Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht

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Trotz der großen Bedeutung der Tageslichtnutzung für unsere Gesundheit und die Energieeffizienz von Gebäuden führt die thermische Sanierung der Gebäudehülle in der Praxis häufig zu einer erheblichen Einbuße an Tageslicht.

Die Untersuchung von 14 Sanierungen zeigt Einflussgrößen und Veränderung des Tageslichtniveaus auf.

Mit ausreichendem Tageslicht, einer Sichtverbindung nach außen und Bewohnbarkeit fühlen wir uns in Wohnräumen wohl. Das über die Augen aufgenommene Tageslicht trägt zur Stabilisierung unseres circadianen Rhythmus und zur Aktivierung des Organismus bei. Dass Tageslicht hervorragende Sehbedingungen ermöglicht und keine Energie aufgewendet werden muss, um es zu nutzen, nehmen wir so selbstverständlich hin, dass uns kaum bewusst ist, dass Tageslicht Solarenergie ist.

Eine ganze Reihe von Sanierungsmaßnahmen an der Fassade wirken sich auf die Tageslichtnutzung aus. So vergrößert das Aufbringen einer Wärmedämmung auf die Außenwand die Leibungstiefe des Fensters und damit seine Lichtschachtwirkung. Das Dämmen der Leibung und das Überdämmen des Rahmens verkleinern die Fensterfläche. Neue Fenster haben in der Regel massivere Rahmen, als der Bestand, was die Glasfläche reduziert. Neue Wärme- oder Sonnenschutzverglasungen haben zumeist einen geringeren Lichttransmissionsgrad (τD65), als die im Bestand noch häufig anzutreffenden unbeschichteten Gläser, zudem werden Zweifach-Verglasungen häufig durch Dreifachglas ersetzt.

Um den Einfluss der Fassadensanierung auf die Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht einschätzen zu können, wurde die Tageslichtbeleuchtung in 14 Gebäuden vor und nach Sanierung untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die thermische Sanierung der Fassade in der Regel eine deutliche Minderung des Tageslichtniveaus im Innenraum bewirkt. Die normativ geforderte Mindesthelligkeit wurde nach Sanierung in einzelnen Projekten nicht mehr erreicht.

1 Während das Bestandsfenster von innen am Anschlag befestigt war, wurde das neue Fenster zwischen den Anschlägen montiert. Hierdurch ging umlaufend ein etwa 12 cm breiter Streifen an Glasfläche verloren und das Tageslichtniveau wurde erheblich vermindert.
2 Turnhalle mit neu eingebautem Dachoberlichtsystem in der Friedrich Fröbel Schule in Oberstdorf
3 Turnhalle im Dietrich-Bonhoeffer Berufskolleg Lippe-Detmold vor Sanierung
4 Turnhalle im Dietrich-Bonhoeffer Berufskolleg Lippe-Detmold nach Sanierung

1. Methode

Die Beurteilung der Auswirkung der Fassadensanierung auf die Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht wurde anhand eines typischen Innenraumes vorgenommen. Ermittelt wurden zwei Kenngrößen vor und nach Sanierung. Der Quotient aus effektiver Fensterfläche und Raumgrundfläche erlaubt einen direkten Vergleich vorher / nachher und ermöglicht es, die Auswirkung einzelner Sanierungsmaßnahmen auf die Tageslichtbeleuchtung anzugeben. Die effektive Fläche eines Fensters ist diejenige Fläche, die bei einer Lichttransmission von 100 % die gleiche Menge an Tageslicht transmittiert, wie das zu beurteilende Fenster.

Der Tageslichtquotient, der auch eine qualitative Aussage über das Tageslichtniveau erlaubt, wurde in Raummitte in 0,85 m über dem Fußboden bestimmt. Als Voraussetzung für eine ausreichende Beleuchtung mit Tageslicht empfiehlt sich hier auch nach DIN 5034-1:2011-7 ein Tageslichtquotient von wenigstens 2 %.

2. Untersuchte Gebäude

Für diese Untersuchung wurden Sanierungsbeispiele aus den in IEA-SHC Task 47 „Solar Renovation of Non-Residential Buildings“ und IEA-SHC Task 50 „Advanced Lightning Solutions for Retrofitting Buildings“ untersuchten Fallstudien ausgewählt. Insgesamt wurden 18 Räume in 14 Gebäuden betrachtet. Siehe hierzu Tab. 1.

GebäudebezeichnungErrichtungSanierungArt der Sanierung
1AT, Bruck, Büro19642006Fassade neu
2BE, Brüssel, Büro*19342010Innen Fassadenebene ergänzt
3NO, Oslo, Büro19802013Fassade neu
4DE, BW, Produktion19842014Einbau neuer Dachoberlichter
5AT, Graz, Kloster*12392013Dämmung Fassade, Fenster neu
6DE, Berlin, Studentendorf*19592012Dämmung Fassade, Fenster neu
7DE, Berlin, Wohnung*19562012Dämmung Fassade, Fenster neu
8AT, Schwanenstadt, Schule19702007Fassade neu
9DE, Detmold, Berufsschule19502015Fassade neu
10DE, Olbersdorf, Schule*19292011Dämmung Fassade, Fenster neu, Einbau neuer Dachoberlichter
11IT, Cesena, Schule19682013Dämmung Fassade, Fenster neu
12NO, Oslo, Schule*18881990Fenster neu
13
DE, Ulm, Kindergarten*19662012Dämmung Fassade, Fenster neu
14DK, Kopenhagen, Kindergarten19712010Dämmung Fassade, Fenster neu

Tab 1 Überblick die für die Untersuchung herangezogenen Gebäude/denkmalgeschützte Gebäude

3. Ergebnisse

In nahezu allen Projekten sank die Transparenz des Fenstersystems. Betrug sie vor Sanierung im Mittel 42 %, so lag sie nach Sanierung nur noch bei 32 %. Den größten Anteil hieran hat der Lichttransmissionsgrad der Verglasung, der im Mittel um 22 % zurück ging.


SanierungsstrategieAWin /AFloork1τD65k2keAeff-win / AFloorD
1Alle Projekte (18)+22%+4%-22%-1%-3%-9%-2%
2Dämmung Fassade, Fenster neu (8)-1%-3%-17%0%-2%-23%-24%
3Fenster neu (1)0%0%-5%0%0%-5%-5%
4Dachoberlichter neu (3)+136%10%-36%-3%-1%+55%+164%
5Fassade neu, alle (6)+18%+12%-27%0%-4%-14%-24%
6Fassade neu, FFA erhöht (3)+61%+6%-31%0%-2%+12%-2%
7Fassade neu, FFA geringer (3)-25%+19%-23%0%-7%-39%-46%

Tab. 2 Durch die Fassadensanierung bewirkte Änderung von Kenngrößen der Tageslichtbeleuchtung in Prozent; Anzahl der ausgewerteten Beispiele in Klammern; Awin/AFloor: Verhältnis der Fensterfläche zur Grundfläche; k1:Minderungsfaktor für Rahmen und Sprossen; τD65:Lichttransmissionsgrad der Verglasung; k2: Minderungsfaktor für Verschmutzung; ke: Minderungsfaktor für die Lichtschachtwirkung der Fensterlabung; Aeff-Win/Afloor Verhältnis der effektiven Fensterfläche zur Grundfläche; D: Tageslichtquotient; FFA: Fensterflächenanteil

Tab. 2 stellt die durch die Fassadensanierung bewirkte Änderung von Kenngrößen der Tageslichtbeleuchtung bezogen auf verschiedene Sanierungsstrategien dar.

Die hierzulande häufig durchgeführte Wärmedämmung der Außenwand in Zusammenhang mit dem Einbau neuer Fenster (Tab. 2 , Zeile 2) führte im Mittel zu einer Minderung des Verhältnisses des effektiven Fensterflächenanteils zur Grundfläche von 23 % und zu einer Reduktion des Tageslichtquotienten um 24 %. Der erstmalige Einbau neuer Dachoberlichter (Tab. 2 , Zeile 4) führte erwartungsgemäß zu einem erheblichen Anstieg des Tageslichtquotienten. Abb. 2 zeigt anhand der Friedrich Fröbel- Schule in Olbersdorf die deutlich verbesserte Nutzungsqualität.

Der Einbau einer neuen vertikalen Fassade (Tab. 2 , Zeilen 5 bis 7) zeigt sehr unterschiedliche Ergebnisse. Daher wurden Sanierungen, in denen der Fensterflächenanteil erhöht wurde, von solchen unterschieden, in denen er vermindert wurde. Die zum Teil erhebliche Vergrößerung des Fensterflächenanteils konnte die Minderung der Transparenz des Fenstersystems jedoch allenfalls kompensieren, so dass das Niveau des Tageslichtquotienten kaum verändert wurde (Tab. 2 , Zeile 6). Ohne Vergrößerung der Fensterfläche (Tab. 2 , Zeile 7) bewirkte der Einbau einer neuen Fassade im Mittel annähernd eine Halbierung des Tageslichtniveaus, der Tageslichtquotient ging um 46 % zurück. Bei der Turnhalle im Dietrich-Bonhoeffer Berufskolleg Lippe-Detmold (Abb. 3 , 4 ) wurde die Sanierung genutzt, um die Fassade zu öffnen und wieder einen Ausblick ins Freie zu ermöglichen.

Abb. 5 stellt den Tageslichtquotienten D vor und nach Sanierung dar. Die auf der vertikalen Achse abgetragenen Tageslichtquotienten nach Sanierung wurden durch eine farbliche Hinterlegung interpretiert. Bei Tageslichtquotienten > 2 % ist von ausreichender Tageslichtversorgung auszugehen [DIN 5034-1:2011-7], daher wurde dieser Bereich grün hinterlegt. Drei Projekte fallen in diese Kategorie: die beiden Schulsporthallen und eine Produktionshalle, in der Dachoberlichter neu eingebaut wurden – allesamt Projekte, in denen die Sanierung genutzt wurde, um die Fensterfläche zu vergrößern.

In 15 von 18 Fällen war eine ausreichende Tageslichtversorgung nach der Fassadensanierung nicht gegeben. In fünf Fällen betrug der Tageslichtquotient in Raummitte nach Sanierung weniger als 1 %. Für diese Räume ist eine Nutzung als Aufenthaltsraum bereits als kritisch zu beurteilen.

Grafik Tageslichtquotient
Abb. 5 Tagesquotient D vor und nach Sanierung. Die durch die Fassadensanierung bewirkte relative Änderung des Tageslichtniveaus ist jeweils neben den Datenpunkt eingetragen. FFA: Fensterflächenanteil; AW: Außenwand

Empfehlungen

Bei der Planung einer Fassadensanierung sollte die Tageslichtbeleuchtung einbezogen werden. Im Falle von Defiziten ist auch die Schaffung zusätzlicher Öffnungsflächen zu prüfen. Auf einen hohen Lichttransmissionsgrad τD65 der neu eingebauten Verglasung sollte bei der Fassadensanierung geachtet werden. Die bei der Wahl der Verglasung bestehenden Möglichkeiten waren in dem Beitrag „Lichtqualität unter Glas“ (Wohnung + Gesundheit 06/16 Nr. 159) aufgezeigt worden. Der Einbau des Fensters vor der tragenden Wand in die Ebene der Wärmedämmung ist nicht nur hinsichtlich der Vermeidung von Wärmebrücken vorteilhaft, sondern ermöglicht auch eine größere Glasfläche als ein in die Rohbauöffnung der Wand eingebautes Fenster.

Generell sollten schlanke Fensterprofile verwendet werden. Holzfenster sind Kunststofffenstern diesbezüglich überlegen. Die diesem Beitrag zugrundeliegende Forschung wurde durch Mittel des Bundesministeriums für Wirtschaft ermöglicht. Dank gebührt den Projektpartnern in IEASHC-Task47, die die zur Auswertung erforderlichen Informationen zur Verfügung stellten.

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Quellenangaben und/oder Fußnoten:

Bilder: Roman Alexander Jakobiak

Autor

Roman Alexander

Jakobiak

arbeitet als Architekt mit Schwerpunkten Bauklimatik, Tageslicht und Beleuchtung in Berlin

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