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Die Erfindung betrifft ein Tageslichtsteuerungssystem zur Steuerung der Lichtstärke sowie der Richtung des Tageslichts in einem Bereich In den ein Lichtstrahl durch eine Spiegelanlage oder Heliostat od. dgl. projiziert wird
Die Sonnenstrahlen treffen je nach Tages- bzw. Jahreszeit in einem bestimmten Winkel auf die Erde. Dadurch kann das Sonnenlicht nur sehr unzureichend in Räumen oder schattigen Bereichen genutzt werden. Dies trifft insbesonders für dicht verbaute Städte, Nordlagen, Senken sowie Taler zu.
Auf Grund der grossen Distanz zwischen Sonne und Erde treffen die Sonnenstrahlen nahezu parallel auf die Erde ein und haben bis dahin kaum an Intensität verloren. Dadurch wird die Lenkung des Sonnenlichtes durch Spiegelanlagen (Patentanmeidung A 1510/97) oder Heliostaten ermöglicht. Diese werden dem Sonnenstand nachgeführt und projizieren das Sonnenlicht auf einen fixen Bereich.
Wenn dieses Licht auf eine diffus reflektierende Fläche trifft, breitet sich das Licht konzentrisch von dieser Fläche aus. Dabei nimmt die Lichtstärke mit dem Quadrat der Entfernung zur diffus reflektierenden Fläche ab. Dadurch ergibt sich der unangenehme Effekt, dass in der näheren Umgebung dieser diffus reflektierenden Fläche eine sehr hohe Lichtstärke entsteht. Nur in einem schmalen Bereich entspricht die Lichtstärke den gewünschten Anforderungen. Über diese Zone hinaus Ist die Lichtstärke wiederum sehr gering. Da wie oben erwähnt, die Lichtstärke des diffus gestreuten Lichts mit dem Quadrat der Entfernung zum Reflektor abnimmt, ist die Zone der zu geringen Lichtstärke rasch erreicht.
Diese physikalische Eigenschaft gilt gleichermassen für asphärische Wölbspiegel als auch für Linsen die parallel verlaufende Lichtstrahlen in einem Lichtkegel mit einer bestimmten Brennweite aufweiten.
Durch die Konzentration des Lichtstrahles auf eine einzige Fläche kann es darüber hinaus zu unerwünschten Blendeffekten sowie Schattenwirkungen kommen, die ein Arbeiten in diesem Um- feld unmöglich machen.
Die EP 524 388 A2 beschreibt eine Tageslichtbeleuchtungsvorrichtung, bei der das im wesentlichen diffus auftretende Tageslicht auf lichtlenkende Hologramme, weiche auf einer Scheibe angeordnet sind, auftrifft, sodass die einfallenden Lichtstrahlen auf einen schmalen Ausfallswinkelbereich konzentriert werden. Durch zusätzliche Lichtleltelemente wird eine Höhenablenkung des einfallenden Lichtes bewirkt, wodurch das Licht gegen die Raumdecke gelenkt und von dieser nach unten reflektiert wird. Bel dieser Konstruktion kommt es zu keiner Konzentration der Lichtstrahlen, wodurch ein Raum nur bel Vorliegen einer grossen Anzahl von Fenstern, durch die das Licht eindringen kann, ausreichend ausgeleuchtet werden kann.
Die DE 42 39 003 A1 beschreibt einen Sonnenschutz mit lichtlenkenden Eigenschaften zur Verbesserung der Raumausleuchtung, welche durch verdrehbare Lamellen bewerkstelligt wird. Für eine ausreichende Aufhellung des Raumes ist dabei direktes Sonnenlicht erforderlich, da die Ausbeute einer diffusen Lichtstrahlung zwischen den Lamellen zu gering für die Ausleuchtung des Raumes wäre. Mit der Tiefe des Raumes nimmt die Intensität des Lichtes rasch ab.
Die US 5 384 994 A beschreibt eine Gebäudekonstruktion, welche zur Einsparung von Energiekosten entsprechend ausgestaltet ist. Dementsprechend wird über Dachfenster über eine Linse eine diffuse Lichtstreuung bezweckt. Ober eine Anzahl von Spiegel, welche von einem Motor einstellbar sind, wird das Sonnenlicht ins Innere des Gebäudes geleitet. Eine Ausleuchtung schwer zugänglicher Bereiche eines Raumes oder eines Gebäudes ist durch diese Entwicklung nicht möglich.
Das Ziel der Erfindung ist es, das Sonnenlicht, weiches durch eine Spiegelanlage od. dgl. in einen bestimmten Bereich projiziert wird, bestmöglich zu verteilen und so eine relativ homogene Lichtstärkenverteitung zu erreichen. Darüber hinaus werden auch starke Schattenwirkungen sowie Blendeffekte durch das Tageslichtsteuerungssystem verhindert.
Gelöst wird die erfindungsgemässe Aufgabe dadurch, dass mindestens zwei Reflektoren od. dgl. in Richtung des projizierten Lichtstrahls sowie quer zu diesem versetzt angeordnet sind. Durch diese kaskadenförmige Anordnung der Reflektoren od. dgl. im Lichtstrahl wird das Tageslicht in einem bestimmten Bereich gleichmässig verteilt bzw. gestreut.
Sollte der Querschnitt des Lichtstrahles nach der Spiegelanlage nicht den Anforderungen an seinen Querschnitt entsprechen, kann dieser durch Reflektoren od. dgl. geteilt und in verschiedene Richtungen gelenkt werden. Durch weitere Reflektoren wird der nun geteilte Lichtstrahl mit verän-
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dertem Querschnitt in eine gemeinsame Richtung weitergeleitet. Diese Querschnittsveränderung des Lichtstrahles wird beispielsweise dann notwendig, wenn der Lichtstrahl durch eine schmale Öffnung in ein Gebäude geführt oder entlang eines Ganges waagrecht unterhalb der Decke im Überkopfbereich weitergeleitet werden soll.
Der in seinem Querschnitt veränderte Lichtstrahl kann - wie oben angeführt-ebenfalls durch Reflektoren od. dgl., die in der Tiefe sowie in seinem Querschnitt versetzt angeordnet sind, aufgeteilt werden. Durch diese kaskadenförmige Anordnung der Reflektoren od. dgl. im Lichtstrahl wird das Tageslicht in einem bestimmten Bereich gleichmässig verteilt.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Abbildungen einige Anwendungsbeispiele dargestellt.
Darin zeigen Fig. 1a-1b die Belichtung eines Arbeitsraumes durch eine Spiegelanlage mit nachfolgendem
Tageslichtsteuerungssystem in Schnittbilddarstellung von der Seite und von oben,
Fig. 2a-2c die Umlenkreflektoren die zur Veränderung des Lichtstrahlquerschnittes dienen als
Detail des Beispieles Fig. 1a-1 b in drei Ansichten
Fig. 3a-3b die Belichtung von Räumen verschiedener Stockwerke durch eine Spiegelanlage und nachfolgendem Tageslichtsteuerungssystem über einen Lichthof in Schnittbild- darstellung von der Seite und von oben,
Fig. 4 die Belichtung eines Arbeitsraumes durch eine Spiegelanlage und nachfolgendem
Tageslichtsteuerungssystem über ein Fenster in Schnittbilddarstellung von der
Seite,
Fig. 5 die Belichtung eines Lichthofes durch eine Spiegelanlage und nachfolgendem
Tageslichtsteuerungssystem in Schnittbilddarstellung von der Seite.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Tageslichtsteuerungssystems ist in Fig. 1a-1b dargestellt Dabei wird mittels einer dem Sonnenstand nachgeführten Spiegelanlage 10 Sonnenlicht durch eine verglaste Lichtöffnung im Dach eines Gebäudes gelenkt. Dieser Lichtstrahl trifft auf die Umlenkspiegel 5-7 unterhalb der Decke. Durch diese Umlenkspiegel 5-7 wird der Lichtstrahl in Sektoren geteilt und in verschiedene Richtungen gelenkt. Spiegel 5 lenkt den Lichtstrahl in die Richtung der Deckenreflektoren 1, 2. Die Spiegel 6, 7 lenken je einen Teil des Lichtstrahles zur Seite ab.
Anschliessend wird der zur Seite geteilte Lichtstrahl durch die Umlenkspiegel 8, 9 in Richtung der Deckenreflektoren 3, 4 umgelenkt. Die in den Figuren 2a bis 2c vergrössert dargestellte Spiegelkombination 5-9 hat die Aufgabe den Lichtstrahl waagrecht unterhalb der Decke im Überkopfbereich in die Richtung der Deckenreflektoren 1-4 zu projizieren. Der Lichtstrahl wird in diesem Beispiel in seiner Höhe halbiert und in seiner Breite verdoppelt. Die gesamte Lichtmenge bleibt jedoch gleich, wodurch eine maximale Ausnutzung des Lichtstrahles der Spiegelanlage 10 möglich ist. Diese Spiegelanordnung 5-9 ist daher zur waagrechten Lichtlenkung in Räumen mit duchschnittlicher Raumhöhe geeignet, da sich sämtliche Elemente des Tageslichtsteuerungssystems im Überkopfbereich befinden.
Der Lichtstrahl wird nun durch die Spiegel 5, 8, 9 auf die Deckenreflektoren 1-4 gelenkt. Das sind idealerweise hochweissreflektierende Reflektorplatten oder asphärisch gewölbte Spiegel mit bestimmter Brennweite. Diese Reflektoren 1-4 sind in der Tiefe des Lichtstrahles sowie im Querschnitt desselben versetzt angeordnet. Dadurch wird die Lichtstärke sowie die Richtung des Tageslichtes regulierbar und es kommt zu keinen unerwünschten Blendeffekten und Schattenwirkungen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3a-3b dargestellt. Hier ist über einem Lichthof eine Spiegelanlage 10 errichtet, die einen Lichtstrahl senkrecht nach unten richtet. Dieser Lichtstrahl trifft auf die Reflektoren 1-4, die in der Tiefe des Lichtstrahles sowie in seinem Querschnitt versetzt angeordnet sind. Diese Reflektoren 1-4 sind vor dem Fenster des jeweiligen Stockwerkes montiert und lenken nach der jeweiligen Neigung zum Fenster den geteilten Lichtstrahl in einem bestimmten Winkel in den Raum. Die Reflektoren 1-4 können so angeordnet werden, dass der Lichtstrahl blendfrei im Überkopfbereich tief in den Raum an die Decke gerichtet wird.
Die Dimensionierung der
Reflektoren und der Spiegelanlage 10 richtet sich nach der Fläche der zu belichtenden Räume sowie nach den Anforderungen an die Beleuchtungsstärke in diesen Bereichen Durch diese Mass- nahme können beispielsweise Räume, weiche an einen Lichthof angrenzen, wie sie im urbanen Wohnbau oft anzutreffen sind, effizient und energiesparend beleuchtet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4a-4b dargestellt. Hier ist eine Spiegelanlage 10 über einem Fenster an der Dachkante errichtet, die einen Lichtstrahl nach unten auf die Reflek- toren 1-4 richtet. Dieser Lichtstrahl trifft auf die Reflektoren 1-4, die in der Tiefe des Lichtstrahles sowie in seinem Querschnitt versetzt angeordnet sind. Die Reflektoren 1-4 sind vor dem Fenster im Überkopfbereich montiert und lenken nach der jeweiligen Neigung zum Fenster den geteilten Lichtstrahl in einem bestimmten Winkel in den Raum. Die Reflektoren 1-4 können so angeordnet werden, dass der geteilte Lichtstrahl blendfrei im Überkopfbereich in verschiedene Bereiche des Raumes an die Decke gerichtet wird. Durch diese Massnahme ist eine relativ ausgeglichene Lichtstärkenverteilung im Raum zu erreichen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist die Spiegelanlage 10 über einem Lichthof errichtet und lenkt den Lichtstrahl nach unten auf Reflektoren, transparent oder diffus streuende Teile 1-3 wie z. B. geätztes oder beschichtetes Glas. Die Reflektoren oder diffus streuenden Teile 1-3 sind in der Tiefe des Lichtstrahles sowie in seinem Querschnitt versetzt angeordnet und verteilen durch multiple Reflexion an den Wänden das Tageslicht relativ homogen
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen nur einen kleinen Ausschnitt aller im Rahmen der Erfindung möglichen Variationen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Tageslichtsteuerungssystem zur Steuerung der Lichtstärke sowie der Richtung des Tages- lichtes in einem Bereich in den ein Lichtstrahl durch eine Spiegelanlage (10) oder Heliostat od. dgl. projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Reflektoren (1-4) od. dgl., in Richtung des projizierten Lichtstrahles sowie quer zu diesem versetzt angeord- net sind.