DE4225007C2 - Oberlicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberlicht mit mehreren um ein Zentrum verteilt angeordneten lichtdurchlässigen, lichtablenkenden Segmenten, die unterschiedlichen Azimutbereichen der Sonnenbahn zugewandt sind.

Ein Oberlicht dient dazu, Licht in ein Gebäude hinein­ zulassen, unter Umständen in einen Lichthof hinein über mehrere Stockwerke hinweg. Die Sonne strahlt ungehin­ dert durch das Oberlicht hindurch. Entsprechend dem Höhenstand der Sonne und dem Azimutwinkel ergeben sich unterschiedliche Lichtverteilungen im Gebäude. Insbe­ sondere, wenn das Oberlicht dazu dient, Licht über eine große vertikale Entfernung tief in das Gebäude hinein­ zuleiten, gelangt bei niedrigem Sonnenstand nur wenig Licht in den zu beleuchtenden Bereich.

Aus der FR-Z "Lux", 24. Jahrgang, H1, 1956, Seiten 8 bis 10 sind Oberlichter bekannt, die als auf dem Flachdach eines Gebäudes stehende Pyramiden ausgebildet sind, deren Flächen aus Flachglas bestehen. Die Pyramidenflächen las­ sen das Sonnenlicht jeweils geradlinig durch, so daß die Beleuchtung des darunterliegenden Raumes in Abhängigkeit von der Höhe des Sonnenstandes variiert.

Die US-Z "Illuminating Engineering" Januar 1957, Seite 7, beschreibt ein flaches Oberlicht aus Scheiben, die eine Prismenstruktur aufweisen. Die Prismenstruktur bewirkt, daß diejenige Strahlung, die aus einem Höhenwinkelbereich auftrifft, in dem die Sonne den höchsten Stand hat, re­ flektiert wird, während Strahlung, die aus anderen Höhen­ winkelbereichen auftritt, durchgelassen wird. Die Scheiben dieses Oberlichts haben lichtablenkende Wirkung und sie verursachen in ihrer Gesamtheit den Eintritt gleichmäßig verteilten, kühlen Lichtes in den unter dem Oberlicht liegenden Raum.

Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von einem Oberlicht, wie es aus DE-OS 19 52 511 bekannt ist. Dieses Oberlicht enthält in einer Platte eine Tripelspiegel­ struktur aus dreieckspyramidenförmigen Reflexionsflächen­ elementen, welche das auftreffende Licht reflektieren und streuen. Unter der Tripelspiegelstruktur ist ein Diffusor angeordnet, der das Licht diffus in den darunterliegenden Raum einleitet.

Aus DE 38 40 262 A1 ist ein transparentes Wandelement für Gebäude bekannt, das an einer Scheibe ein lichtlenkendes holographisches Beugungsgitter enthält. Das Beugungsgit­ ter ist so ausgebildet, daß eine Tageslichtumlenkung aus dem zenitnahen Bereich des bedeckten Himmels in die Tiefe des zu beleuchtenden Raumes hinein erfolgt. Die Scheibe kann entsprechend den Höhenwinkel der Sonne nachgeführt werden. Für eine derartige Nachführung ist ein Heliostat erforderlich.

Die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale bezwecken ein Oberlicht der vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß dadurch das Sonnenlicht über eine längere Zeit des Tages stets in denselben Bereich eines Gebäudes gelenkt wird.

Das erfindungsgemäße Oberlicht ist in Segmente unter­ teilt, die um ein Zentrum herum angeordnet sind. Die einzelnen Segmente sind lichtlenkend ausgebildet, d. h. sie bewirken eine Umlenkung des einfallenden Lichts. Dabei sind die Umlenkwinkel der einzelnen Segmente unterschiedlich. Sie sind dem Höhenwinkel der Sonne in den den Segmenten zugehörigen Azimutbereichen angepaßt. Dies bedeutet, daß beispielsweise das nach Osten ge­ richtete Segment eine stärkere Umlenkung der einfallenden Strahlung bewirkt als das nach Süden ausgerichtete Segment, weil die Sonne im Osten einen geringeren Höhenstand hat als im Süden (mittags). Dabei kann der Ablenkwinkel eines Segments derart gewählt sein, daß er auf den jahreszeitlich durchschnittlichen Höhenstand der Sonne in dem betreffen Azimutbereich abgestimmt ist.

Die Erfindung ermöglicht es, unabhängig von der Tages­ zeit, jeweils eine maximale Menge des Sonnenlichts auf einen im wesentlichen konstanten Bereich des Grundrisses des Gebäudes zu lenken. Dabei können insbesondere tiefe Schächte und Höfe bei jeder Tageszeit gut ausgeleuchtet werden.

Die Lichtlenkung der Segmente des Oberlichts wird durch Hologramme hervorgerufen werden, die an planaren oder gewölbten Scheiben angebracht sind. Die Erzeugung solcher Hologramme ist in DE 38 40 262 A1 beschrieben. Dabei können Hologramme benutzt werden, die aus regulären Beugungsgittern bestehen oder auch sogenannte Seiten­ bandzonenplatten, bei denen konzentrische ellipsenförmige Gitterlinien mit unterschiedlichen Abständen vorgesehen sind. Alternativ ist es auch möglich, die Segmente aus Fresnel-Prismen mit von Segment zu Segment unterschied­ lichen Keilwinkeln zu bilden. Schließlich kommen auch andere bei Transmission lichtlenkende Strukturen in Betracht, wie z. B. Prismen.

Die die Segmente bildenden Scheiben bilden einen Teil der Außenhaut des Gebäudes und sie wirken als Wetterschutz.

Vorzugsweise bilden die Segmente eine kuppel- oder pyra­ midenförmige Struktur, so daß das Sonnenlicht auf die einzelnen Segmentflächen relativ steil auftrifft. Hierbei ist der erforderliche Ablenkwinkel kleiner als in den Fällen, in denen die Segmente horizontal angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Oberlicht kann dazu benutzt werden, Sonnenlicht senkrecht nach unten zu leiten, es kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß das Sonnenlicht in eine Schrägrichtung abgelenkt wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein mit dem Ober­ licht versehenes Gebäude,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Oberlicht von Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines regulären holographischen Beugungsgitters, Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 3, Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie H-H von Fig. 3,

Fig. 4 eine Ansicht einer holographischen Seitenband­ zonenplatte, Fig. 4a einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. 4 und Fig. 4b einen Schnitt entlang der Linie H-H von Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Gebäude 10 dargestellt, das einen Lichtschacht 11 aufweist, der sich von dem Dach 12 über eine oder mehrere Etagen hinweg zu einem Boden 13 er­ streckt. Auf dein Dach 12 ist das Oberlicht 14 ange­ bracht, das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form einer achteckigen Pyramide hat. Das Oberlicht 14 weist insgesamt acht dreieckförmige Segmente S1 bis S8 auf, die um ein Zentrum 15, nämlich den Scheitel­ punkt, herum angeordnet sind. Jedem dieser Segmente S1 bis S8 ist in der horizontalen Ebene ein sektorförmiger Azimutbereich A1 bis A8 zugeordnet. Die Grenzen der Azimutbereiche verlaufen in Verlängerung der Kanten der Segmente. Der Azimutwinkel a (Fig. 2) ist der Winkel in bezug auf die Nord-Süd-Achse N-S in einer horizontalen Ebene. Der Höhenwinkel h (Fig. 1) ist derjenige Winkel in einer vertikalen Ebene aus dem die Sonne strahlt. In Fig. 2 ist die Sonnenbahn 16 dargestellt, wobei der mit Strichen versehene Bereich die jeweilige Sonnenhöhe angibt.

Die lichtdurchlässigen Segmente S1 bis S8 des Ober­ lichts 14 bestehen aus Glasscheiben, die mit einem holographischen Beugungsgitter versehen sind. Die Beugungsgitter der einzelnen Segmente sind unter­ schiedlich. Das Beugungsgitter des Segments S1, in dessen Azimutbereich A1 der Sonnenstand niedrig ist, hat einen großen Ablenkwinkel, während die Beugungs­ gitter der Segmente S3 und S4, die der Südseite zu­ gewandt sind, in der die Sonne einen großen Höhenwinkel hat, einen geringeren Ablenkwinkel bewirken. Der Ab­ lenkwinkel ist derjenige Winkel, den die aus dem Segment austretende Strahlung in Bezug auf die Ver­ längerung der einfallenden Strahlung einnimmt.

Die der Nordrichtung zugewandten Segmente S7 und S8, die der Sonne niemals voll zugewandt sind, jedoch ebenfalls von der Sonne beschienen werden, sind derart ausgebildet, daß sie bei Sonnenstand im Süden die schräg auf sie auftreffende Sonnenstrahlung mit einem großen Ablenkwinkel ebenfalls in den Schacht 11 leiten. Die Abstrahlwinkel aller übrigen Segmente sind im wesentlichen gleich. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Sonne sich in dem Azimutbereich eines Segments befindet, dieses Segment die steil auf seine Fläche auftreffende Sonnenstrahlung senkrecht in den Schacht 11 umlenkt, so daß der Schacht 11 von den einzelnen Segmenten S1 bis S6 im Tagesverlauf nacheinander beleuchtet wird.

In Fig. 1 ist mit 20 diejenige Sonnenstrahlung bezeich­ net, die aus dem Azimutbereich A2 auf das Segment S2 trifft. Die aus dem Segment S2 austretende Sonnenstrah­ lung ist mit 20a bezeichnet. Die Sonnenstrahlung, die aus dem Azimutbereich A4 auf das Segment S4 trifft, ist mit 21 bezeichnet und die dazugehörende ausfallende Sonnen­ strahlung mit 21a. Es ist zu erkennen, daß die Sonnen­ strahlen 20a und 21a im wesentlichen in die gleiche Rich­ tung, nämlich senkrecht nach unten, gerichtet sind und beide das zu beleuchtende Objekt 22 erfassen, das auf dem Boden 13 des Schachts 11 steht.

Die Fig. 3, 3a und 3b zeigen ein reguläres holo­ graphisches Beugungsgitter, bei dem gerade parallele Gitterlinien 25 in gleichen Abständen angeordnet sind. Fig. 3 zeigt die zugehörige Lichtablenkung in der Ebene V-V von Fig. 3. Man erkennt, daß die einfallende Strah­ lung in der quer zu den Gitterlinien verlaufenden Ebene V-V um einen Ablenkwinkel abgelenkt wird, wobei dieser Ablenkwinkel entsprechend den im Licht enthaltenden Spektralfarben variiert. In der Ebene H-H, die parallel zu den Gitterlinien verläuft, erfolgt dagegen keine Ablenkung (Fig. 3b).

Für die Segmente können auch Seitenbandzonenplatten verwendet werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Eine solche Seitenbandzonenplatte besteht aus einem Hologramm aus konzentrischen ellipsenförmigen Gitter­ linien 25 mit unterschiedlichen Abständen. Hierbei erfolgt eine Ablenkung sowohl in der Ebene V-V (Fig. 4a) als auch in der hierzu senkrechten Ebene H-H (Fig. 4b), wobei der Ablenkwinkel nach Spektralfarben unterschied­ lich ist.

Claims (4)

1. Oberlicht mit mehreren um ein Zentrum (15) verteilt angeordneten lichtdurchlässigen, lichtablenkenden Segmenten (S1-S8), die unterschiedlichen Azimutbe­ reichen (A1-A8) der Sonnenbahn (16) zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (S1-S8) entsprechend dem Höhen­ winkel (h) der Sonne in dem zugehörigen Azimut­ bereich (A1-A8) untereinander unterschiedliche Umlenkwinkel in vertikaler Ebene haben, derart, daß Sonnenlicht, das aus einem Azimutbereich einfällt, von dem diesem Azimutbereich zugewandten Segment in eine Abstrahlrichtung umgelenkt wird, wobei die Abstrahlrichtungen der Segmente (S1-S8) im wesent­ lichen gleich sind.

2. Oberlicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (S1-S8) eine kuppel- oder pyra­ midenförmige Struktur bilden.

3. Oberlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Segmente Scheiben sind, die lichtlenkende Hologramme tragen.

4. Oberlicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologramme aus Beugungsgittern aus regu­ lären geraden Gitterlinien oder aus ellipsenför­ migen Gitterlinien mit unterschiedlichen Abständen bestehen.