CH664015A5

CH664015A5 - METHOD FOR MEASURING THE LUMINITY AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE SAME.

Info

Publication number: CH664015A5
Application number: CH71284A
Authority: CH
Inventors: Peter Muigg
Original assignee: Bartenbach Christian
Priority date: 1983-02-16
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1988-01-29
Also published as: DE3405192A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Leuchtdichte der für die Beleuchtungsverhältnisse in Innenräumen eines Gebäudes zumindest massgeblichen Bereiche des Himmels und der Umgebungsflächen des Aussenraumes, wobei die Messergebnisse einem Auswertegerät zugeführt werden, das die Beleuchtungssituation zumindest ausgewählter Zonen in den Innenräumen, beispielsweise Arbeitsplätzen, steuert, sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for measuring the luminance of the areas of the sky which are at least relevant to the lighting conditions in the interior of a building and the surrounding areas of the exterior, the measurement results being fed to an evaluation device which controls the lighting situation of at least selected zones in the interior, for example workplaces , as well as facilities for carrying out the process.

Es ist bekannt, zur automatischen Steuerung der Beleuchtungssituation von Innenräumen an der Aussenseite von Gebäuden oder sonstigen ausgewählten Plätzen im Freien einzelne Messzellen zur Bestimmung von Leuchtdichtwerten des Tageslichtes vorzusehen. Derartige vereinzelte Messzellen sind nun nicht in der Lage, die Leuchtdichteverteilung des Aussenraumes (Himmel, Boden, Verbauung) so zu erfassen, dass eine den tatsächlichen Verhältnissen angepasste Steuerung der Beleuchtungssituation der Innenräume erhalten werden kann. It is known to provide individual measuring cells for determining luminance values of daylight in order to automatically control the lighting situation of interiors on the outside of buildings or other selected places outdoors. Such isolated measuring cells are now unable to detect the luminance distribution of the exterior (sky, floor, building) in such a way that control of the lighting situation of the interior can be obtained that is adapted to the actual conditions.

Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie Einrichtungen zu dessen Durchführung zu schaffen, mit deren Hilfe die Leuchtdichteverteilung im Freien möglichst ursprünglich und vollständig gemessen werden kann, um eine verbesserte, möglichst energiesparende Beleuchtungssituation in den Innenräumen zu erzielen. The invention has now set itself the task of creating a method and devices for its implementation, with the help of which the luminance distribution in the open can be measured as originally and completely as possible in order to achieve an improved, energy-saving lighting situation in the interior.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, dass der Aussenraum in Raumwinkelbereiche unterteilt wird, in deren Mittelpunkt ein Messgerät angeordnet wird, und dass die Leuchtdichte des jedem Raumwinkelbereich zugeordneten Ausschnittes des Himmels bzw. der Umgebungsflächen einzeln gemessen wird, wobei jedes Messergebnis getrennt dem Auswertegerät zugeführt wird. According to the invention, this object is now achieved in that the outer space is divided into solid angle areas, in the center of which a measuring device is arranged, and that the luminance of the section of the sky or the surrounding areas assigned to each solid angle area is measured individually, each measurement result being fed separately to the evaluation device becomes.

Durch die Unterteilung in Raumwinkelbereiche, die in einer bevorzugten Ausführung nicht grösser als 0,2 sr sind, werden zumindest jene für die Beleuchtungsverhältnisse in den Innenräumen massgeblichen Umgebungsbereiche im wesentlichen lückenlos erfasst, und es wird damit eine differenzierte Aufnahme der Leuchtdichteverteilung ermöglicht. Jedes Messergebnis wird dadurch von einem kleinen, genau definierten Ausschnitt der Umgebung, beispielsweise des Himmels, einer reflektierenden Wand eines benachbarten Gebäudes, einer Geländeform usw. abgeleitet. Alle diese unterschiedlichen, einzeln dem Auswertegerät zugeführten Messdaten werden dort unter Berücksichtigung verschiedener Parameter verarbeitet, und es werden in weiterer Folge zumindest in ausgewählten Zonen der Innenräume der gewünschten Beleuchtungssituation entsprechende Massnahmen ergriffen. Diese Massnahmen beinhalten beispielsweise die Zuschaltung von Kunstlicht mit der benötigten Beleuchtungsstärke, die Betätigung und Einstellung von Sonnenschutzeinrichtungen, Blendschutzeinrichtungen usw. Durch die gezielte Zuschaltung des Kunstlichtes wird ein verringerter Energieverbrauch ohne Verschlechterung der Beleuchtungsverhältnisse erzielt. The subdivision into solid angle areas, which in a preferred embodiment are not greater than 0.2 sr, at least covers the surrounding areas which are relevant for the lighting conditions in the interiors, and this enables a differentiated recording of the luminance distribution. Each measurement result is derived from a small, precisely defined section of the surroundings, e.g. the sky, a reflecting wall of an adjacent building, a terrain shape, etc. All of these different measurement data, which are fed individually to the evaluation device, are processed there taking various parameters into account, and measures are subsequently taken, at least in selected zones of the interior, for the desired lighting situation. These measures include, for example, the connection of artificial light with the required illuminance, the actuation and adjustment of sun protection devices, anti-glare devices, etc. The targeted connection of the artificial light achieves reduced energy consumption without deteriorating the lighting conditions.

Eine erste Einrichtung zur Durchführung des erfindungs-gemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messgerät eine einen Raumwinkelbereich erfassende Messzelle radial zum Mittelpunkt allseitig verschwenkbar angeordnet ist. Beginnend von einer bestimmten Ausgangslage bestreicht die Messzelle dabei der Reihe nach alle Raumwinkelbereiche, indem sie beispielsweise entlang eines bogenförmigen Rahmens verschwenkt wird, der selbst auf einem antreibbaren Drehteller angeordnet ist. Die Messzelle kann so innerhalb eines kurzen Zeitraums, etwa weniger Minuten, den gesamten Aussenraum erfassen, wobei die Messergebnisse sich von einer gleichzeitigen Erfassung sämtlicher Raumwinkelbereiche kaum unterscheiden, da sich die Leuchtdichte des Himmels und der Umgebungsflächen im allgemeinen nicht unmittelbar verändert. A first device for carrying out the method according to the invention is characterized in that a measuring cell that detects a solid angle range is arranged in a measuring device so that it can be pivoted on all sides radially to the center point. Starting from a certain starting position, the measuring cell sweeps in sequence all solid angle ranges, for example by pivoting it along an arcuate frame which is itself arranged on a drivable turntable. The measuring cell can thus record the entire outside space within a short period of time, for example a few minutes, the measurement results hardly differing from a simultaneous recording of all solid angle ranges, since the luminance of the sky and the surrounding areas generally does not change immediately.

Eine zweite Einrichtung, die die Leuchtdichte aller massgeblichen Umgebungsflächen gleichzeitig misst, sieht vor, dass eine Vielzahl von Messzellen in einem Messkopf, im wesentlichen gleichmässig über dessen Oberfläche verteilt, radial zum Mittelpunkt fixiert sind, wobei jeder der Messzellen einen Raumwinkelbereich erfasst. A second device, which measures the luminance of all the relevant surrounding areas at the same time, provides that a large number of measuring cells in a measuring head, essentially uniformly distributed over its surface, are fixed radially to the center, each of the measuring cells detecting a solid angle range.

Der Messkopf kann dabei etwa halbkugelförmig ausgebildet und auf einem, beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes montierbaren Ständer befestigt sein. Vorzugsweise liegt dabei der Winkel zwischen den Achsen zweier Messzellen unter 20°. Zusätzlich können, um auch die Leuchtdichte des Bodens bzw. des Untergrundes, beispielsweise bei Schnee, zu erfassen, am Messkopf zumindest einige zusätzliche, zum Untergrund gerichtete Messzellen angeordnet sein. Somit werden auch Messsignale weitergeleitet, die die The measuring head can have an approximately hemispherical shape and can be attached to a stand that can be mounted, for example, on the roof of the building. The angle between the axes of two measuring cells is preferably below 20 °. In addition, in order to also detect the luminance of the ground or the subsurface, for example in the case of snow, at least some additional measuring cells directed towards the subsurface can be arranged on the measuring head. Thus, measurement signals are also forwarded, which the

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Leuchtdichte des Bodens einzeln nach Raumwinkelbe-reichen erfassen. Record the luminance of the floor individually according to the solid angle ranges.

Jede Messzelle des Messkopfes besteht vorzugsweise aus einem Rohrstück, an dessen dem Mittelpunkt des Messkopfes nahen Ende ein Fotoelement angeordnet ist. Dadurch werden das Messergebnis verfälschende Seitenlichtstrahlen, die nicht auf den zugeordneten Raumwinkelbereich auftreffen, grossteils ausgeschaltet, insbesondere wenn auch das vom Mittepunkt des Messkopfes ferne Ende der Messzelle von einer Sammellinse abgedeckt ist. Eine möglichst dichte, gleichmässige Anordnung der Messzellen im Messkopf kann dabei vorzugsweise dadurch erzielt werden, dass jedes Rohrstück sich zum Mittelpunkt hin verjüngt und insbesondere kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Each measuring cell of the measuring head preferably consists of a tube piece, on the end of which is arranged near the center of the measuring head, a photo element is arranged. As a result, side light rays falsifying the measurement result, which do not strike the assigned solid angle region, are largely switched off, in particular if the end of the measuring cell that is distant from the center of the measuring head is also covered by a converging lens. An arrangement of the measuring cells in the measuring head that is as dense and uniform as possible can preferably be achieved in that each piece of pipe tapers towards the center and is in particular frustoconical.

Nachstehend wird nun die Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein. The invention will now be described in more detail below with reference to the figures in the accompanying drawing, without being limited thereto.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemässen Messkopfes mit mehreren Messzellen, 1 shows a view of a measuring head according to the invention with several measuring cells,

Fig. 2 einen Teilabschnitt entlang einer vertikalen Hauptebene des Messkopfes, 2 shows a partial section along a vertical main plane of the measuring head,

Fig. 3 einen vergrösserten Längsschnitt durch eine Messzelle und 3 shows an enlarged longitudinal section through a measuring cell and

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Messkopf einer zweiten Ausführung. Fig. 4 shows a section of a measuring head of a second embodiment.

Fig. I zeigt eine Ansicht eines etwa halbkugelförmigen Messkopfes 1, der aus einer Vielzahl von im wesentlichen gleichmässig über die Oberfläche verteilten Messzellen 2 absteht. Der Messkopf 1 ist auf einem mittigen Ständer 8 auf einer Unterlage 9, beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes, aufgestellt. Jede der Messzellen 2, von denen eine im Längsschnitt in Fig. 3 gezeigt ist, ist aus einem insbesondere kegelstumpfförmigen Rohrstück gebildet, an dessen dem Mittelpunkt 7 des Messkopfes 1 zugewandten Ende ein lichtempfindliches Element, etwa eine Fotozelle 3, angeordnet ist. An der Aussenseite, also am vom Mittelpunkt fernen Ende, ist das Rohrstück der Messzelle 1 durch eine Sammellinse 4 abgedeckt, die die einfallenden Lichtstrahlen bündelt und vollständig auf die Fotozelle 3 konzentriert. Von jeder Messzelle 2 erstrecken sich Leitungen zur Übermittlung der Messsignale zu einem nicht gezeigten Auswertegerät, das die eingehenden, einzelnen Messdaten unter Berücksichtigung verschiedener Parameter auswertet. Über das Auswertegerät werden dann alle die Beleuchtungssituationen in den Innenräumen, insbesondere in bestimmten Zonen von Innenräumen, wie etwa Arbeitsplätzen, bestimmenden Faktoren und Einrichtungen gesteuert, beispielsweise die Kunstlichtumschaltung, die Stellung von Sonnenschutz- und Blendschutzeinrichtungen, wie Vorhänge, Rollläden, Spiegelflächen, Lichtleiteinrichtungen usw. . FIG. 1 shows a view of an approximately hemispherical measuring head 1, which protrudes from a plurality of measuring cells 2, which are distributed essentially uniformly over the surface. The measuring head 1 is placed on a central stand 8 on a base 9, for example on the roof of a building. Each of the measuring cells 2, one of which is shown in longitudinal section in FIG. 3, is formed from a tube section, in particular a truncated cone, at whose end facing the center 7 of the measuring head 1 a light-sensitive element, for example a photo cell 3, is arranged. On the outside, that is, at the end distant from the center, the tube section of the measuring cell 1 is covered by a converging lens 4, which bundles the incident light rays and concentrates them completely on the photocell 3. Cables extend from each measuring cell 2 to transmit the measuring signals to an evaluation device, not shown, which evaluates the incoming, individual measurement data, taking into account various parameters. The evaluation device is then used to control all the lighting situations in the interior, in particular in certain areas of the interior, such as workplaces, determining factors and devices, for example the artificial light switchover, the position of sun protection and anti-glare devices, such as curtains, shutters, mirror surfaces, light guide devices, etc. .

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Durch die im wesentlichen gleichmässig über die Oberfläche 6 des Messkopfes 1 verteilten Messzellen 2 ist jede Messzelle einem bestimmten Raumwinkelbereich zugeordnet, der vorzugsweise höchstens 0,2 sr beträgt, so dass der gesamte Umgebungsbereich ohne nennenswerte Lücken, gegebenenfalls auch mit Überschneidungen, erfasst wird. Eine verbesserte Erfassung kann dabei noch dadurch erreicht werden, dass die Querschnittsform der Rohrstücke der Messzellen 2 so gewählt sind, dass sie dicht aneinanderliegend angeordnet sind. Sie können daher nicht nur in der gezeigten kegelstumpfförmigen Form mit rundem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sein, sondern auch jede andere eckige Querschnittsform aufweisen, so dass sie pyramidens-tumpfartig sind. Zur besseren bzw. leichteren Ausfüllung der Oberfläche 6 sind selbstverständlich auch Kombinationen von Messzellen 2 unterschiedlicher Querschnittsformen denkbar. Weiters können zur Verringerung von Streulichteffekten die Messzellen 2 in der in Fig. 4 gezeigten Weise radial versetzt angeordnet sein, so dass ein Teil der Messzellen 2 gegenüber der Oberfläche 6 des Messkopfes 1 vertieft, ein anderer Teil gegebenenfalls auch erhöht angeordnet sein kann. Due to the measuring cells 2, which are distributed essentially uniformly over the surface 6 of the measuring head 1, each measuring cell is assigned to a specific solid angle range, which is preferably at most 0.2 sr, so that the entire surrounding area is recorded without significant gaps, possibly also with overlaps. An improved detection can also be achieved in that the cross-sectional shape of the pipe sections of the measuring cells 2 are selected such that they are arranged close to one another. They can therefore not only be designed in the frustoconical shape shown with a round or elliptical cross section, but also have any other angular cross-sectional shape, so that they are pyramid-shaped. For better or easier filling of the surface 6, combinations of measuring cells 2 of different cross-sectional shapes are of course also conceivable. Furthermore, in order to reduce scattered light effects, the measuring cells 2 can be arranged radially offset in the manner shown in FIG. 4, so that part of the measuring cells 2 is recessed relative to the surface 6 of the measuring head 1, and another part can optionally also be arranged in an elevated manner.

In Fig. 1 sind strichliert zusätzliche, nach unten gerichtete Messzellen 5 angedeutet, die dann vorgesehen sein können, wenn auch die Leuchtdichte des Untergrundes 9 in die Messergebnisse einbezogen werden soll. Dies kann vor allem bei Schneelage von Vorteil sein, deren Einfluss auf die Beleuchtungssituation im Gebäudeinneren gegebenenfalls nicht unwesentlich ist. In wärmeren Gegenden bzw. an Aufstellungsorten, an denen die Leuchtdichte des Untergrundes 9 ohne nennenswerten Einfluss auf die Beleuchtungssituation ist, sind derartige zusätzliche Messzellen 5 nicht erforderlich. Es wäre weiters auch denkbar, diese Messzellen 5 auch bei Nichtbedarf abzuschalten. Ebenso können auch gegebenenfalls Messzellen 2 abgeschaltet oder von vornherein gar nicht vorgesehen werden, wenn in besonderen Aufstellungsorten bzw. bei besonderen Beleuchtungsbedingungen oder Gebäudekonstruktionen nicht die Erfassung der Leuchtdichte des gesamten Umgebungsbereiches, sondern nur eines Sektors davon sinnvoll ist. Beispielsweise ist bei freistehenden Gebäuden, die auf Grund einer Hanglage nur eine einseitige Fensterfront aufweisen, die Erfassung der Leuchtdichte des gesamten Aussenraumes nicht notwendig. 1, additional, downward-pointing measuring cells 5 are indicated by dashed lines, which can be provided if the luminance of the background 9 is also to be included in the measurement results. This can be particularly advantageous in snow conditions, the influence of which on the lighting situation inside the building may not be negligible. Additional measuring cells 5 of this type are not required in warmer regions or at locations where the luminance of the substrate 9 has no appreciable influence on the lighting situation. It would also be conceivable to switch off these measuring cells 5 even when they are not required. Likewise, measuring cells 2 can also be switched off or not provided at all from the outset, if in special installation locations or in the case of special lighting conditions or building constructions it is not sensible to record the luminance of the entire surrounding area, but rather only one sector thereof. For example, in the case of free-standing buildings that have only one-sided window front due to a slope, it is not necessary to record the luminance of the entire exterior.

Die Ermittlung der Leuchtdichte des Aussenraumes zur Abstimmung der Beleuchtungssituation im Innenraum, etwa zur optimalen Ausleuchtung eines Arbeitsplatzes, führt zum gezielten Einsatz der im Innenraum installierten künstlichen Beleuchtung. Ist diese hinsichtlich des Schaltzuslandes variabel, so kann mit Hilfe des erfindungsgemässen Messkopfes und einer entsprechenden Steuervorrichtung eine Optimierung der Beleuchtungssituation bei gleichzeitiger Energieeinsparung erreicht werden. The determination of the luminance of the outside space in order to coordinate the lighting situation in the interior, for example for optimally illuminating a workplace, leads to the targeted use of the artificial lighting installed in the interior. If this is variable with regard to the switching state, the measuring head according to the invention and a corresponding control device can be used to optimize the lighting situation while at the same time saving energy.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1.Method for measuring the luminance of the areas of the sky and the surrounding areas of the exterior, which are at least relevant for the lighting conditions in the interior of a building, the measurement results being fed to an evaluation device which controls the lighting situation of at least selected zones in the interior, for example workplaces characterized in that the outside space is divided into solid angle areas, in the center of which a measuring device is arranged, and that the luminance of the section of the sky or the surrounding areas assigned to each solid angle area is measured individually, each measurement result being fed separately to the evaluation device.

2. The method according to claim 1, characterized in that the outer space is divided into solid angle ranges of at most 0.2 sr.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that in a measuring device a measuring cell which detects a solid angle range is arranged radially on all sides to the center point.

4. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of measuring cells (2) in a measuring head (1), distributed substantially uniformly over its surface (6),

are fixed radially to the center (7), each of the measuring cells detecting a solid angle range.

5. Device according to claim 4, characterized in that the axes of the measuring cells (2) include each other essentially the same angle of at most 20 °.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the measuring head (1) is approximately hemispherical and is attached to a stand (8) which can be mounted, for example, on the roof of a building.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that at least some additional measuring cells (5) are arranged on the measuring head (1) directed to the substrate (9).

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that each measuring cell (2,5) consists of a tube piece, at the end near the center (7) of the measuring head (1) a photo element (4) is covered, wherein the pipe section is preferably frustoconical.