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  Allgemeiner Verfahrensablauf nach DIN V 18599-4
Berechnung des Tageslichtquotient D
Klassifizierung der Tageslichtversorgung
Jährlicher Endenergiebedarf für Beleuchtung


 

Allgemeiner Verfahresablauf nach DIN V 18599-4

DIN V 18599-4 "Energetische Bewertung von Gebäuden, Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung - Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf für Beleuchtung" enthält zwei Verfahren zur Bestimmung des jährlichen Endenergiebedarfs, eines für vertikale Fassaden (Fenster) und eines für Dachoberlichter. Im Vergleich zum Verfahren für Fenster erfolgt die Berechnung für Oberlichter in einem zweistufigen Verfahren - eine äquivalente dritte Stufe wie bei Fassaden zur Beschreibung der Verschattungseigenschaften (Berücksichtigung von steuerbaren Sonnen-/Blendschutzeinrichtungen) ist für Oberlichter gegenwärtig noch nicht enthalten -:

  1. Einstufung der Tageslichtversorgung aufgrund der (geplanten) baulichen Gegebenheiten auf der Basis des Tageslichtquotienten D
  2. mit anschließender Korrelation mit dem Beleuchtungsenergieeinsparpotential.
Damit wird in der Norm ein durchgängiges Verfahren sowohl bei Fassaden als auch bei Oberlichtern verwendet.
Da mittlerweile aber auch regelbare Sonnen-/Blendschutzsysteme für Dachoberlichter verfügbar sind, teilweise sogar in die Verglasungselemente integriert, muss allerdings in naher Zukunft ernsthaft über eine Erweiterung des bisherigen Ansatzes nachgedacht werden.

1.Stufe:
Es wird zunächst der mittlere Tageslichtquotient ausschließlich auf der Grundlage geometrischer Daten berechnet, also unabhängig von Klima und Lage des Gebäudes. Dieser dient dann zur Klassifizierung der Tageslichtversorgung. Neben dem in der DIN V 18599-4 beschriebenen Verfahren können auch andere Methoden zur Ermittlung des Tageslichtquotienten verwendet werden, z. B. validierte EDV-Programme, die dann als Bewertungsgrundlage einfließen, was besonders für komplexe Raumgeometrien hilfreich ist.

2. Stufe:
Die so ermittelte Tageslichtversorgung wird mit monatlichen oder jährlichen Energiebedarfswerten für Beleuchtungszwecke korreliert. Hier fließen jetzt weitere Größen mit ein wie geographische Daten (Klima, Lage) und Angaben zum künstlichen Beleuchtungssystem.

Das Verfahren der DIN V 18599-4 berücksichtigt, dass in dieser frühen Planungsphase, zu der der Nachweis erbracht werden soll, meist nur Daten zur Gebäudegeometrie vorliegen werden (z. B. Lage und Ausrichtung, Gebäude- bzw. Raumabmessungen, Größe und Lage der Fenster- und Dachoberlichtöffnungen). Für andere, zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannte Daten (z. B. Reflexionsgrade von Boden, Decke und Wänden) legt die Norm Standardwerte (ρB = 0,2; ρW = 0,5; ρD = 0,7; ρS = 0,7) als sinnvolle Annahmen fest. Für eine solche überschlägliche Berechnung sind vertiefte lichttechnische Kenntnisse nicht erforderlich. Es versteht sich von selbst, dass im Rahmen einer Normung nicht jede denkbare Oberlichtkonstruktion erfassen werden kann, deshalb sind nur typische und häufig in großflächigen Gebäuden vorkommende Bauweisen von Oberlichtern wie Lichtkuppeln, Dachlichtbänder und Sheddächer berücksichtigt worden.

Berechnung des Tageslichtquotient D
Das bislang für Dachoberlichter eingeführte und durchaus gängige Verfahren nach DIN 5034-6 berücksichtigt nicht die Orientierung der Lichteintrittsöffnung, weshalb es keine unmittelbare Korrelation mit dem Endenergiebedarf für Beleuchtungszwecke erlaubt, dessen Berechnung den zeitlich veränderlichen Beleuchtungsverhältnissen auf der Lichteintrittsöffnung Rechnung tragen muss. Das Verfahren nach Rattunde schafft hier Abhilfe. Es fußt auf dem für künstliche Beleuchtungsanlagen entwickelten Wirkungsgradverfahren und behandelt Lichtkuppeln und Sheddach-Konstruktionen. Analog zu einer direktstrahlenden elektrischen Leuchte wird das Dachoberlicht als Lichtquelle betrachtet. Zur Anwendung speziell auch auf langgestreckte Dachlichtbänder (as/bs ≥ 5) sowie für Sheddach-Konstruktionen mit 45°-Neigung (Dachreiter) wurden neue Raumwirkungsgrade anhand der verfügbaren Daten extrapoliert.

Nach dem Ansatz der Vornorm DIN V 18599-4 werden Berechnungsbereiche mit gleichmäßig auf der Dachfläche verteilten Dachoberlichtern grundsätzlich als tageslichtversorgt angesehen. Dies bedingt, dass die Schwankungen zwischen Dmax und Dmin (Gleichmäßigkeit g2 nach DIN 5034-6) nicht groß sein dürfen. Erfahrungsgemäß kann insbesondere bei Dachoberlichtern (Lichtkuppeln/Lichtbändern) dann von einer gleichmäßigen Anordnung gesprochen werden, wenn das Verhältnis f des Achsabstandes e der Dachoberlichter untereinander zur Raumhöhe h nicht größer als 1:1,7 ist (siehe Tabelle).

Gleichmäßigkeit g2
(Dmin : Dmax)
Schachtneigung
Empfehlung
90°
60°
45°
~ 1 : 1
< 1 ... 1,1
} anzustreben
1 : 1,5
1,2
1,3
1,4
1 : 2
1,4
1,5
1,7
möglich
1 : 2,5
1,6
1,8
2
kritisch
1 : 3
1,7
2
2,2
vermeiden

Verhältnis f zwischen dem Achsabstand e und der Raumhöhe h

Daraus kann abgeleitet werden, dass niedrigere Räume kleinere und enger beieinanderliegende Öffnungen bedürfen, höhere Räume vertragen größere Öffnungen in größerem Abstand. Dahingehend wird insbesondere für Dachlichtbänder empfohlen, die Breite bOl (bzw. bRb) nicht größer als die halbe Raumhöhe zu wählen.

Falls Dachoberlichter einzeln angeordnet werden bzw. für die Randbereiche von gleichmäßig verteilten Dachoberlichtern legt die Vornorm als maximale Tiefe des Tageslichtbereiches fest:

aTL,max ≤ (hR,j - hNe,j)

Die regelmäßige Anordnung der Oberlichter mit resultierenden gleichmäßigen Beleuchtungsverhältnissen gibt die Voraussetzungen, einen Ansatz über den mittleren Tageslichtquotienten als die kennzeichnende Größe zu wählen, über den die Beleuchtungsverhältnisse im Innenraum in Abhängigkeit von der Außenbeleuchtungsstärke Ea ermittelt werden können.

Der mittlere Tageslichtquotient wird berechnet nach Gleichung (28) der DIN V 18599-4 zu:

Dabei sind:

Symbol Begriff Bemerkungen
ARb Fläche der Dachoberlichtöffnungen [m²] Rohbaumaße, entspricht bei Lichtkuppeln der Nenngröße
ATL Grundfläche des tageslichtversorgten Berechnungsbereiches [m²] Bei Räumen mit gleichmäßig verteilten Dachoberlichtern = Raumgrundfläche
Da Außentageslichtquotient [%]  
τD65 Lichttransmissionsgrad der Verglasung nach Normlichtart D65 [-]  
kObl,1 Minderungsfaktor für Versprossung [-]  
kObl,2 Minderungsfaktor für Verschmutzung [-]  
kObl,3 Minderungsfaktor für nicht senkrechten Lichteinfall [-] = 0,85
ηR Raumwirkungsgrad nach Tabellen 14 und 15 DIN V 18599-4 [-]  

Außentageslichtquotient Da
Der Außentageslichtquotient Da als Verhältnis von EF/Ea wird in Abhängigkeit von der Neigung der Lichteintrittsöffnung bestimmt. Für horizontale Flächen wird er zu 1 gesetzt.

Lichttransmissionsgrad τD65
Anhaltswerte für den Lichttransmissionsgrad τD65 von häufig verwendeten Verglasungsmaterialien können der Vornorm direkt entnommen werden. Darüber hinaus sind hier weitere Daten für Kunststoffe und zusätzliche exemplarische Daten speziell für Überkopfverglasungen hier aufgelistet.

Minderungsfaktor für Versprossung kObl,1
Der Minderungsfaktor für Versprossung kann bestimmt werden zu:

Minderungsfaktor für Versprossung
Bauteil Lichtband
kObl,1
Rasterbreite 70 cm, Sprossenbreite 60 mm
0,914
Rasterbreite 70 cm, Sprossenbreite 80 mm
0,886
Rasterbreite 100 cm, Sprossenbreite 80 mm
0,940
Rasterbreite 100 cm, Sprossenbreite 60 mm
0,920
Rasterbreite 106 cm, Sprossenbreite 60 mm
0,943
Rasterbreite 106 cm, Sprossenbreite 80 mm
0,925
Bauteil Glaspyramide
kObl,1
größenabhängig
0,900 - 0,970
(Alle Angaben für senkrechte Aufsetzkränze ohne Berücksichtung von Kämpfern, Flügeln, Beschlägen oder sonstigen Einbauten)

Anhaltswerte für kObl,1 für gewölbte Lichtbänder und Glaspyramiden mit senkrechten Aufsetzkränzen

Bei Lichtkuppeln mit geneigten Wandungen des Aufsetzkranzes ist die obere Lichteintrittsöffnung AFs immer kleiner als die untere Lichtaustrittsöffnung ARb (siehe Abbildung). In diesem Fall stellt das Verhältnis der Lichteintrittsöffnung AFs = as · bs, vermindert um eventuelle lichtundurchlässige Einbauten (Beschläge, Traversen etc.), zur Fläche der Rohbauöffnung ARb = aRb · bRb (= Nenngröße) den Wert kObl,1 dar.

Größen zur Beschreibung der Geometrie des Aufsetzkranzes bei Lichtkuppeln und Lichtbändern
(Quelle: DIN V 18599-4)

Minderungsfaktor für Verschmutzung kObl,2
Verschmutzungen auf den lichtdurchlässigen Flächen reduziert den Lichtdurchgang durch Dachoberlichter und sind deshalb im Berechnungsgang zu berücksichtigen. Hierauf ist man in der Vergangenheit bei energetischen Betrachtungen noch nicht eingegangen. Bei lichttechnischen Berechnungen spielte dieser Faktor aber schon immer eine Rolle. Je nach regionalen und örtlichen Verhältnissen und Nutzungsbedingungen im Innenraum kann die Partikelbelastung stark schwanken. Ist kObl,2 beim Entwurf noch nicht bekannt, kann er mit kObl,2 = 0,8 angesetzt werden. Dies entspricht der Kombination "außen gering/innen mittel" der untenstehenden Tabelle und ist durchaus gerechtfertigt, da die geneigten Oberflächen von Lichtkuppeln und Lichtbändern durch Regen zu einer Selbstreinigung der Außenoberfläche beitragen.

Verschmutzung auf der
kObl,2
Außenfläche
Innenfläche
gering
gering
0,90
mittel
0,80
stark
0,70
mittel
gering
0,80
mittel
0,70
stark
0,60
stark
gering
0,70
mittel
0,60
stark
0,50

Abhängigkeit des Verminderungsfaktors kObl,2 vom Maß der Verschmutzung (Anhaltswerte) (Quelle: DIN 5034-3)

Fläche der Dachoberlichtöffnungen ARb
Während bei Lichtkuppeln und Lichtbändern die horizontal liegende Lichtaustrittsöffnung mit ARb bezeichnet wird, wird bei Shedlichtbändern die Fläche ARb als Produkt aus hG und bS der schrägen Rohbauöffnung gebildet (siehe Abbildung), wobei bS die Breite der Lichteintrittsöffnung ist .

Größen zur Beschreibung der Geometrie Shedlichtbändern (Quelle: DIN V 18599-4)


Raumwirkungsgrad ηR
Der Raumwirkungsgrad ηR wird Tabellen der Vornorm entnommen, je nach dem, ob Lichtkuppeln/Lichtbänder oder Shedlichtbänder berechnet werden sollen. Eingangsgrößen zu Lichtkuppeln/Lichtbänder sind:
- das Längen-/Breitenverhältnis as/bs,
- das Schachthöhen/Breitenverhältnis hs/bs,
- die Neigung des Aufsetzkranzes γW und
- der Raumindex k.

Eingangsgrößen zu Shedlichtbänder sind:
- das Höhenverhältnis hG/hW,
- die Neigung des lichtdurchlässigen Shedrückens γF,
- die Neigung des lichtundurchlässigen Shedrückens γW und
- der Raumindex k.

Raumindex k
Der Raumindex k charakterisiert die Raumproportionen über die Formel:

Dabei sind aR und bR die Raumlänge bzw. -breite und hR' die Differenz aus Raumhöhe und Höhe der Nutzebene (hR - hNe). Die hier gewählte Indizierung von hR' mit Apostroph behebt ein mögliches Missverständnis der Vornorm, da mit hR die gesamte Raumhöhe gemeint ist.

Klassifizierung der Tageslichtversorgung in Abhängigkeit vom mittleren Tageslichtquotienten
Der mittlere Tageslichtquotient , der nach DIN V 18599-4 oder einem anderen validierten Verfahren bestimmt wurde, ist der Eingangswert für die Klassifizierung der Tageslichtversorgung in vier Kategorien. Die abstrakte Prozentangabe von wurde hier erläuternd auf die griffigere Größe der Innenraumbeleuchtungsstärke Ep unter Annahme einer Außenbeleuchtungsstärke Ea von 5.000 Lux bei gleichmäßig bedecktem Himmel bezogen.

Maßkriterium j
Beleuchtungsstärke Ep,j*
Klassifizierung der Tageslichtversorgung
7 ≤ j %
350 ≤ Ep,j lx
gut
4 ≤ j < 7 %
200 ≤ Ep,j < 350 lx
mittel
2 ≤ j < 4 %
100 ≤ Ep,j < 200 lx
gering
0 ≤ j < 2 %
0 ≤ Ep,j < 100 lx
keine
* bezogen auf Ea = 5.000 lx (gleichmäßig bedeckter Himmel)

Klassifizierung der Tageslichtversorgung

Tageslichtversorgungsfaktor CTL,Vers,j
Mit der ermittelten Klasse der Tageslichtversorgung (gut, mittel oder gering), dem Wartungswert der Beleuchtungsstärke , der Orientierung und der Neigung der Verglasungsfläche lässt sich dann aus DIN V 18599-4 der Tageslichtversorgungsfaktor CTL,Vers,j für Dachoberlichter entnehmen.

Teilbetriebsfaktor Tageslicht FTL

Der Teilbetriebsfaktor Tageslicht FTL berechnet sich nach der Vornorm zu:

FTL = 1 - CTL,Vers · CTL,kon

Der Teilbetriebsfaktor für Kontrollsysteme CTL,kon wird aus Tabelle 18 DIN V 18599-4 bestimmt.

Effektive Betriebszeit teff,Tag,TL

teff,Tag,TL = tTag · FTL· Fprä

tTag und Fprä aus DIN V 18599-10

Elektrische Bewertungsleistung pj

Um den jährlichen Endenergiebedarf für die Beleuchtung ermitteln zu können, muss die
elektrische Bewertungsleistung pj für ein gewähltes Beleuchtungssystem bestimmt werden.

pj = pj,lx · · kA · kL · kR

pj,lx aus Tabelle 1 DIN V 18599-4
gemäß Nutzungsprofil aus DIN V 18599-10
kA aus DIN V 18599-10
kL aus Tabelle 2 DIN V 18599-4
kR mit entsprechendem Raumindex k aus Tabelle 3 DIN V 18599-4

Jährlicher Endenergiebedarf für Beleuchtung

Der jährlicher Endenergiebedarf Beleuchtung QI unter Berücksichtigung einer Tageslichtnutzung infolge Dachoberlichter folgt zu:

QI = pj· [ATL · (teff,Tag,TL + tNacht)]