DE2823109B2

DE2823109B2 - Deckenbeleuchtungskörper für die Beleuchtung eines Raumes mit Tageslicht und künstlichem Licht

Info

Publication number: DE2823109B2
Application number: DE2823109A
Authority: DE
Inventors: Richard Lee Phoenix Ariz. Dominguez
Original assignee: Individual
Current assignee: Solar Lighting Research Inc Glendale Ariz Us
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1981-07-16
Also published as: JPS5717140B2; DE2823109C3; US4114186A; DE2823109A1; JPS53148113A

Description

Die Erfindung betrifft einen Deckenbeleuchtungskörper entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Beleuchtungskörper ist aus der US-PS 12 54 520 bekannt. Dieser Beleuchtungskörper hat den Nachteil, daß ein Teil des Lichtes der künstlichen Lichtquelle durch den offenen Lichtschacht nach draußen abstrahlt und daß aufgrund des ungehinderten Luftdurchtritts Wärmeverluste im Winter bzw. eine übermäßige Wärmezufuhr im Sommer in Kauf genommen werden müssen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beleuchtungskörper zur Beleuchtung des Inneren eines Gebäudes unter kombinierter Ausnutzung des Sonnenlichts und einer künstlichen Lichtquelle zu schaffen, wobei einerseits das Sonnenlicht als Lichtquelle ausgenutzt wird, aber dennoch eine wirksame Ausnutzung einer künstlichen Lichtquelle während der Perioden unzureichenden Tageslichts möglich ist und wobei der Beleuchtungskörper gleichzeitig wärmeisolierend wirkt und einen Wärmeübergang durch ihn hindurch unterbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die lichtundurchlässige Klappe kann jeweils auf den günstigsten Reflexionswinkel eingestellt werden und erlaubt außerdem einen guten Regenwasserablauf. Bei Betrieb der künstlichen Lichtquelle kann die Klappe geschlossen werden, so daß ein Lichtaustritt nach oben vollständig vermieden wird. Außerdem besteht eine hervorragende Wärmeisolierung aufgrund der lichtdurchlässigen, wärmeisolierenden Teile.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Beleuchtungskörpers und dessen Anordnung am Dach eines Gebäudes,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1,

Fig.3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung für den Beleuchtungskörper gemäß Fig. 1;

Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Beleuchtungskörpers.

Ein Beleuchtungskörper (Fig. 1 und 2) mit einem hohlen Lichtschacht 10 besteht aus zwei teleskopartig

ineinandergreifenden Lichtschachtabschnitten 11 und 12. Der obere Abschnitt 1 i hat einen Flansch 14. weicher an einem Dach 15 befestigt ist Das Dach 15 hat eine herkömmliche Dachfläche 18 über der Decke 20 des darunter liegenden Raumes. Der Zwischenraum 21 zwischen der Dachfläche 18 und der Decke 20 besteht herkömmlicherweise bei einstöckigen gewerblichen Gebäuden aus Stahlträgern oder HoLtträgem mit einer isolierenden Füllung. Gegebenenfalls ist über der Isolierung ein zusätzlicher Luftventilierraum vorgesehen. Der Beleuchtungskörper ist in erster Linie anwendbar bei einstöckigen Gebäuden mit einem Dach, welches einen Beleuchtungskörper gemäß F i g. 1 tragen kann und wobei der zu beleuchtende Raum direkt unter dem Dach liegt Jedoch kann der Beleuchtungskörper auch bei anderen Bauwerken angewendet werden. Die Wirksamkeit des Beleuchtungskörpers in jedoch drastisch herabgesetzt wenn der Abstand zwischen dem Dach des Gebäudes und der Decke des zu beleuchtenden Zimmers groß ist (z. B. größer als etwa 3,6 m). ,-,,

Der Lichtschacht 10 erstreckt sich durch das Dach aufwärts und ist mit dem Flansch 14 auf der oberen Dachfläche 18 befestigt. Mit herkömmlichen Dichtungsmaßnahmen kann der Flansch 14 wasserdicht am Dach befestigt sein. Das obere Ende des Schachtes 10 ist mit _>, einer durchsichtigen oder durchscheinenden Tafel 22 versehen, welche aus einem Kunststoffmaterial z. B. aus einem Acrylpolymer oder aus Polycarbonat bestehen kann. Derartige Materialien sind im allgemeinen weiß, und sie reflektieren Infrarotstrahlung. Sie sind in bezug ;u auf das Tageslicht transluzent, so daß das Tageslicht leicht hindurchtreten kann und dabei über die gesai.nte Fläche der Tafel diffus verteilt wird. Hierdurch wird eine grelle Lichtwirkung vermieden und darüber hinaus wird die Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) reflektiert. Eine ι. klare durchsichtige Tafel 22 könnte ebenfalls verwendet werden. Eine das licht diffus verteilende Tafel ist jedoch bevorzugt. Eine lichtundurchlässige Klappe 25 ist über ein Scharnier 26 an einer Seite 27 des oberen Abschnittes des Lichtschachts 10 angelenkt Die untere -in Fläche 28 der Klappe 25 ist mit einer reflektierenden Beschichtung versehen, so daß das Tageslicht durch die durchscheinende Tafel 22 abwärts in den Lichtschacht 10 hinein reflektiert wird. Die reflektierende Beschichtung kann eine aluminisierte Oberfläche mit einer r, schlagfesten und bruchfesten Kunststoffbeschichtung sein. Die obere Seite der Klappe 25 ist mit einer Gummibeschichtung 30 gegen Beschädigung durch Witterungseinflüsse, z. B. Hagelstürme geschützt. Ferner kommt es hierdurch zu einer Schallisolierung und ->(> die Geräuschbelästigung durch aufschlagende Hagelkörner oder Regentropfen ist herabgesetzt.

Die Klappe 25 ist am Scharnier 26 angelenkt und kann eine Öffnungsposition oder Schließposition einnehmen. Sie kann den Lichtschacht 10 vollständig is verschließen oder eine geöffnete Position einnehmen, in der sie nicht ganz vertikal angeordnet ist. Die angelenkte Klappe 25 mit der reflektierenden Fläche 28 bietet verschiedene Vorteile. Je nach dem Breitengrad, auf dem das Gebäude steht, kann die Klappe so ho angehoben werden, daß die maximale Lichtmenge von außen in das Innere des Gebäudes eintritt, in bestimmten Gebieten, insbesondere mit hoher Sonneneinstrahlung, z. B. im Südwesten der Vereinigten Staaten, kann jedoch andererseits die Klappe auch dazu μ verwendet werden, den Lichteintritt durch die durchscheinende Tafel 22 hindurch in das Gebäude etwas zu mildern. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß zu viel Licht in das Gebäude eintritt und diese¹., ungemütlich stark erhellt- Die angeienkt^ Klappe 25 kann auf verschiedene Weise angehoben und abgesenkt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Betätigungsgewindestange 35 vorgesehen. Diese wird durch einen Elektromotor 36 an der Seite des Lichtschachtes 10 gedreht. Die Betätigungsstange greift mit ihrem Gewinde in einen Vorsprung 37 an der Klappe 25 ein. Der Drehsinn des Elektromotors ist umkehrbar, so daß die Klappe 25 durch die Gewindestange geöffnet und geschlossen werden kann. Der Motor 36 kann entweder manuell oder automatisch betätigt werden F i g. 3 zeigt z. B. ein manuelles Betätigungssystem mit einem einfachen Schalter 40. welcher vom Inneren des Zimmers aus betätigt werden kann und den Motor im Sinne einer Abwärtsbewegung oder einer Aufwärtsbewegung der Klappe 25 betätigen kann. Die Klappe kann so in der gewünschten Position angehalten werden. Endschalter 41 und 42 sind ebenfalls vorgesehen. Diese begrenzen die Betätigung des Motors und verhindern, daß die Klappe beschädigt wird, indem der Motor über die maximale Öffnungsposition oder über die maximale Schließposition hinaus auf die Klappe einwirkt. Eine Zeitsteuereinrichtung 45 ist ebenfalls vorhanden. Diese kann aus einem einfachen elektrischen Uhrmechanismus bestehen, welcher die elektrische Schaltung öffnet und schließt. Die Zeitsteuereinrichtung kann derart eingestellt sein, daß die Klappe 25 während der Tageslichtstunden geöffnet wird und bei Dunkelheit geschlossen wird. Die Tageslichtstunden wechseln natürlich im Laufe des Jahres, so daß die Zeitsteuereinrichtung in Übereinstimmung mit den Jahreszeiten eingestellt sein kann. Alternativ kann es sich bei der Steuereinrichtung 45 um eine Photozelle handeln, welche die Schließung der Klappe 25 auslöst, sobald Tageslicht ungenügender Intensität zur Verfügungsteht.

Der untere Abschnitt 12 des Lichtschachtes 10 umfaßt einen Flansch 50, welcher bündig mit oder unterhalb oder unmittelbar oberhalb der Decke 20 angeordnet sein kann. Die untere Öffnung des Lichtschachtes 10 ist mit einem der Lichtdiffusion dienenden Wand 52 verschlossen. Wand-Panele dieser Art können aus Kunststoff oder Glas bestehen. Der untere Abschnitt 12 des Lichtschachtes 10 ist ferner mit einer künstlichen Lichtquelle 55 versehen. Sie besteht aus einer einzigen U-förmigen 40 Watt-Fluoreszenzlampe mit der entsprechenden Ballast- und Transformator-Schaltung 56. Man kann jedoch zwei oder mehrere derartiger Lampen oder Lampen höherer Leistung anordnen. Eine Öffnung 58 ist in dem Lichtschacht 10 angeordnet

Der obere und der untere Abschnitt des Lichtschachtes 10 sind teleskopartig ineinander gesetzt und zwar von entgegengesetzten Seiten des Daches und der Decke gemäß F i g. 1 her. Die Flansche i4 und 50 sind am Dach bzw. an der Decke befestigt. Hierdurch werden die beiden Abschnitte des Lichtschachtes zu einem einstückigen Lichtschacht von rechteckiger Querschnittsform zusammengesetzt. Die Innenflächen des Lichtschachtes haben eine weiße glänzende Kunststoffbeschichtung oder Email-Beschichtung, welche stark reflektiert. Somit ist der Schacht äußerst wirksam als Lichtübertragungsschacht. Alternativ können die Flächen mit einer spiegelartigen reflektierenden Fläche versehen sein, um die Effizienz der Lichtübertragung zu erhohen. Eine weiße Oberfläche ist jedoch ausreichend wirksam und bei den meisten Anwendungen aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt. Der

Lichtschacht 10 ist mit zwei doppelwandigen Wärmeisolierungen versehen. Hierdurch wird der beleuchtete Raum gegenüber der Außenseite des Gebäudes thermisch isoliert. Die erste doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 60 ist lichtdurchlässig aber wärmeisolierend. Sie weist parallele lichtdurchlässige Scheiben 61 und 62 mit einem geringen Luftzwischenraum 63 auf. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 60 mit einem evakuierten Luftzwischenraum 63 versehen, um die Wärmeleitung noch weiter herabzusetzen. Die doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 60 kann auch aus zwei getrennten Glasscheiben oder Kunststoffscheiben bestehen, welche durch ein Abstandselement entlang den Kanten derselben voneinander getrennt sind und innerhalb des Lichtschachtes zusammengesetzt sind, ohne daß der Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben evakuiert ist. Die doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 60 ist geringfügig unterhalb des Flansches 14 angeordnet. Hierdurch erreicht man eine Wärmeisolierung des Innenraums 65 im Lichtschacht 10 über dem Dach 15 von dem übrigen Innenraum des Lichtschachtes unterhalb des Daches. Die zweite doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 68 ist am entgegengesetzten Ende des Lichtschachtes 10 angeordnet, und zwar geringfügig oberhalb der Decke 20 und unterhalb der künstlichen Lichtquelle 55. Die zweite doppelwandige wärmeisolierende Scheibe 68 kann in gleicher Weise aufgebaut sein, wie die erste. Die Wärmeisolierungsscheiben 60 und 68 dienen der wirksamen Isolierung (Wärmeisolierung und elektrische Isolierung) des Innenraums 65 des Lichtschachtes über dem Dach vom Innenraum 69 des Lichtschachtes zwischen dem Dach und der Decke und dem Raum unterhalb der Decke (zu beleuchtender Raum). An Tagen, an denen das Innere des Gebäudes gekühlt wird, besteht somit eine wirksame thermische Isolierung zwischen dem Innenraum 69 unterhalb des Daches und dem mit heißer Luft gefüllten Innenraum 65 oberhalb des Daches. Wenn die Klappe 25 geschlossen wird und die künstliche Lichtquelle 55 betrieben wird, wird auch die durch die Hilfslichtquelle 55 erzeugte Wärme von dem zu beleuchtenden Raum ferngehalten.

Die öffnung 58 im unteren Abschnitt 12 des Lichtschachtes 10 dient dazu. Kühlluft in den Beleuchtungskörper hineinströmen zu lassen, daß der Innenraum 69 bei übermäßig langem Betrieb der künstlichen Lichtquelle 55 und bei übermäßiger Wärmeerzeugung durch dieselbe nicht zu heiß wird. Die doppelwandige Wärme-Isolierungsscheibe 68 kann nahe bei der das Licht diffus verteilenden Wand 52 angeordnet sein, so daß ein zusätzlicher toter Zwischenraum 71 für eine zusätzliche Isolierung entsteht. Alternativ kann die doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 68 mit einer der diffusion Lichtverteilung dienenden unteren Scheibe versehen sein und somit zwei Funktionen erfüllen, nämlich einmal die Funktion der Wärmeisolation und zum anderen die Funktion der diffusen Verteilung des Lichtes. In diesem Falle kann eine gesonderte Wand 52 vermieden werden. Die künstliche Lichtquelle 55 kann eine Kugelgestalt oder eine Pfannkuchengestalt haben und sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Lichtschachtes 10 erstrecken. Auf diese Weise kann die künstliche Lichtquelle 55 auch als Wärmeübertragungsbarriere dienen. Die untere Fläche einer solchen Lichtquelle kann als das Licht diffus verteilende Tafel wirken, so daß sowohl die Wand 52 als

auch die doppelwandige Wärmeisolierungsscheibe 68 weggelassen werden können.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungskörpers. Der Lichtschacht 80 der Ausführungsform gemäß Fig.4 hat einen kreisförmigen Querschnitt mit zwei teleskopartig ineinander greifenden zylindrischen Abschnitten mit Flanschen 81 und 82. Letztere dienen der Befestigung am Dach in gleicher Weise wie bei Fig. 1. Ein Drehlager 83 erlaubt die Drehung des oberen Abschnitts 84 des Lichtschachts. Auf diese Weise kann der Abschnitt 84 um seine Längsachse 85 gedreht werden, und zwar mit Hilfe eines Elektomotors 87, welcher ein kleines Antriebsrad 88 dreht. Letzteres greift reibungsschlüssig am Flansch 81 an, so daß der obere Abschnitt 84 relativ zum Flansch 81 und zum Rest des Lichtschachts gedreht wird. Eine Klappe 90 ist am oberen Abschnitt 84 angelenkt und durch einen Elektromotor 92 und eine Betätigungsstange 93 antreibbar, die in einen Vorsprung 97 der Klappe 90 eingreift. Die Klappe 90 hat eine reflektierende Fläche 96 zur Umlenkung des Sonnenlichtes auf die durchscheinende Tafel 98. Das Innere des Lichtschachtes 80 umfaßt die gleichen Bauteile, wie die Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 2. Die doppelwandigen Wärmeisolierscheiben und die der diffusen Lichtverteilung dienende Tafel sind lediglich kreisförmig und nicht rechteckig. Darüber hinaus kann die künstliche Lichtquelle bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 eine handelsübliche toroid-förmige Flueszenzlampe sein, welche sich entlang des Innenumfangs des Lichtschachtes 10 mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt.

Die Einstellung der Klappe 90 kann in gleicher Weise erfolgen, wie gemäß den F i g. 1 und 2. Der Motor 87 dreht den oberen Abschnitt 84 und somit auch die reflektierende Fläche 96 derart, daß die reflektierende Fläche 96 der Sonne nachgeführt wird, und zwar wie bei Sonnenkollektoren oder Solartesteinrichtungen üblich. Somit kann es sich bei dem Elektromotor einfach um einen Uhrmotor handeln, welcher den oberen Abschnitt 84 gemäß F i g. 4 derart dreht, daß die reflektierende Fläche 96 während der Tageslichtstunden in Richtung zur Sonne hin weist. Hierdurch wird die Zeitdauer während der die Beleuchtungseinrichtung das Tageslicht ausnutzt, erheblich verlängert. Somit kann ausreichendes Tageslicht von den frühen Morgenstunden bis zu den Abendstunden ausgenutzt werden. Der Reflektor kann morgens durch Verwendung eines Endschalters in die Anfangsposition oder Morgenposition zurückgeführt werden. Der Endschalter sorgt lediglich dafür, daß der obere Abschnitt 84 in die Anfangsstellung zurückgeführt und hier angehalten wird, bis die Zeitsteuerung 45, gemäß F i g. 3, die Klappe 90 wiederum öffnet. Nun wird der Motor 87 wiederum betätigt und die reflektierende Fläche % wird im Verlauf des Tages kontinuierlich der Sonne nachgeführt.

Die Abmessungen des verwendeten Deckenbeleuchtungskörpers hängen in hohem Maße ab von dem Abstand zwischen dem Dach und der Decke des zu beleuchtenden Zimmers sowie von der gewünschten Lichtmenge. In ähnlicher Weise hängen auch die Typen der künstlichen Lichtquellen ab von der erwünschten Beleuchtung und von der Größe des Beleuchtungskörpers sowie vom Abstand zwischen der Lichtquelle und der reflektierenden Fläche der geschlossenen Klappe und der der diffusen Lichtverteilung dienenden Wand, durch welche das Licht in den zu beleuchtenden Raum eintritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Deckenbeleuchtungskörper für die Beleuchtung eines Raumes mit Tageslicht und künstlichem Licht, mit einem hohlen Lichtschacht, welcher sich von der Dachfläche des Gebäudes zur Decke des zu beleuchtenden Raumes erstreckt, sowie mit einem lichtdurchlässigen, dachseitigen Ende des Lichtschachts, wobei die künstliche Lichtquelle innerhalb des Lichtschachtes angeordnet ist und wobei eine der diffusen Lichtverteilung sowohl des künstlichen als auch des Tageslichts dienende Wand den Lichtschacht an der Decke des Raumes verschließt, dadurch gekennzeichnet, dali das lichtdurchlässige dachseitige Ende des Lichtschachtes (10, 80) als Tafel (22, 98) ausgebildet ist, der benachbart angelenkt ist eine lichtundurchlässige Klappe (25, 90) mit einer das Lieh; nach unten reflektierenden Fläche zur Reflexion des Tageslichtes durch die lichtdurchlässige Tafel (22,98) hindurch in das Innere des Lichtschachts (10, 80), daß die reflektierende Fläche (28, 96) der Klappe (25, 90) zwischen einer nahezu vertikalen offenen Stellung und einer die lichtdurchlässige Tafel (22, 98) bei Betrieb der künstlichen Lichtquelle (55) abdeckenden geschlossenen Stellung einstellbar ist, daß lichtdurchlässige, wärmeisolierende Teile (doppelwandige, wärmeisolierende Scheiben (60, 68) innerhalb des Lichtschachtes (10, 80) unterhalb der Dachfläche (18) angeordnet sind und daß das Licht der künstlichen Lichtquelle (55) bei geschlossener Stellung der Klappe (25) von deren reflektierender Fläche (28,96) reflektiert wird.

2. Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschacht (10; 80) sich aufwärts durch das Dach (18) erstreckt, oberhalb des Daches (18) endet und einen Flansch (14; 81) zur Befestigung am Dach (18) aufweist.

3. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschacht (10; 80) zwei teleskopartig ineinander greifende Abschnitte (11 und 12) aufweist, welche je nach dem Abstand zwischen Dach (18) und Decke (20) verschieden weit ineinander reichen.

4. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite lichtdurchlässige Wärmeisolierungsscheibe (68) innerhalb des Lichtschachtes (10; 80) oberhalb der Decke (20) aber unterhalb der künstlichen Lichtquelle (55).

5. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (36; 92) mit Zeitsteuereinrichtung (45) zur automatischen Einstellung der Klappe (25; 90) zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position je nach der Tageszeit.

6. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der obere Abschnitt (84) des Lichtschachtes (80) um seine vertikale Achse (85) durch einen Elektromotor (87) drehbar ist, so daß die reflektierende Fläche (96) der Sonne im Lauf des Tages nachführbar ist.

7. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen wärmeisolierenden Teile zwei transparente Scheiben (61,62) umfaßen.

8. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

lichtdurchlässige wärmeisolierenden Teile zwei Glasscheiben mit evakuiertem Zwischenraum sind.

9. Beleuchtungskörper nach einem der Anspuche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschacht (10; 80) eine in bezug auf die Ebene des Daches (i8) geneigte obere Fläche hat, welche den Regenwasserablauf und den Lichtzutritt erleichtert.

10. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Lichtquelle (55) zusätzlich als lichtdurchlässige aber wärmeisolierende Einrichtung dient.

11. Beleuchtungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Öffnung (58) in der Seitenwand des Lichtschachtes (10; 80) für die Luftkommunizierung zwischen dem Lichtschacht (10; 80) und dem Raum zwischen Dach (18) und Decke (20).