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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Lichtumlenkelement zur Tageslichtnutzung, wobei das Lichtumlenkelement
zum Anbringen an einer horizontal verlaufenden Raumdecke für ein gerichtetes
Umlenken von schräg
auf die Raumdecke einfallenden Sonnenlichts nach unten in das Rauminnere
flächig
ausgebildet ist, mit einer Vorderseite, auf die das einfallende
Sonnenlicht auftrifft und einer der Vorderseite gegenüberliegenden
Rückseite,
wie aus der
DE 4215968
A1 bekannt.
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Stand der Technik
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Die Beleuchtung größerer Räume erfolgt häufig auch
dann mit künstlichem
Licht, selbst wenn im Freien ausreichend Tageslicht vorhanden ist.
Besonders bei Büroräume mit
Bildschirmarbeitsplätzen ist
eine direkte Tagesbeleuchtung durch vertikale Fenster nur schwer
mit den geltenden Blendschutzanforderungen in Einklang zu bringen.
Diese Situation hat zu einer Reihe von Entwicklungen im Bereich zonierter
Schutzsysteme und Lichtumlenksysteme geführt. Sie zielen i.a. auf eine
hohe Lichttransmission im oberen Fensterbereich, evt. verbunden
mit einer bevorzugten Abstrahlung in Richtung Raumdecke. Besonders
effektiv funktioniert dieses Konzept, wenn die Raumdecke ihrerseits
das eintreffende Licht gerichtet auf die Arbeitsfläche abstrahlt.
Aus Blendschutzgründen
muß diese
Richtung in einem Kegel liegen, dessen Achse senkrecht zur Deckennormalen
liegt und dessen gesamter Öffnungswinkel um
60° beträgt. Um das
Licht möglichst
tief in den Raum zu bringen, sollte das Licht innerhalb dieses Kegels
bevorzugt in fensterabgewandte Richtungen abgestrahlt werden.
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Stand der Technik bei entsprechenden Raumdeckenelementen
sind ebene und strukturierte Al-Bleche. Ebene Bleche strahlen das
Licht überwiegend
außerhalb
des genannten Kegels ab. Wegen der dadurch verursachten Blendungsgefahr
werden diese Bleche auch schräg
in den Raum abgehängt.
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Strukturierte Bleche lenken das flach
eintreffende Licht über
geeignet ausgerichtete Facetten nach unten. Nachteilig bei diesen
Lösungen
sind das veränderte,
metallische Erscheinungsbild der Raumdecke, die Farbveränderung
im abgestrahlten Licht, der hohe Energieeinsatz für die Metall-Herstellung und
die Lichtverluste durch Absorption.
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Aus der
DE 42 15 968 A1 ist eine
lichtlenkende Struktur zum Beleuchten eines Raumes mit Tageslicht
entnehmbar, die an einer Zimmerdecke angebracht das durch ein Fenster
einfallende Tageslicht in Richtung des Raumbodens reflektiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Raumdeckenelement zu schaffen, das das Erscheinungsbild eines vorhanden
Raumes und die spektrale Zusammensetzung des Tageslichts im Raum
nur wenig verändert
und eine blendungsarme Beleuchtung von in einem Gebäuderaum
verteilten Arbeitsplätzen
erlaubt.
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Die Lösung der der Erfindung zugrunde
liegenden Aufgabe wird durch ein Lichtumlenkelement mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Lichtumlenkelement
zur Tageslichtnutzung, wobei das Lichtumlenkelement zum Anbringen
an einer horizontal verlaufenden Raumdecke für ein gerichtetes Umlenken
von schräg
auf die Raumdecke einfallenden Sonnenlichts nach unten in das Rauminnere
flächig
ausgebildet ist, mit einer Vorderseite, auf die das einfallende
Sonnenlicht auftrifft und einer der Vorderseite gegenüberliegenden
Rückseite,
dadurch ausgebildet, dass das Lichtumlenkelement aus einem Sonnenlicht
transparenten Material besteht, und dass zumindest die Vorderseite
des Lichtumlenkelementes eine Oberflächenstruktur aufweist, durch
die das auf das Lichtumlenkelement einfallende Sonnenlicht in das
Innere des Lichtumlenkelements eindringt, dass wenigstens eine optische
Grenzfläche
an der Vorder- oder Rückseite
ausgebildet ist, an der das Sonnenlicht im Inneren des Lichtumlenkelements
eine Totalreflexion erfährt,
und dass wenigstens eine Austrittsfläche an der Vorder- oder Rückseite
ausgebildet ist, durch die das Sonnenlicht aus dem Lichtumlenkelement
nach unten gerichtet in das Rauminnere austritt.
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Bei einem bevorzugten Raumdeckenelement
wird durch eine vorderseitige und ggf. eine rückseitige Oberflächenstruktur
die Lichtumlenkung hauptsächlich über Totalreflexion
realisiert. Der Wirkungsgrad der Lichtumlenkung mittels Totalreflexion ist
außergewöhnlich groß, da bei
Totalreflexion das Licht vollständig
reflektiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Raumdeckenelement erfolgt
lediglich eine geringe und somit zu vernachlässigende Schwächung des
Lichtes durch Absorption im transparenten Material selbst.
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Das Raumdeckenelement kann als Folie oder
Platte ausgebildet sein. Die Platten können parallel, senkrecht oder
schräg
zur Raumdecke angebracht werden. Da keine metallischen oder streuend-reflektierende
Beschichtungen vorgesehen sind, kann das Element nachträglich auf
eine Raumdecke aufgebracht werden, ohne deren Erscheinungsbild in Farbe
und Qualität
nachhaltig zu beeinträchtigen.
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Die Totalreflexion sorgt durch ihre
intrinsische Richtungsselektivität
dafür,
dass nur bestimmte bzw. gewünschte
Lichtwege durch das Material verändert
werden. Des weiteren findet keine spektrale Zerlegung des Lichts
statt, so dass der Gebäuderaum
mit unverfälschtem
Tageslicht ausgeleuchtet wird.
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Das erfindungsgemäße Lichtumlenkelement weist
eine Vielzahl identische und parallel nebeneinander verlaufende
Einzelprofile auf, deren Profilquerschnitte sich in Profilrichtung
nicht ändern.
Die Einzelprofile wiederum sehen verschiedene Facettenflächen auf
durch die das Sonnenlicht ein- oder ausstrahlt oder an denen das
Sonnenlicht reflektiert wird, vorzugsweise totalreflektiert wird.
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So lassen sogenannte Empfangsfacetten das
flach einfallende Licht in das Material des Lichtumlenkelementes
eindringen. Reflexionsfacetten oder die eben ausgebildete Rückseite
des Lichtumlenkelement lenken das im Wege der Totalreflexion um. Über Abstrahlfacetten
oder ebenso kann das umgelenkte Licht in die gewünschte Richtung nach unten
aus dem Lichtumlenkelement austreten.
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Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind
seitenbeleuchtete Räume
mit erhöhten
Blendschutzanforderungen, in denen Sonnen- oder Tageslicht seitlich bzw.
schräg
zur Raumdecke einstrahlt.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne
Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es
zeigen:
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1 bis 3 schematisch einen Raum
mit einer erfindungsgemäßen Lichtleitanordnung,
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4 bis 7 jeweils einen Bereich eines
erfindungsgemäßen lichtlenkenden
Raumdeckenelementes im Querschnitt.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, gewerbliche
Anwendbarkeit 1 bis 3 zeigen schematisch einen
Raum 1 mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtumlenkelementen 5,
die an der Raumdecke 4 angeordnet sind. Der Raum 1 weist
ein Fenster 2 auf, an dem z.B. aus Aluminiumblechen bestehende
lichtlenkende Lamellen 3 vorgesehen sind, vermittels derer
Licht, insbesondere von der oberen Fensterhälfte, nach oben gegen die Raumdecke 4 reflektiert
wird. Das in das Rauminnere einfallende Sonnenlicht S wird unter
einem flachen Winkel gegen die Raumdecke 4 gestrahlt, an
welcher die Lichtumlenkelemente 5 angeordnet sind.
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Das einfallende Licht wird von den
Lichtumlenkelementen 5 um einen Umlenkwinkel α im Bereich
von 45° bis
135°, vorzugsweise
im Bereich von 70° bis
120° umgelenkt
und wird auf diese Weise in die Raumtiefe nach unten abgestrahlt.
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In Büroräumen werden aus Blendschutzgründen die
Lichtumlenkelemente 5 derart angeordnet, dass die Richtung
des umgelenkten Lichtes in einem Kegel liegt, dessen Achse die Deckennormale ist
und dessen gesamter Öffnungswinkel
etwa 60° beträgt. Um das
Licht möglichst
tief in den Raum zu bringen, wird das Licht innerhalb dieses Kegels
bevorzugt in fensterabgewandte Richtung abgestrahlt.
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Dies kann durch erfindungsgemäße waagerecht
(1), geneigte (2) oder senkrechte (3) an der Raumdecke 4 angeordnete
Lichtumlenkelemente (5) erfolgen.
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4 zeigt
einen Bereich des Querschnitts eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Lichtumlenkelementes 5, das gemäß 1 parallel an eine Raumdecke anzuordnen
ist. Das Lichtumlenkelement 5 ist sowohl an seiner Vorder-
V als auch Rückseite
R strukturiert. Die Strukturierung erfolgt derart, dass eine Vielzahl
parallel nebeneinander angeordneter Einzelprofile E vorgesehen sind,
die jeweils im Falle der Vorderseite eine Empfangs- 6 und
Abstrahlfacette 7 aufweisen. An der Rückseite R des Lichtumlenkelementes 5 weisen
die Einzelprofile jeweils eine Reflexions- 8 und eine Verbindungsfacette 9 auf.
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Die Empfangsfacetten 6 sind
für den
Eintritt des Sonnenlichtes S in das Lichtumlenkelement 5 angeordnet,
wobei jeweils eine der Reflexionsfacetten 8 einer Empfangsfacette 6 derart
zugeordnet ist, dass die Reflexionsfacette 8 im Lichtweg
des dem an der Empfangsfacette 6 eintretenden Lichtes nachgeordnet
ist, so dass das Licht mittels Totalreflexion an der Reflexionsfacette 8 reflektiert
wird.
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Ferner ist jeweils einer Reflexionsfacette 8 eine
Abstrahlfacette 7 zugeordnet, wobei die Abstrahlfacette
7 im Lichtweg des an der Reflexionsfacette 8 reflektierten
Lichtes nachgeordnet ist. Die Empfangsfacetten 6 sind dabei
ungefähr
senkrecht zum einfallenden Licht und die Abstrahlfacetten 7 ungefähr senkrecht
zu dem aus dem Lichtumlenkelement 5 austretenden Licht
orientiert.
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Die Empfangsfacetten 6 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 für Einfallswinkel von 11° bis 25° ausgerichtet.
Die Reflexionsfacetten 8 befinden sich auf der Rückseite
des Lichtumlenkelementes 5. Zwischen den Reflexionsfacetten 8 sind Verbindungsfacetten 9 vorgesehen,
die in etwa parallel zu dem Lichtweg des eintreffenden Sonnenlichts stehen.
Durch die Abstrahlfacetten 7, die in etwa parallel zu den
Verbindungsfacetten 9 angeordnet sind, wird das Licht aus
dem Lichtumlenkelement 5 abgestrahlt.
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Lichtbrechung tritt nur in einem
sehr geringem Maße
auf, so dass auch direkte Sonnenstrahlung ohne nennenswerte Farbzerlegung
umgelenkt werden kann. Bei einem Brechungsindex von 1.59 und ideal-scharfen
Kanten arbeitet das Lichtumlenkelemente in dem angegebenen Einfallswinkelbereich mit
einer Effizienz von ca. 85%.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist
die Abstrahlfacette 7 mit vorwärtsstreuenden Eigenschaften
ausgebildet. Dies kann durch eine Mikrorauheit oder makroskopische
Strukturen wie z.B. Wölbung oder
mikroskopischen Streukörpern,
wie z.B. ein dünner
Aufstrich von weißer
Farbe, erfolgen. Diese Maßnahme
bewirkt eine breitere Verteilung des abgestrahlten Lichts. Dies
ist besonders dann von Vorteil, wenn eine direkte Sonneneinstrahlung
auf das Deckenelement fällt.
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Da es sich bei der Vorwärtsstreuung
um eine Nahwinkelstreuung handelt, bleibt die nahe dahinter liegende
Raumdecke trotz der Streuung sichtbar und der Farbeindruck unverändert. Es
ist weiterhin möglich,
die Empfangsfacetten 6 oder die Reflexionsfacetten 8 oder
das Material selbst in der beschriebenen Weise mit streuenden Eigenschaften
zu versehen.
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5 zeigt
den Querschnitt eines einseitig strukturierten Lichtumlenkelementes 5,
das ebenso wie das Ausführungsbeispiel
gemäß 4 parallel an eine Raumdecke
angebracht werden kann.
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Das Lichtumlenkelement 5 ist
als plattenförmiges
Raumdeckenelement ausgebildet. Es ist an seiner Vorderseite mit
einer Vielzahl von Einzelprofilen E versehen, die jeweils eine Empfangsfacette 6 und
eine Vielzahl von Abstrahlfacetten 7 aufweist. Die Rückseite
ist eben ausgebildet und dient im gezeigten Ausführungsbeispiel als Reflexionsfläche 10, wobei
die Empfangsfacette 6 zum Empfangen des einfallenden Lichtes mit
einem Neigungswinkel β bezüglich der
Reflexionsfläche 10 von
20° bis
40° und vorzugsweise
von 25° bis
35° geneigt
ist, so dass das einfallende Licht zur Reflexionsfläche 10 hin
gebrochen wird.
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Die Abstrahlfacetten 7 sind
etwa senkrecht zur Reflexionsfläche 10 angeordnet.
Verbindungsabschnitte 11 zwischen den Abstrahlfacetten 7 verlaufen
etwa parallel zu dem im Lichtumlenkelement an der Reflexionsfläche 10 reflektiertem
Licht. Durch die spezielle Anordnung der Abstrahlfacetten 7 und
der Verbindungsabschnitte 11, die in einer Profilflanke
P eines jeden Einzelprofils E angeordnet sind, die in etwa parallel
zum eingekoppelten Sonnenlicht S verläuft, wird eine nur eine minimale Behinderung
des eintreffenden Lichts erreicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
findet Brechung sowohl bei Eintritt, als auch bei Austritt statt.
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6.
zeigt den Querschnitt eines Lichtumlenkelementes 5 für eine geneigte
Befestigung an einer Raumdecke 4.
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Das plattenförmige Lichtumlenkelement ist mit
einem Neigungswinkel γ bzgl.
der Raumdecke 4 im Bereich von 20° bis
70° und
vorzugsweise im Bereich von 25° bis
50° anbringbar,
wobei die zum einfallenden Licht S weisende Vorderseite des Lichtumlenkelementes 5 konturiert
mit Empfangsfacetten 6 und Abstrahlfacetten 7 und
die vom einfallenden Licht abgewandte Rückseite durchgehend glatt als Reflexionsfläche 10 ausgebildet
ist.
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Die Empfangsfacetten 6 sind
vorzugsweise ungefähr
senkrecht zum einfallenden Licht und die Abstrahlfacetten 7 ungefähr senkrecht
zum aus dem Raumdeckenelement austretenden Licht angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Ablenkung
des Lichtes zum überwiegenden
Teil durch Totalreflexion an der Reflexionsfläche 10. Auch hier ist
eine streuendtransmittierende Ausführung der Abstrahlfacette 7 vorteilhaft.
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7 zeigt
den Querschnitt eines strukturierten Lichtumlenkelementes 5 für eine senkrechte Befestigung
an einer Raumdecke 4 (nicht dargestellt). Dieses Lichtumlenkelement 5 weist
eine zum einfallenden Licht S weisende konturierte Vorderseite und
eine vom einfallenden Licht abgewandte, als Abstrahlfläche 12 dienende
Rückseite
auf. An der Vorderseite sind spitz vorstehende Dreiecksleisten 13 vorgesehen,
die eine obere etwa horizontal verlaufende und als Reflexionsfacette 8 dienende
Begrenzungsfläche
und eine untere relativ zur Reflexionsfacette 8 mit einem
Neigungswinkel β von
20° bis
40° und
vorzugsweise von 25° bis
35° angeordnete,
als Empfangsfacette 6 dienende Begrenzungsfläche aufweist,
so dass das einfallende Licht zur Reflexionsfacette 8 hin
gebrochen wird.
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Die Abstrahlfläche 12 ist als durchgehend glatte
Fläche
ausgebildet.
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An der Vorderseite ist zwischen zwei
benachbarten Dreiecksleisten 13 jeweils eine ungefähr vertikal
ausgerichtete, streifenförmige
Durchlaßfacette 14 vorgesehen,
durch die einfallendes Sonnenlicht nicht umgelenkt wird. Das Sonnenlicht
S tritt durch die Durchlaßfacette 14 und
danach durch die Abstrahlfläche 12 und
behält
seine ursprüngliche
Richtung bei.
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Damit die Reflexionsfacetten 8 eine
möglichst
große
Fläche
aufweisen, ist zusätzlich
ein Verbindungsabschnitt 11 vorgesehen, der die Durchlaßfacette 14 mit
der benachbarten Reflexionsfacette verbindet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird das einfallende Sonnenlicht
S sowohl an den Empfangsfacetten 6 als auch an der Abstrahlfläche 12 gebrochen.
Um die Auffälligkeit
des Effektes der Farbzerlegung des Sonnenlichtes im Wege der Dispersion
gering zu halten kann, wird wie vorstehend bereits beschrieben,
die rückseitige
Abstrahlfläche 12 mit
einer streuenden Oberfläche
beaufschlagt.
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Für
die Herstellung der erfindungsgemäßen Elemente eignen sich vor
allem transparente Polymere. Die Strukturierung kann nach an sich
bekannten Verfahren (Extrusion, Prägung, Spritzguß, etc.) erfolgen.
Ausführungen
mit kleinen Strukturtiefen bieten Vorteile hinsichtlich Erscheinungsbild,
Lichtverluste durch Absorption und Materialeinsparung.
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Die Erfindung betrifft ein Raumdeckenelement.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Raumdeckenelement zwangsweise
an einer Raumdecke zu befestigen ist. Wesentlich für die Erfindung
ist, dass das Raumdeckenelement mit Abstand über einen Boden des auszuleuchtenden
Raumes angeordnet ist, wobei vorzugsweise mehrere Raumdeckenelemente
in einem Raum gleichmäßig verteilt
angeordnet sind. Hierbei können
die erfindungsgemäßen Raumdeckenelemente
auch bspw. mittels auf dem Boden stehenden Ständer im Raum angeordnet sein.
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- 1
- Raum
- 2
- Fenster
- 3
- lichtlenkende
Lamellen
- 4
- Raumdecke
- 5
- Lichtumlenkelement
- 6
- Empfangsfacette
- 7
- Abstrahlfacette
- 8
- Reflexionsfacette
- 9
- Verbindungsfacette
- 10
- Reflexionsfläche
- 11
- Verbindungsabschnitt
(zwischen den Abstrahlfacetten)
- 12
- Abstrahlfläche
- 13
- Dreiecksleisten
- 14
- Durchlaßfacette
- E
- Einzelprofil
- P
- Profilflanke
- V
- Vorderseite
des Lichtumlenkelements
- R
- Rückseite
des Lichtumlenkelements
- S
- Sonnenlicht