Nutzung von Tageslicht in Gebäuden

• Fachbeitrag von Dipl.-Ing. Clemens Schäfers, WAREMA Renkhoff GmbH

(25.4.2008) Licht macht aus unserem Raum menschlichen Lebensraum, bestimmt unsere Raumwahrnehmung, unsere "Sicht der Dinge". Menschen brauchen Sonne und Tageslicht. Große Glas- und Fensterflächen charakterisieren die Architektur des 20. Jahrhunderts. So ist die Bedeutung der Regulierung von Licht und Klima in Gebäuden gestiegen. Und nachhaltige Gebäude schützen nicht nur vor dem Außenklima, sondern lassen sich auch besser vermarkten. Tageslicht als kostenlose Licht- und Energiequelle durch bauliche Maßnahmen nutzen, das ist das Ziel.

Tageslichtsysteme beeinflussen den thermischen Komfort, daher muss der solare Wärmeeintrag reguliert werden. Auf direkte Sonneneinstrahlung sollte allerdings nie völlig verzichtet werden. Diese Tageslichtsysteme haben die Aufgabe, das Arbeitsklima und die Energieeffizienz von Gebäuden unter Einhaltung der Energieeinsparverodnung (EnEV) zu verbessern. Die Energieeffienz wird so zu einem der wichtigsten Ziele bei der Planung eines Neubaus oder einer Sanierung.

Sonnenschutz kombiniert mit Tageslichtlenkung

Heutige Gebäude sind komplexe Systeme mit sehr vielen Abhängigkeiten. Ohne deren Berücksichtigung ist kein effektives Energiekonzept möglich. Nachhaltige Gebäude schützen nicht nur vor dem Außenklima, sondern lassen sich auch besser vermarkten.

In der Vergangenheit war die Planung von Sonnenschutzsystemen für den Architekten zweitrangig. Es gab weder Gesetze noch Vorschriften, die den Sonnenschutz zwingend vorschrieben. Oft wurde auf den Sonnenschutz auch gänzlich verzichtet. Der zum Arbeiten erforderliche Blendschutz wurde erst nach der Inbetriebnahme durch den Mieter nachgerüstet. Aber sowohl im Hinblick auf die EU-Rahmenrichtlinien und die entsprechende nationale Bildschirmarbeitsplatzverordnung als auch auf die Arbeitsstätten- und die Energieeinsparverordnung (EnEV) sind die gesetzlichen Bestimmungen für neue und modernisierte Bürogebäude geregelt. Ziel ist eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs und die damit verbundene Reduzierung der CO₂-Emmissionen. Sonnenschutzsysteme tragen somit zur Vermeidung von Kühlenergie und Klimaanlagen bei.

Der Einfluss vom Tageslicht auf Gesundheit und Produktivität

Tageslicht ist die Grundvoraussetzung für die Nutzung von Gebäuden durch den Menschen. Heutige Büroarbeitsplätze entsprechen allerdings meistens nicht mehr den heutigen ergonomischen und arbeitswissenschaftlichen Anforderungen. Vieles spricht dafür, dass die Beleuchtung von Büroräumen durch die Nutzung von Tageslicht Energie einsparend und damit ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist.

Ergebnisse aus wissenschaftlichen Untersuchungen zeigen, dass eine mangelhafte Beleuchtungssituation eine Überanspruchung des Auges und in weiterer Folge ...

• Fehlerzunahme,
• vorzeitige Ermüdung,
• längere Bearbeitungszeiten,
• mangelndes Wohlbefinden und oft sogar
• Beeinträchtigungen der Gesundheit sowie
• Produktionsverluste verursacht.

Umfangreiche Untersuchungen des Bartenbach-Lichtlabors weisen nach, dass an Bildschirmarbeitsplätzen, die gut mit Tageslicht versorgt sind, deutlich effizienter, länger konzentriert und fehlerfreier - 30% weniger Fehler wurden ermittelt - gearbeitet werden kann. Licht ist ein Wohlfühlfaktor und steigert die Leistungsfähigkeit auch am Arbeitsplatz.

Tageslicht liefert Informationen (visuelle Wahrnehmung) über Tages- und Jahreszeit, Wetter und Ort. Wichtig für die positiven wie auch die negativen Einflüsse der Sonneneinstrahlung auf den Menschen ist überwiegend das UV-Licht. "Es regt die Bildung von körpereigenen Glückshormonen / Endorphinen an und  ist für die Bildung von Vitamin D im Körper notwendig." Dadurch werden die Ausschüttungen von Nervenstimulanzen im Gehirn gefördert.

Für diese positiven Auswirkungen sind schon 10 Minuten Sonnenlicht  ausreichend. (Quelle: Mehr Zeit für Kinder e.V.).

Anforderungen an den Architekten / Planer

Die Anforderungen an den heutigen Sonnenschutz - besonders für Büro- und Bildschirmarbeitsplätze - sind vielschichtig und anspruchsvoller geworden. Ein guter Sonnenschutz erfüllt viele Funktionen gleichzeitig. Die Energie der Sonne bringt uns kostenloses Licht und Wärme. So werden die Fassaden zu Kraftwerken der Zukunft.

Die Tageslichtplanung (Tageslichtsimulation) muss in der frühen Entwurfsphase von Gebäuden anhand des Nutzungskonzepts bereits berücksichtigt werden. Vor dem Einsatz (Vorplanung) von Tageslichtsystemen ist eine ganzheitliche Beurteilung gewerkeübergreifend zu treffen. So kann z.B. eine Klimaanlage überflüssig sein; siehe LVA-Hamburg-Farmsen, Charly-Mills-Straße.

Der Sonnenschutz sollte entsprechend den wechselnden Außenbedingungen funktionieren, so dass ein Maximum der Behaglichkeit der Nutzer und zugleich eine Minimierung des zur Aufrechterhaltung der Behaglichkeitsbedingungen notwendigen elektrischen und thermischen Energiebedarfs erreicht werden.

Als Resultat tageslichttechnischer Planung sollten ergonomisch einwandfrei beleuchtete Innenräume entstehen. Ein wichtiger Sekundäreffekt besteht im reduzierten Energieverbrauch der künstlichen Beleuchtung.

Lösungen die Tageslicht in die Büroraumtiefe fördern

Die am häufigsten verwendeten Tageslichtsysteme, die neben der Transmission auch Lichtlenkung ermöglichen, sind horizontale innen- oder außenliegende Lamellensysteme. Hierbei werden die Lamellen dem Sonnenverlauf automatisch angepasst und kontrolliert nachgeführt. So wird die direkte Sonneneinstrahlung und Hitze (cut-off-Stellung) ausgesperrt und gleichzeitig der Raum mit diffusem Tageslicht versorgt:

Raffstore mit Tageslichttransportelement: Bei den außenliegenden Raffstoren mit dem Zusatz "Tageslichttransportelement" reagieren die Lamellen im oberen Behangteil (Lichtlenkteil für ausreichende Beleuchtungsstärken) in Abhängigkeit vom unteren Behangteil (Sonnenschutz für die thermische Behaglichkeit). Für höhere Ansprüche an die Individualität gibt es einen Doppelbehang, bei dem beide Behangteile unabhängig voneinander bedienbar sind.

Für sehr hohe Bürogebäude erfolgt die Energieeinsparung durch längere Nutzungsdauer des Sonnenschutzes bei Wind durch den windstabilen Raffstore Typ E94.

Lichtlenkjalousie Genius: Mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) wurde die Genius Lichtlenkjalousie entwickelt. Aufgrund der Lamellengeometrie und der Lamellenoberflächenfarben können die innenliegenden Lamellen auch bei flachen Sonnenständen relativ weit geöffnet werden. Der Reflexionsgrad der 80er "Genius"-Lamelle beträgt basierend auf der mattweißen Lamellenoberfläche über 90%. Herkömmliche Lacke erreichen max. 82-86% und Spiegellamellen mit Qualität MIRO 3 mit Reinstaluminium-Lamellenoberflächen ca. 93%.

Lichtlenkjalousie mit Tageslichttransportelement: Der Lichtlenkbereich lenkt das Licht an die Decke, während der untere Behangteil komplett geschlossen werden kann. Hierbei handelt es sich um hochglanzgewalzte konkave Spiegellamellen (Entwicklung mit Bartenbach Lichtlabor) mit einer Vorderseite aus Reinstaluminiumbeschichtung, z.B. die Qualität MIRO 3 (Fa. Alanod) mit einer Lamellenrückseite in RAL 7030. Für höhere Ansprüche an die Individualität gibt es auch hier den Doppelbehang, bei dem beide Behangteile unabhängig voneinander bedienbar sind.

Lichtlenkjalousie im Verbundfenster: Eine im wind- und wettergeschützten Zwischenraum der beiden Verglasungselementen angebrachte Jalousie erfüllt gleich mehrere Aufgaben. Am Tag Sonnen- und Blendschutz, am Abend Sichtschutz von außen und die Verdunklung für die Nacht.

Selektiver Raffstore mit Tageslichttransportelement: Die selektive Lamelle reflektiert nur das sichtbare Licht in den Raum. UV und IR-Strahlung werden von der Lamelle absorbiert und als Wärme abgegeben. Diese langwellige Wärmestrahlung kann aber nicht durch die Verglasung ins Rauminnere gelangen. Die cut-off Stellung ist die ideale Position, die einen guten Hitzeschutz bietet, einen größtmöglichen Kontakt zur Außenwelt gewährleistet und diffuses Tageslicht in den Raum lenkt (vergleiche beispielsweise mit Beitrag "Sonnenschutz im Isolierglas" vom 1.8.2005).

Sonnenschutzsteuerungsaufgaben für Tageslichtsysteme: Die vom außenliegenden Raffstore zu leistenden Aufgaben sind besonders vielfältig und werden stark von der jeweiligen Witterung, von der Tages- und Jahreszeit, der Fassadenausrichtung und der umliegenden Bebauung beeinflusst.

Lichtlenkjalousien erfordern exakte Lamellenstellungen für einen guten Gesamtenergiedurchlasswert. Der Energiepass betrachtet auch den Energieverbrauch von Kunstlicht und Kühlung, was zum Einsatz moderner leistungsfähiger Gebäudeleittechnik von sonnenstandsabhängigen automatisch nachgeführten Lamellen führt.