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Ausgabe: 7-8/2010 | Seite: 68-71
Lichtrohrsysteme und Heliostaten
Sonne im Rohr
Mit Lichtrohren und Heliostaten kann Tageslicht gelenkt und geleitet werden. Das hat einen praktischen Nutzen bei der Beleuchtung dunkler Gebäudeabschnitte oder fensterloser Räume. Darüber hinaus lässt sich zielgenau gebündeltes Tageslicht in Form von Lichtinseln, Lichtskulpturen oder Tageslichtspots auch als architektonisches Gestaltungsmittel einsetzen.
Woran die Bürger von Schilda noch gescheitert sind, als sie Licht mit Säcken in ihr fensterloses Rathaus bringen wollten, ist in der heutigen Architektur tatsächlich eine realistische Option bei der Tageslichtplanung: Licht konzentriert und gezielt an Orte zu bringen, an die es von allein nicht kommt. Jedoch haben die Schildaer das falsche Transportmittel benutzt – statt Säcken hätten es Rohre sein müssen!
Mit verspiegelten Lichtrohren, die je nach Hersteller auch Lichtschächte, Lightpipes, Solartubes oder Skytubes genannt werden, ist es inzwischen möglich, Tageslicht in Bereiche zu transportieren, die von der natürlichen Strahlung gar nicht oder nicht in ausreichendem Maß erreicht werden. Weitere Elemente zeitgemäßer Tageslichtlenkung und –leitung sind Heliostaten und Umlenkspiegel, die Licht einerseits bündeln und konzentrieren sowie es andererseits um Ecken und in Nischen oder Schächte leiten können.
Fenster als Lichtquelle
Die Techniken wurden allerdings nicht entwickelt, um das Schildaer Problem der vergessenen Fenster zu lösen. Schließlich ist die moderne Architektur eher vom Gegenteil geprägt: Große Fenster, volltransparente Glasfassaden und (tages-)lichtdurchflutete Räume schaffen in heutigen Gebäuden eine helle und freundliche Atmosphäre. Die positive Wirkung des Tageslichts für das menschliche Wohlbefinden sowie die Gesundheit und Leistungsfähigkeit ist allgemein anerkannt und bei Neubauten in aller Regel berücksichtigt.
So werden in unmittelbarer Nähe seitlicher Fenster tagsüber Beleuchtungsstärken von 2 000 bis 5 000 lx erreicht. Zum Vergleich: Bildschirmarbeitsplätze sollen 500 bis 750 lx bei einer Grundbeleuchtung der Umgebung mit 300 lx
erreichen. Die biologischen Systeme des Menschen schalten ab etwa 2 500 lx auf Tagesbetrieb, alles darunter wertet der Körper als Nacht.
Die genannten Beleuchtungsstärken von 2 000 bis 5 000 lx sind also ein guter Wert, der jedoch mit zunehmender Entfernung vom Fenster stark abfällt. Nach Empfehlungen in der Literatur sollten ab 4 bis 5 m Entfernung von den Fenstern keine Arbeitsplätze mehr eingerichtet werden, sofern keine andere Tageslichtquelle als eben diese seitlichen Fenster existiert.
Viele Gebäude haben aber eine größere Grundrisstiefe und in dieser Tiefe eventuell auch wenig beleuchtete Nischen und Winkel oder sogar gefangene Räume, die mangels einer Außenwand überhaupt keine Fenster mehr haben. In diesen Situationen kann der Einsatz von das Tageslicht lenkenden und leitenden Systemen sinnvoll sein. Sie sind also keinesfalls ein Ersatz für normale Fassadenfenster, sondern eine Lösung für spezielle lichtarchitektonische Probleme. Etwa
· für Treppenhäuser in Gebäudekernen,
· für umbaute Atrien, deren natürliche Oberlicht-Beleuchtung nicht ausreicht,
· für fensterlose Bäder im Wohnungsbau oder ebensolche Besprechungsräume im Büro- und Gewerbebau sowie
· generell für alle lichtarmen, besonders tief ins Innere ragenden Räume, z.B. Foyers, Flure oder andere Verkehrsflächen.
Architektonischer Gewinn durch Lichtleitung
Durch Lichtleitung und gezielte Lichtlenkung kann in großen Räumen eine Gleichwertigkeit aller Bereiche erreicht werden. Denn gerade weil die Bedeutung des Tageslichts heute allgemein anerkannt ist, gelten etwa in Büros die fensternahen Arbeitsplätze als besonders beliebt. In gefangenen Treppenhäusern verbessert Tageslicht den Benutzungskomfort und das subjektive Sicherheitsgefühl, weil selbst bei einem Ausfall des Kunstlichts noch eine gewisse Beleuchtung gegeben ist. Sowohl in sehr tiefen als auch in gefangenen Räumen ist die zusätzliche elektrische Beleuchtung eventuell tagsüber sogar komplett entbehrlich, was die Energiebilanz des Gebäudes verbessert.
Neben solchen praktischen Vorteilen kann Lichtlenkung auch gestalterisch-architektonische Wirkungen erzeugen. Denn anders als jedes künstliche Licht ist Tageslicht veränderlich mit dem Sonnenstand und der jeweiligen Witterung. Damit variiert auch der lichttechnische Raumeindruck von Flächen und Räumen, die mit Tageslicht versorgt werden. Was im elektrischen Licht nicht selten etwas dahindämmert und in stets gleicher Anmutung vor sich hin dümpelt, wird mit Tageslicht abwechslungsreich und in einem gewissen Sinn lebendig. Der Eindruck des Besonderen lässt sich mit gezielten Lichtpunkten, Lichtinseln oder sogar Lichtskulpturen verstärken. Es entstehen Effekte der Überraschung und der Betonung bestimmter Zonen, die bis zu einer Art Tageslicht-Spot in ansonsten lichtarmen Räumen gesteigert werden können. Solche Spots heben Exponate in Museen oder anderen Ausstellungen hervor, aber auch profanere Gegenstände, etwa wichtige Schaustücke im Foyer von Firmengebäuden.
Die architektonischen Möglichkeiten sind mit dieser Aufzählung sicher noch nicht erschöpft, aber sie zeigt noch einmal deutlich das bereits erwähnte Grundmuster der Einsatzvarianten: Es geht nicht um den Ersatz von Fenstern, sondern die Aufwertung von Räumen oder Raumteilen, die wegen der Grundrisssituation natürlicherweise nur unzureichend mit Tageslicht versorgt sind.
Länge und Durchmesser bestimmen Lichtstärke
Lichtrohre bestehen als Komplettsysteme aus drei Hauptkomponenten: Der äußeren Acrylglaskuppel mit einer integrierten Linse als Lichtsammler, dem lichtleitenden Rohr oder Kamin sowie einem lichtstreuenden Lichtauslass (Diffusor) im Innern.
Der Lichtsammler wird in der Regel auf dem flachen oder auch geneigten Dach montiert. Anwendungen an der Fassade sind seltener, weil sie schlechter das sehr intensive Zenitlicht einfangen. Die Linse vermag auch diffuses Licht zu bündeln und es in das lichtleitende Element einzuspeisen. Beim Lichtleiter handelt es sich um ein innen hochwertig verspiegeltes Rohr oder auch einen Schacht, in dem das Licht durch fortwährende Reflexion weitergeleitet wird. Lichtrohre gibt es starr und gerade, aber auch als flexible, mit Rundungen montierbare Schläuche für ungünstige und verwinkelte Einbausituationen.
Die für die innere Verspiegelung verwendeten Materialien erreichen Reflexionsgrade von 98 bis 99 % und haben damit relativ geringe Verluste. Trotzdem lässt die Lichtintensität mit zunehmender Länge natürlich nach. Die transportierbare Lichtmenge hängt dabei außerdem vom Durchmesser des Rohrs ab.
Der Anbieter Talis gibt für seinen Lichtkamin mit 30 cm Durchmesser als Faustregel beispielsweise an, dass bis 1 m Länge ausreichend Licht zum Arbeiten und Lesen vorhanden ist, bis 2 m noch ein hell wirkender Raum entsteht und Längen bis 4 m eine Grundhelligkeit bewirken, wobei die Streulinse im Diffusor rund 16 m² ausleuchtet. Die Firma Lumena als Vertriebspartner der Lumitube-Lichtkamine empfiehlt für Rohre bis 25 cm Durchmesser maximal 4 m Länge, während bei 60 cm Durchmesser Längen bis 18 m möglich sind. Die angegebenen Werte haben nur Beispielcharakter. Für einen konkreten Fall sind jeweils das eingesetzte System, die bauliche Situation und vor allem die Frage, wie viel Licht eigentlich wofür benötigt wird, zu beachten.
Weitere Komplettsysteme mit runden Lichtrohren sind beispielsweise Solartube von Interferenz Daylight, Light Pipe von Durlum oder Skytube vom gleichnamigen Hersteller. Auch Velux hat mit dem Tageslicht-Spot ein Lichtrohrsystem als Ergänzung zu den Dachfenstern im Programm.
Einen eckigen Spiegelschacht speziell für die verbesserte Tageslichtversorgung von Kellerräumen bietet die schweizerische Heliobus an. Das System ist auf der Oberseite mit einem begehbaren Glas sowie einem Lüftungsrahmen ausgerüstet. Es wird wie ein gewöhnlicher Kellerfensterschacht außen am Gebäude montiert, bietet aber lichttechnisch einen deutlichen Mehrwert für die Räume unter dem Erdniveau.
Neben den Qualitätsparametern der Lichtleitung lohnt sich bei der Auswahl eines konkreten Lichtrohrs oder Lichtschachts eventuell der Blick auf die Liste des optionalen Zubehörs. Beispielsweise gibt es hybride Lichtauslässe, die neben dem Licht des Tages über eingebaute Lampen auch elektrisches Licht für die Nacht abgeben können. Bei sehr intensiver Sonneneinstrahlung kann zudem in manche Systeme ein Tageslichtdimmer integriert werden.
Im weitesten Sinne gehört in die Gruppe der Lichtkamine ebenfalls die etwas aufwändigere Systemlösung der Parans Solar Lighting AB, die auch über die bereits erwähnte Lumena vertrieben wird. Solarpaneele, die auf Dächern oder an Fassaden montiert werden können, sammeln hier über optische Linsen, die automatisch der Sonne nachgeführt werden, das Licht und leiten es über dünne und flexible optische Glasfaserkabel zu den Lichtauslässen in den Räumen. Auch bei diesem System gibt es mit zunehmender Länge Leitungsverluste, doch können Weiterleitungen bis zu 20 m noch sinnvoll sein.
Rohrlose Lichtleitung
Eine ganz andere Möglichkeit der gezielten Lichtlenkung und –leitung sind Heliostaten, also Sonnenspiegel. Auf dem Dach oder auch zu ebener Erde montiert bündeln sie die Sonnenstrahlung und leiten sie über Umlenkspiegel an den gewünschten Ort. Ein effektiver Heliostat muss sowohl in der Höhe als auch in der Himmelsrichtung dem Sonnenstand nachgeführt werden. Bei manchen Systemen kann der dafür benötigte Motor über PV-Module mit Solarenergie angetrieben werden, so dass kein zusätzlicher Stromverbrauch entsteht.
Durch die Verwendung von Umlenkspiegeln lässt sich die Lichtstrahlung auch um Ecken in sonst für das Licht unerreichbare Zonen leiten. Etwa in die Tiefe von Lichthöfen, Treppenhäusern oder anderen schachtartig-engen Bauteilen. Auch räumlich konzentrierte Tageslichtspots entstehen nach diesem einfachen Prinzip.
Der Wegeführung des Lichts sind dabei kaum Grenzen gesetzt, allerdings muss an jedem Spiegel mit Reflexionsverlusten gerechnet werden. Insgesamt sind die überbrückbaren Entfernungen bei Heliostaten jedoch deutlich länger als bei Lichtrohren.
Ist die Geometrie des zu beleuchtenden Raums großzügiger bemessen, etwa bei repräsentativen Sälen, Hallen oder Atrien, kann mit weiteren Reflexionskörpern im Innern für eine ausgewogene, möglichst blend- und schattenfreie Verteilung gesorgt werden.
Im Foyer des Genzyme Centers in Cambridge bündeln beispielsweise sieben jeweils 2,50 x 2,50 m große Lightron-Heliostaten von Colt International auf dem Dach das Licht und führen es über Umlenkspiegel ins Innere. Dort sorgen vertikale Spiegellamellen und Mobiles aus Prismen für eine effektvolle Verteilung.
Wie bei den Lichtrohren können je nach Einsatzart und Situation auch bei Heliostaten Abblend- oder Dimmsysteme erforderlich werden, um einen geregelten Lichteinfall zu erreichen. Möglich ist zudem die Ergänzung mit Filtern, um bestimmte Farbwirkungen zu erreichen. Die für die Sonnennachführung der Spiegel erforderliche Steuerungstechnik gehört in der Regel zum Lieferumfang des Heliostaten.
Markus Hoeft
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Quelle: bba bau beratung architektur
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