ichtakademie Bartenbach Lichtakademie Bartenbac Grundlagen und Projektbeispiele Referent: Andreas Danler

Transkript

1 Kunstlicht und dtageslicht Grundlagen und Projektbeispiele Referent: Andreas Danler 1

2 Tageslichtplanung Modellbau Kunstlichtplanung Technische Entwicklung Wahrnehmungspsychologie Forschung 1

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5 Sehen ist ein geistiger Vorgang Prof. Christian Bartenbach 4

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11 Farbtemperatur (K) Farbtemperaturen Holz/Licht (Auswahl) Einstrahlung Fichte Zirbe Buche Laminat(Buche Imitat) D65 Halogen LL 840 Lichtart Nicht von der Leuchte zum Erscheinungsbild, sondern vom Erscheinungsbild über die visuelle Wahrnehmung zum Lichtkonzept. Und dann erst über Physik und Lichttechnik zur Leuchte oder zu ganzen Lichtsystemen Prof. Christian Bartenbach 10

12 Kunstlichtplanung - Grundanforderung ichtakademie Bartenbach Ergänzung des Tageslichtes Ersetzen des Tageslichtes Vorgeschriebene Intensitäten Wirtschaftlichkeit (Investition / Betrieb) Kunstlichtplanung weitere Anforderungen Verteilung der Intensitäten (horizontal / vertikal) stabile optische Wahrnehmung Raumstimmung / Raumidentität Behaglichkeit hk it visuelle Führung Lichtart Lichtfarbe Lichtrichtung 11

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14 Leuchtdichtewerte in cd/m² Vorlage: Tisch:

15 mmenwerte (standardisiert) Leuchtdichtewerte in cd/m² ichtakademie Bartenbach Su 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2 12-1,4-1,6-1,8-2,0-2,2-2, Vorlage: Tisch: Vergleich der visuellen Leistung, Ermüdung, Testbearbeitungszeit Einer Skaleneinheit (0.1) entspricht ein Leistungszuwachs bzw. eine Leistungsabnahme von 1.92 Prozent SRL linear direkt 20% SRL linear dir/ind max. 180 Mildes Licht Rundleuchte Stehleuchte ind. Spiegel- Werfer 44% 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0-1,2 12-1,4-1,6-1,8-2,0-2,2-2,4 40 Leistung Summenwerte Ermüdung Bearbeitungszeit (Summen) 14

16 Problem Direktblendung ichtakademie Bartenbach MIRAL 1 x FQ 49W 8,6 W/m² 23 /m² ETHOS 2 x FH 28W 10 W/m² 45 /m² OREA 2 x FH 28W 10 W/m² 85 /m² 15

17 BMW Headquarters, Munich Architects: Prof.Schweger & Associates, Germany ichtakademie Bartenbach 16

18 bis 80 Werte in cd/m² > bis 60 17

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23 GÖPPINGEN vorher nachher 22

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35 Optical.exe Grundbegriffe der Lichttechnik 34

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37 Nicht jede Farbe empfindet das Auge als gleich hell ichtakademie Bartenbach Relative Hellempfindlichkeit für Tagessehen Fördergemeinschaft Gutes Licht 1,0 0,5 0 UV Licht Solarien Glühlampen Hochdrucklampen Lichtpauslampen Halogenglühlampen Quecksilberdampf- SchwarzlichtlampenLeuchtstofflampen Natriumdampf- Halogen- Natriumdampf- Metalldampf- Niederdrucklampen (nm) IR Heizstrahler (Grill) 36

38 Die lichttechnischen Grundgrößen Lichtstrom φ in lm (lumen) Beleuchtungsstärke E in lx gesehene Fläche Lichtstärke Leuchtfläche Lichtstärke Lichtstärke I in cd (candela) Leuchtdichte L in cd/m² 37

39 Elektri ische Leistung W W W W W Der Lichtstrom ichtakademie Bartenbach W W Glühlampe lm/w lm/w 60-80lm/W Leuchtstofflampe lm/w lm/w NV- Halogenglühlampe Kompaktleuchtstofflampe Halogen- Metalldampflampe Natriumdampf- Hochdrucklampe lm/w Leuchtdiode LED lm/w lumen lumen lumen lumen lumen Lichtstrom 38

40 BELEUCHTUNGSSTÄRKE E in lx ichtakademie Bartenbach A Φ E = A Φ Φ... von der Leuchte abgestrahlter Lichtstrom in Lumen (lm) A... Fläche auf die der Lichtstrom auftrifft in (m²) E... Mittlere Beleuchtungsstärke auf der Fläche in lux (lx) Beispiele für lichttechnische Größen LICHTSTROM Kerze Glühlampe 100W Leuchtstofflampe T5 35W Hochdruck-Metalldampflampe 2kW Sonne BELEUCHTUNGSSTÄRKE Mittagssonne Sommer Bewölkt. Himmel Winter Klarer Vollmond Neumond (Sternenlicht) Büroarbeitsplatz Chirurg. Operation 10 lm lm lm lm lm lx lx 1 lx 0,01 lx 500 lx lx 39

41 EN : Beleuchtung von Arbeitsstätten ichtakademie Bartenbach LEUCHTMITTEL (LAMPE) LEUCHTE 40

42 Leuchtenbetriebswirkungsgrad ichtakademie Bartenbach Leuchtenbetriebswirkungsgrad: Φ ηlb = Φ LEUCHTE LEUCHTMITTEL Typische Leuchtenbetriebswirkungsgrade: Downlight Kompaktleuchtstofflampe: ηlb = ca. 0,65 (65%) Spiegelrasterleuchte Leuchtstofflampe ηlb = ca. 0,85 (85%) BELEUCHTUNGSSTÄRKEBERECHNUNG: LICHTSTROMMETHODE (WIRKUNGSGRADMETHODE) Weitere Faktoren: Raumwirkungsgrad: Wartungsfaktor: WF ηr für normale Räume ηr = 1 41

43 Woher kriegt man die Planungsdaten? ichtakademie Bartenbach Beleuchtungsstärke-Anforderung: Normen: EN Nutzervorgaben planerische Überlegungen Leuchtmitteldaten (Lichtstrom, Lichtfarbe, Lichtausbeute, Leistungsstufen, Dimensionen,...) Leuchtendaten Leuchtmittelhersteller: z.b. Osram, Philips, GE,... (aus Katalogen, oder Internet) t) (Leuchtenwirkungsgrad, Lichtverteilung LVK, Bestückungsmöglichkeit, Dimensionen,...) Leuchtenhersteller: z.b. Zumtobel, Siteco, Philips,... (aus Katalogen, oder Internet) Die Leuchtdichte Lic hteinfall Beleuchtungs- stärke E (lux) E E sichtbare L Helligkeit als Leuchtdichte L (cd/m²) reflektierendes Material Re fle xio nsgra d ρ L 42

44 E = 300lx L= 15 cd/m² (Stühle) E = 300lx L= 70 cd/m² (Stühle) 0,35 43

45 Die Lichtstärke ichtakademie Bartenbach I Iα L ICHTSTÄRKE- V ERTEILUNGS- K URVE BELEUCHTUNGSSTÄRKEBERECHNUNG: PUNKTMETHODE E α x α I 0 E 0 Bei senkrechtem Lichteinfall gilt: Bei schrägem Lichteinfall gilt: d E 0 = E α = Iα h I I 0 h² x² I in c = Iα.(sin α)² d² 44

46 Planungswerkzeuge 45

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48 Realraum Modell Dialux Radiance 47

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52 natürliche Lichtquellen Lichtquellen ichtakademie Bartenbach künstliche Lichtquellen Wärmestrahlung elektrische Strahlung Lumineszenz Sonne Glühlampen Halogen-Glühlampen Mischlicht-Lampen Blitz Quecksilber-Hochdruck-Lampen (ohne Leuchtstoff) Halogen-Metalldampf-Lampen Natriumdampf-Lampen Leuchtstoff-Lampen Quecksilber-Hochdruck-Lampen (mit Leuchtstoff) Glühlampe lm/w lm/w 60-80lm/W Leuchtstofflampe lm/w lm/w Glühwürmchen Leuchtdioden NV- Halogenglühlampe Kompaktleuchtstofflampe Halogen- Metalldampflampe Natriumdampf- Hochdrucklampe lm/w Leuchtdiode LED bis 140 lm/w 51

53 FARBWIEDERGABE ichtakademie Bartenbach DIE FARBWIEDERGABE hängt von der spektralen Zusammensetzung des Lichtes (Lichtquelle) ab!... ist bei einem Temperaturstrahler immer ideal (Referenzwert) 52

54 DIE FARBWIEDERGABE wird durch den FARBWIEDERGABEINDEX (Ra) ausgedrückt: ichtakademie Bartenbach Bezeichnung Farbwiedergabestufe Farbwiedergabeindex Ra sehr gut 1A Ra >= 90 1B 80 <= Ra < 90 gut 2A 70 <= Ra < 80 2B 60 <= Ra < 70 weniger gut 3 40 <= Ra < 60 FARBORT 0,8 0,7 0,6 0,4 0,3 0,2 510 y 500 0, <= Ra < 40 Normtafel nach DIN Mittelpunktsvalenz , ,1 0,2 0,3 0, ,5 0,6 0,7 x

55 DIE FARBTEMPERATUR... ichtakademie Bartenbach... eines Temperaturstrahlers entspricht seiner Oberflächentemperatur (glühender Körper) Glühlampe h h h Leuchtstofflampe h h NV- Halogenglühlampe Kompaktleuchtstofflampe Halogen- Metalldampflampe Natriumdampf- Hochdrucklampe h Leuchtdiode LED h + 54

56 ] LED Marktübersicht (Auszug) ichtakademie Bartenbach Intensität [a.u. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 SSC: P5 (R G B) Lumileds Rebel Spektrum von weißen LED Cree XLamp Osram Golden Dragon Lumileds Luxeon I Lumileds Luxeon K2 Point Nichia NSPW500 Luxeon Emitter white 1W Osram PowerTOPLED LW E67C Tridonic powerled Wellenlänge [nm] 55

57 BARTENBACH LICHTLABOR, Aldrans Besprechungsraum mit LED April 2000 ichtakademie Bartenbach LED - Lochstrahler 56

58 LED - Lochstrahler ichtakademie Bartenbach BARTENBACH LICHTLABOR, Aldrans Sommer 2009 Besprechungsraum mit LED-Lochstrahler 57

59 BARTENBACH LICHTLABOR, Aldrans Sommer 2009 Besprechungsraum mit LED-Lochstrahler ichtakademie Bartenbach 58

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62 Tageslicht Tageslicht Grundlagen und Projektbeispiele Sonnenlicht (0,25 ) Atmosphäre Erdoberfläche Referent: Andreas Danler 61

63 Beleuchtungsstärke ichtakademie Bartenbach bedeckter Himmel diffuses, aufgestreutes Licht durch Wolkendecke E = bis lx klarer Himmel aufgestreutes Licht Streuung in Atmosphäre => BLAUER HIMMEL Gerichtetes Licht (direkte Sonne) E = bis lx = Summe aus Streuanteil (ca 20%) und dir. Sonnenstrahlung (ca. 80%) Kriterien der Tagesbelichtung Tageslichtmenge Tageslichtverteilung Sonnenschutz (Energieeintrag) Blendschutz (Bildschirmarbeit) it) Bezug nach außen (Transparenz) B 62

64 Der bedeckte Himmel ichtakademie Bartenbach ZENIT L = ca cd/m² HORIZONT HORIZONT cd/m² E = lx cd/m² Leuchtdichteverteilung des bedeckten Himmels Der Tageslichtquotient (TQ, D): HIMMEL TH TA TQ = Ei Ea x Ea Ei TR 100% Ea... Aussenbeleuchtunggstärke in lx (LUX) (im unverbauten Aussenraum) Ei... Innenbeleuchtunggstärke in lx (LUX) TQ = TH + TA + TR 63

65 AUSSENBELEUCHTUNGSSTÄRKEN ichtakademie Bartenbach Bedeckter Himmel Außenbeleuchtungsstärken, lx lx Innsbruck Geographische Breite 47,3 O Geographische Länge 11,4 N 64

66 TQ Verläufe bei unterschiedlichen Fensterpositionen ichtakademie Bartenbach TQ TQ TQ TQ 65

67 TQ = 2% - 4% 66

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71 KLARER HIMMEL (Sonne) ichtakademie Bartenbach lx Kurven gleicher Außenbeleuchtungsstärke SONNE Sonnenstandsdiagramm Innsbruck Innsbruck Geographische Breite 47,3 O Geographische Länge 11,4 N 70

72 sichtbare Strahlung ( Licht ) Lichttransmission τ Selektivität: S = τ g gesamte Strahlung Tageslicht- eintrag Energie- eintrag Gesamtenergiedurchlass z.b. Sonnenschutzglas 70/40 (2-fach Isolierglas) g ideal : S > 1 (mehr Lichteintrag als Wärmeeintrag) τ = 67% / g = 40% (0,40) / Ra = 97 S = 1,67 71

73 Abschattende Systeme als Sonnenfilter Lackierte Jalousien (Raffstores) starre oder bewegliche Blechlamellen (nicht reflektorisch) konventionelle Sonnenschutzgläser (Reflexion, Absorption) bedruckte Gläser, streuende Gläser Screens, Rollos Nachteile: bewegliche Systeme müssen erst reagieren starre Systeme schatten auch bei bedecktem Himmel ab (tlw. erhebliche TQ-Verminderung! ) Mikro-Sonnenschutzraster (Fa. Siteco) Sonnenschutz Retroreflexion von direktem Sonnenlicht vermeidet Aufheizung im Sommer 72

74 Mikro-Sonnenschutzraster ichtakademie Bartenbach (Fa. Siteco) Scheibenzwischenraum SZR = 24 mm Gesamtenergiedurchlassgrad g g = 14% Lichttransmission gerichtet τ = 5-55% Lichttransmission diffus τ = 38% Farbwiedergabeindex Ra = 97 Wärmedurchgangszahl U = 1,1-1,7 W/m²K S = 2,7 ca. 2,20 x 3,00 m bzw. ca. 1,50 x Max. Abmessungen: 4,00 m DESIGN CENTER, Linz Architects: Prof. Herzog, München, Größere Abmessungen auf Anfrage B PLATIN AWARD LEED-Green Building Rating System 73

75 Sonnenschutz - Prismen 74

76 GENZYME HEADQUARTERS, Cambridge, MA Architects: Behnisch Architects, Stuttgart, Los Angeles AUSREICHENDE TAGESBELICHTUNG: Auf über 90% der Arbeitsplätze GERINGER GESAMTENERGIEVERBRAUCH: 42% als ein vergleichbares Standardgebäude AUSZEICHNUNG: LEED-Green Building Rating System (USGBC) Platin Award B 75

77 GENZYME HEADQUARTERS, Cambridge, MA Architects: Behnisch Architects, Stuttgart, Los Angeles ichtakademie Bartenbach B GENZYME HEADQUARTERS, Cambridge, MA Architects: Behnisch Architects, Stuttgart, Los Angeles B 76

78 GENZYME HEADQUARTERS, Cambridge, MA Architects: Behnisch Architects, Stuttgart, Los Angeles ichtakademie Bartenbach GENZYME HEADQUARTERS, Cambridge, MA Architects: Behnisch Architects, Stuttgart, Los Angeles B B PLATIN AWARD LEED-Green Building Rating System 77

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80 Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg Foto: Schrammel Architekten AUSREICHENDE TAGESBELICHTUNG: dadurch über 60% Einsparung an Kunstlichtenergie i (20 kwh/m² pro Jahr) GERINGE SOLARE LASTEN: 50% der vom Bauherrn geforderten Energieeinsparung wurde allein durch die Tageslichtlösung erzielt. B 79

81 Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg ichtakademie Bartenbach Darstellung: Schrammel Architekten B Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg Darstellung: Schrammel Architekten Foto: Schrammel Architekten B Darstellung: Schrammel Architekten 80

82 Municipal Library, Augsburg, Germany Architects: Schrammel Architekten, Augsburg ichtakademie Bartenbach B Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg B 81

83 Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg ichtakademie Bartenbach B Neue Stadtbücherei, Augsburg Architects: Schrammel Architekten, Augsburg B Foto: Schrammel Architekten 82

84 CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York, ichtakademie Bartenbach CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York Saved energy for artificial lighting: 3 Mio. kwh / year primary energy: 9 Mio. KWh / year) B Reduction of carbon footprint (CO2): t CO2 / year 83

85 AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York ichtakademie Bartenbach Tageslichtsimulation im Modell Künstlicher Himmel Bartenbach LichtLabor Kunstlichtsimulation im Modell B 84

86 CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York ichtakademie Bartenbach B CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York B 85

87 CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York ichtakademie Bartenbach B CHANGI AIRPORT TERMINAL 3, Singapore Architects: SOM architects, New York B 86