Bedeutung von Tageslicht und Sichtverbindung für die Gestaltung

34. Internationaler Kongress A r b e i t s s c h u t z und
Arbeitsmedizin, Düsseldorf, 27. – 30. Oktober 2015
Regelungen zur Gestaltung von Arbeitsstätten – ein alter Hut?
Bedeutung
von
Tageslicht und
Sichtverbindung für
die G e s t a l t u n g von
Arbeitsstätten
.
Roman Alexander Jakobiak
[email protected]
.
Über 2000 Jahre war das Tageslicht maßgebend für die
Ausrichtung von Gebäuden mit Arbeitsstätten
»
Bereits das erste ingenieurwissenschaftliche Werk der Literaturgeschichte enthält
Festlegungen zur Gestaltung von Arbeitsplätzen
• Vitruv, Zehn Bücher über die Architektur, 33-22 v. Chr.
»
siebtes Kapitel sechstes Buch:
• Gegen welche Himmelsgegenden die Gebäude gerichtet seyn
sollen:
Bildersäle und Werkstätten der Sticker und Maler gen
Mitternacht „damit die Farben derselben während der Arbeit
wegen des stäten Lichts unverändert bleiben“.
• Industriebauten
• Bis heute steht das Sägezahndach mit seinen nach Norden
ausgerichteten Sheds als Sinnbild für Industriebauten, obwohl
es in Neubauten seit längerem nicht mehr verwendet wird.
2
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
3
Tageslicht im Innenraum
2015 - LED
1960 - Metalldampflampe
1950 - Leuchtstofflampe
1900 - Glühlampe
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1850 - Gaslicht
Lichtausbeute [lm/W]
Entwicklung der Lichtausbeute künstlicher Lichtquellen
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
TageslichtArchitektur
Shell-Haus in Berlin, Emil
Fahrenkamp1930 – 1932:
4
KunstlichtArchitektur
Bundesversicherungsanstalt
für Angestellte, Jan und Rolf
Rave 1970 -1973
Das vom Außenraum
abgekoppelte künstliche
Innenraumklima führte zu
Gebäuden, die krank machen.
Tageslicht im Innenraum
2015 - LED
1960 - Metalldampflampe
1950 - Leuchtstofflampe
Sick-BuildingSyndrome!
1900 - Glühlampe
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1850 - Gaslicht
Lichtausbeute [lm/W]
Entwicklung der Lichtausbeute künstlicher Lichtquellen
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Arbeitsstättenverordnung von 1975
• § 7 Beleuchtung
(1) Arbeits- , Pausen- , Bereitschafts- , Liege- und Sanitätsräume
müssen eine Sichtverbindung nach außen haben.
Dies gilt nicht für
1. Arbeitsräume, bei denen betriebstechnische Gründe eine
Sichtverbindung nicht zulassen,
2. Verkaufsräume sowie Schank- und Speiseräume in Gaststätten
einschließlich der zugehörigen anderen Arbeitsräume, sofern die
Räume vollständig unter Erdgleiche liegen,
3. Arbeitsräume mit einer Grundfläche von mindestens 2000 m²,
sofern Oberlichter vorhanden sind.
5
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Sichtverbindung – Gütemerkmal nach DIN 5034-1 : 2011-07
Sichtverbindung ins Freie
– Obwohl die Bedeutung einer Sichtverbindung ins Freie für das
Wohlbefinden der Nutzer überaus groß ist, enthält die
Arbeitsstättenverordnung seit 2004 hierzu keine Anforderung
mehr.
– Die DIN 5034-1 spezifiziert Anforderungen an eine Sichtverbindung
ins Freie. Dabei wurden die Festlegungen des Abschnitts 7/1:
Sichtverbindung nach Außen der zurückgezogenen
Arbeitsstättenrichtlinien bei der Überarbeitung der DIN 5034-1 mit
aufgenommen.
6
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Sichtverbindung – Gütemerkmal nach DIN 5034-1 : 2011-07
Sichtverbindung ins Freie
– Die Anforderungen zur Sichtverbindung nach Außen beziehen sich
auf die durchsichtige Glasfläche des Fensters:
• Breite, Höhe
»
»
bF  1 m
hF  1,25 m (bei überwiegend sitzender Tätigkeit)
• die Höhe der Ober- und Unterkante
»
»
HFo  2,20 m
HFu  0,95 m (bei überwiegend sitzender Tätigkeit)
• die Fläche abhängig von der Raumtiefe
»
»
bei einer Raumtiefe bis 5 m: hF x bR  1,25 m²
bei einer Raumtiefe größer 5 m: hF x bR  1,5 m²
• die Fläche abhängig von der Raumfläche und -höhe
»
»
»
Raumgrundfläche bis 600 m²: AFn  0,10 x (bR x tR)
Raumgrundfläche zwischen 600 m² und 2000 m²: AFn  60 m² + 0,01 x (bR x tR)
bei einer lichten Raumhöhe bis 3,5 m:  AFn > 0, 3 (bR x hR)
• die Breite des durchsichtigen Teils aller Fenster
»
7
 bF  0,55 x bR
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Klassifizierung des Ausblicks
Parameter
Breitenwinkel
Entfernung
Anzahl der Ebenen:
- Himmel
- Landschaft (städtisch oder
natürlich)
- Boden
Information über die Umgebung:
- Ort
- Zeit
- Wetter
- Vegetation
- Menschen
Anforderung
ausreichend
> 14°
>6m
gut
> 28°
> 20 m
ausgezeichnet
> 54°
> 50 m
Mindestens die
Landschaftsebene
Mindestens zwei
Ebenen
Alle Ebenen
Zeit, Wetter und
Ort.
Zeit, Wetter und Ort
und Vegetation
oder Menschen
Alle
Klassifizierung des Ausblicks ins Freie nach dem im Arbeitsbereich D des IEA-SHC-Task 50 verwendeten Monitoring
Protokolls.
8
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Vorläufiges Fazit zum Ausblick ins Freie
• Obwohl die Bedeutung einer
Freie für das Wohlbefinden
ist, enthält die Arbeitsderzeit keine Anforderung.
Sichtverbindung ins
der Nutzer überaus groß
stättenverordnung hierzu
• Vereinzelt werden für
ohne Sichtverbindung ins
Arbeitsstätten Räume
Freie neu errichtet.
• Es besteht Bedarf,
zu regeln.
die Sichtverbindung neu
9
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Tageslicht - Gesetzliche Anforderungen
• Arbeitsstättenverordnung – ArbStättV Stand 2004
(zuletzt geändert 2010; heute gültige Fassung)
3.4 Beleuchtung und Sichtverbindung
(1) Die Arbeitsstätten müssen möglichst ausreichend Tageslicht
erhalten und mit Einrichtungen für eine der Sicherheit und dem
Gesundheitsschutz der Beschäftigten angemessenen künstlichen
Beleuchtung ausgestattet sein.
(2) Die Beleuchtungsanlagen sind so auszuwählen und anzuordnen,
dass sich dadurch keine Unfall- oder Gesundheitsgefahren
ergeben können.
(3) Arbeitsstätten, in denen die Beschäftigten bei Ausfall der
Allgemeinbeleuchtung Unfallgefahren ausgesetzt sind, müssen
eine ausreichende Sicherheitsbeleuchtung haben.
10
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Zuordnung der Gütekriterien der Tageslicht-Beleuchtung
• Wohlbefinden
• Sichtverbindung ins Freie
• Helligkeit
• Besonnung
DIN 5034-1 : 2011-07
Tageslicht in Innenräumen –
Teil 1: Allgemeine Anforderungen
• Sehen
• Beleuchtungsstärke
• Blendungsbegrenzung
• Farbwiedergabe
DIN EN 12464-1 : 2011-08
Licht und Beleuchtung - Beleuchtung von Arbeitsstätten Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen
• Energieeffizienz
• relative Nutzbelichtung
• solare Wärmequellen
DIN V 18599-4 : 2011-12
Energetische Bewertung von Gebäuden –
• Energiebedarf für Beleuchtung Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf für Beleuchtung
11
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Zuordnung der Gütekriterien der Tageslicht-Beleuchtung
• Gestaltung
• räumliche Gleichmäßigkeit
• Leuchtdichteverteilung, Lichtrichtung, Schattigkeit
• Farbtemperatur
• nichtvisuelle biologische Wirkung
• zeitliche Dynamik
DIN V 5031-100 : 2009-06
Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik –
• Lichtdosis
Teil 100: Über das Auge vermittelte, nichtvisuelle Wirkung des Lichts auf den Menschen
12
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
ASR A3.4 - Beleuchtung
4
Beleuchtung mit Tageslicht
4.1 Ausreichendes Tageslicht
(3) Die Anforderung nach ausreichendem Tageslicht wird erfüllt, wenn
in Arbeitsräumen
- am Arbeitsplatz ein Tageslichtquotient größer als 2 %, bei
Dachoberlichtern größer als 4 % erreicht wird oder
- mindestens ein Verhältnis von lichtdurchlässiger Fenster-, Türoder Wandfläche bzw. Oberlichtfläche zur Raumgrundfläche von
mindestens 1:10 (entspricht ca. 1:8 Rohbaumaße), eingehalten ist.
Die Einrichtung fensternaher Arbeitsplätze ist zu bevorzugen.
13
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
14
Vollständige
Berücksichtigung von
Tageslichtsystemen und
Verbauung
Veränderliche
Leuchtdichteverteilung
des Himmels,
dynamisches Verfahren
Computersimulation
Berücksichtigung der
Verbauung, Tageslichtsysteme teilweise
Vollständig bedeckter
Himmel, statisches
Verfahren
Graphische,
photometrische und
rechnerische Verfahren
Keine Berücksichtigung
von Tageslichtsystemen
oder Verbauung
Keine Berücksichtigung
des Himmels
Zollstock, Maßstab
Nutzzeit /
Nutzbelichtung
Tageslichtquotient
geometrische
Kenngrößen
Kenngrößen der Tageslichtbeleuchtung
Die Kenngröße „Verhältnis der Fensterfläche zur Grundfläche“ berücksichtigt wesentliche
Einflussgrößen der Tageslichtversorgung nicht, und ist daher letztlich nicht geeignet, das
tatsächlich vorhandene Tageslichtniveau in einem Raum zu charakterisieren.
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Definition des Tageslichtquotienten
“Der Tageslichtquotient D ist das Verhältnis der
Beleuchtungsstärke EP in einem Punkt einer gegebenen
Ebene, die durch direktes oder indirektes Himmelslicht bei
angenommener oder bekannter Leuchtdichteverteilung des
Himmels erzeugt wird, zur gleichzeitig vorhandenen
Horizontalbeleuchtungsstärke Ea im Freien bei unverbauter
Himmelshalbkugel.“
EP
D
100%
Ea
– Die durch direktes Sonnenlicht bewirkten Anteile beider
Beleuchtungsstärken bleiben unberücksichtigt. [DIN 5034-1]
15
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Berechnung des Tageslichtquotienten nach DIN 5034-3
dabei sind:
D  DH  DV  DR
16
DH
Himmelslichtanteil
DV
Verbauungsanteil
DR
Innenreflexionsanteil
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Messung des Tageslichtquotienten vor Ort
17
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Mindesthelligkeit - Gütemerkmal nach DIN 5034-1 : 2011-07
Der Tageslichtquotient, Gütemerkmal für ausreichende Helligkeit
“Die vom Tageslicht in Wohnräumen erzeugte Helligkeit ist im
Rahmen ihrer psychischen Bedeutung ausreichend, wenn der
Tageslichtquotient auf einer horizontalen Bezugsebene,
gemessen in einer Höhe von 0,85 m über dem Fußboden in
halber Raumtiefe und in 1 m Abstand von den Seitenwänden im
Mittel wenigstens 0,9% und am ungünstigsten dieser Punkte
mindestens 0,75% beträgt.”
[DIN 5034-1 Abschnitt 4.3.1 Helligkeit]
» Diese Anforderungen gelten auch für Arbeitsräume, soweit
sie in ihren Maßen Wohnräumen entsprechen.
18
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Erfüllung der Sehaufgabe - Gütemerkmal nach DIN 5034-1 : 2011-07
Der Tageslichtquotient als Indikator für ausreichende Beleuchtung
• “Als Voraussetzung für eine ausreichende Beleuchtung von
Räumen mit Tageslicht wird ein Tageslichtquotient von
wenigstens 2% in Raummitte empfohlen.“
[DIN 5034-1 Abschnitt 4.3.2 Erfüllung der Sehaufgabe]
»
19
Diese Anforderung wurde neu in die DIN 5034-1 aufgenommen, sie reflektiert die
Diskussion um den Begriff einer ausreichenden Versorgung mit Tageslicht. Diese
Diskussion kreist sowohl um die biologische Wirkung des Tageslichts auf den
Menschen, als auch um die Beleuchtung mit Tageslicht.
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Olbersdorfer Schule, Regelklassenraum
Das Verhältnis von lichtdurchlässiger Fensterfläche zur
Grundfläche entspricht mit 10% (vor Sanierung) dem
Anforderungsniveau der ASR 3.4. In Raummitte liegt der
Tageslichtquotient mit 1,3% jedoch deutlich unterhalb des von der
Arbeitsstättenrichtlinie zum gleichen Kriterium genannten Wertes
von 2%.
Ansicht vom Hof
Bestand
50,76 m²
8,70 m²
17%
0,60
5,24 m²
10%
0,84
nach Sanierung
50,76 m²
8,70 m²
17%
0,55
4,79 m²
9%
0,76
Quelle: AIZ – Architektur und
Ingenieurbüro Zittau
Raumgrundfläche
Rohbaufenstergröße
Rohbau-Fensterfläche / Grundfläche
Minderungsfaktor des Rahmens
Glasfläche
Glasfläche / Grundfläche
Lichttransmissionsgrad der Verglasung
Klassenraum tagsüber, Himmel bedeckt
Kenngrößen der Fenster im Bestand und nach der Sanierung
Raummitte
Referenzpunkt links (halbe Raumtiefe, 1 m Abstand
von linker Seitenwand)
Referenzpunkt rechts (halbe Raumtiefe, 1 m
Abstand von rechter Seitenwand)
Bestand
1,3%
1,1%
nach Sanierung
1,4%
0,9%
0,9%
0,8%
Messung des Tageslichtquotienten im Bestand und nach Sanierung
20
Grundriss Regelklassenraum
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Olbersdorfer Schule, Regelklassenraum
Obwohl der Tageslichtquotient
in Raummitte mit 1,3% deutlich
spezifischer jährlicher
Energieverbrauch der
unter dem von der Arbeitsstättenrichtlinie
genannten Wert liegt,
Beleuchtung:
wurde im Frühjahr / Herbst
während 71,7% des
2,7 kWh/(m²a)
Bewertungszeitraumes eine Beleuchtungsstärke über dem Sollwert
von 300 lux gemessen.
Klassenraum abends, künstlich beleuchtet
Präsenz & Einschaltzeit der künstlichen Beleuchtung
relative Nutzbelichtung
(Frühjahr / Herbst*, 9.-14. Uhr, Basis: 300 lx)
relative Nutzungszeit
(Frühjahr / Herbst*, 9.-14. Uhr, Basis: 300 lx)
21
Fensterseite
(Punkt 2)
Raummitte
Flurseite
(Punkt 3)
(Punkt 4)
99,5%
92,4%
85,2%
96,4%
71,7%
62,7%
*) Die Messung Frühjahr / Herbst bezieht sich auf
den Zeitraum
Kongress
A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
20.10.2011 bis 25.10.2011 und 11.02.2012 bis 16.02.2012.
Anordnung der Messpunkte
spezifischer jährlicher Energiebedarf der
Beleuchtung mit angepasstem Nutzungsprofil
nach DIN V 18599-4 : 2011-12:
nach Sanierung:
2,73 kWh/(m²a)
vor Sanierung:
10,95 kWh/(m²a)
Korrelation des Tageslichtquotienten mit der Beleuchtungsstärke
Das Diagramm wurde erstellt für den Standort: Hannover und eine Betriebszeit von 10. bis 18. Uhr, es bezieht sich auf die
Beleuchtung durch die diffuse Himmelsstrahlung ohne direkte Sonnenstrahlen.
22
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Tageslichtnutzung: Versorgung vs. Schutz
Versorgungsfunktion:
– Ausblick ins Freie
– Tageslichtbeleuchtung
» Das Potenzial der Tageslichtversorgung ergibt sich vornehmlich
aus baulichen Eigenschaften
Schutzfunktion:
– Sonnenschutz
– Blendschutz
– Sichtschutz
» Die Schutzfunktion wird vornehmlich durch Systeme
wahrgenommen
Ein funktionierender Sonnen- und Blendschutz ist die Voraussetzung, dass das Tageslicht
im Betrieb tatsächlich genutzt wird.
Bild: Realgymnasium Köpenick, Architekt: Hugo Kinzer, Baujahr: 1910
23
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Elemente der Tageslichtnutzung
Tageslichtvorkommen Gebäude
Raum
1.
Klima
3.
Bauform und
6.
Beleuchtungssche
Gebäudetiefe
ma

geogr. Breite

Punkthaus

Beleuchtung

Sonnenschein
über
wahrscheinlich

Riegel
Außenfenster
keit

Hof/Atrium

Beleuchtung

Temperatur

...
über

...
4.
Gebäudenutzung
Innenfenster
2.
Verbauung

Büro- und

Innenfenster

Verbauung
Verwaltungsba
zur
durch
u
Versorgung
Gebäude

Produktion
angrenzender

Verbauung

Bildungsbau
Räume mit
durch

Museum
Tageslicht
Vegetation...

...
7.
Fenster und deren
Anordnung
5.
Erschließung und
Anteil innerer

Seitenlicht
Räume

Oberlicht

Einbund

ein-, oder

Zweibund
mehrseitige
Beleuchtung

Dreibund
8.
Fenster
Tageslichtsysteme
Kunstlichtsysteme
9.
Funktionen und
10.
Funktionen und
14.
Kunstlichtsystem
deren Zuordnung
deren Zuordnung

Leuchten
zu den Öffnungen
zu den Systemen

Leuchtmittel

Sichtverbindun

Blendschutz
15.
Betriebsweise
g

Sonnenschutz

manuell

Beleuchtung

Tageslichtlenk
geschaltet

Lüftung
ung

manuell

Solargewinn

...
gedimmt

Fluchtweg
11.
Anordnung

tageslichtabhä

außen
ngig

Verglasung

nutzungsabhä
ngig

innen
12.
Veränderlichkeit

feststehend

veränderlich

stellbar

rückziehbar

der Sonne
nachgeführt
13.
Betriebsweise


manuell
Proportionen

tageslichtabhä

Beleuchtungsti
ngig
efe

zentral

...

dezentral

...
Der „rohbauliche“ Tageslichtzutritt kann bei
Sanierungen betreffen die Systeme der TagesSanierungen
in der Regel nicht verändert
werden
lichtnutzung
und
derundkünstlichen
Beleuchtung
Kongress A+A
27.10.15 – Regelung
von Arbeitsstätten,
Tageslicht
Sichtverbindung, Roman
A. Jakobiak
24
Sanierung - Vergleich des alten mit dem neuen Kastenfenster
– Glasfläche neu:
0,39 m²
– Glasfläche Bestand:
0,57 m²
Das neue Fenster hat 68% der Glasfläche des Bestandsfensters
25
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Sanierung – Auswirkung auf das Tageslichtniveau
Auswirkung verschiedener Strategien der thermischen Sanierung der Gebäudehülle auf das Tageslicht –
Beleuchtungsniveau im Innenraum, extrapoliert aus den Querschnittsuntersuchungen zur Beleuchtung in IEA-Task 47
durchgeführt von daylighting.de. Untersucht wurden in der Hauptsache Nichtwohngebäude.
26
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Vorläufiges Fazit zum Tageslicht
• Mit einem Tageslichtquotienten von 2% (Fenster) bzw. 4%
(Dachoberlichter) kann das Tageslicht einen erheblichen
Beitrag zu Beleuchtung leisten.
• Dieses Anforderungsniveau liegt deutlich über dem für die
Mindesthelligkeit nach DIN 5034-1 aufgrund des
subjektiven Raumeindrucks aus psychologischer Sicht
geforderten Level.
• Das alternative Nachweiskriterium des Verhältnisses der
durchsichtigen Fensterfläche zur Grundfläche ist nur
eingeschränkt zur Beschreibung des Tageslichtniveaus
geeignet. Der überschlägige Vergleich zeigt, dass der
Tageslichtquotient von 2% bzw. 4% mit dem genannten
Fensterflächenanteil ggf. nicht erreicht wird.
27
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Vorläufiges Fazit zum Tageslicht (2)
• Die Grundlage, Arbeitsstätten mit Tageslicht zu versorgen,
wird mit dem Entwurfskonzept gelegt.
• Angemessener Sonnen- und Blendschutz ist die
Voraussetzung, dass das Tageslicht im Betrieb tatsächlich
genutzt wird.
28
Kongress A+A 27.10.15 – Regelung von Arbeitsstätten, Tageslicht und Sichtverbindung, Roman A. Jakobiak
Vielen Dank!

Download Report