DE202017006809U1

DE202017006809U1 - Tageslichtelement

Info

Publication number: DE202017006809U1
Application number: DE202017006809.5U
Authority: DE
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2027-11-03
Also published as: ES1221619U; EP3535519A1; DE202017006810U1; ES1221605U; WO2018083613A1; EP3535519A4; EP3535611A1; US10794557B2; EP3535611A4; US20200378572A1; ES1221619Y; WO2018083617A1; US20190285237A1; US20190285238A1; US11209142B2; CN109891286A; CN109923345A; ES1221605Y; US10718479B2

Abstract

Tageslicht-Beleuchtungssystem, umfassend ein Lichttransportrohr (801) zur horizontalen Integration in ein Gebäude oder Fahrzeug, wobei das Lichttransportrohr ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das hintere Ende verschlossen ist, wobei die Innenwände einschliesslich die des hinteren Endes mit einer reflektierenden Schicht (808) versehen sind, und eine Seitenwand eine oder mehrere Öffnungen enthält, die jeweils mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (808) einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisierungen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich, von 96,5 % oder mehr bereitstellt, und das offene vordere Ende zum Befestigen an der Innenseite eines flachen, lichtdurchlässigen Fassadenelements (800) des Gebäudes oder Wandelements des Fahrzeugs geeignet ist, oder das vordere Ende an einer lichtdurchlässigen Frontplatte (800) angebracht ist, die zur Integration in die Fassade des Gebäudes oder die Fahrzeugwand geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Tageslichtbeleuchtung von Innenräumen mit unzureichendem Tageslicht, in der Regel in Gebäuden. Sie bezieht sich insbesondere auf einen mit Spiegeln versehenen Lichttransportkanal, der für die horizontale Anbringung unter der Decke geeignet ist, dessen vorderes Ende an der Innenseite der Gebäudefassade angebracht ist. Das andere Ende des Transportkanals erstreckt sich ins Gebäudeinnere; seine Seitenwand, insbesondere die Seitenwand, die dem Boden gegenüberliegt, umfasst eine oder mehrere Öffnungen, die mit Beleuchtungskörpern versehen sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Tageslicht-Beleuchtungssystem, das einen solchen Kanal umfasst, und auf ein Gebäude mit diesem Tageslicht-Beleuchtungssystem.
Allgemeiner Stand der Technik
Tageslichtsysteme, die auf spiegelausgekleideten Lichttransportleitungselementen basieren, sind in Form von vertikalen Lichtrohren zum Lichttransport vom Dach in die oberen Stockwerke eines Gebäudes wohlbekannt; diese Systeme sind z. B. in US 8955269 , WO 2011/022274 , US 2014/0160570 oder EP 1306606 beschrieben. Systeme dieser Klasse sind für mehrstöckige Bürogebäude, in denen die Entfernungen vom Dach zu den Büros überwiegend zu lang sind, um die erforderliche Lichtstärke von 500 Ix im zentralen Arbeitsbereich (DIN EN 12464-1, Bürobeleuchtung) bereitzustellen, nur von geringem Interesse.
Um Tageslicht von der sonnenexponierten Fassade in die Tiefe des Gebäude zu transportieren, wurden Vorrichtungen vorgeschlagen, die Elemente beinhalten, die von der Fassade zum Sammeln von Sonnenlicht vorstehen und es in horizontale Lichtrohre führen, wie in CN 102305380 , CN203162829U , JP 2014/209423 , JP 2014/209424 , JP 2016/048618 und WO 1998/028645 vorgeschlagen; ein Überblick wird von V. Garcia Hansen and I. Edmonds in ‘Natural illumination of deep-plan office buildings: light pipe strategies, ISES Solar World Congress 2003, 1-8; und von D. Vázquez-Moliní et al., Proc. of SPIE Vol. 7410, 74100H (2009)) gegeben. Diese Vorrichtungen führen nicht nur ästhetische Brüche in die Fassade ein, sondern unterbrechen auch die Gebäudehülle und deren thermische Abschirmung.
Es wurde nun herausgefunden, dass überraschenderweise eine hohe Lichtstärke in großen Entfernungen von der sonnenexponierten Fassade des Gebäudes, z. B. bis zu 12 m oder 15 m oder 18 m, abhängig von den Abmessungen und insbesondere der Höhe des Lichtrohrs, erhalten werden kann, indem eine mit Spiegeln versehene Leitung an einem transparenten Fassadenelement (wie beispielsweise einem Oberlicht) unter der Geschossdecke befestigt wird, wobei die Leitung mit Öffnungen und eingepassten Beleuchtungskörpern an ihrem Ende, das sich ins Gebäudeinnere erstreckt, versehen ist. Das auf diese Weise erhaltene Beleuchtungssystem unterbricht die Fassade nicht; die Gebäudehülle bleibt unbeeinträchtigt.
Die Erfindung betrifft daher primär ein Tageslicht-Beleuchtungssystem, umfassend ein Lichttransportrohr zur horizontalen Integration in ein Gebäude, wobei das Lichttransportrohr ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das hintere Ende verschlossen ist, wobei die Innenwände, die das hintere Ende enthalten, mit einer reflektierenden Schicht versehen sind, und eine Seitenwand eine oder mehrere Öffnungen enthält, die jeweils mit einem Beleuchtungskörper verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das offene vordere Ende zum Anbringen an der Innenseite eines flachen, transparenten Fassadenelements des Gebäudes geeignet ist, oder das vordere Ende an einer transparenten vorderen Platte angebracht ist, die zur Integration in die Fassade des Gebäudes geeignet ist.
Die Begriffe „etwa“ oder „ungefähr“ bezeichnen im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Genauigkeitsintervall, das den Fachmann in die Lage versetzen wird, die technische Wirkung des betreffenden Merkmals weiterhin sicherzustellen. Der Begriff gibt in der Regel eine Abweichung von dem angegebenen Zahlenwert von ±20 %, vorzugsweise ±15 %, bevorzugter ±10 % und noch bevorzugter ±5 % an. Der Begriff „etwa“ ist synonym zu „im Wesentlichen“ und bezeichnet eine oben beschriebene mögliche Abweichung vom Ausgangswert, außer bei Winkeln, bei denen der Begriff „etwa“ eine mögliche Abweichung um plus oder minus 10 Grad (vorzugsweise bis zu plus oder minus 5 Grad) bezeichnet. Daher bezeichnet der Begriff „etwa horizontal“ eine Anordnung (z. B. des Lichttransportkanals) mit einer maximalen Neigung von plus oder minus 10 Grad und vorzugsweise plus oder minus 5 Grad von der Horizontalen.
Technische Begriffe werden in ihrer üblichen Bedeutung verwendet. Wenn einem bestimmten Begriff eine besondere Bedeutung zugewiesen wird, werden im Folgenden in dem Kontext, in dem die Begriffe verwendet werden, Begriffsdefinitionen angegeben. Die Begriffe „spiegelausgekleidete Leitung“, „Lichtleitung“, „Lichttransportrohr“, „Lichttransportkanal“, „Lichtkanal“, „Lichtrohr“ werden synonym verwendet
Der Begriff „spekulare Reflexion“ bezieht sich auf Reflexion ohne Erzeugung von diffusem Licht.
Der Lichteinfallswinkel (oder Sonnenwinkel) ist der Winkel zwischen Licht, das durch eine klare transparente Frontplatte eintritt, und der Verlängerung (I) des Lichttransportkanals.
Wenn nicht anders angegeben, bezeichnet der Begriff „Reflexionsgrad“ den durchschnittlichen Reflexionsgrad von sichtbarem Licht (insbesondere Sonnenlicht, aus dem Spektralbereich 400 bis 700 nm) über alle Einfallswinkel, Polarisationen und Wellenlängen.
Der Begriff „Diffusion“ bezeichnet den Teil des Lichts, der nach 1 Reflexion in diffuses Licht umgewandelt ist. Der Diffusionswinkel bezeichnet die maximale Abweichung von der spekularen Reflexion eines solchen Streulichts. Auf einigen reflektierenden Schichten tritt diffuse Reflexion in alle Richtungen auf; auf anderen Schichten ist diffuse Reflexion auf einen kleineren Diffusionswinkel beschränkt, der isotrop sein kann, oder diffuse Reflexion kann eine bevorzugte Richtung zeigen, wobei ein größerer Diffusionswinkel als in anderen Richtungen auftritt. Die reflektierende Schicht in dem vorliegenden Lichttransportkanal zeigt vorzugsweise eine Diffusion im Bereich von 0,1 bis 10 %, zum Beispiel im Bereich von 1 bis 6 %; wobei am meisten bevorzugt mindestens 95 % gerichtete Reflexion und weniger als 5% diffuse Reflexion bereitgestellt werden. Der Diffusionswinkel beträgt vorzugsweise weniger als 15°, besonders bevorzugt ist eine Diffusion, die in bevorzugter Richtung in Verlängerung der Lichtkanallänge l auftritt, z. B. mit einem Diffusionswinkel im Bereich von 5° bis 15°, während der Diffusionswinkel für Licht, das in Richtung der Höhe h oder der Breite w des Lichtkanals einfällt, kleiner ist, z. B. 0 bis 5 Grad.
Vorteilhafterweise stellt die reflektierende Schicht, die in dem vorliegenden Lichttransportkanal verwendet wird, einen Reflexionsgrad mit geringer Farbverschiebung bereit. Bevorzugte Materialien für eine solche Schicht zeigen einen Fidelity-Index Rf von 90 oder mehr, einen Gamut-Index Rg im Bereich von 95 bis 105 (die Werte sind gemäß IES TM-30-15 [Ausgabe 2015] zu bestimmen; Rf charakterisiert die durchschnittliche Farbverschiebung der 99 CES, um den Gesamt-Ähnlichkeitsgrad zwischen der Testquelle und dem Referenzleuchtmittel mit Werten zu charakterisieren, die von 0 bis 100 reichen; ein neutraler Wert für Rg ist 100, wobei Werte größer 100 eine Erhöhung der Sättigung angeben und Werte kleiner 100 eine Verringerung der Sättigung angeben; vgl. U.S. Department of Energy, Evaluating Color Rendition Using IES TM-30-15, Dokument Nr. PNNL-SA-114005 vom Oktober 2015).
Die transparente Frontplatte des vorliegenden Systems kann ohne vorzustehen als Fassadenelement integriert werden, wodurch es sowohl funktional als auch ästhetisch Teil der Gebäudehülle wird, in der Regel als Teil einer Glasfassade oder eines Oberlichts oberhalb des Raumfensters. Daher kann das Fassadenelement (wobei seine Oberfläche in der Regel durch die Höhe h und die Breite w definiert ist, wie in 1a abgebildet) im Allgemeinen parallel zur Fassade angeordnet werden. Die transparente Frontplatte ist in der Regel ein transparentes Fassadenelement, das keinerlei zusätzliches Lichtumlenkelement enthält. Zum Beispiel kann die transparente Frontplatte ein Fenster mit Standard-Einfach-, -Doppel- oder - Dreifachverglasung sein.
Im Allgemeinen beinhaltet das vorliegende System, seine Frontplatte und das Fassadenelement, das am vorderen Ende des Kanals befestigt ist, kein Lichtsammel- oder Lichtumlenkelement, sowie keine Glasscheibe mit Folie oder Scheibe, welche ein daran befestigtes Lichtumlenkelement enthalten, als Teil der Frontplatte oder des Fassadenelements.
Der vorliegende Lichttransportkanal ist mit seiner vorderen Öffnung in das transparente oder lichtdurchlässige Fassadenelement von der Gebäudeinnenseite eingepasst, wodurch die Wärmemanagementeigenschaften der Gebäudehülle und das ästhetische Aussehen der Fassade beibehalten werden. Der vorliegende Lichttransportkanal kann derart in das Fassadenelement eingepasst werden, dass seine vordere Öffnung (Querschnitt) an dem Fassadenelement angebracht ist, oder der Lichttransportkanal wird einfach hinter dem Fassadenelement angeordnet, um Lichteinfall von dem Fassadenelement in seine vordere Öffnung, die durch eine separate transparente Scheibe, wie beispielsweise eine Polymerscheibe oder eine Glasscheibe, verschlossen sein kann, zu ermöglichen.
Der Lichttransportkanal (1a oder 1b, der sich mit seiner Länge I ins Gebäudeinnere verlängern soll) bildet im Allgemeinen einen Winkel von 45° oder mehr mit der Außenfläche des Fassadenelements (in 1a definiert durch seine Höhe h und Breite w); in der Regel beträgt der Winkel zwischen der Fläche h × w und einer langen Seite des Lichtkanals der Länge I etwa 90°, wodurch eine etwa horizontale Positionierung bereitgestellt wird. Die Höhe und Breite des Fassadenelements können etwa die gleiche Abmessung aufweisen wie die Höhe und Breite des Lichttransportkanals, wie in 1a und 1b abgebildet, oder sie können größer sein, wie in 2, 3 und 4 abgebildet.
Die Dicke des Fassadenelements (800) kann von 10 bis 1.000 mm, zum Beispiel von 15 bis 250 mm, vorzugsweise von 1 cm bis 20 cm, bevorzugter von 2 cm bis 15 cm variieren.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das vorliegenden Tageslicht-Beleuchtungssystem mindestens eine Polymerfolie, z. B. eine Beschichtung oder eine Folie, die auf mindestens eine Glasscheibe der transparenten Frontplatte oder des Fassadenelements laminiert ist (nachfolgend auch als transparente Platte bezeichnet), um ihre Reflexions- und Übertragungseigenschaften zu kontrollieren. Zum Beispiel kann eine der transparenten Platten mindestens eine Beschichtung oder eine auf diese laminierte Folie umfassen, um ihre Reflexions- und Übertragungseigenschaften zu kontrollieren. Sie kann z. B. eine Antireflexionsbeschichtung oder -folie und/oder eine IR-Reflexionsbeschichtung oder -folie und/oder eine Low-E-Beschichtung oder -folie und/oder eine UV-Reflexionsbeschichtung oder -folie und/oder eine IR-absorbierende Beschichtung oder Folie und/oder eine UV-absorbierende Beschichtung oder Folie umfassen. Sie kann auch eine Beschichtung oder Folie umfassen, die einen engen spezifischen Bereich des Lichtspektrums selektiv reflektiert oder absorbiert, d. h. eine mehrschichtige Folie oder Beschichtung (wie beispielsweise ein Bragg-Filter). Die Beschichtung oder die Folie können verwendet werden, um das Lichtspektrum zu kontrollieren, das in das Gebäude übertragen wird. Vorzugsweise wird das sichtbare Lichtspektrum von 400 - 700 nm durch die Beschichtung oder die Folie übertragen. Mindestens ein Teil der IR-Strahlung kann durch die Beschichtung oder Folie reflektiert oder absorbiert werden, um bei Hochtemperaturperioden die Wärme außerhalb des Gebäudes und bei Niedertemperaturperioden innerhalb des Gebäudes zu halten. Mindestens ein Teil der UV-Strahlung kann reflektiert oder absorbiert werden, um das Gebäudeinnere vor schädlicher UV-Strahlung zu schützen. Es kann jedoch bevorzugt sein, mindestens Teile der UV-A-Strahlung durch die Frontplatte ins Gebäudeinnere hindurchzulassen, wo sie Biosynthese von Vitamin A in der Haut von Menschen induzieren kann.
Das vorliegende System kann daher in ein Fassadenelement zur Verwendung in einem Gebäude integriert werden. Das System kann vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert werden, dass in die Fassade eines Gebäudes integriert werden kann.
Das System kann für die Beleuchtung aller Arten von Gebäuden verwendet werden. Vorzugsweise wird das System für die Beleuchtung großer Bürogebäude, Krankenhäuser, Schulen oder Pflegeheime verwendet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gebäude vorgestellt, das eine hierin offenbarte Tageslichtbeleuchtung und eine Hülle mit einer Fassade umfasst, in die die vorliegende Frontplatte des Lichtkanals als Fassadenelement integriert ist.
Das Tageslichtsystem umfasst mindestens eine spiegelausgekleidete Leitung, um das Tageslicht von der Frontplatte tief ins Gebäude zu transportieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann vorzugsweise ein Basismaterial, wie z. B. ein Metal (Aluminium, Stahl) oder einen Kunststoff als Träger umfassen. Die Innenseite der spiegelausgekleideten Leitung weist eine reflektierende Oberfläche auf. Jeder geeignete Reflektor kann in spiegelausgekleideten Lichtleitungen verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Metalle oder Metalllegierungen, mit Metall oder Metalllegierungen beschichtete Folien, organische oder anorganische dielektrische Folienstapel oder eine Kombination davon. In einigen Fällen können spiegelausgekleidete Lichtleitungen ausschließlich durch die Verwendung von polymeren mehrschichtigen Interferenzreflektoren aktiviert werden, wie beispielsweise optischen Folien von 3M, einschließlich Spiegelfolien, wie beispielsweise die Vikuiti™ ESR-Folie, die einen spekularen Reflexionsgrad größer 98 % über das sichtbare Lichtspektrum aufweisen.
Die reflektierende Schicht in dem vorliegenden Lichttransportkanal zeigt in der Regel einen durchschnittlichen Reflexionsgrad über das sichtbare Spektrum und alle Einfallswinkel (einschließlich eines diffusen Reflexionsgrads) von 96,5 % oder mehr, vorzugsweise von 97 % oder mehr, bevorzugt von 97,5 % oder mehr und insbesondere von 98 % oder mehr.
Vorteilhaft kann daher ferner die Verwendung einer reflektierenden Folie sein, die einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisationen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich von 96,5 % oder mehr, vorzugsweise 97 % oder mehr und insbesondere 97,5 % oder mehr, zum Auskleiden der Innenwände eines Lichttransportrohrs (801) mit einer Länge von 5 bis 20, insbesondere 6 bis 12 Metern bereitstellt, wodurch die spiegelausgekleidete Leitung erhalten wird, die unten ausführlicher beschrieben wird, und die für die horizontale Integration in ein Gebäude geeignet ist. Bevorzugt ist eine Verwendung, bei der die reflektierende Folie eine reflektierende Silberschicht oder eine Vielzahl von Polymerschichten umfasst und das Lichttransportrohr eine Breite im Bereich von 0,1 m bis 2 m, bevorzugter von 0,2 m bis 1 m und eine Höhe im Bereich von 0,05 m bis 1 m, vorzugsweise von 0,1 bis 0,75 m aufweist.
Wird eine mehrschichtige optische Folie in einer beliebigen optischen Vorrichtung verwendet, versteht es sich, dass sie auf einen Träger (der selbst transparent, opak, reflektierend oder jede Kombination davon sein kann) laminiert sein kann oder dass sie auf andere Weise unter Verwendung jedes geeigneten Rahmens oder einer anderen Trägerstruktur getragen werden kann, weil in einigen Fällen die mehrschichtige optische Folie selbst nicht starr genug sein kann, um sich in einer optischen Vorrichtung selbst tragen zu können.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann vorzugsweise eine rechteckige oder kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die spiegelausgekleidete Leitung kann auch eine dreieckige oder fünfeckige oder sechseckige Querschnittsfläche oder dergleichen aufweisen. Von besonderem technischem Interesse ist eine spiegelausgekleidete Leitung, deren hinteres Ende, z. B. um 45°, nach unten geneigt oder gerundet ist (z. B. in einer linearen Parabelform), wodurch ein Spiegel gebildet wird, der Licht in einen oder mehrere Beleuchtungskörper lenkt, wie weiter unten für Auskopplungselemente beschrieben wird.
Die spiegelausgekleidete Leitung wird verwendet, um das Tageslicht von der Gebäudehülle tief in das Gebäude zu transportieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann eine große Bandbreite an Längen aufweisen und umfasst vorzugsweise modulare Elemente, die zu jeder gewünschten Länge kombiniert werden können. Die spiegelausgekleidete Leitung kann daher eine Länge von 1 m bis 40 m, vorzugsweise von 2 m bis 20 m, bevorzugter von 4 m bis 16 m aufweisen. Von besonderem technischem Interesse ist eine spiegelausgekleidete Leitung (Lichttransportrohr 801), die eine Länge von 5 bis 20 Meter, insbesondere 6 bis 12 Meter, aufweist.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann horizontal an der Decke eines Raums befestigt sein. Sie kann vorzugsweise Teil einer abgehängten Decke sein. Alternativ kann die spiegelausgekleidete Leitung auch offen an der Decke befestigt werden. Die spiegelausgekleidete Leitung kann durch Öffnungen in Querwänden gehen und dadurch mehrere Räume auf dem gleichen Stockwert verbinden.
Wenn die spiegelausgekleidete Leitung zum Beispiel eine rechteckige Form aufweist, kann die Breite w vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 2 m, bevorzugt von 0,2 m bis 1 m, noch bevorzugter von etwa 0,3 m bis 0,9 m liegen. Die Höhe h der Leitung liegt in der Regel im Bereich von 0,05 m bis 1 m, bevorzugter von 0,1 bis 0,75 m. Die spiegelausgekleidete Leitung kann auch eine runde Form aufweisen. In diesem Fall kann der Durchmesser der Leitung im Bereich von 0,1 m bis 2 m, vorzugsweise von 0,2 m bis 1 m liegen. Von besonderem technischem Interesse ist ein System, dessen spiegelausgekleidete Leitung eine rechteckige Form ausweist, deren Breite w etwa 0,9 m und deren Höhe h etwa 0,3 m beträgt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die spiegelausgekleidete Leitung, die im Fall der bevorzugten rechteckigen Leitung z. B. linke und rechte Wand- und Boden- und Deckenseiten umfasst, eine nicht-konstante Querschnittsfläche in dem Teil aufweisen, der nahe an der Fassade liegt, d. h. die Querschnittsfläche kann über eine Entfernung von bis zu 2 m von der Fassade, vorzugsweise bis zu 1 m, eine Verengung aufweisen. Diese Verengung der Leitung führt zu einem sekundären Lichtkonzentrationseffekt. Die Leitungsstruktur kann sich linear verengen oder sie kann sich in einer CPC-Spiegel-artigen (CPC = Compound Parabolic Concentrator) Geometrie (kreisförmig oder rechteckig) oder dergleichen verengen. Innerhalb des sich verengenden Abschnitts einer rechteckigen Leitung können die unteren und/oder oberen Kanalwände bis zu 30° von der allgemeinen Länge des Kanals abweichen, d. h. ein sich verengender unterer Abschnitt kann um bis zu 30° von der Horizontalen abweichen. Die Verengung wird vorzugsweise in der vertikalen Abmessung (d. h. Reduktion der Höhe des Kanals) bewirkt, kann aber auch verwendet werden, um die Breite des Kanals zu verjüngen. Die Querschnittsfläche der spiegelausgekleideten Leitung kann daher um einen Faktor von 1,05 bis 10, vorzugsweise 1,2 bis 5, bevorzugter 1,4 bis 5 reduziert sein, wobei die Lichtverluste kleiner sind als die Erhöhung des Lichtstroms durch den reduzierten Querschnitt. Die Reduktion der Querschnittsfläche führt zu geringeren Materialkosten und geringeren Raumanforderungen für das Transportsystem.
Die spiegelausgekleidete Leitung transportiert das Licht vorzugsweise in einer linearen Richtung von der Fassade ins Gebäudeinnere. Die spiegelausgekleidete Leitung kann jedoch auch gebogene Elemente umfassen, die die Änderung der Richtung des Lichttransports ermöglichen. Vorzugsweise sind die gebogenen Elemente nur leicht gebogen, um die Lichtverluste zu minimieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann nach einer bestimmten Entfernung auch in zwei oder mehr spiegelausgekleidete Leitungen mit einer kleineren Querschnittsfläche aufgeteilt werden.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann ein transparentes Element umfassen, um die Brandabschnitte, typischerweise in einem Gebäude, zu trennen und die Sicherheitsvorschriften zu erfüllen. Das Trennelement kann zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, jede Art von antireflexbeschichteter Glastafel mit hoher Transmission sein. Vorzugsweise wird die Verwendung eines solchen Trennelements vermieden, indem nur eine einzige spiegelausgekleidete Leitung für einen Brandabschnitt angeordnet wird.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann ein Element umfassen, um die Stärke des transportierten Lichts zu regulieren. Das regulierende Element kann zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, jede Art von Blende oder ein elektrochromes transparentes Fenster sein, das die Regulierung der Stärke des Lichts ermöglicht, das von dem Tageslichtsystem transportiert wird.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann mindestens ein optisches Element umfassen, um das gerichtete Licht zu homogenisieren (mischen) und/oder teilweise zu diffundieren, das in die spiegelausgekleidete Leitung eintritt, bevor es zur Beleuchtung im Innern des Gebäudes aus der Leitung ausgekoppelt wird. Das optische Element zum Homogenisieren des Lichts kann an dem Element befestigt sein, das die Stärke des transportierten Lichts reguliert, oder es kann unabhängig von dem Element, das die Lichtstärke reguliert, befestigt sein.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann daran befestigt mindestens eine künstliche Lichtquelle umfassen, die vorzugsweise eine LED-Lichtquelle ist. Die künstliche Lichtquelle kann in Situationen eingeschaltet werden, in denen das Tageslichtsystem keine ausreichende Menge an Tageslicht für die Raumbeleuchtung liefert. Die künstliche Lichtquelle kann innerhalb oder außerhalb des Lichtrohrs befestigt werden. Wenn er auf der Innenseite befestigt wird, kann der Beleuchtungskörper, der die Lichtverteilung definiert, die spiegelausgekleidete Leitung selbst sein oder ein zusätzliches Element, das mit der spiegelausgekleideten Leitung gekoppelt ist.
Der Blendenmechanismus zum Regulieren der Stärke des transportierten Lichts und die künstliche Lichtquelle können einzeln mit einem Regulierungssystem verbunden werden oder können mit einem gemeinsamen Regulierungssystem verbunden werden. Das Regulierungssystem ist vorzugsweise ein automatisches System, das mit mindestens einem Sensorelement verbunden ist. Das mindestens eine Sensorelement kann z. B. einen Anwesenheitssensor, einen photometrischen Sensor, einen Beleuchtungsstärkesensor, einen Einstrahlungssensor und/oder einen Bildverarbeitungssensor umfassen sein. Das Sensorelement kann die spektrale Zusammensetzung des Lichts analysieren. Das mindestens eine Sensorelement kann drahtlos mit dem Regulierungssystem verbunden sein. Das mindestens eine Sensorelement kann auch die zusätzliche künstliche Lichtquelle kontrollieren.
Die Lichtleitungen können vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert sein, das am Fassadenelement beginnt und in die Decke oder die abgehängte Decke eines Stockwerks integriert werden kann, wodurch es sich in die Tiefe des Gebäudes erstreckt, wobei geeignete Modulen in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen jedes zu beleuchtenden Raums ausgewählt werden. Die Lichtleitung kann vorzugsweise aus einzelnen vorgefertigten modularen Lichtleitungselementen konstruiert werden.
Das Tageslichtsystem umfasst vorzugsweise mechanische Verbindungselemente an der Frontplatte oder dem Fassadenelement, das als Kanalbefestigungsabschnitt vorgesehen ist, und an den offenen Enden der Lichtleitungsmodule, die den leichten Zusammenbau des kompletten Systems aus einzelnen Modulen ermöglichen.
Im Folgenden werden Details und Ausführungsformen bereitgestellt, die sich auf das Lichtverteilelement beziehen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Lichtverteilelement austauschbar mit Beleuchtungskörper oder Beleuchtungskörperelement verwendet.
Im Innern des Gebäudes wird das Tageslicht aus der spiegelausgekleideten Leitung durch Beleuchtungskörperabschnitte ausgekoppelt und in den Räumen zur Raumbeleuchtung verteilt.
Beleuchtungskörperabschnitte können die spiegelausgekleidete Leitung an der (den) Seite(n) der Leitung unterbrechen, die ins Rauminnere gerichtet ist (sind). Wenn die spiegelausgekleideten Leitungen horizontal an der Decke eines Raums aufgehängt sind, liegt der Beleuchtungskörperabschnitt vorzugsweise in dem Teil der Leitung, der in Richtung des Bodens des Raums zeigt.
Die Beleuchtungskörperabschnitte umfassen im Allgemeinen einen Bereich der spiegelausgekleideten Leitung, der für Tageslicht mindestens teilweise transparent ist, d. h. der spekulare reflektierende Spiegel bedeckt die Innenseite der Leitung überhaupt nicht oder ist in dem Beleuchtungskörperabschnitt unterbrochen. Der Beleuchtungskörperabschnitt kann eine transparente Öffnung in der spiegelausgekleideten Leitung umfassen, durch die das Licht in den zu beleuchtenden Raum gelenkt wird. Die transparente Öffnung (Lichtausgabeoberfläche) kann vorzugsweise eine transparente Platte, z. B. eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte (PMMA, Polycarbonat oder Silizium) umfassen, durch die das Licht in den Raum umgelenkt wird. Die transparente Platte kann eine flache Platte sein oder kann eine 3D-Struktur sein, die sich aus der spiegelausgekleideten Leitung oder in die Spiegel-Lichtleitung erstreckt. Die 3D-Struktur kann jede geometrische Form, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) z. B eine kuppelartige Form, eine dreieckige dachartige Form oder eine gerundete gewölbeartige Form aufweisen.
An dem mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt kann ein Auskopplungselement befestigt sein, das das Licht in den zu beleuchtenden Raum umlenkt. Das Umlenkelement kann z. B. ein spiegelartiges Element sein, das in die spiegelausgekleidete Leitung vorsteht oder es kann ein transparentes optisches Element sein, wie z. B. ein Prisma, ein Kegel oder eine Pyramide, das in die spiegelausgekleidete Leitung vorsteht, und das Licht durch Totalreflexion (TIR) umlenkt. Das Umlenkelement kann auch eine mikrooptische Folie sein, die auf die transparente Platte in der Beleuchtungskörperöffnung laminiert ist. Das Umlenkelement kann auch eine lichthomogenisierende (oder mischende) Funktionalität enthalten.
Das mindestens eine Beleuchtungskörperelement kann angefügte optische Lichtkontroll- (oder Lichtsteuerungs)elemente umfassen, die das umgelenkte Licht verteilen, nachdem es aus der spiegelausgekleideten Leitung in den zu beleuchtenden Raum gemäß den spezifischen Anforderungen des Raums ausgekoppelt wurde. Die Steuerungselemente können alle optischen Elemente sein, die diese Aufgabe erfüllen, wie z. B. Linsen, reflektorartige Elemente, Elemente mit regelmäßig oder unregelmäßig strukturierter Oberfläche oder mikrooptische Folien.
Der mindestens eine Beleuchtungskörper kann eine Kombination aus einem Lichtumlenkelement und einem daran befestigten Lichtsteuerungselement umfassen. Vorzugsweise umfasst die Kombination aus einem Lichtumlenkelement und einem daran befestigten Lichtsteuerungselement zwei mikrooptische Folien, d. h. eine Umlenkfolie und eine Steuerungsfolie.
Der mindestens eine Beleuchtungskörper kann auch eine Kombination der obigen mit einem klaren, transparenten Teil umfassen, um die Ausrichtung des Sonnenlichts beizubehalten und Lichtflecken in dem beleuchteten Raum zu ermöglichen, die sich mit der sich ändernden Position der Sonne bewegen. Diese sich bewegenden Lichtflecken stellen für den Nutzer eine Verbindung mit der Außenwelt bereit und fügen ein ästhetisches Merkmal hinzu. Der klare Teil beeinflusst die Richtung oder die Diffusion des Lichts in dem Lichtrohr nicht. Diese Kombination kann durch die Gegenwart von quadratischen, runden oder anders geformten klaren Auflagen in dem Beleuchtungskörper realisiert werden. Der gesamte Oberflächeabschnitt der klaren Fläche des Beleuchtungskörpers kann etwa 1/50, bevorzugter etwa ein Zehntel betragen. Diese Kombination kann auch durch eine Kombination von Beleuchtungskörpern erreicht werden, von denen einige klar sind und andere nicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Beleuchtungskörperelement eine Steuerungsfolie beinhalten, die eine Vielzahl von Rippen benachbart zur Umlenkfolie und gegenüber der Lichtausgabeoberfläche aufweist, wobei jede Rippe parallel zur Längsachse ist und angeordnet ist, um einen von der Umlenkfolie einfallenden Lichtstrahl zu brechen, wobei ein Lichtstrahl, der aus der Leitung durch die Lichtausgabeoberfläche austritt, durch die Umlenkfolie innerhalb einer ersten Ebene umgelenkt wird, die senkrecht zum Lichtleitungsquerschnitt ist, und durch die Steuerungsfolie innerhalb einer zweiten Ebene, die parallel zum Lichtleitungsquerschnitt ist, weiter umgelenkt wird. Umlenkfolien, Steuerungsfolien und eine Vielzahl von Hohlraumkonfigurationen werden zum Beispiel in den PCT-Veröffentlichungen Nr. WO2014/070495 mit dem Titel CURVED LIGHT DUCT EXTRACTION und WO2014/070498 mit dem Titel RECTANGULAR LIGHT DUCT EXTRACTION weiter beschrieben, deren Offenbarungen beide hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die Abmessungen von Beleuchtungskörpern können in einer großen Bandbreite variieren und sind nur durch die Größe der spiegelausgekleideten Leitungen begrenzt. Die Abmessungen von Beleuchtungskörpern werden in Abhängigkeit vom verfügbaren Lichtstrom des Tageslichtsystems und den Beleuchtungsanforderungen im Gebäudeinnern ausgewählt.
Der Beleuchtungskörper kann sich als ein einzelner Abschnitt entlang der kompletten Länge der spiegelausgekleideten Leitung oder am Querschnittsende der spiegelausgekleideten Leitung erstrecken, oder zwei oder mehr Beleuchtungskörper können entlang der spiegelausgekleideten Leitung in getrennten Abschnitten angeordnet sein. Vorzugsweise können Beleuchtungskörperabschnitte, die nahe dem Ende der Leitung (d. h. in der Tiefe des Gebäudes) liegen, größer sein als jene, die nahe an der Gebäudehülle liegen.
Für Lichtleitungen mit rechteckiger Form kann sich der Beleuchtungskörperabschnitt vorzugsweise über die ganze Breite der Leitung erstrecken oder er kann nur einen Teil der Breite bedecken oder er kann die gesamte Breite einschließlich von Teilen der Seitenwände bedecken. Für Leitungen mit kreisförmiger Form kann der Beleuchtungskörperabschnitt weniger als die Hälfte des Umfangs der Leitung bedecken oder er kann sogar den gesamten Umfang der Leitung bedecken.
Die Lichtleitungen können vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert sein, das sich in die Tiefe des Gebäudes erstreckt, wobei geeignete Module Module beinhalten, die mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt umfassen, der in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen jedes zu beleuchtenden Raums ausgewählt wird. Die Lichtleitung kann vorzugsweise aus einzelnen vorgefertigten modularen Lichtleitungselementen konstruiert sein, einschließlich Lichtleitungselementen, die mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt umfassen.
Auf der Nordhalbkugel kann das Tageslichtsystem vorteilhafterweise an einer nach Süden ausgerichteten Fassade, einer nach Osten ausgerichteten Fassade oder einer nach Westen ausgerichteten Fassade angebracht werden. Allgemeiner ausgedrückt kann es an einer Fassade angebracht werden, die in jede Richtung von Osten bis Süden bis Westen zeigt, bevorzugter in eine Richtung, die größtenteils nach Süden zeigt. Auf der Südhalbkugel kann es an einer nach Norden ausgerichteten Fassade, einer nach Osten ausgerichteten Fassade oder einer nach Westen ausgerichteten Fassade angebracht werden. Allgemeiner ausgedrückt kann es an einer Fassade angebracht werden, die in jede Richtung von Osten bis Norden bis Westen zeigt, bevorzugter in eine Richtung, die größtenteils nach Norden zeigt.
Neben der Verwendung in Gebäuden kann die vorliegende Erfindung auf für die Beleuchtung des Innenraums von Fahrzeugen, in der Regel größeren Fahrzeugen, wie beispielsweise Schiffen oder Zügen, verwendet werden, insbesondere wenn solche Fahrzeuge Innenräume ohne Fenster oder mit Fenstern umfassen, die zu klein sind, um eine ausreichende Tageslichtbeleuchtung bereitzustellen. Im Fall von Schiffen müssen solche Räume über dem Meeresspiegel angeordnet sein, können aber von der äußeren Seitenwand des Fahrzeugs entfernt sein, wie oben für Gebäude beschrieben. Die Anbringung des Lichtkanals in dem Fahrzeug ist analog zur Anbringung in einem Gebäude, d. h. in der Regel unter der Raumdecke, wobei die vordere Öffnung des Kanals an einem Außenfenster des Fahrzeugs befestigt ist. Vorteilhafterweise können große Fahrzeuge zum Passagiertransport oder zur Erholung mit dem vorliegenden Tageslichtbeleuchtungssystem ausgestattet werden, zum Beispiel Kreuzfahrtschiffe. Die vorliegenden Erfindung betrifft daher ferner ein Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Fahrzeug, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem ein Lichttransportrohr (801) zur horizontalen Integration in das Fahrzeug umfasst, wobei das Lichttransportrohr ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das hintere Ende verschlossen ist, wobei die Innenwände, die das hintere Ende enthalten, mit einer reflektierenden Schicht (808) versehen sind, und eine Seitenwand eine oder mehrere Öffnungen enthält, die jeweils mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (808) einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisierungen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich, von 96,5 % oder mehr bereitstellt, und das offene vordere Ende zum Befestigen an der Innenseite eines flachen, lichtdurchlässigen Wandelements (800) des Fahrzeugs geeignet ist, oder das vordere Ende an einer lichtdurchlässigen Frontplatte (800) angebracht ist, die zur Integration in die Fahrzeugaußenwand geeignet ist. Das Wandelement ist in der Regel ein Fenster oder ein Teil eines Fensters des Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft daher ferner ein Fahrzeug, das ein Tageslicht-Beleuchtungssystem wie oben beschrieben umfasst, und eine Außenwand, die ein lichtdurchlässiges oder transparentes Wandelement umfasst, an dem der vorliegende Lichttransportkanal in etwa horizontaler Positionierung, vorzugsweise unter der Decke eines oder mehrerer Räume innerhalb des Fahrzeugs, befestigt ist.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich und unter Bezugnahme auf diese aufgeklärt werden.
Beschreibung von Ausführungsformen, die in den Figuren gezeigt werden:

1a zeigt schematisch das vorliegende Tageslichtbeleuchtungssystem zur Integration in das Gebäude mit einer transparenten Frontfläche (h × w) gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Lichttransportkanal (rechteckiges Lichtrohr) der Länge l, Breite w und Höhe h (in dem Beispiel: h = 0,3 m, w = 0,9 m, l = 11 m) ist von der Innenseite an dem Fassadenelement mit einer Breite von mindestens w und einer Höhe von mindestens h angebracht. Das Fassadenelement kann ein Fenster mit Standard-Doppel- oder -Dreifachverglasung sein.
1b zeigt eine schematische Seitenansicht eines mit Spiegeln versehenen Lichttransportkanals 801, 808 der Länge I und einem rechteckigen Querschnitt der Höhe h mit transparenter Frontplatte 800, deren rückwärtiges Ende einen Spiegel umfasst, der um 45° geneigt ist, wodurch er eintreffendes Licht in die Beleuchtungskörperöffnung 807 führt.
2 zeigt schematisch die Seitenansicht des vorliegenden Tageslicht-Beleuchtungssystems, umfassend ein rechteckiges Lichtrohr der Höhe h mit seiner Lichteintrittsseite 801 (linke Seite der Figur), befestigt an der transparenten Frontplatte 800, die hintere Seite 811 (rechte Seite der Figur), die einen Beleuchtungskörper 807 enthält, die reflektierende Schicht 808 (gestrichelte Linie), die die Innenwände des Lichtrohrs und das hintere Ende bedeckt; mögliche Lichtbahnen 812 sind durch die punktierten Linien (Reflexion am hinteren Ende 813 fehlt) angeben.
3 zeigt schematisch eine Vorderansicht des Fassadenelements 700, 705, umfassend zwei mindestens teilweise transparente Abschnitte mit 2 Lichtkanälen 701, 702, die dort an der Innenseite befestigt sind. In der Regel ist die Höhe (703, 704, A, B) des Fassadenelements größer als die Kanalhöhe, die in diesem Beispiel mit 0,3 m angeben ist. Weitere spezifische Abmessungen einer individuellen beispielhaften Ausführungsform der Anordnung werden in 3 gezeigt.
4 zeigt einen Abschnitt eines Gebäudes mit einem Tageslicht-Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst eine Frontplatte (als Fassadenelement) 800 und einen Lichttransportkanal (Lichtrohr) 801. Der Lichttransportkanal dient der Lichtführung von einer Außenseite des Gebäudes in ein Gebäudeinneres. Der Lichttransportkanal 801 umfasst Wände, die Innenreflexion bereitstellen, um das Licht von der Frontplatte 800 in den gewünschten Abschnitt 809 des Gebäudes (z. B. einen separaten Raum) zu führen. In 8 ist der Lichttransportkanal als ein mit Spiegeln versehenes horizontales Lichtrohr 805 ausgeführt. Es wird auch ein Lichtverteilelement 807 in Form des Tageslicht-Beleuchtungskörpers gezeigt. Das Gebäude aus 8 umfasst auch ein Fenster 802, mehrere Wände 806, Rahmen 803 und den Boden 804.
5 zeigt den Querschnitt (Seitenansicht) der Lichtkanal-Prototypen aus Beispiel 3, ausgekleidet mit der stark reflektierenden Folie (in der Figur nicht gezeigt); 800 bezeichnet die Isolierglaseinheit der Fassade (Frontseite; 4 mm Glasscheibe, 12 mm Luftspalt, 4 mm Glasscheibe); 801 bezeichnet das Volumen des Lichtkanals; 807 bezeichnet die 2 Öffnungen (Beleuchtungskörper, Seitenansicht, die deren kurze Seite zeigt), die eine an dem Kanalende mit der Größe 29 cm × 83 cm und die andere zur Mitte des Kanals hin mit der Größe 30 cm × 80 cm; 815 bezeichnet den gerundeten Reflektor am Ende des Rohrs (Radius 29 cm) und die reflektierende Scheibe über dem mittleren Beleuchtungskörper; 821 gibt die Länge des geraden Rohrabschnitts von 11,1 m an; 822 gibt die Entfernung zwischen den 2 Beleuchtungskörperöffnungen von 2,8 m an.

Abkürzungen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden:

PMMA: das Acrylpolymer Polymethylmethacrylat
PET: der Polyester Polyethylenterephthalat
PVB: das Polymer Polyvinylbutyral
LED: Leuchtdiode

Beispiel 1: Modellkanal
Ein rechteckiger Modell-Lichtkanal im Maßstab 1:10 mit Klarglas als Frontplatte und offenem hinterem Ende weist die Höhe 3 cm, Breite 9 cm und Länge 110 cm auf. Dieses Modellsystem weist die gleichen optischen Eigenschaften auf, einschließlich des Lichtstroms am hinteren Ende, wie das gleiche System in größerem Maßstab mit einer Höhe von 30 cm, einer Breite von 90 cm und einer Länge von 11 m, oder ein solches System (wie in 1b gezeigt), das mit einem 45° Spiegel im hinteren Ende versehen ist, der Licht zur Öffnung/zum Beleuchtungskörper lenkt, der rechtwinklig in die Frontplatte in den Boden des Lichtkanals eingefügt ist. Die folgenden Materialien werden als reflektierende Schicht 808 verwendet, die die Innenwände des Kanals, einschließlich (gegebenenfalls) des hinteren Endes, bedeckt:
MIRO-SILVER® 27 («M27»; hergestellt von Alanod, Ennepetal, Deutschland) umfasst eine Silberschicht, geklebt an ein Aluminiumbasismaterial und bedeckt mit Oxidschichten, die Reflexion verstärken (Daten des Herstellers: Diffusion < 6 %; Reflexionsgrad 98 % oder mehr).
Handelsübliche mehrschichtige reflektierende Folie („3M“; hergestellt von 3M).
3M Specular Film DF2000MA („DF2000MA“; hergestellt von 3M) umfasst eine metallfreie mehrschichtige Polymerfolie (Daten des Herstellers: Reflexionsgrad > 99 % und reflektierte Farbe/CIE-Verschiebung u, v kleiner oder gleich 0,002 [ASTM E1164/E108]).
Die Lichtquelle ist künstliches Sonnenlicht (LED-Beleuchtungssystem), wie von Darula Stanislav et al., Applied Mechanics und Materials 861, 469 (2017) beschrieben.
Für Vergleichszwecke wird der Lichtstrom unter Annahme einer spekularen Reflexion an den Innenwänden mit einem Reflexionsgrad von 97 % über alle Einfallswinkel in dem gleichen Lichtkanal gemessen.

Der Lichtstrom wird am hinteren Ende des Modellkanals bestimmt; die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Tab. 1: Lichtstrom (in % eintreffenden Lichts) am Kanalende, abhängig vom Einfallswinkel

Sonnenwinkel	Berechnet		M27		3M	DF2000MA
(Vergleich) %		%		%		%

70°	4,8	11		35		47
50°	26,3	32		53		68
35°	45,9	46		70		72
30°	52,8	54		68		79
20°	65,9	63		76		82

Der Lichttransport in dem Kanal ist sogar bei hohen Sonnenwinkeln überraschend effizient.
Beispiel 2: Durchschnittlicher Lichtstrom (Bürozeiten) in unterschiedlichen Breitengraden
Der durchschnittliche Lichtstrom am hinteren Ende (l = 11 m) eines nach Süden ausgerichteten horizontalen Lichtkanals mit h = 0,3 m und w = 0,9 m, wie in 1b gezeigt, während der Standard-Bürozeiten zwischen 8 Uhr morgens und 5 Uhr nachmittags, wird für Witterungsbedingungen in Frankfurt a. M. (35 % Sonnenstunden), Madrid und Abu Dhabi (auf der Basis veröffentlichter Klimadaten: https://energyplus.net/weather) berechnet.
Für die Simulation wird ein Raytracing-Werkzeug (LightTools 8.5, Synopsis' Optical Solutions Group, Pasadena, USA) verwendet, um das System zu charakterisieren, wobei ein Reflexionsgrad von 97 % über alle Einfallswinkel angenommen wird. Der Transmissionsgrad des Systems wird für jeden Einstrahlwinkel der Hemisphäre mit einer Auflösung von 1° in der Höhe und 2° im Azimuth charakterisiert. Der Transmissionsgrad wird zwischen dem vorderen Ende der Leitung und dem hinteren Ende der Leitung berechnet. Dieser Transmissionsvektor wird dann mit der verfügbaren Luminanz und dem Raunwinkel für jede Richtung bei jeder Zeitstufe multipliziert. Die Luminanz des Himmels für jede Richtung und über das gesamte Jahr wird auf der Basis des Perez-Modells unter Verwendung der Direkt- und Diffusstrahlung aus den stündlichen Klimadaten berechnet. Sowohl die Luminanz für den Himmel als auch für den Boden (Albedo von 30 %) werden berücksichtigt. Hierdurch wird der stündliche Lichtstrom am Ende des Systems berechnet.
In Tabelle 2 sind die Ergebnisse (in Lumen) für den durchschnittlichen Lichtstrom während der Bürozeiten (Durchschnitt) und für den minimalen Lichtstrom während 50 % der Bürozeiten (Minimum, d. h. während 50 % der Arbeitszeiten wird der Lichtstrom am Ende der Leitung gleich oder höher sein als der gegebene Wert) zusammengestellt. Tab. 2: Durchschnittlicher Lichtstrom (Im) und minimaler Lichtstrom (Im) nach 11 m Transportlänge

Frankfurt Madrid Abu Dhabi

Durchschnitt 4300 5900 6000

Minimum 3450 5050 4850
Beispiel 3: Prototyp in Originalgröße
Um die Simulationsergebnisse aus Beispiel 2 weiter zu validieren wird ein 1:1-Prototyp gebaut. Der Prototyp besteht aus zwei Büros und zwei Lichtrohren. Beide Büros sind fensterlos und werden durch eine Öffnung in jedem Rohr beleuchtet, sie sind 2,8 m breit und 3 m lang mit einer Decke in 2,6 m Höhe. Die Räume sind weiß gestrichen und mit einem Tisch und Stühlen möbliert. Die Rohre haben beide einen rechteckigen Querschnitt mit Innenabmessungen von 29 cm Höhe und 87 cm Breite. Die Rohre sind beide insgesamt 11,39 m lang und parallel mit etwas Abstand dazwischen angeordnet. Eines ist mit einer reflektierenden Folie 3M DF200MA und eines mit einer reflektierenden Metallfolie Alanod Miro Silver DL ausgestattet. Alle vier Öffnungen in der unteren Fläche der 2 Rohre, die den Räumen Licht bereitstellen, sind in Bezug auf die Decke um 14,5 cm versetzt. Der 14,5 cm große Abstand zwischen der Raumdecke und der Rohröffnung ist in jedem Fall mit einer reflektierenden Folie ausgestattet. Die Öffnungen jedes Rohrs in den ersten Raum (14b) haben die Größe 30 × 80 cm, wobei sie 8 m von der Fassade entfernt beginnen, und im zweiten Büro (14a) 29 × 83 cm, und sie liegen 11,1 m von der Fassade entfernt ganz am Ende des Rohrs (kurze Länge der Öffnung in Richtung der Rohrlänge). Das Rohr endet mit einem viertelkreisförmigen Reflektor oberhalb der Öffnung am Ende des Rohrs, mit einem Radius von 29 cm (vgl. 5). Oberhalb der ersten Öffnung ist eine reflektierende Scheibe mit einem Winkel von 29° von der Horizontalen und einer Länge von 27,8 cm angeordnet, um Licht aus dem Rohr einzufangen und es umzulenken. Die vertikalen Öffnungen auf der vorderen Fassadenseite sind mit einem einfachen Plexiglas und dann mit einer Doppelverglasung (4-12-4) ausgestattet. Vor-Ort-Messungen werden in Österreich mit nach Süden ausgerichteter Fassade durchgeführt. Fotos des 1. Raums, die zu festgelegten Zeiten am 21. Sept. 2017 aufgenommen wurden, werden evaluiert, um die Lichtstärke am Arbeitsplatz zu quantifizieren; die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3: Beleuchtungsstärke am Büroschreibtisch im vorderen Raum, abgeleitet von der Beleuchtungsstärke; Messung durchgeführt am 21.9.2017.

Tageszeit 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00

Beleuchtungsstärke (Lux) 313 766 1045 832 785
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

US 8955269 [0002]
WO 2011/022274 [0002]
US 2014/0160570 [0002]
EP 1306606 [0002]
CN 102305380 [0003]
CN 203162829 U [0003]
JP 2014209423 [0003]
JP 2014209424 [0003]
JP 2016048618 [0003]
WO 1998/028645 [0003]
WO 2014/070495 [0047]
WO 2014/070498 [0047]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 12464-1 [0002]
V. Garcia Hansen and I. Edmonds in ‘Natural illumination of deep-plan office buildings: light pipe strategies, ISES Solar World Congress 2003, 1-8 [0003]
D. Vázquez-Moliní et al., Proc. of SPIE Vol. 7410, 74100H (2009) [0003]
Darula Stanislav et al., Applied Mechanics und Materials 861, 469 (2017) [0062]

Claims

Tageslicht-Beleuchtungssystem, umfassend ein Lichttransportrohr (801) zur horizontalen Integration in ein Gebäude oder Fahrzeug, wobei das Lichttransportrohr ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das hintere Ende verschlossen ist, wobei die Innenwände einschliesslich die des hinteren Endes mit einer reflektierenden Schicht (808) versehen sind, und eine Seitenwand eine oder mehrere Öffnungen enthält, die jeweils mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (808) einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisierungen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich, von 96,5 % oder mehr bereitstellt, und das offene vordere Ende zum Befestigen an der Innenseite eines flachen, lichtdurchlässigen Fassadenelements (800) des Gebäudes oder Wandelements des Fahrzeugs geeignet ist, oder das vordere Ende an einer lichtdurchlässigen Frontplatte (800) angebracht ist, die zur Integration in die Fassade des Gebäudes oder die Fahrzeugwand geeignet ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, umfassend ein Lichttransportrohr (801) zur horizontalen Integration in ein Gebäude, wobei das Lichttransportrohr ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, wobei das hintere Ende verschlossen ist, wobei die Innenwände einschliesslich die des hinteren Endes mit einer reflektierenden Schicht (808) versehen sind, und eine Seitenwand eine oder mehrere Öffnungen enthält, die jeweils mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (808) einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisierungen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich, von 96,5 % oder mehr bereitstellt, und das offene vordere Ende zum Befestigen an der Innenseite eines flachen, lichtdurchlässigen Fassadenelements (800) des Gebäudes geeignet ist, oder das vordere Ende an einer lichtdurchlässigen Frontplatte (800) angebracht ist, die zur Integration in die Fassade des Gebäudes geeignet ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vordere Ende und die eine oder die mehreren Öffnungen, die mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, in dem Lichttransportrohr (801) auf eine Weise angeordnet sind, dass die Querschnittfläche des vorderen Endes, das mit der Frontplatte (800) verschlossen oder zum Verschließen damit geeignet ist, und die Querschnittfläche der einen oder der mehreren Öffnungen, die mit einem Beleuchtungskörper (807) verschlossen sind, etwa einen rechten Winkel bilden.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei die reflektierende Schicht (808) einen Reflexionsgrad, gemittelt über alle Einfallswinkel, Polarisationen und Wellenlängen im sichtbaren Bereich, von 97 % oder mehr, insbesondere 97,5 % oder mehr, am stärksten bevorzugt von 98 % oder mehr bereitstellt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die lichtführenden Innenwände des Lichttransportrohrs (801) mit einer reflektierenden Silber- oder Aluminiumschicht oder einer reflektierenden mehrschichtigen Polymerfolie überzogen sind, die am stärksten bevorzugt mindestens 95 % gerichtete Reflexion und weniger als 5 % diffuse Reflexion bereitstellt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die reflektierende Schicht, die in dem vorliegenden Lichttransportrohr verwendet wird, einen Reflexionsgrad mit geringer Farbverschiebung bereitstellt, die durch einen Fidelity-Index Rf von 90 oder mehr und einen Gamut-Index Rg im Bereich von 95 bis 105, gemäß IES TM-30-15, gekennzeichnet ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das transparente Fassadenelement (800) eine isolierende Verglasungseinheit umfasst, die mindestens 2 parallele Glasscheiben und mindestens eine Polymerfolie enthält, wobei die Gesamtdicke des Fassadenelements (800) vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1.000 mm, insbesondere 15 bis 250 mm liegt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Querschnitt des Lichttransportrohrs (801) eine Höhe im Bereich von 8 bis 50, insbesondere etwa 10 bis 35 cm aufweist; eine Breite im Bereich von 20 bis 300 cm, insbesondere etwa 30 bis 120 cm aufweist; und die Läge des Lichttransportkanals (801) im Bereich von 500 bis 2.000 cm, insbesondere etwa 600 bis 1.200 cm liegt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Querschnitt des Lichttransportrohrs (801) rechteckig oder kreisförmig oder dreieckig oder fünfeckig oder sechseckig ist, und wobei sein hinteres Ende vorzugsweise nach unten geneigt ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, wobei das Lichttransportrohr (801) einen rechteckigen Querschnitt und vorzugsweise eine Höhe von etwa 30 cm und eine Breite von etwa 90 cm aufweist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Lichttransportrohr, dessen Innenwände mit einer reflektierenden Schicht versehen sind, und eine untere Wand, die einen oder mehrere Leuchtkörper enthält, im Wesentlichen wie in 1a, 1b, 2 oder 4 dargestellt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine künstliche Lichtquelle, vorzugsweise eine LED-Lichtquelle.
Gebäude oder Fahrzeug, umfassend ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebäudehülle mit ihrer Fassade das befestigte Lichttransportrohr (801), integriert als ein Fassadenelement, umfasst, oder die Fahrzeugaußenwand ein lichtdurchlässiges oder transparentes Wandelement umfasst, an dem das vordere Ende des vorliegenden Lichttransportkanals in etwa horizontaler Positionierung befestigt ist und dessen hinteres Ende ins Fahrzeuginnere reicht.