[PDF] Bauphysikalische Grundlagen Licht

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Bauphysikalische Grundlagen

Licht

Vorlesungsskript Bauphysik

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

LEHRSTUHL FÜR BAUPHYSIK

UNIV.-PROF. DR.-ING. GERD HAUSER

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 2

Inhaltsverzeichnis

1 Bedeutung von Fenstern..................................................................................................3

2 Physikalische Grundlagen................................................................................................3

3 Lichttechnische Grundlagen.............................................................................................5

4 Tageslicht.........................................................................................................................8

4.1 Leuchtdichte des Himmels .......................................................................................8

4.2 Begriffe und Formelzeichen zur geometrischen Darstellung..................................10

4.3 Berechnung des Tageslichtquotienten gem. DIN 5034..........................................13

4.3.1 Anteile.............................................................................................................13

4.3.2 Minderungsfaktoren........................................................................................14

4.3.3 Berechnung des Himmelslichtanteils des Tageslichtquotienten D

Hr ...............16

4.3.4 Berechnung des Außenreflexionsanteils des Tageslichtquotienten D

Vr .........18

4.3.5 Berechnung des Direktanteils des Tageslichtquotienten D

dir,r .......................18

4.3.6 Berechnung des Innenreflexionsanteils des Tageslichtquotienten D

R,r ..........19

4.4 Anforderungen gem. DIN 5034...............................................................................23

4.4.3 Krankenzimmer...............................................................................................25

5.1 Verwendete Formelzeichen....................................................................................26

5.2 Übliche Bauformen.................................................................................................27

5.3.2 Empfehlungen.................................................................................................29

5.4 Berechnungsvorschrift............................................................................................29

5.4.1 Lichtreflexionsgrad

D65 und Lichttransmissionsgrad D65 ..............................30

5.4.2 Versprossung..................................................................................................32

5.4.3 Schachteinfluss...............................................................................................34

5.4.4 Raumproportionen..........................................................................................35

6 Beispiele.........................................................................................................................36

7 Gütekriterien der Beleuchtung........................................................................................37

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 3

1 Bedeutung von Fenstern

Bild 1.1: Bedeutung von Fenstern [Gertis,

K.: Die Bauphysik im Zielkonflikt zwischen menschlichen Ansprüchen,

Gesundheits-Ingenieur 100 (1979), H.1/2 S.11-16]

2 Physikalische Grundlagen

Licht ist elektromagnetische Strahlung, die sich von anderen elektromagnetischen

Bild 2.1

1 Nanometer = 1 nm = 10

-9 m = 10 -7 cm Das weiße Licht der Sonne stellt eine Kombination aller Farben des Spektrums dar und kann mit Hilfe eines Prismas in ein farbiges Lichtspektrum (Regenbogen) zerlegt werden und umgekehrt.

Bedeutung von Fenstern

technisch

Tageslicht

Luftaustausch

psycho-physisch

Kontaktbedürfnis

Bedürfnis nach psychischem

Appell (Aufmerksamkeit,

Ablenkung)

Orientierungsbedürfnis

(Klaustrophobie)

Sicherheitsbedürfnis

(Privatheit, Fluchtweg) biologisch

Hell- Dunkel- Rhythmus

Farbstimulans

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 4

Oldenbourg Verlag, München,2001].

Das menschliche Auge nimmt als Licht ein Spektrum zwischen 380 und 780 nm auf. besonders empfindlich.

Bild 2.3

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 5

3 Lichttechnische Grundlagen

Lichtstrom

[Lumen] [lm] ist die gesamte Lichtleistung einer Lichtquelle.

1 lm = 1 cd sr

sr - Raumeinheitswinkel, Steradiant

Bild 3.1

[Candela] [cd] ist der Teil des Lichtstroms, der in eine bestimmte Richtung strahlt. von 100 cd, ein Autoscheinwerfer 50.000 cd.

Bild 3.2

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 6

Energie, Mai 1998, Landesgewerbeamt Baden- Württemberg]

Leuchtdichte L [cd/m

2 ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer

Bild 3.4

E [Lux] [lx]

1 lx = 1 lm/m

2

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 7

Bild 3.5

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 8

4 Tageslicht

4.1 Leuchtdichte des Himmels

Relative Leuchtdichte des bedeckten Himmels

L L = (1 + 2 cos )/3 L Z - Zenitleuchtdichte L Z = (9/(7 )) (300 + 21000 sin S ) cd/m 2 Bild 4.1: Winkelbezeichnung bei der Beurteilung der Leuchtdichteverteilung des klaren Himmels E a a e

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 9

Bild 4.3 Sonnenazimut a

S S

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 10

4.2 Begriffe und Formelzeichen zur geometrischen Darstellung

Es werden folgende Definitionen vereinbart und zum Teil in Bild 4.6 bis A F A R A R = 2 · ( b · h + b · a + h · a) (1) a Raumtiefe (Begriff siehe DIN 5034 Teil 1; siehe auch Bild 4.4 a FP a P

Fensterwand (siehe Bild 4.6)

a S b Raumbreite b F

Fensterbreite (Rohbaumaß (siehe Bild 4.5)

b Fl , b Fr Fensterbreite (Rohbaumaß), gemessen in der Horizontalebene zwischen der durch den Bezugspunkt gehenden Fensternormalen und der linken bzw. rechten Kante der Fensterlaibung (siehe Bild 4.5) b S lichte Breite des Lichtschachtes b Vl , b Vr Verbauungsbreite, gemessen als seitlicher Abstand der vertikalen (linken bzw. rechten) Verbauungskante von der durch den

Bezugspunkt gehenden Fensternormalen

Bezugsebene Die Bezugsebene ist die 0,85 m über dem Fußboden liegende horizontale Eben (siehe Bild 4.4) h F h Fu h S h V

Breitenwinkel

h V,0

Bild 4.6)

Bezugsebene; sie wird durch einen Linienzug begrenzt, der in 1 m P Bezugspunkt, an dem der Tageslichtquotient D bestimmt wird P 1 , P 2 Bezugspunkte zur Bestimmung des Tageslichtquotienten im

5034 Teil 1 (siehe Bild 4.4)

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t V ( Abstand der Verbauung vom Bezugspunkt beim Breitenwinkel t V,0 Abstand der Verbauung vom Bezugspunkt bei = 0° (siehe Bild 4.6) jeweiligen Beobachterstandort aus Himmelsauschnitte verdecken. Bei den in dieser Norm angegebenen Berechnungen kann es Baumaßnahmen jedoch nicht erreichte Verbauung zu berücksichtigen. Verbauungswinkel, von der Fenstermitte aus gerechnet (siehe Bild 4.6) tan

FV,0 Fu

V,0 FP

0,85m2hhh

ta (2)

Breitenwinkel

Fl Fr

Fensterbreitenwinkel (siehe Bild)

tan Fl = b Fl / a P (3) tan Fr = b Fr / a P (4) V Vl Vr = Verbauungsbreitenwinkel (siehe Bild 4.6) tan Vl = b Vl / t V,0 (5) tan Vr = b Vr / t V,0 (6) w gegen die Horizontale (siehe Bild 4.9und Bild 4.10) F tan F = (h F + h Fu - 0,85 m) / a P (7) FV tan V () =h V () / t V () (8)

Für eine durchgehende Zeilenverbauung gilt:

h V () = const. V V,0 cos (9) mit V,0

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 12

Bild 4.4: Lage der Bezugspunkte P1 und P2

Bild 4.6: Formelzeichen zur geometrischen Darstellung bei Berücksichtigung einer Verbauung

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 13

4.3 Berechnung des Tageslichtquotienten gem. DIN 5034

4.3.1 Anteile

p in einem Punkt einer gegebenen Ebene, die durch direktes und/oder indirektes Himmelslicht bei angenommener oder bekannter Leuchtdichtenverteilung des Himmels erzeugt wird, zur gleichzeitig vorhandenen a im Freien bei unverbauter Himmelshalbkugel. 100%
p a EDE unberücksichtigt. Einflüsse der Verglasung, der Verschmutzung und der Versprossung sind eingeschlossen. Bei der Berechnung der Innenraumbeleuchtung muss direktes Sonnenlicht gesondert berücksichtigt werden. Der durch klar durchsichtige Verglasung hindurch in einem Punkt erzeugte Tageslichtquotient D setzt sich zusammen aus dem direkt von Himmel erzeugten

Himmelslichtanteil D

H

Außenreflexionsanteil D

V erzeugten Innenreflexionsanteil D R , wie es Bild 4.7 am Beispiel eines Raumes mit einseitiger Fensteranordnung zeigt:

D = DH

D V D R (10) Bei Tageslichtquotienten, die durch stark lichtstreuende Verglasungen erzeugt werden, fallen die Außenanteile D H und D R zum direkt erzeugten Anteil D dir zusammen: D = D dir D R (11)

Bild 4.7: Anteile des Tageslichtquotienten

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4.3.2 Minderungsfaktoren

Bei der Berechnung des Tageslichtquotienten D wird die Lichtminderung durch Verglasung, Konstruktionsteile und Verschmutzung berücksichtigt. Im Rahmen der Bauplanung werden jedoch meist die Rohbaumaße zugrunde gelegt und deswegen r (Index r für Rohbau) aus den entsprechenden

Komponenten D

Hr , D Vr und D Rr Lichtminderung wird durch anschließende Multiplikation mit entsprechenden

Korrekturfaktoren berücksichtigt:

D r = D Hr + D Vr + D Rr (12)

D = (D

Hr + D Vr + D Rr D65

· k

· k

· k

· k

e (13) beziehungsweise für lichtstreuende Verglasungen D r = D dir,r + D Rr (14)

D = (D

dir,r + D Rr D65

· k

· k

· k

· k

e (15)

Hierin bedeuten:

D65 Transmissionsgrad (Begriff siehe DIN 5036 Teil 1) des Verglasungsmaterial für quasiparallelen, senkrechten Lichteinfall (Berechnung des Transmissionsgrades für Mehrfachverglasung siehe DIN 67507) k Verminderungsfaktor für Rahmen und Sprossenwerk; unter

Verringerung gilt

k = 1 - (16) k Verminderungsfaktor für Verschmutzung (Anhaltswerte siehe

Tabelle 1)

vom Maß der Verschmutzung (Anhaltswerte)

Verschmutzung auf der

gering gering stark 0,9 0,7 mittel gering stark 0,8 0,7 stark gering stark 0,7 0,5

Skript Bauphysik, Grundlagen Licht, Juni 2004 15

k Korrekturfaktor für nichtsenkrechten Lichteinfall; nach [1] genügt für die übliche Doppelverglasung die pauschale Annnahme k = 0,85 k e Verminderungsfaktor für Schachtwirkung, besonders bei e ist nur dann einzusetzen, wenn die lichtmindernde Wirkung von Schachtwandungen (Laibungen ) von Oberlichtern nicht schon anders, z.B. beim geometrischen Erfassen lichttechnisch wirksamen Neigungswinkel der Schachtwand gegen w=· SS

SSwSSw

2/tan 2/tanhh

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