DE102010033938A1

DE102010033938A1 - Lichtlenk- und Reflektorsystem für Tages-, Sonnen- und Kunstlicht

Info

Publication number: DE102010033938A1
Application number: DE102010033938A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: DE102010033938B4

Abstract

Der Erfindung betrifft die Entwicklung eines Lichtlenk- und Reflektorsystems aus mindestens zwei horizontal ausgerichteten parallel übereinander in entsprechendem Abstand angeordneten feststehenden Modulen bestehend, welches zur Umlenkung von Tages- und Sonnenlicht in den Innenraum, sowie zur gleichzeitigen Nutzung als Sekundärreflektor für Kunstlicht, bevorzugt in LED-Technologie, zur Kunstlichtunterstützung am Tage, zur nächtlichen Grundbeleuchtung des Innenraums, des Außenraums, sowie der Illuminierung der Fassade angedacht ist.

Description

(Gegenstand der Erfindung)
Der Erfindung betrifft die Entwicklung eines Lichtlenk- und Reflektorsystems aus mindestens zwei horizontal ausgerichteten parallel übereinander in entsprechendem Abstand angeordneten feststehenden Modulen bestehend, welches zur Umlenkung von Tages- und Sonnenlicht in den Innenraum, sowie zur gleichzeitigen Nutzung als Sekundärreflektor für Kunstlicht, bevorzugt in LED-Technologie, zur Kunstlichtunterstützung am Tage, zur nächtlichen Grundbeleuchtung des Innenraums, des Außenraums, sowie der Illuminierung der Fassade angedacht ist.
Bedarf – Stand der Technik
Es ist bekannt, dass das natürliche Tageslicht in seinem kontinuierlichen lückenlosen Spektrum einen wichtigen Einfluss auf das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit hat, insbesondere in angehobenen Intensitäten, die weit höher über den vorgeschlagenen Richtlinien liegen. Zur Anhebung der Beleuchtungsstärke im Innenraum ist es sinnvoll, dass natürliche Tages- und Sonnenlicht in den Innenraum umzulenken. Damit kann ein Beitrag zur Förderung des Wohlbefinden und der Leistungsfähigkeit des Menschen geleistet und erheblich Energie eingespart werden. Der moderne Arbeitsplatz ist meist als Bildschirmarbeitsplatz in Gebäuden ausgestattet. Es ist bekannt, dass die Beleuchtungsstärke eines Raumes nur im vorderen Raumbereich über angehobene ausreichende Helligkeiten verfügt. Bereits nach etwa 1,5–2 m sinkt die Helligkeit eines durch ein Seitenfenster belichteten Raumes erheblich ab. Die Folge ist ein unbehagliches Raummilieu, welches die gesamte Wahrnehmung und damit die Orientierung deutlich einschränkt. Zu geringe Beleuchtungsstärken können nachweislich zu eingeschränkter Leistungsfähigkeit, Müdigkeit bis hin zu Depressionen führen. Um diesem entgegenzuwirken, findet eine Raumnutzung vorwiegend im vorderen Raumteil, dem Fensterbereich statt. Der mittlere bis hintere Raumbereich wird meist nicht mehr für einen Arbeitsplatz eingesetzt. Das Fenster weist allerdings hohe Leuchtdichten auf, die wiederrum blenden und ebenfalls zu einer Leistungseinschränkung am Arbeitsplatz führen können. Die Adaptionsvorgänge an die Helligkeitsunterschiede führen zur Ermüdungserscheinungen und mindern die Leistungsfähigkeit. Um die Blendung und Wahrnehmung zu verringern, werden Blendschutz und/oder Sonnenschutz vor dem Fenster angebracht, was wiederrum zu einer Helligkeitsverminderung führt. Außerdem wird der Bezug nach außen dadurch eingeschränkt. Um die Helligkeit im Raum nun wieder anzuheben, wird Kunstlicht eingesetzt. Kunstlicht weist meist lückenhafte Spektren und unzureichende Farbwiedergabe auf. Zudem kostet Kunstlichteinsatz Energie, besonders dann, wenn man den Raum zu einem Großteil künstlich und in für den Hormonhaushalt anregenden Intensitäten beleuchten möchte.
Dieser Problematiken nehmen sich zwischenzeitlich verschiedene Anwendungen an. Es gibt unterschiedliche Systeme zur Lichtumlenkung von Tageslicht in den Innenraum, welche das eingebrachte Tageslicht vorwiegend an die Decke umlenken. Selbst jahres- und tageszeitlich unterschiedliche Sonnenstände in den verschiedenen Himmelsrichtungen finden ihre Berücksichtigung. Der gleichzeitige Einsatz von Kunstlicht ist ebenfalls in manchen Systemen Stand der Technik, in dem Kunstlicht aus der Nähe oder vor den Tageslichtsystemen angebracht und das System als Sekundärreflektor verwendet wird.
Kritik am Stand der Technik
Sonnenlicht in seinen jahres- und tageszeitlichen Höhenunterschieden und Intensitäten wird systemgewollt vorwiegend wieder zurück- und nicht in den Raum eingelenkt um Blendung und Wärmeeintrag zu vermeiden. Beleuchtungsergiebige Sonneneinträge werden so gar nicht erst zur Anhebung der Beleuchtungsstärke des Innenraums genutzt, anstatt sie entblendet über der Sehebene in einem geeigneten System nach innen zu lenken und ideal im gesamten Raum zu verteilen.
Die meisten Tageslichtsysteme finden ihre Anwendung nur in der Tageslichtumlenkung, nicht aber in der gleichzeitigen Funktion als Reflektor für Sonnenlicht, sowie zudem im selben System integriert als Reflektor für Kunstlicht. Zwar werden in manchen Systemen Flanken zum Innenraum hin abgekantet, welche von einer externen Kunstlichtquelle angestrahlt als zurückstrahlende Oberfläche (Sekundärreflektorprinzip) genutzt werden sollen, doch schränken diese dadurch einen nicht unerheblichen Anteil der Tages- und Sonnenlichteintrags ein, was allerdings systembedingt beabsichtigt ist, um Blendung und Wärmeeintrag zu vermeiden ( DE 4211085 A1 ).
Die Kunstlichtquellen sind bei allen bislang bekannten Erfindungen mit ähnlicher Aufgabenstellung nicht im selben Modul integriert, sondern extern außen oder in der Nähe der Systeme angebracht. ( DE 100 16 587 A1 + DE 39 16 688 A1 , DE 3906229 A1 ). Eine im System integrierte tageszeitliche Anpassung an die Außenhelligkeiten und Farbtemperaturen ist ebenfalls bislang nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein festes System zu entwickeln, dass möglich viel natürliches Tages- und Sonnenlicht blendfrei in den Raum einbringt und gleichzeitig in die Raumtiefe, auf den vertikalen und horizontalen Raumflächen verteilt. Gleichzeitig soll dasselbe System als Reflektor für Kunstlicht, bevorzugt in LED-Technologie, funktionieren, welches bei Bedarf, die Innenraumbeleuchtung am Tage mit Kunstlicht unterstützt oder aber für die nächtliche Innenraumbeleuchtung oder/und Fassadenilluminierung einsetzbar ist. Erfindungsgemäß sind die Himmelsrichtungen und tages- und jahreszeitlichen Sonnenstände in einem festen System zur blendfreien Umlenkung und idealen Verteilung von Tages- und Sonnenlicht in den Innenraum berücksichtigt. Das System kann ausschließlich oder ergänzend zum regulären Fenster eingesetzt werden. Unter Verwendung von Sonnen- und/oder Blendschutz vor dem regulären Fenster ist es erfindungsgemäß also möglich, einen erheblichen Anteil von natürlichem Tages- und insbesondere Sonnenlicht in den Innenraum einzulenken. Dabei ist eine Lichtqualität im vollen kontinuierlichen Spektrum des natürlichen Tages- und Sonnenlichtes in den jahres- tageszeitlichen und witterungsbedingten Helligkeiten und Farbtemperaturen des Außenraumes im Innenraum blendfrei gegeben, was den Bezug nach außen verstärkt und sich positiv auf die Leistungsfähigkeit am Arbeitsplatz sowie das Wohlbefinden des Menschen auswirkt.
Durch die gleichmäßige Lichtverteilung werden die Raumoberflächen in der Mehrfachreflexion aufgehellt und die Leuchtdichteunterschiede (Hell-Dunkelkontraste) reduziert. Der gesamte Raum wird damit wahrnehmbar und vermittelt Orientierung und Sicherheit. Auch bei geringeren Intensitäten ist durch die ideale Lichtverteilung besonders in der Vertikalen, eine Reliefbildung durch leichte weiche Schattigkeit und damit eine gute Plastizität der Personen, Gegenstände und Objekte im Raum gegeben. Das brillante Licht der Sonne setzt Akzente und belebt das angenehme Raummilieu mit Sonnenreflexen.
Durch den erfindungsgemäß deutlich angehobenen Lichteintrag und der idealen Verteilung desselben im Innenraum, kann eine Kunstlichtergänzung im hinteren Raumbereich am Tage damit minimiert oder ganz auf diese verzichtet werden. Bei eingesetztem Sonnen- oder Blendschutz vor einem regulären Fenster kann, je nach Jahreszeit, Tageszeit und Witterung, zur Raumwahrnehmung und Leistungserhaltung eine Kunstlichtergänzung erheblich reduziert oder ganz eingespart werden. Im Bedarfsfall ist es aber auch möglich, die systemintergrierte Kunstlichtergänzung zuzuschalten und in den Intensitäten und Farbtemperaturen an die äußeren Bedingungen durch LED-Technologie und Steuerung anzugleichen. Das Lichtlenk- und Reflektorsystem für Tages-, Sonnen- und Kunstlicht ist ein einfach in die Architektur zu integrierendes ästhetisches funktionales Element. Alle erfindungsgemäßen Beleuchtungsmöglichkeiten setzen neben ihre Funktion außerdem wirkungsvolle ansprechende Licht-Akzente.
Lösung und Vorteile der Erfindung
Die vorstehende Aufgaben werden durch folgende Merkmale gelöst:
Das System, welches erfindungsgemäß aus mindestens zwei Modulen besteht, die parallel ausgerichtet, horizontal übereinander angeordnet sind, zeichnet sich durch die zielbringende asymmetrische Form der Module und ihrer systemischen Anordnung aus. Die convex gebogene hochreflektierende Oberseite des Moduls kragt zur Außenseite hin durch die tangentiale Fortsetzung der Krümmung aus und führt damit zu einer Verbreiterung der Gesamtform um 20%, was einen deutlichen Mehreintrag des zenitären Lichtes einbringt. Die beiden ebenfalls hochreflektierenden Unterseiten sind jeweils im 45 Grad-Winkel an den Außenseiten der Oberseite anliegend und nach unten zur Spitze ausgerichtet, wobei diese nicht direkt mittig unter dem Scheitel der Krümmung der Oberseite liegt, sondern zur Außenseite versetzt ausgebildet ist.
Durch Dimensionierung der asymmetrischen Form nach außen, sowie die nahtlose Übereinaneinanderreihung dieser Module im System, ist es möglich, den zenitären Lichtanteil, der im Verhältnis zum Seitenlicht etwa drei Mal so stark ist, lückenlos einbringen und umlenken zu können. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Module wird zudem eine deutliche Vergrößerung des Abstandes der Module untereinander zum System geschaffen, was zusätzlich einen nicht unerheblichen Mehreintrag des Zenitlichtes führt, dabei aber dennoch keine direkte Durchsicht gewährt. Neben dem deutlich erhöhten Lichteintrag können dadurch weniger Stück auf gleicher verfügbaren Höhe eingesetzt werden, was nicht nur eine Energieeinsparung, sondern auch zu einer Kosteneinsparung in der Produktion mit sich bringt.
Das Sonnenlicht kann dadurch ertragreich, himmelsrichtungsunabhängig, in jahres- und tageszeitlich unterschiedlichen Sonnenständen, voll genutzt werden, ohne dabei eine Blendung im Innenraum zu verursachen.
Systemgebunden sollte im vorderen Raumbereich über dem System eine reflektierende Decke angebracht sein, um das eingelenkte Licht der verschiedenen erfindungsgemäß vorgesehenen Lichtquellen in den Raum umzulenken. Empfehlenswerte Anwendungsmöglichkeiten hierfür bestehen vorzugsweise aus Materialien wie beispielsweise hochreflektierendem Metall, matt, (teilweise) gelocht, gezahnt oder anders strukturiert.
Das System, findet erfindungsgemäß in unterschiedlichen Maßstäben und Anwendungen seinen Einsatz. Es ist in der Länge und in der Höhe durch Aneinanderreihung mehrerer Module parallel horizontal übereinander, sowie in der Positionierung des Systems frei einsetzbar. Beispiele werden exemplarisch in den Patentansprüchen aufgezeigt.
Durch die Dimensionierung und Form der Module im System ist erfindungsgemäß eine erhebliche Vergrößerung des zenitären Lichtanteils gewährleistet, sowie gleichzeitig für eine große Reflektorfläche für Kunstlicht gesorgt. Zum Kunstlichteinsatz sind im Lichtlenk- und Refelektorsystem für Tages-, Sonnen- und Kunstlicht als Leuchtmittel LED vorgesehen, welche seitlich an beiden Außenseiten des Moduls an den Unterseiten oder in der Spitze der Unterseite angeordnet sind und flach über die gesamten Flächen strahlen. Durch die angedachte Wahl der vorgesehenen Leuchtmittel in LED-Technologie, kann das System gleichzeitig als Tageslichtumlenksystem, als Reflektor für Sonnenlicht, als Kunstlichtreflektor, sowie in der Kombination als Tageslichtumlenksystem mit Kunstlichtergänzung eingesetzt und durch eine entsprechende Steuerung an die jeweiligen circadianen Helligkeiten und Farbtemperaturen des Außenraumes angepasst werden.
Figuren – Beschreibung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 zeigt das Strahlungs- und Reflexionsprinzip für die Tageslicht- und Sonnenlichtumlenkung über die Module im System
2 zeigt die Schnittdarstellung der Module in systemischer Aneinanderreihung übereinander mit exemplarischen Maßangaben bei einer Systembreite von 240 mm
3 zeigt anhand eines Beispiels mit einer Raumhöhe von 3,00 m und einer Raumbreite von 5,00 m den Einsatz von neun Modulen im System in der Innen- und Außenansicht
4 zeigt die schematische Darstellung des Systems in der Anwendung mit Kunstlicht in den vorgesehenen Positionierungen der Leuchtmittel, sowie außerdem die schematische Darstellung des Systems in der Anwendung ohne Kunstlicht in der Doppelisolierverglasung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4211085 A1 [0005]
DE 10016587 A1 [0006]
DE 3916688 A1 [0006]
DE 3906229 A1 [0006]

Claims

Lichtlenk- und Reflektorsystem aus mindestens zwei horizontal ausgerichteten parallel übereinander in entsprechendem Abstand angeordneten feststehenden Modulen bestehend, welches zur Umlenkung von Tages- und Sonnenlicht in den Innenraum, sowie zur gleichzeitigen Nutzung als Sekundärreflektor für Kunstlicht, bevorzugt in LED-Technologie, zur Kunstlichtunterstützung am Tage, zur nächtlichen Grundbeleuchtung des Innenraums, des Außenraums, sowie der Illuminierung der Fassade angedacht ist.
Das System zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedlichen Nutzungsanwendungen unter dem Oberbegriff des Hauptanspruches bestehen. Dieses zeichnet sich beispielsweise in der Anwendung in unterschiedlichen Maßstäben und Positionierungen aus. So sind funktionale Verwendungen zum gleichen Oberbegriff des Hauptanspruches als Lichtlenk- und Reflektorsystem oder für Tages- Sonnen- und Kunstlicht in der Außenwand auch in der innenliegenden Zwischenwand (tragend und nicht-tragend), als flexibles Raumtrennsystem, als vorgesetzte Fassadenverkleidung, als Fensterladen und Schiebepaneel, als Brüstung oder auch als frei stehendes TagesLichtObjekt vorgesehen und Gegenstand des Patentschutzanspruches.
Je nach Anwendung sind dann weitere Komponenten wie Einsatz von Materialien, Verglasung, zur Ergänzung sinnvoll. So ist die Materialwahl zur Herstellung des Systems grundsätzlich aus hochreflektierenden Metallblechen gebogen und gekantet, oder in Kunststoff wie beispielsweise Acryl oder Plexiglas gegossen und mit einer hochreflektierenden metallischen oder weißen Schicht versehen vorgesehen, aber auch aus anderen Materialien und Oberflächen denkbar und Gegenstand des Schutzanspruches. Die einzelnen Flächen des dreiseitigen Moduls können auch in unterschiedlichen Materialien versehen sein. So können auch matte, glänzende, gelochte, gezahnte, oder anders strukturierte Oberflächen ihre Anwendung finden.
Unter dem Oberbegriff des Hauptanspruches der Positionierung in der Außenwand, ist die Einfassung des Systems zwischen zwei vertikal angeordneten Isoliergläsern vorgesehen, an der nach außen ausgerichteten Seite, mit einer low E-Beschichtung (low emission glass) Schicht zu versehen ist. Ein ausreichender Abstand zu den Gläsern von jeweils etwa 3 mm ist zu berücksichtigen, sowie eine Befüllung des durch den Rahmen abgeschlossenen Zwischenraumes mit Gas wie beispielsweise Krypton empfehlenswert und bei einer Isolierverglasung üblich, um den Wärmeeintrag gering zu halten und bei niedrigen Außentemperaturen für eine Wärmedämmung zu sorgen. In den unter 1. Der Schutzansprüchen genannten Anwendungsbeispielen, können andere Einfassungen ihre Anwendung finden und Gegenstand der Erfindung sein, wie beispielsweise unter 4. Schematisch dargestellt.
Unter dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist die Einlenkung von Tages- und Sonnenlicht im System mit dem möglichen gleichzeitigem Einsatz von Kunstlicht zur Tageslichtergänzung oder, wahlweise, zum alleinigen Einsatz aus dem selben Reflektor des Systems zur Beleuchtung des Innenraumes oder/und zur Fassadenilluminierung. In der Anwendung dieser erfindungsgemäßen Variante des Systems, ist die vertikale Einfassung mit einer Dreifach-Isolierverglasung vorgesehen. So ist der das System umgebende Rahmen zweigeteilt, indem der Systembeinhaltende Teil zur Außenseite hin wie unter 3. genannt ausgebildet, aber nur mit der Außenglasscheibe ausgestattet, seitlich zu öffnen und nicht mit Gas befüllt ist, um die Wartung der Elektrik und der Leuchtmittel zu ermöglichen. Der zweite Rahmen schließt sich an den äußeren als bekanntes Doppelisolierglasfenster an den Rahmen an. Die Positionierung der Leuchtmittel, die vorzugsweise in LED-Technologie vorgesehen ist, können aber auch durch andere Leuchtmittel in Ergänzung oder im Austausch mit diesen eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind die Leuchtmittel linear an den beiden geraden Unterseiten der einzelnen Module außen angeordnet und vorzugsweise unter dem Rahmen integriert und jeweils zur Mitte hin im flachen Winkel abstrahlend. Eine weitere erfindungsgemäße Positionierung der Leuchtmittel ist linear in der Spitze der Modulunterseite vorgesehen. Der Vorzug der LEDs Liegt in ihrer Größe, sowie der Möglichkeit der Steuerung, welche erfindungsgemäß im circadianen Rhythmus durch die tageszeitlichen Außenfarbemperaturen, Lichtfarben und Helligkeiten vorgesehen und Gegenstand der Erfindung ist. Die (Innen)Flächen der Module bieten sich als Kühlfläche geradezu an.