Projekt 14518/01

Holographisch Optische Elemente (HOE) zur Nordlichtlenkung für Sanierung und Neubau

Projektdurchführung

Fachhochschule KölnFB Photoingenieurwesen & Medientechnik
Betzdorfer Str. 2
50679 Köln

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die bereits entwickelte und auf ihre Funktion geprüfte Zenitlichtlenkung im Hinblick auf ihr Einsatzgebiet als Diffuslichtlenkung zu optimieren, um ein Höchstmaß an Energieeinsparung zu erreichen. Erzielt werden soll eine einfache und breite Anwendung des Lichtlenkelements. Die Standardisierung des Elements wird ermöglichen, dass eine sinnvolle Entwicklung zur Einsparung von Ressourcen genutzt wird und zum Einsatz kommt. Ein wesentlicher Vorteil der holographisch optischen Lichtlenkung gegenüber vergleichbarer Systeme ist ihre Transparenz.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach rechnerischen und theoretischen Betrachtungen (insbesondere zur Tageslichtverteilung) soll eine Festlegung der Anforderungen an das Produkt folgen. Daraufhin wird eine bereits vorhandene Belichtungsmaschine so um- bzw. aufgerüstet, dass eine standardisierte Belichtung erfolgen kann. Zusammen mit den Glaswerken Arnold wird ein Verfahren erarbeitet, das einen routinierten Umgang mit dem Medium Holographische Folien ermöglicht. Für den Einbau, bzw. die Befestigung in der Fassade werden mit der Firma Remmel + Peters Halterungen konstruiert, die einen standardisierten Einsatz ermöglichen. Dabei soll darauf geachtet werden, dass der Einsatz sowohl für Nachrüstungen als auch für Neubauten geeignet ist.
Messungen und Amortisationsrechnungen sollen Zahlenwerk liefern, um in einem letzen Schritt eine Anwendungs- und Planungshilfe zu erstellen, damit der Einsatz der Zenitlichtlenkung für jeden möglich wird. Der Einsatz im Bürogebäude der Firma G+B bietet die Möglichkeit, neben der praktischen Erprobung viele Anwender anzusprechen, für die der Einsatz der Elemente interessant wäre und die zudem als Multiplikatoren dienen. Die gute Zugänglichkeit der installierten Elemente ermöglicht eine einfache Führung von Interessenten ohne großen Aufwand.


Ergebnisse und Diskussion

Die Nordlichtlenkung besteht aus optischen Beugungsgittern, den Holographisch Optischen Elementen (HOE), die in Verbundglas eingebracht werden. Das Element wird entweder ausgestellt vor dem Fenster montiert oder in das Oberlicht des Fensters integriert. Das holographische Gitter lenkt das diffuse Licht des Himmels an die Raumdecke, so dass eine Aufhellung in der Tiefe des Raums erreicht wird. Bei den Beugungsgittern handelt es sich um sogenannte dicke Gitter, die nur für bestimmte Umlenkwinkel aktiv sind. Somit bleibt die Scheibe für alle anderen Richtungen transparent und stellt keine Sichtbehinderung dar.
In Bezug auf die Belichtung wurde eine Geometrie, 5 ° auf 50° festgelegt. Die Scheiben mit den belichteten Gittern müssen je nach Einbauort (indirekte/direkte Beleuchtung, ausgestellte/vertikale Montage, unverbaut/verbaut) nur noch entsprechend in der Halterung ausgerichtet werden. Des Weiteren wurde die Belichtung automatisiert. Der Film wird nun nicht mehr nach dem Flachbettprinzip Stück für Stück auf den Tisch montiert, sondern kann von Rolle zu Rolle belichtet werden. Bei den aktuellen Konfektionsgrößen des Films sind somit zz. 1,70 m x 50 m an einem Stück belichtbar. Der Verschnitt und der Belichtungsaufwand verringern sich folglich. Einen noch nicht optimierten Punkt im Bereich der Filmverarbeitung ist momentan der Zuschnitt. Um die Nordlichtlenkung in Serie zu produzieren, müsste eine automa-tisierte Schneidevorrichtung für den Film entwickelt werden. Solche Schneidevorrichtungen sind in der Druckindustrie jedoch üblich.
Die Glaswerke Arnold haben ein Verfahren entwickelt, der einen routinierten Umgang mit der holographischen Folie ermöglicht. Es können Verbundscheiben und Isolierglasscheiben hergestellt werden. Die Verfahren dazu sind stabil und die Endprodukte marktreif. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Lichtlenkelemente in das Glas sind von Dauerhaftigkeit. Die Fa. Remmel + Peters Metallbau hat eine Reihe von Halterungen vorgestellt, die den Einsatz der Nordlichtlenkung sowohl im Bereich des Neubaus als auch bei nachträglicher Montage ermöglicht. Im Rahmen des Pilotprojektes wurden drei dieser Halterungen realisiert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden im Internet und Fachvorträgen veröffentlicht.


Fazit

Bei der Betrachtung des Einsparpotentials der Beleuchtungsenergie zeigen die Lichtlenkelemente in der Praxis eine eher enttäuschende Bilanz. Die theoretisch errechneten Möglichkeiten sind außer im Einsatz als direkte Beleuchtung von den Messwerten nicht belästigt worden. Weitere Messungen müssen folgen, um den Zusammenhang zwischen Theorie und Praxis herzustellen. Allerdings darf man die Nordlichtlenkung nicht in ihrer physiologischen Wirkung unterschätzen. Der visuelle Eindruck, dass es an der dem Fenster gegenüberliegenden Wand sichtbar heller wird, fördert das Wohlbefinden im Raum. Wie schon beim Einsatz der ADO Roste und den Überlandwerken in Kitzingen wurde der subjektive Lichteintrag der realisierten Elemente im Rahmen dieses Projektes positiv bewertet.