Lichtlenkung als effiziente Alternative

Der außenliegende Sonnenschutz gilt oft als effektivste Lösung für den Schutz vor Überhitzung von Gebäude-Innenräumen. Aber ist er auch effizient? Zu beobachten ist, dass die elektrische Beleuchtung meist eingeschaltet wird, wenn der Sonnenschutz abfährt. Das ist eine kontraproduktive Energieverschwendung.

Es stellt sich die Frage nach einem innenliegenden Sonnenschutz mit besseren Funktionen, die trotz Beschattung die Tageslichtautonomie und die gleichzeitige Durchsicht sichern. Die Antwort findet sich in speziellen Spiegeloptiken, die den Lamellen eingeformt oder aufgeprägt werden. Die innovativen Spiegelkonturen erlauben hohe Effizienzen beim Sonnenschutz. Lamellentyp U  im unteren Fensterbereich lenkt das einfallende Sonnenlicht zum Schutz vor Überhitzung monofokal nach außen.

Tageslichtausleuchtung eines Innenraums am Beispiel einer RetroLuxTherm Verglasung. Die Lichtlenklamellen sind in einer miniaturisierten Form mit zwölf Millimeter Breite in das Isolierglas eingebaut. Bei sehr flacher Sonne ergibt sich bei gleichzeitig horizontaler Lamellenanstellung eine gewisse Direkttransmission zwischen den Lamellen, die jedoch nicht als Blendung, sondern als Halbschattenzone wahrgenommen wird. Durch das Oberlicht ist die Lichteinflutung intensiver, um die Raumtiefenausleuchtung mit natürlichem Tageslicht zu realisieren. Foto: © Köster Lichtplanung

Lamellentyp O im oberen Fensterbereich gewinnt anteiliges Zenit-Licht zur Raumtiefenausleuchtung. Die Lamellenfaltungen bilden einen Fresnelspiegel mit einem zum Außenraum gelegenen Brennpunkt. Die offene Lamellenstellung gewährleistet immer eine sehr gute, natürliche Raumtiefenausleuchtung und sichert gleichzeitig den Außenbezug bei aktivem Sonnenschutz.

Balance zwischen Schutz und Überhitzung

Diese Lamellenspiegel weisen aufgrund ihrer Breiten zwischen 25 und 75 mm unterschiedliche Geometrien auf, folgen aber in der dreidimensionalen Lamellenkontur der gleichen Logik der Lichtführung zum Schutz vor Überhitzung nach außen und/oder zur besseren Raumtiefenausleuchtung mit Zenit-Licht nach innen.

Bei der Steuerung eines Jalousiebehangs geht es immer um die Balance zwischen Schutz vor Überhitzung, das heißt um eine Minimierung des g-Wertes zugunsten einer Reduktion der Kühllasten einerseits und andererseits um die gleichzeitige Versorgung der Innenräume mit Tageslicht. Diese mehrdimensionale Zielsetzung zur Ausbeutung gleichzeitiger Effizienzen geht weit über das lineare Beschattungsmodell "Schotten dicht" einer normalen Jalousie hinaus.

Foto: Grafiken: © Köster Lichtplanung

Die Forderung lautet, trotz Sonnenschutz gleichzeitig einen Tageslichtkoeffizienten auch in der Raumtiefe zu erzielen, der mit fünf bis zehn Prozent die Tageslichtautonomie sichert. Messwerte des CAE (Center for Applied Energy Research, Würzburg) belegen gtot-Werte kleiner 0,07 in Kombination mit einer Sonnenschutzverglasung 60/28, gemessen bei horizontaler Lamellenlage und 50 Grad Sonnenhöhenwinkel. Damit stehen diese innenliegenden Lamellen-Spiegeloptiken in direktem Wettbewerb zum außenliegenden Sonnenschutz, der allerdings deutlich höhere Wartungskosten mit sich bringt.

Hohe Effizienz bei gleichzeitiger Durchsicht

Für übliche innenliegende konkav-konvexe Jalousien erlauben die Normen eine Abminderung des Fc Wertes auf 0,8 bis 0,9, das heißt des Energieeintrags von zehn bis zwanzig Prozent, zu berücksichtigen, also jener Energie, die bereits durch eine Verglasung in den Innenraum eingedrungen ist. Diese gilt aber nur bei weitgehend geschlossenen Lamellen. Mit den neuen retro-reflektierenden RetroLux-Behängen lassen sich bei monofokaler Lichtauslenkung Abminderungsfaktoren von Fc

Die Aufheizung der Innenstädte wird mit dem natürlichen Klimawandel in Richtung höherer Temperaturen zunehmend zu einem Problem. Die Tageslichtumlenktechnik mittels optischer Spiegelsysteme bietet hier einen Lösungsansatz. Im Gegensatz zu Spiegelfassaden lenken die Retro-Spiegelsysteme die Strahlungsenergie der Sonne zurück in den Himmel, ohne den Straßenraum zu blenden oder thermisch zu belasten und tragen so zur Reduzierung der innerstädtischen Temperatur bei. Foto: Grafiken: © Köster Lichtplanung

Die mathematische Präzision der Spiegeloptiken ermöglicht diese mit 96 Prozent Gesamtreflexion einzusetzen und gleichzeitig die Blendfreiheit zu beherrschen. Während Spiegelfassaden das anfallende Tageslicht in die Straßenschluchten umlenken und dort zu einer Aufheizung führen, wird durch die RetroLux Lamellen das Licht zurück in den Himmel reflektiert, ohne das innerstädtische Mikroklima thermisch zu belasten.

An allen Fassadenrichtungen steht die Sonne in den frühen Morgen- und späten Abendstunden niedrig und könnte zu Blendungen führen. Deshalb wird empfohlen, nur bei Einfallswinkeln kleiner 30 Grad die Lamellen schrittweise, das heißt mit maximal ein bis zwei Lamellenkippstellungen zu schließen.

Es wird auch empfohlen, die Behänge nach Dienstschluss im Sommer und im Winter komplett zu schließen und sie erst am Morgen in ihre vorprogrammierte Arbeitsposition zu verschwenken. Grund ist die U-Wert Verbesserung im Winter. Die Spiegellamellen wirken wie eine Wärmeschutzverglasung, da sie eine weitgehend geschlossene Kavität zwischen Scheibe und Behang ausbilden, zudem zeigen die spiegelnden Oberflächen wegen der geringen Emissivität kaum Wärmeabstrahlung in die Außenscheiben.

Die drei Grafiken zeigen die bifokale (Typ O) und monofokale Lichtführung (Typ U) über die Lamellengeometrie sowie ihre Wirkungsweise. Foto: Grafiken: © Köster Lichtplanung

Mit Kurbel-gesteuerten Lamellen werden wegen des leichten Eingriffs vom Nutzer bevorzugt. Automatische Steuerungen ermöglichen ein präzises Energiemanagement zugunsten der Tageslichtversorgung und der gleichzeitig optimierten Kühllastminderung und werden für voll verglaste Gebäude empfohlen. Dabei wird beispielsweise ein individueller Eingriff, zum Beispiel bei Terminen in Besprechungsräumen, gelöscht, wenn die Jalousien nach Sonnenuntergang auffahren und der Normalbetrieb wieder startet.

Individuelle, ortsabhängige Programmierung

In unserem Hause werden die Steuerungsvorgaben programmiert, die über folgende Eingabeparameter verfügen: Breitengrad, Himmelsrichtung, Jahres- bzw. Tageszeit. Die Lamellenkippstellung wird, wenn erforderlich, halbstündlich nachgeführt.

Die Datenübergabe erfolgt über eine Excel-Datei, die alle Stunden eines Jahres umfasst. Langjährige Messungen an den Closed Cavity-Fassaden zeigen gegenüber Standardlamellen eine Gesamtenergieeinsparung von 30 Prozent, wie unter anderem im Rahmen von DGNB-Zertifizierung in Gold messtechnisch nachgewiesen wurde.

Die Technologie hat einen Gesamtenergieverbrauch im Juli/August von max. 5 KW Endenergie, trotz eines Glasanteils in der Fassade von rund 90 Prozent. Geschätzt wird auch die natürliche Tageslichtqualität.

Der Autor: Dr. Helmut Köster ist Entwickler der Tageslichttechnik RetroLux und RetroFlex auf Grundlage optischer Spiegelsysteme. Er hat bereits weltweit Bauvorhaben mit seinen Systemen ausgestattet. Dazu gehören unter anderem die Dachverglasungen des neuen Ägyptischen Museums in Kairo, die Bank Santander und die Hauptverwaltung der Allianz-Versicherung von Südamerika in Sao Paulo, die Central Bank of Kuwait, die Hauptverwaltung von Clariant in Shanghai und verschiedene Bauvorhaben für Baidu in Peking.