger Fensteranordnung korrigierbar. Ein Light Shelf (Neigung zwischen 10° und 15°) verbessert die Gleichmässigkeit der Raumausleuchtung (Verhältnis der maximalen zum mittleren Tageslichtquotienten).

Beispiel eines Light Shelfs an einem Schulhausgebäude. Das obere Fensterviertel wird vom unteren Bereich durch eine das Sonnenlicht umlenkende Struktur aus diffus reflektierendem Aluminium zur Raumtiefe geleitet. Gleichzeitig beschattet das Light Shelf, je nach Sonnenstand, den unteren Fensterbereich. Beim bedeckten Himmel reflektiert das Light Shelf den Zenitlichtanteil dank einer Neigung von 10° zur Innenraumdecke.
Bild 2.8.13: Beispiel eines Light Shelfs an einem Schulhausgebäude. Das obere Fensterviertel wird vom unteren Bereich durch eine das Sonnenlicht umlenkende Struktur aus diffus reflektierendem Aluminium zur Raumtiefe geleitet. Gleichzeitig beschattet das Light Shelf, je nach Sonnenstand, den unteren Fensterbereich. Beim bedeckten Himmel reflektiert das Light Shelf den Zenitlichtanteil dank einer Neigung von 10° zur Innenraumdecke.

Lichtbänder (hochgesetze Seitenfenster)

Lichtgadenfenster wurden ab dem Mittelalter in Sakralbauten eingesetzt, um Licht mit relativ kleinen Fensteröffnungen von oben in den Raum zu bringen. Lichtbänder über die ganze Raumbreite erreichen zwar eine Verstetigung des Tageslichtverlaufes (vgl. Bild 2.8.14). Da sie aber keine direkte Sicht nach draussen ermöglichen, erfüllen hoch gesetzte Seitenfenster die Anforderungen an eine vollwertige Tageslichtöffnung nur ungenügend.

Lichtbänder versorgen Räume auf niedrigem Niveau mit Tageslicht. Sie haben auch das Manko des ungenügenden Kontakts zu Aussenraum und Horizont.
Bild 2.8.14: Lichtbänder versorgen Räume auf niedrigem Niveau mit Tageslicht. Sie haben auch das Manko des ungenügenden Kontakts zu Aussenraum und Horizont.

Oberlichter, Dachfenster, Atrien

Das Oberlicht bietet, wie das verglaste Atrium, eine hervorragende, kostensparende und effektive Möglichkeit, Räume mit viel Tageslicht zu versorgen. Auch weil der bedeckte Himmel in den gemässigten Regionen Mittel- und Nordeuropas zu über 50 % des Jahres vorherrscht, stellen Oberlichter, Dachfenster oder Atrien tageslichttechnisch gesehen die ergiebigste Lösung dar – die höchste Leuchtdichte befindet sich ja im Zenit und kann ideal in den Innenraum gelangen (vgl. Bilder 2.8.15 und 2.8.16). Bei grossen Abständen zwischen den einzelnen Oberlichtern resultiert eine ungleichmässige Raumausleuchtung (vgl. Bild 2.8.17).

Unverschattete Oberlichter transmittieren in der warmen Jahreszeit viel Wärme in den Raum und müssten deshalb auf der Aussenseite verschattet werden.

Optische Lichtleitsysteme

Mit Atrien können voluminösere Gebäudekörper auch in grösseren Raumtiefen wirkungsvoll tagesbelichtet werden.
Bild 2.8.15: Mit Atrien können voluminösere Gebäudekörper auch in grösseren Raumtiefen wirkungsvoll tagesbelichtet werden.

Bei bedecktem Himmel erreicht man in einem hellen Raum mit einem zentral angeordneten Oberlicht aus Klarglas gute Tageslichtquotienten von 2 % in der Raummitte, während bei Sonne und mit einem opaken Oberlicht aus reflektierendem Material durch Lichtbrechung und Lichtreflexion periphere Bereiche aufgehellt werden.
Bild 2.8.16: Bei bedecktem Himmel erreicht man in einem hellen Raum mit einem zentral angeordneten Oberlicht aus Klarglas gute Tageslichtquotienten von 2 % in der Raummitte, während bei Sonne und mit einem opaken Oberlicht aus reflektierendem Material durch Lichtbrechung und Lichtreflexion periphere Bereiche aufgehellt werden.

Die Oberlichtabstände sollten zur Aufrechterhaltung einer genügenden Gleichmässigkeit das Anderthalbfache der Raumhöhe nicht übersteigen
Bild 2.8.17: Die Oberlichtabstände sollten zur Aufrechterhaltung einer genügenden Gleichmässigkeit das Anderthalbfache der Raumhöhe nicht übersteigen (Faustformel).

Bei Lightpipes wird Licht über lichtreflektierende Folien

Bild 2.8.18: Bei Lightpipes wird Licht über lichtreflektierende Folien (z.B. OLF: optical lighting film) in die Tiefe des Raums geleitet und über lichtdiffundierende Strukturen ausgekoppelt. Bei Heliostatenanlagen gelangt Sonnenlicht über nachgeführte Heliostaten und fixe Umlenkspiegel auf darunter liegende Floatspiegel, dichroide Filter oder Prismen. Diese Tageslichtsysteme machen Lichteffekte bei Sonnenschein in grossen Raumtiefen chromatisch intensiv erlebbar.

Zur Weiterleitung des direkten Sonnenlichts über optische Systeme sind verschiedene Techniken auf dem Markt: Heliostaten, Glasfaseroptiken, Lightpipes etc. Diesen Systemen ist eigen, dass sie bei bedecktem Himmel keinerlei sichtbare Wirkung entfalten, weil die Leuchtdichte des bedeckten Himmels im Vergleich zum gerichteten und parallel strahlenden Sonnenlicht verschwindend klein ist. Sonnenlichteinspiegelung über Heliostaten erfordert zweiachsig nachgeführte Tracker, was sowohl steuerungs- wie auch antriebstechnisch für die Konstrukteure eine ziemliche Herausforderung darstellt. Deshalb ist der Einsatz von Lichtleitsystemen auf ausgewählte Bereiche wie etwa U-Bahn-Schächte, Treppenhäuser oder besondere Ausstellungsräume beschränkt, wo natürliches Licht aufgrund der grossen Entfernung nie in vergleichbarem Ausmass hingelangen würde.

Lichtschächte, Lichtbrunnen

Zahlreiche Experimente mit Lichtschächten, Lichtbrunnen («puits de lumière») verliefen für die Tageslichtnutzung eher enttäuschend. Das liegt nicht allein am Verlust von Leuchtdichte, chromatischer Vielfalt oder mangelndem Wechselspiel von Licht- und Schatten, sondern daran, dass unter einem in unseren Breitengraden vorherrschenden bedeckten Himmel ein nach oben gerichteter Lichtschacht nur einen ganz kleinen Teil der hellen Himmelskalotte sieht. Bei der Weiterleitung dieses bescheidenen Himmelslichtanteils geht über Reflexionen viel verloren, wenn der entsprechende Lichtschacht eng oder hoch und zu guter Letzt noch mit einem Gitterrost oder verschmutzten Glas abgedeckt ist.

2.8.6 Rückstrahlvermögen

Die Albedo und die Farbgebung der Umgebung spielen in der Tageslichtplanung eine Rolle, wenn Gebäude an Standorte mit hellen Flächen gesetzt werden: Eine Fensterfront vor verschneiten Hängen oder spiegelnden Gewässern hat ein sehr viel höheres Rückstrahlvermögen (Reflexionsstrahlung) als dunkle, nicht selbst leuchtende Oberflächen (vgl. Bild 2.8.19). Tageslichtsimulationsprogramme berücksichtigen dies bei der Berechnung.

Bild 2.8.19: Albedo (Rückstrahlvermögen) diffus reflektierender Umgebungsmaterialien.

Eine nahe ans Gebäude gelegte Bambushecke vermittelt zwar zusammen mit dem riesigen Vordach tolle Raumerlebnisse, beschleunigt aber den Lichtabfall bis zur völligen Dunkelheit noch vor der Fassade.
Bild 2.8.20: Eine nahe ans Gebäude gelegte Bambushecke vermittelt zwar zusammen mit dem riesigen Vordach tolle Raumerlebnisse, beschleunigt aber den Lichtabfall bis zur völligen Dunkelheit noch vor der Fassade.

2.8.7 Versprossung und Verschmutzung

Durch Versprossung, Verschmutzung, grosse Glasdicken und hinter dem Fenster angeordnete Objekte (Blumen, Vorhänge, aufgeklebte Folien etc.) gehen nicht selten zwischen 15 und 50 % des Nettoglaslichtanteils und somit ein Grossteil der transmittierten Lichtmenge verloren. Oft handelt es sich um vermeidbare Eingriffe der Nutzer oder auch um Gedankenlosigkeiten der Planer und Fensterbauer (vgl. Bild 2.8.21).

2.8.8 Glaswahl

Glasscheiben verlieren pro Glasoberfläche rund 5 % des transmittierten Lichts durch Reflexion – eine Dreifachverglasung also rund 30 %. Dazu kommen, je nach Glasdicke und Glasart, weitere Lichtverluste durch Absorption im Glas selber. Bei dicken Gläsern wird ein grüner Farbstich erkennbar, weil der Eisenoxidanteil im Floatglas den Rotlichtanteil wegfiltert. Mit kühlen Farbtönen in der Innenraumgestaltung kippt dann die Farbstimmung im Innenraum: ohne warmes Sonnenlicht sieht menschliche Haut hinter dickem Grünglas ziemlich ungesund aus. Mit Weissglas, das rund 10 % mehr Tageslicht durchlässt, kann diesem Effekt vorgebeugt werden.

Moderne Wärmeschutzgläser verdanken ihre guten Wärmespiegelungseffekte im Infrarotbereich dem Aufdampfen von Silberschichten auf einer nach innen gerichteten Seite. Diese aufgesputterten Schichten machen nachts störende virtuelle Abbilder von Leuchten sichtbar.

In früheren Jahrhunderten waren nur kleine Glasgrössen im Handel. Der Versprossungsgrad war daher produktionsbedingt erheblich. Mit heutigen Gläsern, im Vollformat bis auf Grössen von 6,2 m x 3,1 m, müssten Versprossungsverluste der Vergangenheit angehören. Im dargestellten Projekt variiert der Nettoglaslichtanteil je nach Variante erheblich.
Bild 2.8.21: In früheren Jahrhunderten waren nur kleine Glasgrössen im Handel. Der Versprossungsgrad war daher produktionsbedingt erheblich. Mit heutigen Gläsern, im Vollformat bis auf Grössen von 6,2 m x 3,1 m, müssten Versprossungsverluste der Vergangenheit angehören. Im dargestellten Projekt variiert der Nettoglaslichtanteil je nach Variante erheblich.

Die tageslichttechnische Raffinesse der Lichtführung in japanischen Häusern garantierte dank handgeschöpften Papieren in filigranen Schiebefenstern blendfreie Tageslichversorgung und gleichzeitig den Blick ins Freie – eine Qualität, die bei uns trotz fortgeschrittener Glas- und Sonnenschutztechnik noch kaum erreicht ist.

Bild 2.8.22: Die tageslichttechnische Raffinesse der Lichtführung in japanischen Häusern garantierte dank handgeschöpften Papieren in filigranen Schiebefenstern blendfreie Tageslichversorgung und gleichzeitig den Blick ins Freie – eine Qualität, die bei uns trotz fortgeschrittener Glas- und Sonnenschutztechnik noch kaum erreicht ist.

2.8.9 Sonnenschutz und Blendschutz

In alten Kulturen sah man in der Sonne nicht nur eine Lebensspenderin, sondern auch eine zerstörerische Kraft – ihre Fruchtbarkeit wurde bei Aton Re in Ägypten ebenso verherrlicht wie ihre Strahlung gefürchtet. Je stärker Fassaden verglast werden und je ausgeprägter der Wunsch nach Verzicht auf technische Klimatisierung ist, desto mehr rückt die Frage in den Vordergrund, wie thermischer Komfort in Gebäuden zu erreichen ist bzw. wie wir mit Produkten des modernen Sonnenschutzes und mit Techniken der intelligenten Storensteuerung den Licht- und Wärmehaushalt sowie die Diskretion und allenfalls den Blendschutz steuern können – «Lichtdurchflutet» steht in manchem Gebäude als Synonym für «hitzedurchwabert». Dabei wollen wir auch in verschatteten Gebäuden – wie unter einem Baum stehend – noch genug Licht zum Sehen haben, unsere Körperwärme bei Aktivität möglichst ohne zu schwitzen an die Umgebung abgeben können und vor zuviel UV-Licht geschützt sein. Für jedes Projekt und jeden Nutzer drängt sich ein individueller «Heat transfer» auf, da der Wärme-Metabolismus von Individuen unterschiedlich nach Alter, Geschlecht oder Körperfettanteil verläuft und weil bei der Wärmeempfindung auch der psychische Zustand, die Kleidung oder die momentane Aktivität eine Rolle spielen.

Das Sonnen- und Blendschutz-Thema ist in stark verglasten Gebäuden akut. In den letzten 20 Jahren haben sich innovative Technologien für die Trennung des direkten Sonnenlichts vom diffusen Himmelslicht etabliert. Richtig positionierte PV-Lamellen können auf für das Auge und den Körper angenehme Weise überschüssige Wärme und Lichtüberschuss wegfiltern, wie das Blattwerk eines Waldes.

Bild 2.8.23: Das Sonnen- und Blendschutz-Thema ist in stark verglasten Gebäuden akut. In den letzten 20 Jahren haben sich innovative Technologien für die Trennung des direkten Sonnenlichts vom diffusen Himmelslicht etabliert. Richtig positionierte PV-Lamellen können auf für das Auge und den Körper angenehme Weise überschüssige Wärme und Lichtüberschuss wegfiltern, wie das Blattwerk eines Waldes.

Die Sonnenschutzthematik nimmt daher in der Architekturdiskussion mehr Raum ein als – was mit neuen Produkten der Fassadentechnologie ebenso zu tun hat – die kulturellen Entwicklungen und der weltweite Klimawandel. Es reicht zudem nicht, in Beschattungsfaktoren oder Energiedurchlassgraden zu denken, wenn ein Haus zuviel an Transparenz und zu wenig an Masse hat. Es genügt auch nicht, Storensteuerungen mit Windwächtern auszurüsten, wenn der Standort windexponiert ist und das fragile Sonnenschutzrollo bei leichter Brise zu flattern beginnt. Selbst im Innenraum angeordnete hochreflektierende Storen können einen Raum nicht vor Überhitzung schützen, wenn Nachtauskühlung fehlt oder innere Lasten zu hoch sind. Tatsächlich rückt das ganze Systemverhalten von Gebäuden in den Vordergrund: Architekten und Bauherren ahnen, dass Sonnenschutzprodukte allein keine physikalischen Wunder vollbringen, auch wenn Sonnenschutzprodukte und ihre Steuerungen wünschbare Schlüsselkomponenten für die Erhaltung eines zeitgemässen Tageslicht- und Raumklimakomforts bei vernünftigem Energieverbrauch und Kosten darstellen.

2.8.10 Tageslichtsimulationen

Durch den Einsatz rechnergestützter Tageslichtsimulationsprogramme können die für die Ausbreitung des Tageslichts relevanten Parameter wie Verglasungsart, Sonnen- und Blendschutz, Nachbarhausbebauung, Tageslichtlenkungsmassnahmen, Raum- und Fenstergeometrie oder Materialien der vorgesehenen Baustoffe variiert werden. Simulationsprogramme sind daher zur Optimierung in frühen Planungsphasen geeignet (vgl. Bild 2.8.24). Neben Aussagen zu Helligkeit und Blendung vermitteln sie Angaben zu den notwendigen Einschaltzeiten des Kunstlichts und der Gleichmässisgkeit der Lichtverteilung im Raum (vgl. Bild 2.8.25).

Tageslichtsimulationen stellen die Wirkung von Öffnungen leicht erkennbar dar. Beim simulierten Raum mit 50 m2 Bodenfläche sind Oberlichter etwa vier mal lichtergiebiger als Seitenfenster.
Bild 2.8.24: Tageslichtsimulationen stellen die Wirkung von Öffnungen leicht erkennbar dar. Beim simulierten Raum mit 50 m2 Bodenfläche sind Oberlichter etwa vier mal lichtergiebiger als Seitenfenster.

Tageslichtsimulationen können dank Falschfarbendarstellung die Raumhelligkeiten ermitteln, im Raytracing-Verfahren fotorealistische Innenraumszenen physikalisch korrekt generieren oder die Tageslichtquotienten ähnlich einer Seekarte zonal genau berechnen.
Bild 2.8.25: Tageslichtsimulationen können dank Falschfarbendarstellung die Raumhelligkeiten ermitteln, im Raytracing-Verfahren fotorealistische Innenraumszenen physikalisch korrekt generieren oder die Tageslichtquotienten ähnlich einer Seekarte zonal genau berechnen.

2.8.11 Modellversuche und Messungen unter künstlichem Himmel

Architekten haben ein gutes Gespür für Baustoffe, für Dimensionen, für Wohlbefinden, aber nicht unbedingt für den Stoff, der das Dunkel zum Leben erweckt: den «Baustoff» Licht. Möglicherweise errechnet man, wie viele Betriebsstunden an künstlicher Beleuchtung erforderlich sind. Statt mit Simulationen zu arbeiten, erhält man mit Modellmessungen im künstlichen Himmel ebenfalls realitätsgetreue Ergebnisse. Die elementaren Erwartungen an Fenster und die Kriterien für Sehkomfort können in Modellen (mind. im Masstab 1:20) en miniature nachvollzogen werden: Aussenbezug, Öffnungsgrösse und Öffnungsanordnung, Wahrnehmung des Aussenraums, Tageslichtbezug, Gleichmässigkeit, Schutz vor störendem Glanz und Reflexblendung, Farbwiedergabe, Energiefilterung, Beleuchtungsstärke und Beleuchtungsverlauf zur Raumtiefe, Lichtfilterung und Blendungsbegrenzung.

Arbeit unter dem künstlichen Himmel mit fotometrisch und geometrisch realistätsgetreuen Modellen.
Bild 2.8.26: Arbeit unter dem künstlichen Himmel mit fotometrisch und geometrisch realistätsgetreuen Modellen.

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2018-09-24T12:42:33+00:00
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