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Sonnenschutzeinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Sonnenschutzeinrichtung in Form von Lamellen
aus lichtdurchlässigem Material, die auf der einen Seite eine ebene Basisfläche
und auf der anderen Seite eine prismatische Struktur haben und die in einer Fensteröffnung
nebeneinander um parallele Längsachsen drehbar angeordnet sind.
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Eine wirksame Sonnenschutzeinrichtung muß berücksichtigen, daß sich
der Einfallswinkel des Sonnenlichtes abhängig von Tages-und Jahreszeit in einem
sehr großen Bereich ändert. Dieser läßt sich mit bekannten, fest installierten Sonnenschutzeinrichtungen
nur bei gleichzeitiger Abschirmung des erwünschten Tageslichtes überstreichen. Im
Interesse einer besseren Nutzung des Tageslichtes ist daher bei einer aus der DE-OS
16 83 284 bek#annten Sonnenschutzeinrichtung eine Änderung der Neigung der Lamellen,
abhängig von der Sonnenhöhe, während eines Tages vorgesehen. Die Lamellen weisen
dabei auf der Innenseite eine Vielzahl von Einzelprismen auf (Tripel-Spiegel), woraus
ein im wesentlichen kreisförmiger Ausblendbereich mit einem Grenzwinkel von etwa
450 resultiert: Damit läßt sich aber die Sonnenstrahlung vor- und nachmittags nicht
vollständig ausblenden.
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Bei einer Sonnenschutzeinrichtung nach der DE-OS 19 06 990 sind dagegen
die Lamellen um vertikale Achsen drehbar angeordnet und werden dem jeweiligen Sonnenstand
während eines Tages durch einen motorischen Antrieb nachgeführt.
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Die einzelnen Lamellen haben dabei eine feste Neigung gegen die Horizontale,
die etwa dem jeweiligen Breitengrad
entspricht, womit sich zumindest
in der Mittagszeit eine vollständige Ausblendung der Sonne unabhängig von der Jahreszeit
erreichen läßt Dagegen muß eine Sonneneinstrahlung in den Morgenw und Abendstunden
in der Umgebung der Sommer und Wintersonnenwende in Kauf genommen werden. Schwerwiegender
ist jedoch die aufwendige Mechanik und Steuerung, die für die Nachführung der einzelnen
Lamellen während des Tages sorgt. Schließlich hat der etwa kreisförmige Ausblendbereich
zur Folge, daß auch ein großer Anteil des Zenitlichtes von den Lamellen nach außen
reflektiert wird und nicht in den Raum eintreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lichtdurchlässigkeit
einer Sonnenschutzeinrichtung der eingangs genannten Art bei effektiverer Ausblendung
der Sonne und einfacherem Aufbau zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß die prismatische Struktur jeder Lamelle aus mindestens einem unverspiegeltem,
gleichschenkligem Prismenstab besteht, dessen Achse parallel zur Längsachse der
Lamelle verläuft und dessen Kathetenfläche mit der Basisfläche der Lamelle einen
Bäsiswinkel von 450 einschließen. Vorzugsweise besteht jede Lamelle aus einer größeren
Anzahl von mit den Kathetenflächen lückenlos aneinanderstoßenden Prismenstäben.
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Die Erfindung ist unabhängig von der Neigung und Ausrichtung einer
Fensterfläche wirksam, also insbesondere auch im Rahmen von Dachfenstern mit Erfolg
anwendbar. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, die Achsed1senkrecht zur Nord-Süd-Richtung
zu orientieren
Doe Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert;
es zeigen FIG 1 das Besonnungsdiagramm einer Horizontalfläche, FIG 2 schematisch
die erfindungsgemäße Sonnenschutzeinrichtung, FIG 3 einen Querschnitt entlang Linie
III-III durch eine Lamelle der FIG 2, FIG 4 die Zuordnung eines Koordinatensystems
zu einem Prismenstab einer Lamelle und FIG 5 das Ausblenddiagramm einer Lamelle.
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Das Besonnungsdiagramm in FIG 1 zeigt die Abhängigkeit des Höhenwinkels
t - also des auf einer Horizontalebenen bezogenen Einfallswinkels der Sonnenstrahlen
-von Tages- und Jahreszeit. Die Höhenwinkel ? sind dabei als konzentrische Kreise
und die Azimutwinkel als sie senkrecht schneidende Radien - ausgehend von einer
nach Süden orientierten Bezugsachse B - dargestellt: Am 1. April (ausgezogene Bahnkurve)
haben beispielsweise die Sonnenstrahlen bei einer Azimutalebene senkrecht zu der
Zeichenebene mit einem Azimutwinkel von 2900 einen Höhenwinkel H von etwa 200.
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Für jede Sonnenschutzeinrichtung läßt sich nun mit den selben Koordinaten
ein Ausblenddiagramm - vergleiche FIG 5 für die Erfindung - zeichnen, das den Ausblendbereich
darstellt; dieser ist in FIG 5 schraffiert dargestellt. Der Ausblendbereich zeigt
an, bei welchem Azimut- und Höhenwinkel einfallende Lichtstrahlen von der Sonnenschutzeinrichtung
wieder nach außen reflektiert
und in welchem Bereich sie in den
zu schützenden -aber möglichst gut mit Tageslicht auszuleuchtenden Raum hindurchgelassen
werden.
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Die Erfindung basiert nun auf der Einsicht, daß die Durchlässigkeit
einer Sonnenschutzeinrichtung für Tageslicht um so besser ist 9 je kleiner die Fläche
des Ausblendbereiches ist. Im Idealfall brauchte der Ausblendbereich nur ein ganz
schmaler Korridor K sein, in dessen Mitte die Bahukurve eines Tages liegt (vergl.
die Bahnkurve des 1.April in FIG 1): Hierbei wäre dann eine vollständige Sonnenausblendung
während des ganzen Tages bei weitgehend ungehindertem Tageslichtdurchgang gewährleistet
Zum Vergleich hierzu ist in den Figuren 1 und 5 der Ausblendbereich der bekannten
Lamellen mit pyramidenförmigen Einzelprismen dargestellt: Er ist kreisförmig und
liegt innerhalb der gestrichelten Grenzkurve G3.
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Die Mitte dieses Ausblendbereiches läßt sich bei der Darstellung nach
FIG 1 durch ein Schrägstellen der Lamelle auf der Nord-Süd-Achse nach rechts verschieben
(Grenzkurve G3' strichpunktiert angedeutet), so daß die Sonnenschutzbedingung während
des ganzen Jahres - und bei entsprechender Nachführung auch während des Tages -
erfüllt ist. Zugleich ist jedoch erkennbar, daß die große Fläche des Ausblendbereiches
auf Kosten der Tageslichtdurchlässigkeit geht. Auffällig ist dabei, daß die Kreisform
des Ausblendbereiches nicht die entfernteste Ahnlichkeit mit der idealen"Kreisringform"
des Ausblendkorridors K hat.
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Die Erfindung beruht nun auf der weiteren Erkenntnis, daß die Form
des Ausblendbereiches der in den FIG 2 bis 4 dargestellten Lamellen eine
praktisch
brauchbare Annäherung an jenen Ausblendkorridor darstellt, wie ein Vergleich der
FIG 1 und 5 ohne weiteres erkennen läßt: Vor allem hat die linke Grenzkurve G2 des
Ausblendbereiches praktisch denselben Verlauf wie die Bahnkurven des Besonnungsdiagrammes!
Durch Wahl eines entsprechenden Neigungswinkels S der Lamellen gegen die Horizontale
(vergl.
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FIG 2) kommt der Ausblendbereich der FIG 5 in die Mitte der Bahnkurven
des Besonnungsdiagrammes zu liegen: Bei der hier vorausgesetzten Ausrichtung der
horizontalen Längsachsen der Lamellen senkrecht zur Nord-Süd-Richtung ist die Ausblendbedingung
während mehrerer Tage erfüllt, und zwar ohne jede Nachstellung während des Tages!
Lediglich in der Umgebung der Sommersonnenwende werden Sonnenstrahlen ganz früh
und unmittelbar vor Sonnenuntergang durchgelassen. Der ganze Bereich der jahreszeitlichen
Anderung der Höhenwinkel (in der Meridianebene 470) läßt sich bei einem Ausblendbereich
von 120 in der-selben Ebene, demnach mit nur vier Nachstellungen des Neigungswinkels
# der Lamellen abdecken! Hierzu bedarf es nicht einmal einer aufwendigen Steuerung,
da einfallende Sonnenstrahlen für eine rechtzeitige manuelle Nachstellung sorgen
werden.
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Dieses günstige Ausblendverhalten ist nun zusätzlich gepaart mit einer
- am Stand der Technik gemessen -optimalen Lichtdurchlässigkeit: Für die Hauptarbeitsstunden
ist der in FIG 5 dargestellte Ausblendbereich der Erfindung recht schmal und behindert
damit den Durchtritt vor allem des hellen Zenitlichtes praktisch nicht. Die beschriebenen
ausgezeichneten Ergebnisse werden mit einer überraschend einfachen Technik erreicht:
In der in FIG 2 dargestellten, in diesem Fall geneigten, Fensteröffnung F sind mehrere
Lamellen 1 um parallele Längsachsen L drehbar angeordnet; die Lamellen bestehen
aus
einem lichtdurchlässigen9 lichtbrechenden Material; sie haben auf der Außenseite
eine ebene Basisfläche 11 und weisen auf der Innenseite Prismenstäbe 10 auf, die
von Kathetenflächen 12, 13 begrenzt sind, die ihrerseits mit der Basisfläche 11
Basiswinkel Z von 450 einschließen (FIG 3). Diese parallel zu den Längsachsen L
verlaufenden Prismenstäbe 10 haben keinerlei verspiegelte Flächen, arbeiten also
nur mit Totalreflexion.
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Die Zuordnung der in den Figuren 1 und 5 verwendeten Koordinaten zu
diesen Lamellen und Prismenstäben ist aus FIG 4. ersichtlich: Repräsentativ für
eine Lamelle ist dort ein einziger Prismenstab 10 dargestellt, der von einer vertikalen
Azimutalebene A geschnitten wird, die mit einer Bezugsachse B einen Azimutwinkel
7 einschließt. Die Bezugsachse B verläuft dabei senkrecht zur Längsachse und parallel
zur Basisfläche 11 des-Prismenstabes 10. Der Höhenwinkel eines Sonnenstrahles in
der Azimutalebene A bezogen auf die horizontal angenommene Bezugsfläche 11 des Prismenstabe
ist mit bezeichnet Das Ausblenddiagramm nach FIG 5 gilt für die in FIG 4 vorausgesetzte
Anordnung des Prismenstabes mit horizontaler Basisfläche 11 und nach Süden gerichteter
Bezugsachse B. Das Aublenddiagramm gilt somit für einen Neigungswinkel / von 0o
in FIG 2. Wie schon erwähnt, verschiebt sich der Ausblendbereich bei einem von 0
aubweichenden Neigungswinkel / parallel nach rechts.
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Form und Lage des Ausblendbereiches in FIG 5 gelten nur für die Ausrichtung
der Lamellen quer zur Nord-Süd-Richtung. Bei einer anderen Ausrichtung der Fensteröffnungen
und Lamellen gelten jedoch grundsätzlich die gleichen Überlegungen und Aussagen:
Es lassen sich auch
hierbei die den Ausblendbereich begrenzenden
Grenzkurven berechnen, die dann jedoch etwas verzerrt verlaufen.
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Das gleiche gilt jedoch dann auch für die Bahnkurven im Besonnungsdiagramm
nach FIG 1.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sonnenschutzeinrichtung
besteht auch darin, daß sich die Lamellen - beispielsweise in der Übergangszeit
- so einstellen lassen, daß gezielt Sonnenstrahlen zur Aufheizung des Raumes in
diesen gelenkt werden.