Tageslichtversorgung und MBO 2002
Die Musterbauordnung (MBO) Stand November 2002 regelt die Abstandsflächen (= notwendiger Abstand zwischen Gebäude und Grundstücksgrenze) für Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäude neu. Sie soll bei der Novellierung aller bundesdeutschen Landesbauordnungen (LBO) als Vorbild dienen. Der FVLR e.V. hat hierzu das Lichtlabor des Fachbereichs Architektur und Innenarchitektur der FH Lippe und Höxter unter der Leitung von Herrn Prof. Dipl.-Des.Harald W. Gräßer beauftragt, anhand von lichttechnischen Untersuchungen an Modellen und Berechnungen aus dem Bereich des Gewerbe- und Industriebaues die sich in Innenräumen ergebenden Änderungen, die durch die neue MBO vorgegeben werden, herauszuarbeiten, darzustellen und zu visualisieren.

Die sich nach MBO 2002 ergebende ungünstigste zulässige Situation, d. h. ein 15,00 m hohes Gebäude mit einer ebenso hohen Verbauung in 6,00 m Entfernung, wurde für die Messungen im Lichtlabor mit einem Modell im Maßstab 1:33 1/3 bei Variation der Abstandsflächen (0,2 H, 0,25 H, 0,3 H und 0,5 H) nachgestellt. Das Modell soll ein Bürogebäude mit verschiedenen Fensteröffnungen auf der einen Seite, sowie einer Verbauung auf der gegenüberliegenden Seite darstellen.
Die FH Lippe kommt in ihrer Studie abschließend zu den Ergebnissen, dass bei einer Abstandsfläche von 0,2 H die Werte in Fensternähe im EG nur noch ca. 20 % der Werte des 3. OG betragen ; im 1. OG sind es lediglich 30 %. Bei einer Abstandsfläche von 0,5 H hingegen betragen die Werte in Fensternähe im 1. OG ca. 80 bis 90 % der Werte des 3. OG; im EG sind es immerhin noch ca. 65 %. Der Wert bei 0,2 H im 1.OG in Fensternähe beträgt ca. 30 %, in der Raummitte ca. 50 % und in der Tiefe ca. 55 % der gemessenen Werte bei 0,5 H. Nur der zu Vergleichszwecken betrachtete Raum mit einer Lichtkuppel in der Raumtiefe lieferte insgesamt ausreichende Beleuchtungsverhältnisse.

Interessant ist aus den Ergebnissen die Erkenntnis, dass erst eine erhebliche Vergrößerung der Abstandsfläche (auf 0,5 H) zu einer spürbaren Verbesserung der Beleuchtungsverhältnisse im EG sowie im 1. OG bei der gewählten Konstellation führt. Heißt das doch, dass selbst die alte Regelung der MBO (0,25 H) im vorgestellten Extremfall unbefriedigend war, und die neue Regelung erst recht unzureichend ist.

Die Studie der FH Lippe kann für 50,-- € / Stück beim FVLR bestellt werden.

Dachoberlichtflächen und DIN V 18599
Mit Dachoberlichtern, Lichtkuppeln oder Lichtbändern, können Innenräume in großflächigen Nichtwohngebäuden (Büro-, Verwaltungs- und Industriebau) betriebskostenfrei beleuchtet werden. Wie ist es dabei grundsätzlich um die energetische Bilanz von Dachoberlichtern bestellt? Einerseits gibt es Gewinne durch Einsparungen bei der künstlichen Beleuchtung, andererseits sind da Verluste durch schlechtere Wärmedämmeigenschaften der transparenten Flächen gegenüber der dunklen Dachfläche. Es macht betriebswirtschaftlich durchaus Sinn, sich mit diesem Thema ausführlicher zu beschäftigen. Für eine Analyse ist das ganzheitliche Bilanzierungsverfahren der 10-teiligen DIN V 18599 "Energetische Bewertung von Gebäuden, Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung" unter Verwendung eines EDV-Programms bestens geeignet.

Der FVLR e.V. hat das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen (ZUB) an der Universität Kassel unter der Leitung von Herrn Prof. Maas beauftragt, den End- bzw. Primärenergiebedarf verschiedener Dachoberlichtanordnungen (Flächen und Ausführungen) in einer Musterhalle zu ermitteln und gegenüber zu stellen.
Weiter sollte der Einfluss von Dachoberlichtern auf den sommerlichen Wärmeschutz geklärt werden (Berechnung des Nutzenergiebedarfs für das Kühlen / Ermittlung der Sonneneintragskennwerte gemäß DIN 4108-2).

Basis ist das Beispiel der Produktionshalle aus Anhang A.4.2 der DIN V 18599-4. Für die Abbildung der baulichen Hülle sowie der anlagentechnischen Ausstattung wurden die Vorgaben aus dem Referenzgebäude aus dem Entwurf der Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung (EnEV), Stand 18.06.2008), übernommen.
Zunächst wurden 12 Dachoberlichter mit den Abmessungen 1,0 m x 10,00 m (= 120 m² Gesamtfläche) untersucht. Anschließend wurde die Fläche verdoppelt (12 Stück mit 2,0 m x 10,00 m). Zudem wurde der U-Wert der Dachoberlichter in den Berechnungen ausgehend von 2,4 W/(m²K) über 2,0 W/(m²K) auf 1,5 W/(m²K) reduziert und die energetischen Auswirkungen betrachtet.

• Erwartungsgemäß sinkt bei einem erhöhten Tageslichtanteil der Primärenergiebedarf für die Beleuchtung.

• Die Veränderungen hinsichtlich des Primärenergiebedarfs für die Beheizung der Gewerbehalle sind vergleichsweise gering, wobei diese mehreren Einflüssen unterliegen. Wird die Fläche der Dachoberlichter wie im Beispiel verdoppelt, erhöht sich der mittlere Transmissionswärmetransferkoeffizient um knapp 22 %. was eine Erhöhung des Nutzenergiebedarfs Heizung zur Folge hat. Gleichzeitig wird durch die Reduktion des Kunstlichtbedarfs die daraus resultierende interne Wärmequelle verringert.

• Diese beiden Effekte werden durch die gestiegenen solaren Wärmeeinträge fast kompensiert, so dass der Primärenergiebedarf Heizung letztlich nur etwas ansteigt.

• In Kombination von Beleuchtung und Heizung nimmt der Primärenergiebedarf bei wachsender Dachoberlichtfläche sogar deutlich ab.

• Heizenergiebedarf
  Eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche bei konstantem U-Wert führt zu einer geringen Zunahme des Heizenergiebedarfs, konkret hat die Veränderung der Fläche einen Einfluss von weniger als 3 %.


• U-Wert
  Eine Verbesserung des U-Wertes der Dachoberlichter bei konstanter Fläche führt zu einer Reduzierung des Heizenergiebedarfs (max. - 6 %).


• Gesamtenergiebedarf
  Eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche (hier Verdoppelung) führt unabhängig vom U-Wert immer zu einer Reduzierung des gesamten spezifischen Primärenergiebedarfs, und bei einem niedrigeren U-Wert der Dachoberlichter wirkt sich eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche positiv auf den Gesamtenergiebedarf aus.


• Sommerlicher Wärmeschutz
  Verschattungseinrichtungen sind geeignet und erforderlich, um im Sommer eine Überhitzung der Gewerbehalle zu vermeiden und damit positive Auswirkungen hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes erzielen zu können.

Die Studie des ZUB, Kassel, kann für 30,-- € / Stück beim FVLR bestellt werden.

INNOVATIONEN - ENTWICKLUNGEN

In den letzten Jahren haben bemerkenswerte Entwicklungen im Bereich der Tageslichttechnik stattgefunden. So bieten heute u. a. folgende Techniken interessante Möglichkeiten, kostenloses Tageslicht effektiver zu nutzen:

• Integration von Photovoltaikelementen in Oberlichter
• intelligente Verschattungssysteme
• Schaltbares Glas
• Lichtlenkung

Integration von Photovoltaikelementen in Oberlichter

Bei großen Oberlichtern kann der Einsatz von Photovoltaikmodulen sinnvoll sein. Bei teiltransparenten Modulen kann das einfallende Licht zusätzlich zur Beleuchtung genutzt werden. Die abgehaltene Solarstrahlung kann zur Stromproduktion verwendet werden. Die Module können wie Glasscheiben integriert werden. Der Einsatz bietet sich bei Dachreiter- oder bei Sheddach-Konstruktionen, auch zur Abschattung der Südseite, an.

Intelligente Verschattungssysteme

Zur Verbesserung der Tageslichtnutzung bei Dachoberlichtern (Lichtkuppeln, Lichtbänder oder Glasdächer) sind das diffuse Himmelslicht und die Abschattung der energiereichen Sonnenstrahlung wichtige Aspekte. Deshalb ist es auch mit Blick auf die Einhaltung der Arbeitsstättenrichtlinie (ASR) empfehlenswert, lichtstreuende, z. B. opal eingefärbte Verglasungsmaterialien einzusetzen. Auf diese Weise können bei zunehmendem Anteil der Dachöffnungen die thermischen Lasten reduziert werden, ohne dass der Tageslichtanteil zu stark verringert wird.

Neuartige Verschattungssysteme bieten technologisch künftig weitere interessante Ansätze.

Gegenwärtig sind fünf unterschiedliche Verschattungssysteme bekannt:

• Prismenplatten
• Sonnenschutz-Spiegelraster
• Anidolische, d. h. nicht abbildende, optische Systeme
• Konzentration mit Holographisch-Optischen Elementen (HOE)
• Transparente Verschattung mit HOE

Schaltbares Glas

Weitere Möglichkeiten der Regelung des Solareintrags bieten verschiedene Entwicklungen in der Glastechnologie, die sich durch steuerbare Transmissionseigenschaften auszeichnen. Das bedeutet, dass durch bestimmte Veränderungen das Material (elektrochromes Glas) von durchlässig auf undurchlässig schaltet und damit ein etwaiger außenliegender Sonnenschutz entfallen kann, ohne die Möglichkeit der temporären Verminderung des Solar- bzw. Lichteintrags zu verlieren.
In eine ähnliche Richtung gehen thermotrope Schattierungssysteme. Hierbei handelt es sich z. B. um einen thermooptisch variablen Polymerwerkstoff mit adaptiver Lichttransmission. Dieser fungiert als dünne Polymergießharzschicht im Scheibenzwischenraum. Die eingelagerte Komponente im Gießharz schaltet selbständig in Abhängigkeit von der umgebenden Temperatur. Bei Temperaturen unter 25 °C ist das System weitgehend transparent, so dass im Winter der Energieeintrag der Sonne gut ausgenutzt werden kann. Bei sommerlichen Temperaturen über 25 °C trübt sich das Gießharzsystem vergleichbar mit einem Milchglas ein, wobei die Energieeinstrahlung reduziert wird.

Lichtlenkung