Überblick technisch: Der Tageslichtspot

Röhre eines Tageslichtspot

Röhre eines Tageslichtspot

Ein Tageslichtspot transportiert das natürliche Tageslicht durch eine reflektierende Röhre in dunkle Räume. Das Tageslicht wird dabei an der Gebäudehülle aufgenommen und am Ende der Röhre im Raum verteilt. Dabei ist der Begriff Spot etwas irreführend, denn der Diffuser am Ende des Rohres verteilt das Tageslicht breit im Raum und nicht 'spotartig'.
Der Begriff Tageslichtröhre ist daher korrekter, die DIN verwendet den Begriff Tageslichtleitsystem, gemäß EU-Bauprodukteverordnung lautet die Bezeichnung Sonnentunnel,die internationale Bezeichnung ist tubular daylighting device (TDD).
Es handelt sich dabei um passive Systeme, die keine beweglichen Komponenten aufweisen. Für private Einbauten werden in der Regel Rohrdurchmesser zwischen 25 und 35cm gewählt, Industriesysteme messen üblicherweise 53cm, in Ausnahmefällen größer.
Sie dienen zur Belichtung von Schulen, Lagerhallen, Verkaufsräumen, Häusern, Regierungsgebäude, Museen, Hotels und Restaurants.
In Wohnhäusern zählen Treppenhäuser, Flure, Badezimmer, Ankleidezimmer, Arbeitszimmer, Küchen und Esszimmer zu den häufigsten Einbauorten.

Tageslichtaufnahme

Die Lichtaufnahme erfolgt meist auf dem Dach, da das Horizontallicht den höchsten Lichtstrom aufweist.

Gestalt

Dabei wird das Tageslicht entweder über ein

in den Tageslichtspot gebracht. Während Dachflächenfenster oder klare Kuppeln lediglich den Tageslichtanteil in die Röhre strömen lassen, der aufgrund der vorherrschenden Sonnenwinkel bzw. Himmelssituation auftrifft und eindringt, sind Prismenkuppeln in der Lage, weitere Strahlungswinkel der Sonne über die Prismen in die Röhren einzulenken. In letzterem Fall wird gerne von Einfangen von Tageslicht gesprochen, da die Prismen die lichtaktive Aufnahmefläche (engl: EDCS: Effective Daylight Capture Surface) deutlich vergrößern. Das führt nicht nur zu einem höheren Tageslichteintrag in die Röhren, sondern in der Regel auch zu steileren Einfallswinklen, die die Anzahl der Reflexionen im Tageslichtspot verringern.

Prinzip einer Prismenkuppel Prinzip Tageslichtspot ohne Prismen

Dachflächenfenster oder klare Kuppeln lassen lediglich den Tageslichtanteil in die Röhre strömen, der aufgrund der vorherrschenden Sonnenwinkel bzw. Himmelssituation auftrifft.

Material

Als Materialien zur Lichtaufnahme werden Glas oder Kunststoffe eingesetzt. Glas hat in der Regel schlechtere Wirkungsgrade (Transmission) als einige Kunststoffe. Weiter ist das zusätzliche Gewicht von Glas auf dem Dach statisch abzufangen. Ein entscheidender Punkt ist die Wartungsfreiheit, da ein Reinigen nur von Außen erfolgen kann. Wohingegen früher Kunststoffkuppeln aus Polycarbonat gefertigt wurden und nach einigen Jahren vergilbten, passiert dass bei einer Acrylkuppel nicht. Acryl ist ein UV-stabiler, hochtransparenter Baustoff. Ein weiterer Vorzug von Acryl ist, dass es sich um ein geschlossenporiges Material handelt, in dem sich kein Schmutz festsetzen kann. Im Gegensatz zu Glasprodukten sind Acrylkuppeln daher wartungsfrei.

Lichttransport

Bei den Lichtröhren handelt es sich um sogenannte Hohllichtleiter. Im Gegensatz zu Glasfaser benötigt dieser zwar einen größeren Durchmesser, ist dafür aber in der Lage, auch diffuses Tageslicht bei bewölktem Himmel zu transportieren. In der Regel handelt es sich um dünnwandige Aluminiumröhren, die auf der Innenseite mit verschiedenen Verfahren hochreflektierend bedampft oder kaschiert wurden. Diesem Lichtleiter kommt eine sehr entscheidende Funktion zu: Je weniger Reflexionsverluste auftreten, desto mehr Licht kann am Ende im Raum verteilt werden.

Reflexionsfähigkeit

Tageslichtspot mit einem flexiblen Rohr

Rückreflexionen bei flexiblen Rohren

Während am Anfang der Entwicklung noch polierte Aluminiumröhren oder sogar flexible Rohre eingesetzt wurden, gelten diese heute als absolut nicht mehr zeitgemäß: Die Rückreflexionen an den 'Ziehharmonikawänden' der flexiblen Tageslichtspots ist einfach zu groß.
Innerhalb der starre Rohre wird das Tageslicht von Wand zu Wand weiterreflektiert. Daher kommt es abhängig von Einfallswinkel des Lichts bzw. der Himmelssituation zu einer Vielzahl von Reflexionen. Bei komplett bewölktem Himmel geht man von etwa 20-30 Reflexionen auf einem Meter aus, ...
Im Markt befinden sich daher heute Materialien ab einem Reflexionsgrad von 95% pro Spiegelung und mehr. Hierfür werden zum Teil Reflektorbleche aus dem Beleuchtungsbau, die mit Reinstaluminium oder sogar Reinstsilber bedampft werden, eingetzt. Im letzten Fall werden bei fabrikneuen Rohren auch 98% Reflexionsgrad erreicht. Das bei Silber bekannte Problem der Oxidation (Anlaufen) wird bei diesen Silberbeschichtungen mit Schutzbeschichtungen mehr oder weniger gut gelöst.
Mit einer Folie, die speziell für den Tageslichttransport entwickelt wurde, und korrekt Multilayerfilm heißt, werden heute auch 99,7% Reflexionsgrad erreicht.
Leider haben sich einige Anbieter entschlossen, nicht die Reflexionsgrade der Materialien sondern die Güte der Beschichtung anzugeben. Dies soll sicherlich der Verwirrung dienen und wird daher hier entschlüsselt:

Lichtverluste eines Tageslichtspot

IR und UV Transport

Rohre mit bedampften Materialien reflektieren in der Regel die meisten Spektren des Tageslichts gleichmäßig. Somit wird der sichtbare Wellenbereich (380-780nm) ebenso weitergeleitet, wie auch die langwelligere UV und IR- (Wärme-)Strahlung. Sie verhalten sich diesbezüglich also ähnlich wie ein Oberlicht oder Dachflächenfenster.
Hier bieten Tageslichtsysteme mit Multilayer-Beschichtungen eine Ausnahme. Aufgrund des Aufbaus werden nur die sichtbaren Wellenbereiche weitergeleitet, die Reflexion der UV- und IR-Anteile wird bewusst reduziert oder sogar unterbunden. Daher werden sie auch als Alternative zu Fenstern- und Oberlichtern eingesetzt, wenn Hitze oder UV draußen bleiben müssen.

Farbwiedergabeindex

Im Prinzip lässt sich feststellen, dass je geringer der Reflexionsverlust je Spiegelung ist, desto geringer ist auch der Farbabdrift des Tageslichts. Tageslichtsysteme aus aluminiumbeschichteten Rohren driften ins grün-bläuliche ab, silberbeschichtete ins gelbliche, bei denen mit Multilayertechnik lässt sich keine Abdrift mehr erkennen.

Durchmesser / Systemgrößen

Die Modelbezeichnungen der unterschiedlichen Hersteller lassen leider keinen Vergleich zu. Während ursprünglich mal der Rohrdurchmesser in mm angegeben wurde, ist inzwischen ein wahres Geflecht an unterschiedlichen Nummerierungen bezeichnet. Während ein Anbieter ein Tageslichtsystem nach der Oberfläche der Kuppel in in² benennt, geben andere das Öffnungsmaß für den Fenstereinbau im Dach an. Auch haben wir schon mit 600 bezeichnete Produkte gesehen, die dann einen Durchmesser von 520mm aufwiesen.
Fragen Sie daher wirklich konkret die Durchmesser und die Öffnungsmaße für Dach, Durchbrüche und Deckenanschluss ab, damit Überraschungen ausbleiben.

Lichtverteilung

Am Rohrende im Raum befindet sich bei eigentlichen allen Ausführungen eine Abschlussscheibe, die zum einen den Tageslichtspot vor Schmutzeintrag aus dem Raum schützt und zum anderen mit einer prismatischen oder linsenbasierten Optik das in der Röhre gespiegelte Licht breit in den Raum verteilt. Diese Scheibe schützt nicht nur das Tageslichtrohr vor Schmutzeintrag, der sich auch auf die Reflexionsfähigkeit des Materials negativ auswirken würde, eine wichtige Funktion ist auch der thermische Abschluss des Rohrs zum Raum. Die Scheiben sollten bei Einbauten in Decken daher doppelschalig, luftdicht und thermisch vom Rohr getrennt sein.
Lichtverteiler aus Acryl o.ä. haben generell bessere Transmissionsgrade als solche aus Glas, oft kann der Kunde hier als zwischen vermeidlich wertigerem Glas und lichttechnisch optimalem Material wählen.

Bauphysik

Wärmeverlust

Betrachtet man zunächst nur die Öffnung in Decke und Dach, handelt es sich um sehr geringe Öffnungsmaße, die bei den privaten Anwendungen meist geringer als 0,1m² messen. Diese Stelle ist daher nicht wirklich erheblich. Weitaus spannender ist, dass es sich bei einem solchen Tageslichtsystem ja nicht einfach um ein zweidimensionales Bauteil handelt, sondern auf die Röhre selbst auch von außen weitere kalte oder warme Luft einwirkt. Daher ist entscheidend, dass alle Komponenten immer wieder thermisch voneinander getrennt werden (Deckenanschluss, durch warme Bereiche laufende Rohre, durch kalte Bereiche laufende Rohre, sowie die Komponenten auf dem Dach). So wird eine Kältebrücke vermieden. Eine radikale Möglichkeit besteht darin, im Durchdringungsbereich der Dämmung die Tageslichtrohre mit einer Mehrfachscheibenkonstruktion zu unterbrechen. Einen korrekt berechneten und ausgeführten Einbau am Taupunkt vorausgesetzt, minimiert das die Wärmeverluste — leider aber auch den Lichteintrag, denn jede Scheibe verringert den Lichteintrag um bestenfalls ca. 10%, je nach Winkel des auftreffenden Lichts entstehen auch noch Rückreflexionen. Vorsichtige Schätzungen gehen von ca. 1/3 Lichtverlust bereits bei doppelschaligen Dämmeinheiten aus. Es gilt also einen Mittelweg zwischen Dämmleistung und Systemleistung zu finden.

Hitzeeintrag

Geringe Durchmesser und thermisch getrennte Tageslichtsysteme können den Hitzeeintrag im Vergleich zu Fenstern und Oberlichtern stark vermindern. Spiegelrohre mit einer Multilayer-Beschichtung können je nach Schichtaufbau sogar den Transport von infraroten Wellenlängen bewusst begrenzen und bieten sich dann auch für den Einbau in Kühlbereichen bzw. hitzeempfindlichen Lagerbereichen an.

Kondensat

Tageslichtsysteme sind Kondensat gefährdet, schließlich verbinden Sie auf mehr- oder weniger kurzem Weg unterschiedliche Klimabereiche mit teilweise extremen Differenzen. Es ist daher entscheidend, dass die Tageslichtspots zunächst einmal gegen permanenten Lufteintrag geschützt werden und daher luftdicht abgeschlossen werden. Das geschieht in der Regel mit dampfdichten Klebebändern sowie einem luftdichten Abschluss zum Raum hin. Die tatsächliche Luftdichtigkeit hängt von der handwerklichen Sorgfalt bei der Montage ab. Verbleibt noch die während des Einbaus in der Röhre eingetretene Luft, die eine, von der vorherrschenden Witterung abhängige Menge von Feuchtigkeit besitzt. Diese Luftfeuchtigkeit wird sich bei kalter Witterung am kältesten Bauteil niederschlagen, was in der Vielzahl der Einbauten die lichtdurchlässige Fläche im Dach sein wird. Einige Kuppelsysteme leiten diese Feuchtigkeit dann auf die Dachfläche ab und führen so zu einem systematischen Austrocknen der Rohre. Fensterlösungen sind hier benachteiligt, dort tropft die Feuchte dann auf den Diffuser und muss dann manuell entfernt werden. Während Sie aber den Diffuser öffnen, strömt möglicherweise wieder warme, feuchte Luft in das Spiegelrohr. Es bedarf dann aufwändiger Maschinen, um dieses Problem endgültig zu lösen. Vorsicht bei Herstellern, die in Ihren AGB Kondensat als 'normal' bezeichnen und Mängelanschlüsse ausschließen!

Wirkungsgrad/Herstellervergleich

Der Wirkungsgrad bestimmt sich zunächst einmal aus der Menge des Lichtes, die in den Tageslichtspot gelangt. Es lässt daher recht grob folgende Reihenfolge erstellen:

  1. Prismen und Optiken sind am effektivsten, da sie direkte Sonnenstrahlen einleiten können.
  2. Kuppeln haben eine größere Oberfläche als
  3. plane Lichtflächen (Fenster) - daher ist bei planen Lichtflächen die Ausrichtung erheblich, sie sollte nach Süden zeigen.

Dabei sollte je Schicht, durch die das Tageslicht durchgeführt wird, zunächst einmal von einem Verlust von 15% ausgegangen werden, wenn der Hersteller keine konkreten Angaben macht. Da leider in Deutschland die Anzahl der Stunden mit direkter, hoch stehender Sonne begrenzt sind, empfehlen wir die Betrachtung bei bewölktem Himmel. Hier bieten es sich überschlägig an, von 20 Reflexionen (bei kleinen Durchmessern) je Rohrmeter auszugehen. Multiplizieren Sie also Ihre geplante Rohrlänge mit dem Faktor 20 und dem Reflexionsgrad des Spiegelmaterials (0,95, 0,98 oder 0,997). Für den Diffuser lassen Sie sich am besten die Wirkungsgrade des Herstellers angeben. Bitte beachten Sie, dass dieses Vorgehen lediglich einen ersten Überblick geben kann, schließlich sind je nach Rohrführung (gerade, mit Bögen) noch viele weitere Faktoren zu berücksichtigen, über deren Berechnung noch kein eindeutiger Konsens besteht.

Montage

Die Montage erfordert zunächst einmal die fachlichen Qualifikationen zum Öffnungen und Andichten der Dacheindeckung. Darüber hinaus sind zum Teil Trockenbauarbeiten notwendig. Aufgrund der Durchdringung von Dämmung etc. empfiehlt es sich, die Arbeiten von Dachdeckern oder Zimmerleuten durchführen zu lassen. Optimale Einbauergebnisse und geringe Montagezeiten dürfen Sie von den Betrieben erwarten, die für den Einbau durch den Hersteller geschult wurden und von diesem zertifiziert wurden.

Tageslichtspot / Patent

Solatube International Inc., die Mutter der Tageslichtröhren, startete in den 1980er Jahren in Australien. Im Jahr 1986 wurde hierzu das erste Patent von dem australischen Erfinder beantragt. In Deutschland wird das Original durch die Firma Interferenz Daylight GmbH vertrieben.

Weitere Links

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