DE19834050A1 - Lichtlenkende Isolierverglasung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine doppelscheibige Isolierver­ glasung mit einer integrierten Prismenstrüktur zur Lichtlen­ kung nach Patentanspruch 1. Die Innenseite der Außenscheibe der Isolierverglasung ist mit horizontalen, im Querschnitt dreieckigen Prismenstäben besetzt, wobei die nach oben weisenden Prismenflächen einen Winkel von 22° bis 26° mit der. Horizontalen einschließen und die nach unten weisenden Pris­ menflächen einen Winkel von 0° bis 10° mit der Horizontalen einschließen. Die Strukturierung der Prismen ist dabei so gewählt, daß das direkt einfallende Sonnenlicht im Raum hinter der Scheibe nahezu vollständig nach oben abgelenkt wird. Dazu weist das System einen hohen Transmissionsgrad auf, sowohl für direkt einfallendes Licht, als auch für diffus einfallendes Licht.

[Stand der Technik]

Aus DE 195 38 651 ist eine Sonnenschutzvorrichtung auf der Basis einer transparenten Platte mit prismenstabartigen Konturen bekannt. Die Prismen sind dabei so ausgerichtet, daß Sonnenlicht, das unter einem breiten Einfallswinkelbereich auf die Platte treffen kann, zum größten Teil totalreflek­ tiert wird. Das verbleibende transmittierte Licht fällt ohne eine maßgebliche Richtungsänderung in den Raum dahinter.

DE 14 97 348 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Beleuchtungsverhältnisse in Räumen, bei dem u. a. eine Anzahl reflektierender Lichtklebelemente zwischen den Scheiben eines Doppelverglasungsfensters angebracht sind.

Die Lichtlenkelemente aus verspiegelten Glasstreifen ermög­ lichen bei Sonneneinfall eine gezielte Beleuchtung des dahin­ terliegenden Raumes.

Der Einbau der einzelnen zum Teil auch beweglichen Glasstrei­ fen in die Doppelverglasung erfordert einen höheren konstruk­ tiven Aufwand. Die gesamte Konstruktion hätte zudem ein hohes Eigengewicht und eine größere Bautiefe.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine doppelscheibige Isolier­ verglasung mit einer Primenstruktur zu modifizieren, daß bei gezielter Lichtlenkung, eine blendfreie, effektive Beleuch­ tung von Räumen mit Sonnenlicht möglich wird.

Dabei ist es aus Kostengründen beabsichtigt, daß die Herstel­ lung dieser modifizierten lichtlenkenden Isolierverglasung die bisher industriell übliche Herstellung und Montage von normalen Doppelglasscheiben erlaubt.

Der für die Wärmeisolierung zweckmäßige Abstand der beiden Scheiben der Isolierverglasung (ca. 8 mm bis 12 mm) soll erhalten bleiben. Vorteil der Doppelverglasung für das Licht­ lenksystem ist auch, daß die relativ feinen, rillenartigen Prismenstrukturen im Inneren der Doppelverglasung vor Ver­ schmutzung geschützt sind.

Im Gegensatz zu oben genannten Sonnenschutzsystemen wird hier besonderen Wert auf hohe Transparenz des Systems für direkte und diffus auftreffende Strahlung gelegt.

Die lichtlenkende Isolierverglasung ist für den Einsatz an Südfassaden gedacht.

Sonnenlicht, das von außen auf die lichtlenkende Isolierver­ glasung fällt, wird beim Durchgang durch die Prismenstruktur nach oben abgelenkt. Im Innenraum fällt es auf die Decke, von wo es diffus gestreut den Raum optimal ausleuchtet (siehe Fig. 1).

Die Erfindung wird im folgenden anhand verschiedener Ausfüh­ rungsformen genauer beschrieben:
Die Prismenstruktur besteht aus einem lichtdurchlässigen Medium mit einer Brechzahl n von etwa 1,4 bis 1,6. Typische Materialien sind Glas oder Kunststoffe.

Zur Realisierung der lichtlenkenden Isolierverglasung kann entweder eine vorproduzierte Prismenplatte aus einem licht­ durchlässigen Medium an der Innenseite der Außenscheibe der Verglasung angebracht werden oder die Prismenstruktur direkt auf der Innenseite der Außenscheibe eingeprägt oder einge­ fräst werden. Dabei eingeschlossen ist auch die Möglichkeit, die Struktur per Gießverfahren oder mit einem Sol-Gel-Prozeß auf die Innenseite der Außenscheibe aufzubringen.

Ebenfalls eingeschlossen ist die Verwendung von Kunststoffen für die Außen- und Innenscheibe der Verglasung. Bei Verwendung einer vorproduzierten Prismenplatte ist diese vorzugsweise flächig und ohne Zwischenraum auf die Außenscheibe aufzule­ gen, bzw. mit einem geeigneten Klebstoff auf diese aufzukle­ ben.

Die Prismenstruktur besteht aus horizontalen, im Querschnitt dreieckigen Prismenstäben. Für die gewünschten lichtlenken­ den Eigenschaften muß die Geometrie der Struktur folgende Merkmale erfüllen (Fig. 1): Die nach oben zeigenden Prismen­ flächen müssen einen Winkel β von 22° bis 26° mit der hori­ zontalen Ebene einschließen. Der Winkel α der nach unten zeigenden Prismenfläche mit der Horizontalen muß 0° bis 10° betragen. Nur innerhalb dieser Bereiche erhält man die ge­ wünschte lichtlenkende Wirkung in Kombinaton mit einer hohen Transmission bei der Anwendung der lichtlenkenden Isolier­ verglasung in Südfassaden für die Sonnenstandsverhältnisse in Mitteleuropa. Die Anpassung der Isolierverglasung an den jeweiligen Aufstellort oder Verwendungszweck kann im Rahmen einer Variation der oben genannten Winkel oder Brechzahlen erfolgen.

Sonnenstrahlen dringen auf der ebenen Seite der Prismenstruk­ tur in diese ein (siehe Fig. 1) und werden an den Prismenflä­ chen, die nach unten zeigen total reflektiert. Danach verläßt das Licht die Prismenstruktur durch die nach oben weisenden Prismenflächen.

Fig. 2 zeigt den Transmissionsgrad einer mit der oben genann­ ten Prismenstruktur versehenen Außenscheibe des Systems. Der Transmissionsgrad (in %) ist in Abhängigkeit des Sonnenhöhen­ winkels (in Grad) aufgetragen und gilt für einen Einfallsazi­ mutwinkel der Sonne von 0° (in diesem Fall ist beispielsweise das Fenster nach Süden ausgerichtet und die Sonne steht auch exakt im Süden). Der Transmissionsgrad ist für dieses System jedoch in einem breiten Azimutbereich unveränderlich Bis zu einem Sonnenhöhenwinkel von ca. 50° erhält man eine Lichttransmission von mehr als 90%. Dies ist vergleichbar mit einer Einfachverglasung. Für die zweite Scheibe muß mit einem weiteren Verlust von etwa 8% gerechnet werden.

Oberhalb von 50° Sonnenhöhe sinkt der Transmissionsgrad. Die Rückreflexion von Sonnenstrahlung bei hohen Sonnenständen wirkt einer Überhitzung der Räume entgegen.

In Fig. 2 ist ebenfalls zu erkennen, daß über den gesamten Winkelbereich - wie beabsichtigt - ca. 90% des Lichtes nach öben abgelenkt werden. Diese blendfreie Lichtführung, bei­ spielsweise an die Raumdecke von Büros, verbessert die Aus­ leuchtung des Raumes mit Tageslicht, insbesondere in den hinteren, vom Fenster abgewandten Bereichen. Dadurch wird elektrische Energie für Beleuchtung eingespart, ein Ver­ brauchssektor, der in Bürogebäuden einen enormen Kostenfaktor darstellt.

Das Sonnenlicht sollte immer möglichst gleichmäßig an die Decke in der Raummitte einstrahlen, insbesondere bei Azimut­ winkeln ungleich 0°. Diese Umlenkung zur Raummitte ist mög­ lich, indem die nach oben zur Raumdecke weisenden Prismenflä­ chen eine sinusförmige Wellenstruktur ausbilden, wobei sich diese Wellenstruktur in Richtung der Längsachse der Prismen­ stäbe fortsetzt. Eine optimale Einkopplung der Strahlung erhält man bei einem Amplituden-Wellenlängen-Verhältnis der Sinuswellenstruktur von 1 : 4 bis 1 : 1.

Die Dicke der Prismenstruktur, d. h. der Abstand zwischen Prismenspitze und Prismental kann höchstens so groß sein wie der Abstand der beiden Scheiben der Doppelverglasung, also etwa 12 mm. Vorteilhaft sind Dicken zwischen 0,1 mm und 5 mm. Diese Verglasungen erzeugen einen optisch homogenen Eindruck auf den Betrachter. Die feinen Strukturen sind mit heutigen technischen Mitteln auch günstig zu realisieren, insbesondere auf der Basis von Kunststoffen, wie z. B. Polycarbonat oder PMMA. Mit Dicken von weniger als 1 mm hat die Prismenstruktur folienartigen Charakter; diese Folien können ohne größeren Aufwand auf die Scheiben aufgeklebt werden.

Um optische Randeffekte an den Prismenspitzen, bzw. -tälern zu vermindern, ist es von Vorteil, diese abzurunden. Dies kann während der Herstellung der Struktur geschehen oder in einem zusätzlichen Arbeitsschritt, z. B. durch Abfräsen.

Claims (5)

1. Lichtlenkende doppelscheibige Isolierverglasung mit integrierter Prismenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Außenscheibe der Isolierverglasung mit horizontalen, im Querschnitt dreieckigen Prismen­ stäben besetzt ist, wobei die nach oben weisenden Prismen­ flächen einen Winkel von 22° bis 26° mit der Horizontalen einschließen und die nach unten weisenden Prismenflächen einen Winkel von 0° bis 10° mit der Horizontalen ein­ schließen.

2. Lichtlenkende Isolierverglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenstrukturen auf der Innen­ seite der Außenscheibe direkt in das Material der Außen­ scheibe eingebracht sind.

3. Lichtlenkende Isolierverglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenstrukturen in Form einer Folie mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 5 mm auf der Innenseite der Außenscheibe aufgebracht sind.

4. Lichtlenkende Isolierverglasung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben weisenden Prismenflächen eine sinusförmige Wellenstruktur in Richtung der Längsachse der Prismenstäbe aufweisen.

5. Lichtlenkende Isolierverglasung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen­ spitzen, bzw. -täler abgerundet sind.