Die Nutzung von Tageslicht in Gebäuden stellt für “Smart Buildings” eine wichtige Planungsstrategie dar. Ein innovatives System in diesem Kontext ist der an der Technische Hochschule Nürnberg, Anwendungszentrum für Polymere Optische Fasern (POF-AC) entwickelte Sollektor. In der Projektstudie wurden Kombinationsmöglichkeiten mit Lichtkuppeln untersucht. Der Ansatz zielt auf Synergieeffekte durch die Nutzung der jeweils positiven Eigenschaften beider Systeme. Der Sollektor ist auf Direktstrahlung angewiesen, die Lichtkuppel ist optimiert für Diffusstrahlung. Bei dieser Kombination soll der Sollektor als Sonnenschutzsystem eingesetzt werden, bei gleichzeitiger Verbesserung des Lichtmilieus im Innenraum.

Zur Entwicklung von Lösungsstrategien wurde eine umfangreiche morphologische Übersicht erarbeitet, die relevante Parameter beider Systeme, u.a. Position des Sollektors zur Lichtkuppel, Flächenverhältnis der Aperturflächen, Lage der Faserdurchführung umfasst. Die experimentellen Untersuchungen, Messungen und Analysen verschiedener tageslichttechnischer Situationen, erfolgten in zwei Stufen: Mit künstlicher Lichtquelle und unter freiem Himmel. Parallel wurden umfangreiche Simulationsberechnungen durchgeführt. 

Anforderungen der baulichen Integration galt es konzeptionell bis zum Prototypenbau beispielhaft aufzuzeigen. Für die Ausbildung der Unterkonstruktion wurden drei Varianten näher untersucht: Tensegrity (aufgelöste Struktur aus Stäben und gespannten Seilen), Karosserie (zwei großflächig perforierte Seitenbleche mit Dreiecksträger), Rohr (gebogenes Rundrohr). 

Die betrachteten Konstruktionsvarianten können prinzipiell verwendet werden. Letztendlich ist die Wahl der Ausführung standortabhängig, wobei eine größtmögliche Kompaktheit des Gesamtsystems anzustreben ist, damit der konstruktive Aufwand in einer halbwegs sinnfälligen Relation zu dem funktionalen ‘Mehrwert’ steht.

Mit der Kombination von Sollektor und Lichtkuppel konnten die gewünschten Synergieeffekte nachgewiesen werden. Es ist möglich, die Sammelfläche des Lichtleiters so zu positionieren, dass die Sommersonne stark eingeschränkt den Raum aufheizt und eine höchstmögliche Versorgung mit solaren Erträgen der Wintersonne gewährleistet bleibt. Die Simulationen zeigen, dass mit Sollektor bei hohem Sonnenstand die Beleuchtungsstärke durchschnittlich um 23 % reduziert werden kann; dies führt zu geringeren Wärmelasten im Raum in den Sommermonaten. Ferner bestätigen die Versuche, dass durch den Sollektor und eine gezielte Verteilung der Lichtleiter im Raum sich lichttechnische Akzentuierungen der Wandflächen erzielen lassen. Die Beleuchtungsstärke kann so um bis zu 293 lx (etwa 20 %) zunehmen. 

Die experimentellen Arbeiten in dem fakultätsübergreifenden Projekt ermöglichten erstmals die Bearbeitung derartiger Forschungsinhalte im Rahmen zweier erfolgreich absolvierter Master-Thesis-Arbeiten an der Fakultät Architektur. Mittlerweile laufen erste Folgeprojekte, die eine stärkere Verknüpfung von aFuE-Themen mit Abschlussarbeiten von Architekturstudierenden innerhalb von interdisziplinären Forschergruppen erwarten lassen.

Abschlussbericht

Projektleitung

Prof. Dr.-Ing. Roland Krippner
Fakultät Architektur
Technische Hochschule Nürnberg
roland.krippneratth-nuernbergPunktde