Lichtkuppel aus lichtdurchlässigem Kunststoff zum Einbau in ein Gebäudedach Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtkuppel aus lichtdurchlässigem Kunststoff zum Einbau in ein Gebäudedach.
Die mit Hilfe von Lichtkuppeln erfolgende Tages lichtbeleuchtung von grösseren oder kleineren Räu men ist in den meisten Fällen ausreichend, solange nicht besonders hohe Anforderungen an die Gleich mässigkeit des Lichteinfalls und die klimatischen Bedingungen innerhalb der beleuchteten Räume ge stellt werden. Wenn bisher derartige Anforderungen an ein Gebäude gestellt werden mussten, wurde der sogenannte Shedbau bevorzugt. Dabei sind die Ge bäude derart ausgerichtet, dass die Fensterflächen des Sheddaches nach Norden ausgerichtet sind, wo bei ihre Neigung zwischen 60 und 90 gegen die Horizontale beträgt.
Durch diese Bauweise ist er reicht, dass die Fensterflächen nur das von dem nördlichen Teil der Himmelskuppel ausgestrahlte Licht einfangen und eine direkte Sonneneinstrahlung nicht möglich ist. Die Neigung der Fensterfläche richtet sich dabei nach dem Neigungswinkel der Sonnenstrahlen, die beispielsweise in Deutschland am Tage der Sommersonnenwende bei höchstem Sonnenstand eine Neigung von etwa<B>61'</B> gegen die Horizontale haben.
Durch die an die Sonnenstrahlung angepasste Neigung der Fensterfläche und ihre gleich zeitige Ausrichtung nach Norden soll einerseits un abhängig vom wechselnden Stand der Sonne eine etwa gleichmässige Tageslichtbeleuchtung innerhalb des in Shedbauweise erstellten Bauwerkes erreicht werden, anderseits soll auch eine mit direkter Son neneinstrahlung verbundene Erwärmung des beleuch teten Raumes verhindert werden, die gegebenenfalls eine nachteilige Beeinflussung der klimatischen Ver hältnisse innerhalb des Raumes zur Folge hat.
Wenn auch die Shedbauweise die Beleuchtungs- und klimatischen Verhältnisse innerhalb des Raumes verhältnismässig gleichmässig aufrechtzuerhalten ver mag, so steht diesen Vorteilen der wesentliche Nach teil entgegen, dass die Shedbauweise infolge ihrer Konstruktionsbedingungen einen hohen Kostenauf wand nicht nur beim erstmaligen Bau, sondern auch in der laufenden Unterhaltung erfordert.
Aus diesem Grunde wurde die Shedbauweise nur dann an gewandt, wenn beispielsweise die Fabrikations bedingungen einen solchen aufwandigen Bau er forderten. Nach Möglichkeit wurde versucht, mit einem durch Oberlichte beleuchteten Bau auszukom men, der mit einem Flachdach erstellt werden konnte und bedeutend geringere Kosten bei der Herstellung und der Unterhaltung notwendig macht.
Anstelle der früher üblichen Sattel-Oberlichte hat sich die ein gangs erwähnte Lichtkuppel mehr und mehr für die Beleuchtung von Räumen, insbesondere in grossen Hallenbauten, durchgesetzt, da sie entsprechend ihrem Einbau in horizontaler oder geneigter Lage in Flachdächern die Ausstrahlung des gesamten Him melsgewölbes ausnutzt. Es wird mit den Lichtkuppeln durch den zuletzt erwähnten Faktor eine gute Tages lichtbeleuchtung innerhalb der Räume erzielt.
Da gegen wirkt die durch die direkte Sonneneinstrahlung entstehende Erwärmung in manchen Fällen störend, insbesondere dann, wenn bei einer bestimmten Fabri kation gleichbleibende klimatische Verhältnisse inner halb des Raumes eingehalten werden müssen. Für derartige Fälle ist die Verwendung der bisher be kannten Ausführungsformen von Lichtkuppeln nicht günstig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile durch Schaffung einer Lichtkuppel zu ver meiden, welche einerseits eine Tageslichtbeleuchtung innerhalb des Raumes ähnlich wie bei einem Shedbau ergibt, gleichzeitig aber eine unerwünschte Erwär mung desselben vermeidet. Die Aufgabe ist gemäss Erfindung dadurch gelöst, dass die Lichtkuppel aus zwei parabelähnlich gewölb ten Schalen besteht, die mit ihren Hohlseiten gegen einander gesetzt und im Bereich von zwei diametral gegenüberliegenden Parabelästen mit einem licht reflektierenden Stoff versehen sind.
Durch eine solche Ausbildung der Lichtkuppel ergeben sich mehrere wesentliche Vorteile. Wird nämlich die Lichtkuppel mit ihrer Wölbungsquer schnittslinie in die Nord-Süd-Achse in der Weise ausgerichtet, dass die mit einem lichtreflektierenden Stoff versehenen Parabeläste der gewölbten Schalen nach Süden zeigen, wird die direkte Sonnenein strahlung und eine damit verbundene unerwünschte Aufheizung des Raumes verhindert; gleichzeitig ge währleisten die anderen Parabeläste der gewölbten Schalen eine genügende Beleuchtung.
Aus diesem Grunde ist es möglich, mit solchen Lichtkuppeln innerhalb eines mit Flachdach versehenen Gebäudes Verhältnisse zu schaffen, die denen eines solchen mit Sheddach entsprechen. Es kann daher mit Flach dächern und Lichtkuppeln der gleiche Effekt er reicht werden. Durch die Möglichkeit, die Licht kuppeln ohne bauliche Schwierigkeiten in die Nord- Süd-Achse auszurichten, ergibt sich ausserdem der wesentliche Vorteil, dass das Bauwerk selbst nicht in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet erstellt sein muss, wie es bei der Shedbauweise im allgemeinen erforderlich ist.
Das mit Lichtkuppeln ausgerüstete Gebäude kann eine beliebige Winkelstellung zur Nord-Süd-Achse einnehmen, während nur die auf die Dachfläche aufgesetzten Lichtkuppeln in diese Achse ausgerichtet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Lichtkuppel kann die parabelähnliche Wölbung jeder Schale einen steil und einen schwach geneigten Parabelast aufweisen, wobei die Schalen derart gegeneinander gesetzt sind, dass jeweils die steil und die schwach geneigten Parabeläste sich diametral gegenüberliegen und der lichtreflektierende Stoff sich über den steil geneigten Parabelast erstreckt. Von dem reflektierenden Be reich der Schale in den lichtdurchlässigen Bereich kann ein fliessender Übergang vorhanden sein.
Ferner kann der lichtreflektierende Stoff in das Material der Schale eingebettet und/oder auf deren Ober fläche aufgebracht sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der aus zwei Schalen gebildete Lichtkuppelhohlkörper mit Gasen oder Dämpfen gefüllt ist, die Brechungs- indices aufweisen, welche die restliche Direktstrah lung durch die Lichtkuppel hindurch hindern.
Durch Anpassung der Neigung der beiden Parabeläste der Wölbung jeder Schale einer Licht kuppel an den am Verwendungsort vorherrschenden Neigungswinkel der Sonneneinstrahlung und durch entsprechende Bemessung des Bereiches, den der lichtreflektierende Stoff umfasst, kann in jedem Falle die beabsichtigte Wirkung der selektiven Lichtdurch lässigkeit der Fensterfläche erreicht werden, ohne dass auf eine besondere Lage des Bauwerkes in oder zu der Nord-Süd-Achse geachtet werden muss.
Durch die Möglichkeit, die für bestimmte Fälle bisher übliche Shedbauweise durch Flachdachbauten zu er setzen, die mit Lichtkuppeln ausgerüstet werden, entstehen ausserordentliche Kostenminderungen so wohl beim Bau als auch bei der laufenden Unter haltung des Bauwerkes. Trotzdem sind die mit der Shedbauweise erreichbaren günstigen Beleuchtungs verhältnisse und klimatischen Verhältnisse erreicht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die an Hand der Figuren Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Licht kuppel gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Lichtkuppel nach der Linie II-11 der Fig. 1, Fig. 3 eine Rückansicht einer Lichtkuppel nach Fig. 1, Fig. 4, 5 und 6 den Strahlengang an einer Licht kuppel nach Fig. 1 und 2 bei verschiedenem Licht einfall, Fig. 7 und 8 weitere Strahlungsgänge, Fig.9,
10 und 11 die Anordnung von Licht kuppeln auf verschiedenen Flachdachbauten.
Die Lichtkuppel nach den Fig. 1 bis 3 weist eine viereckige Grundfläche auf. Sie besteht aus zwei parabelähnlich gewölbten Schalen 1 und 2, die bei spielsweise aus Acryl (Wz)-Glas bestehen. Wie aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, sind die Schalen 1 und 2 mit den Hohlseiten zueinander am Aufsetzkranz 3 befestigt. Die parabelähnliche Wölbung der Schalen 1 und 2 besteht aus einem steil geneigten Parabelast 11 bzw. 21 und einem schwach geneigten Parabelast 12 bzw. 22.
Die steil geneigten Parabeläste- 11 und 21 und die schwach geneigten Parabeläste 12 und 22 liegen sich jeweils diametral gegenüber. Erstere sind mit einem lichtreflektierenden Stoff 4 versehen, wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet. Im wesentlichen umfasst der am steil geneigten Parabelast 11 bzw. 21 der Wölbung jeder Schale 1 und 2 vorgesehene lichtreflektierende Stoff 4 einen Bereich, der kurz hinter dem Anfang der Parabel am Aufsetzkranz 3 beginnt und etwa am Scheitelpunkt derselben endet.
Dieser Bereich ist nicht scharf abgegrenzt, vielmehr ist ein fliessender Übergang vorhanden, wobei der am Einbauort massgebliche Neigungswinkel der Son neneinstrahlung berücksichtigt ist, ebenso wie in Betracht gezogen ist, ob die Lichtkuppel in horizon taler Ebene oder in einer etwas geneigten Ebene mit ihrem Aufsetzkranz aus der Dachfläche herausragt. Der Bereich der Schale, der den lichtreflektierenden Stoff aufweisen muss, geht aus den weiteren Erläute rungen hervor. Es besteht die Möglichkeit, dass der lichtreflektierende Stoff 4 an der entsprechenden Stelle jeder Schale 1 und 2 in das Material ein gebettet ist, aus dem die Schale besteht. Stattdessen oder zusätzlich kann der lichtreflektierende Stoff auf die Oberfläche der Schalen 1 und 2 aufgebracht sein, z.
B. durch Aufspritzen, Aufstreichen oder durch Beschichten. Die Fig.4 bis 8 dienen zur Erläuterung der gemäss Erfindung zu erreichenden Beleuchtungs effekte. Wie bereits vorher erwähnt, ist der licht reflektierende Stoff im Bereich der steil geneigten Parabeläste 11 bzw. 21 vorgesehen, so dass in diesem Bereich die direkte Sonneneinstrahlung ver hindert wird. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, werden die einfallenden Sonnenstrahlen, die im Bereich des mit lichtreflektierendem Stoff 4 versehenen Parabel astes 11 der Wölbung der Schale 1 auftreffen, zurückgeworfen.
Die von diesem Bereich nicht er fassten einfallenden und durch die Schale 1 hin durchgehenden Sonnenstrahlen treffen auf den mit lichtreflektierendem Stoff 4 versehenen Bereich der Schale 2 auf und werden dadurch ebenfalls zurück geworfen, d. h. zum Austreten nach aussen aus der Lichtkuppel gezwungen. Es ist ferner offensichtlich, dass nur schwach geneigte Strahlen der aufgehenden oder untergehenden Sonne ungehindert durch die Lichtkuppel hindurchtreten können, wie es die in Fig.3 eingezeichneten Pfeile andeuten.
Anderseits zeigt die Fig. 5, dass der lichtdurchlässige Teil der Schalen 1 und 2, der im wesentlichen die schwach geneigten Parabeläste 12 und 22 der Wölbungen umfasst, die indirekte Strahlung des Himmels voll durch die Lichtkuppel hindurchgehen lässt, wenn die Lichtkuppel mit ihrer Wölbungslängsschnittslinie auf der Dachfläche in die Nord-Süd-Achse aus gerichtet ist.
Die schwach geneigten Parabeläste 12 und 22 der Wölbungen der Schalen 1 und 2 ergeben ausserdem einen günstigen Einfluss dadurch, dass in den vor allen Dingen in Betracht zu ziehenden un günstigen Sommermonaten an den Oberflächen dieser schwach geneigten Flächen eine Reflexion der un erwünschten südlichen Direktstrahlung stattfindet, wie es Fig. 6 aufweist. Dabei ist davon ausgegangen, dass, abgesehen von in der Atmosphäre gestreutem Sonnenlicht wegen der Entfernung der Sonne, direkt einfallende Lichtstrahlen als parallelliegend angesehen werden können. Bei der Neigung der schwach ab fallenden Fläche der Schale 1 ist ausserdem in den Sommermonaten durch den streifenden Einfall des Sonnenlichtes eine Totalreflexion im Kunststoff mög lich.
Entsprechend dem Brechungsindex von Acryl- (Wz)-Glas mit 1,49 ergibt sich ein zugehöriger Grenzwinkel der Totalreflexion von 48 Grad (Fig. 8). Es besteht aber wegen der parabelähnlichen Wölbung keine Gefahr, dass die Schicht, an der die Totalreflexion stattfindet, als Leiter dient und damit zum Aufheizen einer Stelle im Material führt, wie es bei planparallelen Platten möglich wäre, wie es Fig. 7 zeigt.
Auch die Schwitzwasserbildung ist bei der Licht kuppel gemäss der Erfindung stark gemindert. Schwitzwasser tritt bekanntlich bei starkem Tem peraturgefälle an der kälteren Oberfläche auf, wenn die Luft mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Wenn z. B. der lichtreflektierende Stoff 4 aus Metallstaub, z. B. Aluminium, besteht, so ergibt sich auf der dem Innenraum zugewandten Schalenfläche eine höhere Temperatur als sie - entsprechend dem Temperatur gradient zwischen innen und aussen - als Wert des Systems und innerer Wärmeübergangszahl sonst vor handen wäre.
Aus diesem Grunde glättet der licht reflektierende Stoff 4 das Temperaturgefälle und setzt die Schwitzwasserbildung zumindest herab, wenn sie nicht sogar vollständig verhindert wird.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen die baulichen Vorteile an Gebäuden auf, die mit Lichtkuppeln gemäss der Erfindung versehen sind. Dabei ist es wesentlich, dass man sich zum Vergleich die übliche Shedbau- weise vergegenwärtigt, um die mit der Lichtkuppel gemäss der Erfindung erreichbaren Vorteile zu er kennen. Gemäss Fig. 9 sind die auf die Dachfläche 5 aufgesetzten Lichtkuppeln mit ihrer Wölbungslängs- schnittslinie in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet angeordnet.
Das bedeutet, dass die schwach geneigten Parabeläste der Wölbungen nach Norden weisen, während die steil geneigten Parabeläste der Wöl bungen nach Süden gerichtet sind. Während bei Shedbauten das Gebäude als solches in der Nord- Süd-Achse ausgerichtet sein müsste, spielt im vor liegenden Falle die Richtung des Gebäudes zur Nord- Süd-Achse keine Rolle.
Allein durch die Anordnung der Lichtkuppeln gemäss der Erfindung in der Nord- Süd-Achse werden die gewünschten Vorteile hin sichtlich der Beleuchtungsverhältnisse und klimati schen Verhältnisse innerhalb des Raumes erreicht. In Fig. 10 ist eine ähnliche Möglichkeit dargestellt, bei der auf die Dachfläche 6 ebenfalls Lichtkuppeln in der Weise aufgesetzt sind, dass die Wölbungslängs- schnittslinie in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet ist.
Es gilt genau das gleiche wie beim vorhergehenden Beispiel. Fig. 11 zeigt ein Gebäude, das als solches selbst in Nord-Süd-Richtung aufgebaut ist, ausserdem sind auch die auf die Dachfläche 7 aufgesetzten Lichtkuppeln in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet. Selbstverständlich ist auch in den beiden letzten Fällen jeweils der schwach geneigte Parabelast der Wölbungen der Lichtkuppeln nach Norden gerichtet.
Wenn beispielsweise ein Vergleich zwischen der Shedbauweise und der Flachdachbauweise gemäss Fig. 11 gezogen wird, so ist ganz offensichtlich, dass die dargestellte Flachdachbauweise baulich bedeutend einfacher zu erstellen ist. Dementsprechend sind auch die Kosten bedeutend geringer, ebenso verringern sich auch die laufenden Unterhaltungskosten. Noch deutlicher werden die Vorteile, wenn derselbe Ver gleich mit Bauwerken gezogen wird, die etwa gemäss Fig.9 oder 10 aufgebaut sind.
In vielen Fällen lassen es die Platzverhältnisse nicht zu, einen an einer Stelle beabsichtigten Bau in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet zu erstellen. Wenn an einer solchen Stelle die Bedingungen ganz gleichmässiger Tages lichtbeleuchtung erfüllt sein müssten, würden sich sehr aufwendige bauliche Massnahmen ergeben, weil trotz der nicht in der Nord-Süd-Achse ausgerichteten Wände die Dachkonstruktion nach dieser Achse ausgerichtet werden müsste.
Diese Nachteile können ohne weiteres vermieden werden, wenn das Bauwerk lediglich den vorhandenen Platzverhältnissen ohne jede Rücksichtnahme auf eine Ausrichtung angepasst werden kann, wie es durch Verwendung der Licht kuppeln gemäss der Erfindung möglich ist. Dazu kommt ausserdem der bereits vorher erwähnte Vor teil zwischen der Shed- und der Flachdachbauweise.
Die in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Beispiele stellen natürlich nur eine ganz geringe Anzahl der möglichen Anordnungen dar, die durch Verwendung von Lichtkuppeln gemäss der Erfindung zu erreichen sind. Es kann ganz allgemein gesagt werden, dass sich die Vorteile der Lichtkuppel gemäss der Er findung um so günstiger unter Erstellung von Flach dachbauwerken auswirken, je ungünstiger die Ver hältnisse bei Erstellung eines Shedbaues wären.
Da zudem in sehr einfacher Weise eine grosse Anpas= sungsfähigkeit hinsichtlich der Grösse der Licht kuppel, der Form ihrer Grundfläche, die beliebig sein kann und in den Figuren lediglich beispielsweise viereckig gewählt wurde, und der Anbringung von lichtreflektierendem Stoff ohne weiteres gegeben ist, erbringt die Lichtkuppel gemäss der Erfindung ganz einwandfrei nachweisbare Vorteile, die natürlich auch bei äquivalenter Abwandlung von Ausführungsfor men erhalten bleiben.