DE202017006810U1

DE202017006810U1 - Tageslicht-Beleuchtungssystem

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Publication number: DE202017006810U1
Application number: DE202017006810.9U
Authority: DE
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2027-11-03
Also published as: US20200378572A1; WO2018083617A1; ES1221619U; US20190285238A1; EP3535519A4; US20190285237A1; US10794557B2; CN109923345A; WO2018083613A1; ES1221619Y; ES1221605U; US11209142B2; EP3535611A4; DE202017006809U1; EP3535611A1; EP3535519A1; ES1221605Y; US10718479B2; CN109891286A

Abstract

Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude oder ein Fahrzeug, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasstein lichtdurchlässiges Fassadenelement (800) oder Wandelement, enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) sowie einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Gebäude- oder Fahrzeuginneres zu führen, wobei der Lichttransportkanal eine Öffnung, die an der Innenseite des Fassadenelements oder Wandelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Gebäude- oder Fahrzeuginneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dassdas Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Fassadenelements (800) oder Wandelements befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Tageslichtbeleuchtung von Innenräumen mit unzureichendem Tageslicht, in der Regel in Gebäuden. Sie bezieht sich insbesondere auf einen mit Spiegeln versehenen Lichttransportkanal, der für die horizontale Anbringung unter der Decke geeignet ist, dessen vorderes Ende an der Innenseite der Fassade des Gebäudes angebracht ist und eine strukturierte Polymerfolie oder -platte umfasst, die als Lichtumlenkelement und/oder Lichtkollektor fungiert. Das andere Ende des Transportkanals erstreckt sich ins Gebäudeinnere; seine Seitenwand, insbesondere die Seitenwand, die dem Boden gegenüberliegt, umfasst eine oder mehrere Öffnungen, die mit Beleuchtungskörpern versehen sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Tageslicht-Beleuchtungssystem, das diese Komponenten umfasst, und auf ein Gebäude mit diesem Tageslicht-Beleuchtungssystem.
Allgemeiner Stand der Technik
Der Ferntransport von sichtbarem licht durch ein Gebäude kann große verspiegelte Leitungen oder kleinere feste Lichtleiter verwenden, die Totalreflexion nutzen Spiegelausgekleidete Leitungen beinhalten die Vorteile einer großen Querschnittsfläche und einer großen numerischen Apertur (die größere Ströme mit geringerer Konzentration ermöglicht), ein robustes und klares Ausbreitungsmedium (d. h. Luft), das sowohl zu geringerer Dämpfung als auch zu längeren Lebensdauern führt und ein potentiell geringes Gewicht pro transportierter Lichtstromeinheit. Feste Lichtleiter haben den Vorteil der Konfigurationsflexibilität, der zu relativ engen Biegungen mit geringem Lichtverlust führen kann. Die Vorteile von spiegelausgekleideten Leitungen können zwar überwältigend erscheinen, feste Lichtleiter werden jedoch aufgrund des praktischen Werts, dass die Lichtleitungen im Wesentlichen auf die gleiche Weise zusammengebaut werden wie bei der Rohrinstallation, dennoch häufig gewählt. Unabhängig von der Technik, die verwendet wird, um Licht effektiv zu transportieren, wird ein praktischer und effizienter Tageslichtkollektor, der an das Transportsystem angepasst ist, benötigt.
Auf Faseroptik basierende Tageslichtsysteme, die Licht außerhalb eines Gebäudes sammeln und es über eine große Entfernung durch Lichtwellenleiterkabel ins Innere transportieren, wurden z. B. in US 4389085 und US 5581447 beschrieben. Diese Systeme können große Mengen an direktem Sonnenlicht mit einem hohen Konzentrationsfaktor zum Einkoppeln in ein Lichtwellenleiterkabel sammeln und konzentrieren. Ihr solarer Akzeptanzwinkel ist jedoch sehr klein und sie benötigen daher biaxiale, mechanische solare Nachführvorrichtungen, deren Herstellung teuer ist, die in der Anwendung eine intensive Wartung benötigen, und die sehr sperrig sind, wodurch die Integration in die Fassaden eines Gebäudes zu einer großen Herausforderung wird.
In DE 3604269 , US 5709456 und US 6059438 wird ein Lichtwellenleitersystem vorgeschlagen, das einen statischen Kollektor (keinen solaren Nachführkollektor) verwendet, der auf lichtabsorbierenden und re-emittierenden Farbstoffen basiert. Dieses System kann flach sein und lässt sich daher leicht in die Fassade oder das Dach eines Gebäudes integrieren. Es leidet jedoch an einer sehr geringen Lichtsammeleffizienz, einem niedrigen Lichtkonzentrationsfaktor und einem nicht-natürlichen Lichtspektrum.
Die Patentanmeldung US 2010/0172147 beschreibt eine andere Art eines Lichtleitersystems, das aus einem statischen Kollektor mit makroskopischen Prismenanordnungsmodulen besteht, um Licht zu sammeln und es in eine feste Lichtleitung zum Transport in ein Gebäude einzukoppeln. Die Patentanmeldung WO 2015/098209 beschreibt ein weiteres Lichtwellenleitersystem, das auf einem flachen, mehrschichtigen, mikrooptischen Prismenfolienkollektor-Design basiert. DE 3522717 beschreibt ein Lichtleitersystem mit einer flachen Linse, das auf einem statischen Konzentratorelement basiert.
Alle diese statischen Kollektorsysteme sind flach und lassen sich im Prinzip leicht in die Fassaden eines Gebäudes oder in dessen Dach integrieren. Sie ermöglichen jedoch keinen hohen Lichtkonzentrationsfaktor und daher ist eine große Menge an Lichtleiter (Lichtleitung) erforderlich, um das Licht über große Entfernungen in das Gebäude zu transportieren, wodurch die Systeme sehr teuer und schwer werden.
Tageslichtsysteme, die auf mit spiegelausgekleideten Lichtleitungs-Transportelementen basieren, sind wohlbekannt. Vertikale Lichtrohre für den Lichttransport vom Dach in die oberen Stockwerke eines Gebäudes werden z. B. in US 8955269 , WO 2011/022274 , US 2014/0160570 oder EP 1306606 beschrieben. Systeme dieser Klasse sind für mehrstöckige Bürogebäude, in denen die Entfernungen vom Dach zu den Büros überwiegend zu lang sind, um die erforderliche Lichtstärke von 500 Ix im zentralen Arbeitsbereich (DIN EN 12464-1, Bürobeleuchtung) bereitzustellen, nur von geringem Interesse. Sie sind daher in ihrer Lichttransportentfernung auf etwa 5 m beschränkt oder sie benötigen eine sehr große Querschnittsfläche für den Transport von Licht über längere Entfernungen, wodurch sie einen großen Anteil des verfügbaren Gebäudevolumens einnehmen. Für eine höhere Lichtsammeleffizienz umfassen die Systeme häufig eine Kuppel, die die Lichttransportleitung bedeckt, die zusätzliche optische Strukturen umfassen kann, wie beispielsweise Fresnel-Strukturen oder Laser Cut Panels (LCP). Die Abdeckung ist daher sperrig und stellt eine Herausforderung für die Integration des Systems in die Gebäudehülle dar.
Horizontale Lichtrohre für die Gebäudebeleuchtung mit Tageslicht aus der Fassade wurden in CN 102305380 und WO 1998/028645 vorgeschlagen, ein System kombiniert mit Laser Cut Panels als Kollektor (LCP) wurde von V. Garcia Hansen and I. Edmonds in ‚Natural illumination of deep-plan office buildings : light pipe strategies. In: ISES Solar World Congress 2003, 14-19 June 2003, Göteborg, Schweden‘ und CN203162829 beschrieben, und ein anders System mit Kollektorelementen vom CPC-Typ wird von D. Väzquez-Moliní et al. (ADASY, Active Daylighting System; Proc. of SPIE Vol. 7410, 74100H) beschrieben. Alle diese Systeme ermöglichen es entweder nicht, Tageslicht aus einer Fläche zu sammeln, die größer ist als der Querschnitt der spiegelausgekleideten Leitung, und/oder haben sperrige Verlängerungen, die von der Fassade des Gebäudes vorstehen. Dies stellt eine Herausforderung für die architektonische Integration dar und/oder es müssen teure optische Elemente vorhanden sein.
Ein horizontales Lichtrohrsystem mit einem Tageslichtkollektorelement, das das Sammeln von Licht aus einer wesentlich größeren Fläche als dem Querschnitt der spiegelausgekleideten Leitung ermöglicht, wird in KR 100384277 vorgeschlagen. Der Kollektor umfasst einen Kondensatorabschnitt, der durch einen Rahmen und eine Fresnel-Linse gebildet wird, und einen Lichtänderungsabschnitt, der aus zwei Prismenlinsen gebildet wird. Die zweite Prismenlinse ist optisch mit einer spiegelausgekleideten Leitung verbunden. Die Kollektorvorrichtung dieses Systems ist jedoch sehr sperrig und lässt sich daher nicht leicht in die Fassade oder das Dach eines Gebäudes integrieren.
Ein Tageslichtsystem, das ein vorstehendes flaches Kollektorelement, das makrooptische und Spiegelstrukturen umfasst, mit einer spiegelausgekleideten Leitung kombiniert, wird in JP 2014/209423 und JP 2014/209424 und JP 2016/048618 vorgeschlagen.
Alle oben beschriebenen Tageslichtsysteme des Stands der Technik haben den Nachteil eines geringen solaren Akzeptanzwinkels, der dazu führt, dass teure mechanische Nachführsysteme benötigt werden, und/oder teure Lichtleiterkabel für den Transport von Tageslicht über große Entfernungen benötigt werden, und/oder sperrige Kollektorelemente, die eine Herausforderung für die Integration in die Gebäudehülle darstellen, und/oder die teuere optische Elemente benötigen und/oder eine begrenzte Lichtausbeute aufweisen. Wenn sie verwendet werden, um Licht von der Seite der Fassade einzuführen, führen diese Vorrichtungen nicht nur zu ästhetischen Brüche in den Fassaden, sondern unterbrechen auch die Gebäudehülle und deren thermische Abschirmung.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es besteht im Fachgebiet daher ein Bedarf für ein Tageslichtsystem mit einem statischen Kollektor und/oder einem Umlenkelement, das keine vorstehenden Teile benötigt und das sich daher leicht in die Gebäudehülle integrieren lässt und dabei deren thermische Isolierungseigenschaften bewahrt und keine teuren optischen Elemente für die Lichtsammlung und den Lichttransport benötigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Kombination eines lichtdurchlässigen Glasfassadenelements, das eine Lichtsammel- und/oder -umlenkfolie oder - platte umfasst, die zum Einkoppeln von Sonnenlicht in eine spiegelausgekleidete Leitung eingerichtet ist, überraschenderweise zu einer stark verbesserten Leistung des Systems führt. Einzelheiten zu diesen vorteilhaften Tageslichtsystemen gehen aus den folgenden Erläuterungen hervor.
Die Erfindung betrifft daher allgemein ein Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst ein lichtdurchlässiges Fassadenelement (800), enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) und einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Gebäudeinneres zu lenken, wobei der Lichttransportkanal eine vordere Öffnung, die an der Innenseite des Fassadenelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Gebäudeinneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Fassadenelements (800) befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern. Die Glasscheibe kann das vorliegende Lichtumlenkelement direkt auf ihrer Glasoberfläche tragen, in der Regel mit einem Klebstoff, oder die Glasscheibe kann, wie weiter unten erläutert, beschichtet werden und das Element auf ihrer beschichteten Oberfläche tragen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen den Lichtkollektor zur Verwendung in einem Tageslicht-Beleuchtungssystem, das Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude und das Gebäude. Es können sich, auch wenn sie nicht ausführlich beschrieben werden, Synergieeffekte aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben.
Wenn ein unbestimmter oder bestimmter Artikel unter Bezugnahme auf ein Nomen im Singular, z. B. „ein“, „eine“, „einer“ oder „der, die, das“, verwendet wird, beinhaltet dies eine Mehrzahl dieses Nomens, wenn nicht ausdrücklich etwas anders angegeben ist. Die Begriffe „etwa“ oder „ungefähr“ bezeichnen im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Genauigkeitsintervall, das den Fachmann in die Lage versetzen wird, die technische Wirkung des betreffenden Merkmals weiterhin sicherzustellen. Der Begriff gibt in der Regel eine Abweichung von dem angegebenen Zahlenwert von ±20 %, vorzugsweise ±15 %, bevorzugter ±10 % und noch bevorzugter ±5 % an. Der Begriff „etwa“ ist synonym zu „im Wesentlichen“ und bezeichnet eine oben beschriebene mögliche Abweichung vom Ausgangswert, außer bei Winkeln, bei denen der Begriff „etwa“ eine mögliche Abweichung um plus oder minus 10 Grad (vorzugsweise bis zu plus oder minus 5 Grad) bezeichnet. Daher bezeichnet der Begriff „etwa horizontal“ eine Anordnung (z. B. des Lichttransportkanals) mit einer maximalen Neigung von plus oder minus 10 Grad und vorzugsweise plus oder minus 5 Grad von der Horizontalen.
Technische Begriffe werden in ihrer üblichen Bedeutung verwendet. Wenn einem bestimmten Begriff eine besondere Bedeutung zugewiesen wird, werden im Folgenden in dem Kontext, in dem die Begriffe verwendet werden, Begriffsdefinitionen angegeben. Die Begriffe „spiegelausgekleidete Leitung“, „Lichtleitung“, „Lichttransportkanal“, „Lichtkanal“, „Lichtrohr“ werden synonym verwendet Der Begriff „spekulare Reflexion“ bezieht sich auf Reflexion ohne Erzeugung von diffusem Licht.
Sowohl funktional als auch ästhetisch kann das vorliegende Fassadenelement in die Gebäudehülle integriert werden ohne vorzustehen, wodurch es vorzugsweise ein Teil der Gebäudehülle wird, in der Regel als Teil einer glatten Fassade, bei der es sich um eine Glasfassade handeln kann. Daher kann das Fassadenelement (dessen Oberfläche in der Regel durch die Höhe h' und die Breite w' definiert wird, wie in 2 dargestellt) zusammen mit der Glasscheibe und der Folie oder Platte, umfassend das daran befestigte Lichtumlenkelement (d. h. das Lichtumlenkelement ist in der Regel auf eine Glasscheibe oder eine andere Scheibe parallel zu einer Glasscheibe laminiert), im Allgemeinen parallel zur Fassade und/oder als Teil einer flachen (in der Regel: vertikalen) Fassade angeordnet sein.
Im Allgemeinen ist der vorliegende Lichttransportkanal mit seiner vorderen Öffnung in das Fassadenelement von der Gebäudeinnenseite eingepasst, wodurch die Wärmemanagementeigenschaften der Gebäudehülle und das ästhetische Aussehen der Fassade beibehalten werden. Der vorliegende Lichttransportkanal kann derart in das Fassadenelement eingepasst werden, dass seine vordere Öffnung (Querschnitt) an dem Fassadenelement angebracht ist, oder der Lichttransportkanal wird einfach hinter dem Fassadenelement angeordnet, um Lichteinfall von dem Fassadenelement in seine vordere Öffnung, die durch eine separate transparente Scheibe, wie beispielsweise eine Polymerscheibe oder eine Glasscheibe, verschlossen sein kann, zu ermöglichen.
Die Dicke des Fassadenelements kann in der Regel von 0,1 cm bis 25 cm, vorzugsweise von 1 cm bis 20 cm, bevorzugter von 2 cm bis 15 cm variieren. Vorzugsweise ist die Dicke des Kollektors über die gesamte Fläche konstant, sie kann sich aber in der Fläche des mindestens einen Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts des Kollektors auch unterscheiden.
Gemäß einer ersten allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (vgl. 1) ist das Lichtumlenkelement eingerichtet, um Licht, das die Außenfläche der Gebäudehülle in der Regel unter einem mehr oder weniger steilen Einfallswinkel erreicht, in einen Lichttransportkanal zu lenken. Das Licht, das auf die Folie oder die Scheibe, die dieses Lichtumlenkelement enthält, trifft (oder eingekoppelt wird), verändert daher seine Richtung in die gewünschte Richtung und verlässt anschließend die Folie oder Scheibe (d. h. wird ausgekoppelt) in Richtung des Gebäudeinneren im Wesentlichen ohne weitere Umlenkung (abgesehen von Durchgängen durch eine oder mehrere optionale weitere Schichten der Gebäudehülle, wie beispielsweise Folien oder Glasscheiben, die eine geringfügige Diffraktion hervorrufen können; wobei diese Diffraktion äußerst klein bleibt, da Oberflächen dieser weiteren Schichten im Wesentlichen parallel sind).
Gemäß einer zweiten allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (vgl. 2) ist das Lichtumlenkelement eingerichtet, um Licht, das die Außenfläche der Gebäudehülle in der Regel unter einem mehr oder weniger steilen Einfallswinkel erreicht, in die Folie oder Scheibe oder eine oder mehrere dazu benachbarte Schichten (Wellenleiterschicht(en)) einzukoppeln, wobei die Folie oder die Scheibe dadurch als Lichtkollektor für die Verwendung in einem Tageslicht-Beleuchtungssystem und für die Integration in ein Gebäude wirken. Der Lichtkollektor umfasst eine Wellenleiterschicht, ein Lichtsammel- und -umlenkelement, das zum Einkoppeln von Sonnenlicht in die Wellenleiterschicht eingerichtet ist. Der Lichtkollektor umfasst auch ein Auskopplungselement, das eingerichtet ist, um Licht aus dem Wellenleiter in einen Lichttransportkanal des Tageslicht-Beleuchtungssystems auszukoppeln.
Im Folgenden beziehen sich Abschnitte, die den Lichtkollektor betreffen, auf diese zweite allgemeine Ausführungsform der Erfindung, während sich alle anderen Abschnitte (die sich unter anderem auf das Umlenkelement, den Lichttransportkanal, das Fassadenelement oder die Beleuchtungskörper beziehen) sowohl auf die erste als auch auf die zweite allgemeine Ausführungsform der Erfindung beziehen.
Der Lichttransportkanal (1 oder 2, der sich mit seiner Länge l ins Gebäudeinnere verlängern soll) bildet im Allgemeinen einen Winkel von 45° oder mehr mit der Außenfläche des Fassadenelements (in 2 definiert durch seine Höhe h' und Breite w'); in der Regel beträgt der Winkel zwischen der Ebene h' x w' und einer langen Seite des Lichtkanals der Länge l etwa 90°, wodurch eine etwa horizontale Positionierung bereitgestellt wird.
Daher ist das vorliegende Tageslicht-Beleuchtungssystem kein auf Lichtleitern basierendes System. Im Allgemeinen soll das Fassadenelement, das mit dem Lichtumlenkelement versehen ist, auf der Außenseite des Gebäudes, die Tageslicht ausgesetzt ist, angeordnet sein. Wie ausführlicher erläutert werden wird, ermöglicht ein Lichtkollektor der zweiten Ausführungsform das Sammeln von Licht aus einer Fläche, die größer ist als die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals.
Verglichen mit dem Stand der Technik sammelt der Lichtkollektor der vorliegenden Erfindung Licht auf eine andere Weise und führt das gesammelte Licht auch auf eine andere Weise zum Lichttransportkanal. Es wird mindestens eine Wellenleiterschicht verwendet, die feste und/oder flüssige Lichtleiter nutzen kann. Im Prinzip wird das Licht, das auf der Oberfläche des Lichtkollektors auftrifft, durch das Lichtsammel- und -umlenkelement in den Wellenleiter eingekoppelt, worin es mittels Totalreflexion (TIR) zum Auskopplungselement geführt wird. Die eine oder die mehreren Wellenleiterschichten, das Lichtsammel- und -umlenkelement und das Auskopplungselement können auf mehrere Arten ausgeführt werden. Dies wird im Folgenden im Kontext verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher erläutert.
In anderen Worten ist der neue Lichtkollektor, der eingerichtet ist, um in einem Tageslicht-Beleuchtungssystem verwendet zu werden und um in die Fassade eines Gebäudes integriert zu werden, eingerichtet, um das Tageslicht in die Schicht aus festen und/oder flüssigen Wellleitern einzukoppeln und auch um es aus der Wellenleiterschicht auszukoppeln, um das ausgekoppelte Licht in einen Lichttransportkanal zu lenken, der an oder in dem Lichtkollektor angeordnet sein kann. Die Schnittstelle zwischen dem Lichtkollektor und dem Lichttransportkanal wird im Folgenden ausführlicher erläutert. Insbesondere ist die Kombination aus der Wellenleiterschicht als einem festen Lichtleiter und dem Lichttransportkanal als einer spiegelausgekleideten Leitung eine bevorzugte Ausführungsform.
Der Abschnitt, in dem sich die Auskopplungselemente an dem Lichtkollektor befinden, kann vorzugsweise im Zentrum des Lichtkollektors sein, wie im Kontext z. B. der 2 und 3 gezeigt und erläutert wird. Dies beruht darauf, dass es bevorzugt sein kann, dass der Lichttransportkanal an dem Lichtkollektor in einer zentralen Position befestigt ist, wie in den 2 und 3 angegeben. Es sind jedoch auch andere nicht-zentrierte Befestigungspositionen möglich. Die Fläche oder der Abschnitt des Lichtkollektors, in der/in dem der Lichttransportkanal zu befestigen ist oder befestigt ist, wird Kanalbefestigungsabschnitt genannt. Daher werden im Folgenden einige Merkmale, wie z. B. die Auskopplungselemente, in Bezug auf das Zentrum des Lichtkollektors oder alternativ auf den Kanalbefestigungsabschnitt, d. h. den Ort, an dem der Lichttransportkanal an dem Lichtkollektor befestigt ist, beschrieben.
Die Wellenleiterschicht ist vorzugsweise eine Platte aus festen Wellenleitern, aber sie kann auch ein flüssiges Lichtleitermaterial enthalten. Das Lichtkollektorelement kann auch ein Laminat aus einer Vielzahl von Wellenleiterschichten umfassen. Die Wellenleiterschicht ist vorzugsweise aus einem festen Material, wie beispielsweise einem Polymer oder einem Glas, hergestellt. Vorzugsweise ist sie aus einem Polymethylmethacrylat, Polyacrylat, thermoplastischen Polyurethan, Polycarbonat, Polysilizium oder Polycycloolefin hergestellt. Die mindestens eine Wellenleiterschicht kann eine konstante Dicke über die gesamte Kollektorfläche aufweisen oder ihre Dicke kann sich vom Rand zum Zentrum oder zur Fläche oder zum Abschnitt, in der/dem der Lichttransportkanal zu befestigen ist oder befestigt ist, d. h. dem Kanalbefestigungsabschnitt, erhöhen. Es kann zentrale Flächen des Lichtkollektors geben, in denen die Wellenleiterschicht unterbrochen ist, d. h. in der es eine oder mehrere (vorzugsweise kreisförmige oder rechteckige) Öffnungen in der mindestens einen Wellenleiterschicht gibt. Die Dicke der Wellenleiterschicht kann 0,1 mm bis 200 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 100 mm, bevorzugter 1 mm bis 50 mm betragen.
Die Wellenleiterschicht kann eine durchgehende Schicht innerhalb des Lichtkollektors sein, die außerdem keine Unterbrechungen oder Ausnehmungen oder dergleichen aufweist. In anderen Worten kann aus einer Vorderansicht, wie z. B. in 1 gezeigt, die Wellenleiterschicht den gesamten Querschnitt des Lichtkollektors oder im Wesentlichen den gesamten Querschnitt des Lichtkollektors bedecken.
Wie im Kontext spezifischer Ausführungsformen später erläutert werden wird, kann die Wellenleiterschicht auch Ausnehmungen aufweisen, insbesondere in dem Kanalbefestigungsabschnitt des Lichtkollektors oder im Zentrum des Lichtkollektors, wie sich zum Beispiel aus 3 schließen lässt.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lichtsammel- und/oder -umlenkelement als eine Vielzahl von Gitterkopplern und/oder Hologrammen und/oder Spiegeln und/oder Mikrospiegeln und/oder reflektierender Mikrostrukturen ausgeführt. In einer Ausführungsform wird eine transparente Mikrostruktur verwendet, in der Licht durch Totalreflexion für spezifische Winkel reflektiert wird und durch die anderen Winkel hindurchgeht.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist der Begriff Mikrospiegel als ein Spiegel zu verstehen, der Abmessungen im Mikrometerbereich, z. B. 0,1 bis 5.000 Mikrometer oder vorzugsweise 0,5 bis 2.000 Mikrometer oder bevorzugter 1 bis 1.000 Mikrometer, aufweist. Ferner ist im Kontext der vorliegenden Erfindung der Begriff reflektierender Mikrospiegel als eine reflektierende Struktur zu verstehen, die Abmessungen im Mikrometerbereich, z. B. 0,1 bis 5.000 Mikrometer oder vorzugsweise 0,5 bis 2.000 Mikrometer oder bevorzugter 1 bis 1.000 Mikrometer, aufweist.
Das Lichtsammel- und/oder -umlenkelement kann aus einer Vielzahl von optischen oder mikrooptischen Strukturen bestehen, wie beispielsweise symmetrischen oder asymmetrischen Prismen-, Pyramiden-, Sinus- oder Kegel-artigen Strukturen bestehen. Es kann vorzugsweise aus einer Vielzahl von linearen oder kreisförmigen verlängerten (mikro-)optischen Strukturen, z. B. vom Typ symmetrische oder asymmetrische V-Nut, bestehen. Im Fall von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung kann die (mikro-)optische Struktur transparent sein und somit Licht durch Totalreflexion (TIR) umlenken, oder sie kann mit einer spekularen reflektierenden Spiegelschicht beschichtet sein. In letztgenannten Fall ist die (mikro-)optische Struktur auf der Seite der Wellenleiterschicht angeordnet, die zum Gebäudeinneren hin ausgerichtet ist.
Das optische Element zur Umlenkung von einfallendem Tageslicht kann auch ein holographisches Gitter oder ein Beugungsgitter sein, das einfallendes Licht zum Lichtkanal umlenkt (im Fall von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung), oder das Licht in die Wellenleiterschicht einkoppelt (im Fall von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung). Das optische Element, das das einfallende Tageslicht umlenkt, ist derart angeordnet, dass Licht gelenkt wird und in den Lichttransportkanal oder in die Wellenleiterschicht zum Zentrum des Kollektors oder zum Kanalbefestigungsabschnitt transportiert wird. Der Lichtkollektor kann nur eine Fläche, einen Abschnitt oder ein Zentrum aufweisen, zu der/dem das Tageslicht umgelenkt wird und durch die Wellenleiterschicht transportiert wird, oder er kann eine Vielzahl von Flächen, Abschnitten oder Zentren aufweisen, zu denen das Tageslicht umgelenkt und durch die Wellenleiterschicht transportiert wird.
Lichtumlenkende Polymerfolien, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind im Handel verfügbar. Die lichtumlenkende Polymerfolie kann in einem Verfahren erhalten werden, das einen Schritt zur Mikrostrukturierung einer Polymeroberfläche zum Erhalt einer strukturierten Schicht umfasst.
Die (mikro-)optische Struktur als Ganzes ist in der Regel transparent und ist in eine Polymerscheibe oder eine -folie eingebettet oder auf die Oberfläche einer Polymerschicht oder einer Polymerfolie, vorzugsweise aus Polyvinylbutyral (PVB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyacrylat, thermoplastisches Polyurethan, Polycarbonat (PC), Polysilizium oder Polycycloolefin, geprägt. Die gleichen Materialien werden vorzugsweise für holographische oder beugende Lichtumlenkelemente verwendet. Wenn die (mikro-)optische Struktur mit einer spekularen reflektierenden Spiegelschicht beschichtet ist (z. B. einer Aluminiumschicht oder einer Silberschicht, oder einer spekularen reflektierenden mehrschichtigen Polymerfolie), kann die Struktur zusätzlich auch aus Polyacrylat, Polyolefin, Polyester und jedem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
Wenn die strukturierte Schicht durch Prägen hergestellt wird, wird in der Regel eine Flachfolie mit einer prägbaren Oberfläche unter Beaufschlagung mit Druck und/oder Hitze mit einem strukturierten Werkzeug in Kontakt gebracht, um eine geprägte Oberfläche zu bilden. Die gesamte Flachfolie kann ein prägbares Material umfassen oder die Flachfolie kann nur eine prägbare Oberfläche aufweisen. Die prägbare Oberfläche kann eine Schicht aus einem Material umfassen, das sich von dem Material der Flachfolie unterscheidet, das heißt, dass die Flachfolie eine Beschichtung aus prägbarem Material auf ihrer Oberfläche aufweisen kann. Die Struktur der geprägten Oberfläche ist die Umkehrung der Struktur der Werkzeugoberfläche, das heißt, ein Vorsprung auf der Werkzeugoberfläche wird eine Vertiefung auf der geprägten Oberfläche bilden, und eine Vertiefung auf der Werkzeugoberfläche wird einen Vorsprung auf der geprägten Oberfläche bilden.
In einem Verfahren von spezifischem technischem Interesse zum Herstellen der Umlenkstrukturen (wie auch in oben genanntem Dokument WO2014024146 erwähnt), wird eine UV-härtbare Harzschicht auf eine Polymerfolie (wie beispielsweise eine PET-Folie) aufgebracht, mit einem Druckverfahren strukturiert und mit UV-Licht gehärtet. Ein Verfahren kann ein Druckverfahren und vorzugsweise ein Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Laminat, das die strukturierte Schicht trägt, als einfache Konstruktion durch ein UV-Druckverfahren hergestellt. In einer anderen Ausführungsform wird das beschichtete Substrat aus einem strahlenhärtenden (Meth)acrylatmaterial hergestellt und das geformte (Meth)acrylatmaterial wird durch Aussetzen an aktinische Strahlung gehärtet. Zum Beispiel kann ein härtbares Polymermaterial auf eine Substratfolie beschichtet werden und gegen ein mikrostrukturiertes Formwerkzeug gepresst und, z. B. durch UV-Strahlung, gehärtet werden, um eine strukturierte Schicht auf der Substratfolie zu bilden. Nach dem Entfernen des Formwerkzeugs wird die strukturierte Schicht erhalten. Die Struktur der gedruckten Oberfläche ist die Umkehrung der Struktur der Werkzeugoberfläche, das heißt, ein Vorsprung auf der Werkzeugoberfläche wird eine Vertiefung auf der gedruckten Oberfläche bilden, und eine Vertiefung auf der Werkzeugoberfläche wird einen Vorsprung auf der gedruckten Oberfläche bilden.
Wenn ein wärme- und/oder strahlenhärtendes Harzmaterial für die Herstellung der strukturierten Schicht verwendet wird, ist ein UV-härtendes Harz bevorzugt. In diesem Fall umfasst das Bindemittel im Wesentlichen monomere oder oligomere Verbindungen, die ethylenisch ungesättigte Bindungen enthalten, die nach dem Auftrag durch aktinische Strahlung gehärtet werden, d. h. in eine vernetzte Form mit hohem Molekulargewicht umgewandelt werden. Wenn das System UV-härtend ist, enthält es im Allgemeinen auch einen Photoinitiator.
Entsprechende Systeme sind in der oben genannten Veröffentlichung Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A18, Seiten 451 453, beschrieben. Die Harzzusammensetzung kann ferner einen Stabilisator, wie beispielsweise ein sterisch gehindertes Amin, enthalten.
Dual-Cure-Systeme, die zuerst durch Wärme und anschließend durch UV-Strahlung oder umgekehrt gehärtet werden, umfassen Komponenten, die ethylenische Doppelbindungen enthalten, die bei Bestrahlung mit UV-Licht, in der Regel in Gegenwart eines Photoinitiators, reagieren können.
Die elektromagnetische Strahlung ist daher bevorzugt UV-Licht und die strahlenhärtende Beschichtung ist in der Regel eine UV-härtbare Beschichtung. Das Härten der UV-härtenden Beschichtung (UV-Lack) während des Transferschritts kann gemäß der in WO 12/176126 beschriebenen Verfahren erreicht werden. Bevorzugte Härtungswellenlängen sind zum Beispiel aus dem kurzen Wellenlängenbereich 220 - 300 nm, insbesondere 240 - 270 nm, und/oder aus dem langen Wellenlängenbereich 340 - 400 nm, insbesondere 350 - 380 nm, wie sie z. B. durch LED-Härten erreicht werden können.
Die auf diese Weise erhaltene strukturierte Schicht kann einer Metall-Dampfabscheidung unter einem schrägen Winkel unterzogen werden, wodurch ein Gitter aus Mikrospiegeln hergestellt wird. Die Mikrospiegel können dann unter Verwendung des gleichen Materials wie in dem Strukturierungsschritt oder eines anderen Materials verkapselt werden. Eine solche Verkapselung modifiziert die optischen Eigenschaften und schützt die Beschichtung. Die strukturierte Polymerfolie kann mit einem Klebstoff auf das Glas oder die beschichtete Glasscheibe des Fassadenelements aufgebracht werden, wodurch die vorliegende Frontplatte gebildet wird. 12 zeigt den oben beschriebenen Prozess.
Die Lichtumlenkfolie kann auch eine strukturierte Polymerfolie sein, die Reflexion von Licht an einer Schnittstelle zwischen 2 transparenten Materialien mit einem sich stark unterscheidenden Brechungsindex (z. B. um 0,4 bis 0,7) bereitstellt, wie sie z. B. durch Schnittstellen zwischen Polymer und Luft realisiert werden, wie in WO 2016/064669 .
Das Lichtsammel- und/oder -umlenkelement des Lichtkollektors kann auf mehrere unterschiedliche Arten ausgeführt werden. Dieses optische Element, das das einfallende Tageslicht umlenkt, kann die gesamte Fläche der Wellenleiterschicht bedecken oder es kann nur Teile der Fläche der Wellenleiterschicht bedecken. Wenn der Lichtkollektor aus einem Laminat aus einer Vielzahl von Wellenleiterschichten besteht, kann das Lichtsammel- und - umlenkelement, das das einfallende Tageslicht umlenkt, aus einer Vielzahl von Streifen oder Auflagen bestehen, die an jeder der Vielzahl von Wellenleiterschichten befestigt sind, wobei die Streifen oder Auflagen derart zueinander verschoben sind, so dass sie kombiniert eine große Fläche des Lichtkollektors bedecken. Das Lichtsammel- und -umlenkelement des Lichtkollektors kann nur eine Art von optischem Element umfassen oder es kann eine Kombination aus mehreren Arten von optischen Elementen, wie hierin beschrieben, in Teilen der Fläche der Wellenleiterschicht oder der gesamten Fläche der Wellenleiterschicht umfassen.
Das Lichtsammel- und -umlenkelement, das das einfallende Tageslicht umlenkt, kann direkt an der mindestens einen Wellenleiterschicht befestigt sein, oder zusätzliche Elemente können zwischen dem optischen Element und der Wellenleiterschicht enthalten sein. Diese Elemente können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf einen Luftspalt, eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht mit hohem Brechungsindex, eine Indexmatching-Schicht, eine Gradientenindexschicht. Die zusätzlichen Elemente können auch Klebstoffschichten, Polymerfolien, Glasschichten oder Kompatibilitätsschichten beinhalten.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung soll der Begriff „Schicht mit hohem Brechungsindex“ oder „Material mit hohem Brechungsindex“ als eine Schicht oder ein Material angesehen werden, das einen Brechungsindex aufweist, der höher ist als der Brechungsindex der Wellenleiterschicht. Ferner soll im Kontext der vorliegenden Erfindung der Begriff „Schicht mit niedrigem Brechungsindex“ oder „Material mit niedrigem Brechungsindex“ als eine Schicht oder ein Material angesehen werden, das einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist als der Brechungsindex der Wellenleiterschicht.
Zwischen dem Lichtsammel- und -umlenkelement, das das einfallende Tageslicht umlenkt, und der Wellenleiterschicht kann eine Gradientenbrechungsindexschicht verwendet werden, die, wo sie mit der Wellenleiterschicht in Kontakt ist, einen Brechungsindex aufweist, der höher ist als der Brechungsindex des Wellenleitermaterials. Die Gradientenbrechungsindexschicht kann derart eingerichtet sein, dass die Differenz zwischen ihrem hohen Brechungsindex n(high) and ihrem niedrigen Brechungsindex n(low) im Bereich von 0,15 bis 0,4 und, vorzugsweise von 0,18 bis 0,35 liegt. Zum Beispiel gibt es in dem Beispiel aus 10 eine Schicht mit n=1,7, eine Schicht mit n=1,6 (klebend). Die Gradientenbrechungsindexschicht kann als Einzelschicht oder als Abfolge von mehreren (zwei oder mehr) Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex in Form einer Stufengradientenindexschicht gebildet werden. Im Allgemeinen nimmt der Brechungsindex der Gradientenbrechungsindexschicht jedoch von dem Teil der Schicht, die mit dem Lichtkollektor und dem Umlenkelement in Kontakt ist, zu dem Teil der Schicht hin ab, die in Kontakt mit der Wellenleiterschicht ist. Diese Abnahme kann stufenweise und/oder kontinuierlich im Sinne eines kontinuierlichen Gradienten sein. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeckt der Teil der Gradientbrechungsindexschicht mit dem höchsten Brechungsindex das Lichtsammel- und -umlenkelement vollständig und ist mit ihm in Kontakt.
Der Lichtkollektor kann außerdem auf der Seite der mindestens einen Wellenleiterschicht, die von dem Gebäude weg zur Sonne hin ausgerichtet, Linsen umfassen. Diese Linsen können das einfallende Tageslicht auf das optische Element fokussieren, das das einfallende Tageslicht umlenkt und es in die mindestens eine Wellenleiterschicht einkoppelt, in der es durch Totalreflexion (TIR) z. B. zum Zentrum des Kollektors oder allgemein zum Kanalbefestigungsabschnitt transportiert wird. Die Linsen können Makro- oder Mikrolinsen oder Fresnel-Linsen, vorzugsweise Mikrolinsen oder Fresnel-Linsen sein. Die Linsen können aus Glas, Polysilizium, Polyacrylat, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polycycloolefin oder jedem anderen geeigneten Material bestehen.
Zwischen den Linsen und dem Lichtsammel- und -umlenkelement, das das einfallende Tageslicht umlenkt, können weitere Elemente enthalten sein. Diese Elemente können einen Luftspalt, eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex, eine Schicht mit hohem Brechungsindex, eine Gradientenindexschicht beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Die zusätzlichen Elemente können auch Klebstoffschichten, Polymerfolien, Glasschichten oder Kompatibilitätsschichten beinhalten. Die Linsen können es ermöglichen, die Abmessungen des Kollektors zu erhöhen, mit dem das Licht mit hoher Ausbeute gesammelt werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung basiert das Lichtsammel- und - umlenkelement, das das einfallende Tageslicht umlenkt und es in die mindestens eine Wellenleiterschicht einkoppelt, auf der flachen Lichtkollektor-Technologie, wie sie zum Beispiel (aber nicht darauf beschränkt) in WO 2015/098209 oder WO 2009/035986 oder US 9229144 oder US 9246038 oder US 2016/178879 oder US 2016/276514 beschrieben wird. Es kann jedoch jede andere Lichtsammeltechnologie, die die Anforderung eines flachen Kollektors, wie hierin spezifiziert, erfüllt, zum Umlenken und Einkoppeln in die Wellenleiterschicht genutzt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist kein optisches Element, das das einfallende Tageslicht umlenkt und es in die mindestens eine Wellenleiterschicht einkoppelt, an der Fläche des mindestens einen Zentrums des Lichtkollektors/oder des Kanalbefestigungsabschnitts befestigt. Stattdessen werden Auskopplungselemente, die Licht aus der Wellenleiterschicht ins Gebäudeinnere auskoppeln, wodurch sie das vorliegende Umlenkelement bilden, an der Folien- oder Scheibenschicht in mindestens Teilen des Zentrums des Fassadenelements oder dem Ort, an dem der Lichttransportkanal daran befestigt ist, befestigt.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Auskopplungselement oder das Umlenkelement ausgewählt aus der Gruppe umfassend Flachspiegel enthaltende Elemente, Parabolspiegel enthaltende Elemente, Elemente, die optische Lichtextraktionsstrukturen an der Oberfläche enthalten, wie z. B. Prismen, Pyramiden, Kegel oder alle Kombinationen davon, oder wobei das Auskopplungselement bereitgestellt wird, indem die Wellenleiterschicht gebogen wird, um das Licht durch Totalreflexion innerhalb der Wellenleiterschicht umzulenken.
Auskopplungselemente, d. h. optische Elemente, die Licht aus der Wellenleiterschicht, z. B. ins Gebäudeinnere, auskoppeln, können zum Beispiel: Flachspiegel enthaltende Elemente, Parabolspiegel enthaltende Elemente, Elemente, die optische Lichtextraktionsstrukturen an der Oberfläche enthalten, wie z. B. Prismen, Pyramiden, Kegel, sein, sind aber nicht darauf beschränkt, oder das Element kann durch Biegen der Wellenleiterschicht ins Gebäudeinnere gebildet werden, um das Licht durch Totalreflexion (TIR) innerhalb der Wellenleiterschicht umzulenken.
Spiegelelemente können entweder im Bereich des Zentrums des Kollektors (oder des Kanalbefestigungsabschnitts) einmal quer über den gesamten Querschnitt der Wellenleiterschicht oder wiederholt nur in Teilen des Querschnitts der Wellenleiterschicht, z. B. nahe der Oberfläche der Wellenleiterschicht, aufgebracht werden. Die Spiegelelemente können durch Spritzgussverfahren hergestellt und an der Wellenleiterschicht befestigt werden oder sie können direkt in die Wellenleiterschicht eingraviert werden, gefolgt von der Befestigung einer Spiegelschicht (z. B. einer Aluminiumschicht oder einer Silberschicht oder einer spekularen reflektierenden mehrschichtigen Polymerfolie). Die Spiegelelemente können auch als Teil einer mikrooptischen Folie auf die Oberfläche der Wellenleiterschicht in mindestens einem Teil des mindestens einen Zentrums des Lichtkollektors oder dem Ort/Bereich, in dem der Lichttransportkanal an dem Lichtkollektor befestigt ist, aufgebracht werden.
Elemente, die optische Lichtextraktionsstrukturen auf der Oberfläche enthalten, wie z. B. Prismen, Pyramiden, Kegel, werden vorzugsweise auf die Oberfläche der Wellenleiterschicht in mindestens Teilen des mindestens einen Zentrums des Lichtkollektors oder dem Ort/Bereich, in dem der Lichttransportkanal an dem Lichtkollektor befestigt ist, aufgebracht. Die Lichtextraktionsstrukturen können durch Spritzgussverfahren, (Nano- oder Mikro)-Imprint-Lithographie oder (Nano- oder Mikro)-Prägen hergestellt werden und an der Wellenleiterschicht befestigt werden oder sie können direkt in die Wellenleiterschicht graviert werden. Die Lichtextraktionsstrukturen können auch als Teil einer mikrooptischen Folie auf die Oberfläche der Wellenleiterschicht in mindestens einem Teil des mindestens einen Zentrums des Lichtkollektors oder des Orts, an dem der Lichttransportkanal an dem Lichtkollektor befestigt ist, aufgebracht werden.
Wenn das Auskopplungselement durch Biegen der Wellenleiterschicht zum Gebäudeinnern gebildet wird, um das Licht durch Totalreflexion (TIR) innerhalb der Wellenleiterschicht umzulenken, können zusätzliche Elemente vorzugsweise auf das zum Gebäudeinneren ausgerichtete Ende der Wellenleiterschicht aufgebracht werden. Diese zusätzlichen Elemente können zum Beispiel eine Brechungsindex-Gradientenschicht, um die Brechungsindex-Differenz zwischen der Wellenleiterschicht und der Luft zu überbrücken, ein kegel- oder keilförmiges Element oder eine Kombination aus einem kegel- oder keilförmigen Element mit einer Brechungsindex-Gradientenschicht sein, sind aber nicht darauf beschränkt, oder können durch TRIMM-Partikel (TRIMM = Transparent Refractive Index Matched Micro Particle) in einem transparenten Polymermaterial gebildet werden
Das Auskopplungselement kann vorzugsweise auf eine Weise konzipiert sein, die die mindestens teilweise Kontrolle der Winkelverteilung des Lichts, das aus der Wellenleiterschicht in Luft ausgekoppelt wird, ermöglicht. Vorzugsweise ist der Winkel alpha zwischen dem ausgekoppelten Licht und der spiegelausgekleideten Leitung, die verwendet wird, um das Tageslicht tief ins Gebäudeinnere zu transportieren, klein, um die Anzahl der Reflexionen an der spiegelausgekleideten Leitung über eine gegebene Entfernung zu minimieren und dadurch den Transportverlust auf ein Minimum zu reduzieren. Der Winkel alpha für einen Großteil des ausgekoppelten Lichts ist vorzugsweise kleiner 60°, bevorzugter kleiner 40°, noch bevorzugter kleiner 30°.
Der Lichtkollektor der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Ausführungsform eine vordere Platte und eine rückwärtige Platte.
Die mindestens eine Wellenleiterschicht und daran befestigte optische Elemente, einschließlich des mindestens einen Zentrums des Kollektors, sind sandwichartig zwischen der vorderen und der rückwärtigen Platte angeordnet und werden vorzugsweise mit einem Rahmen zusammengehalten. Der Rahmen kann z. B. aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Die Konstruktion, die eine vordere und rückwärtige Platte mit dem Rahmen enthält, schützt mindestens eine Wellenleiterschicht und optische Elemente, die damit assoziiert sind, und ermöglicht die leichte Integration des Kollektors in die Gebäudehülle (d. h. die Fassade), insbesondere als Teil der Fassade oberhalb oder unterhalb von Fensterprofilen. Die Konstruktion, die die vordere und rückwärtige Platte mit dem Rahmen enthält, ermöglicht außerdem das Vermeiden der Bildung von Wärmebrücken an der Gebäudehülle, wenn das Tageslichtsystem in das Gebäude integriert wird, insbesondere, wenn sie mit Luft oder Edelgas (z. B. Argon, Krypton oder Xenon) gefüllte Spalten in einer beliebigen Position zwischen vorderer Platte und rückwärtiger Platte enthält.
Die vordere Platte kann die Wellenleiterschicht sein oder sie kann eine zusätzliche transparente Platte sein, d. h. eine transparente Glasplatte oder eine Kunststoffplatte (Polymethylmethacrylat, Polycarbonat). Falls es sich um eine zusätzliche transparente Platte handelt, kann sie direkt an der Wellenleiterschicht befestigt sein oder es können zusätzliche Schichten dazwischen vorhanden sein, z. B. ein mit Luft oder Edelgas gefüllter Spalt oder eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex. Die rückwärtige Platte kann eine transparente Platte, d. h. eine transparente Glasplatte oder eine Kunststoffplatte (Polymethylmethacrylat, Polycarbonat) in ihrer Gesamtheit sein oder sie kann nur auf der Fläche des mindestens einen Zentrums (oder des Kanalbefestigungsabschnitts) des Kollektors eine transparente Platte sein und auf der Fläche außerhalb des mindestens einen Zentrums (oder des Kanalbefestigungsabschnitts) eine nicht-transparente Platte sein. Die rückwärtige Platte kann auch eine nicht-transparente Platte auf der Fläche außerhalb des mindestens einen Zentrums (oder des Befestigungsabschnitts) sein und eine Öffnung (oder ein Loch) in der Fläche des mindestens einen Zentrums (oder des Kanalbefestigungsabschnitts) aufweisen. Die nicht-transparente Platte kann d. h. eine Isolierplatte sein, die Isoliermaterialien umfasst, wie beispielsweise Styropor, Polyurethanschaum oder ein Aerogel, oder sie kann eine Betonplatte, d. h. Faserbeton oder Porenbeton, sein.
Gemäß jeder der beiden allgemeinen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das vorliegende Tageslicht-Beleuchtungssystem mindestens eine Beschichtung oder eine Folie umfassen, die auf mindestens eine Glasscheibe des lichtdurchlässigen Fassadenelements laminiert ist, oder um ihre Reflexions- und Übertragungseigenschaften zu kontrollieren.
Zum Beispiel kann sowohl die lichtdurchlässige als auch vorzugsweise die transparente Platte mindestens eine Beschichtung oder eine auf diese laminierte Folie umfassen, um ihre Reflexions- und Übertragungseigenschaften zu kontrollieren. Sie kann z. B. eine Antireflexbeschichtung oder eine -folie und/oder eine IR-Reflexionsbeschichtung oder -folie und/oder eine Low-E-Beschichtung oder -Folie und/oder eine UV-Reflexionsbeschichtung oder - folie und/oder eine IR-absorbierende Beschichtung oder Folie und/oder eine UV-absorbierende Beschichtung oder Folie umfassen. Sie kann auch eine Beschichtung oder Folie umfassen, die einen engen spezifischen Bereich des Lichtspektrums selektiv reflektiert oder absorbiert, d. h. eine mehrschichtige Folie oder Beschichtung (wie beispielsweise ein Bragg-Filter). Die Beschichtung oder die Folie kann verwendet werden, um das Lichtspektrum zu kontrollieren, das in das Gebäude übertragen wird. Vorzugsweise wird das sichtbare Lichtspektrum von 400 - 700 nm durch die Beschichtung oder Folie übertragen. Mindestens ein Teil der IR-Strahlung kann durch die Beschichtung oder Folie reflektiert oder absorbiert werden, um bei Hochtemperaturperioden die Wärme außerhalb des Gebäude und bei Niedertemperaturperioden innerhalb des Gebäude zu halten. Mindestens ein Teil der UV-Strahlung kann reflektiert oder absorbiert werden, um das Gebäudeinnere vor schädlicher UV-Strahlung zu schützen. Es kann jedoch bevorzugt sein, mindestens Teile der UV-A-Strahlung durch den Kollektor ins Gebäudeinnere hindurchzulassen, wo sie Biosynthese von Vitamin A in der Haut von Menschen induzieren kann.
Das mindestens eine Zentrum des Lichtkollektors oder der Kanalbefestigungsabschnitt kann die mindestens eine Wellenleiterschicht umfassen, die den vollständigen Zentrumsbereich oder den Kanalbefestigungsabschnitt oder Teile der Fläche bedeckt. Mindestens Teile des Zentrums des Lichtkollektors oder des Kanalbefestigungsabschnitts können optische Elemente aufweisen, die Licht aus der Wellenleiterschicht ins Gebäudeinnere auskoppeln, die an der mindestens einen Wellenleiterschicht befestigt sind. Das mindestens eine Zentrum des Kollektors oder der Kanalbefestigungsabschnitt können auch Flächen umfassen, die keine Wellenleiterschicht umfassen. Das Zentrum des Kollektors oder der Kanalbefestigungsabschnitt können auch Flächen umfassen, die weder eine Wellenleiterschicht noch ein optisches Element umfassen, das das Licht aus den Wellenleiterschichten auskoppelt. In diesem Fall kann Tageslicht direkt von außerhalb des Gebäudes durch die vordere und rückwärtige Platte des Lichtkollektors in den befestigten Lichttransportkanal und somit ins Gebäudeinnere über die Teile der zentralen Fläche/des Kanalbefestigungsabschnitts, die/der weder Wellenleiterschichten noch optische Elemente umfasst, gehen. Das Tageslicht kann auch mindestens teilweise von außerhalb des Gebäudes direkt (ohne Totalreflexion) durch die Wellenleiterschichten und optischen Elemente in die zentrale Fläche des Kollektors oder in den Kanalbefestigungsabschnitt ins Gebäudeinnere gehen.
Zusätzliche optische Elemente können auf der mindestens einen zentralen Fläche des Kollektors aufgebracht werden, um das Tageslicht, das direkt durch die zentrale Fläche oder den Kanalbefestigungsabschnitt geht, auf eine Weise umzulenken, dass der Winkel alpha zwischen dem umgelenkten Licht und der spiegelausgekleideten Leitung, die verwendet wird, um das Tageslicht tief ins Gebäudeinnere zu transportieren, klein ist, um die Anzahl an Reflexionen an der spiegelausgekleideten Leitung über eine gegebene Entfernung zu minimieren und dadurch den Transportverlust auf ein Minimum zu reduzieren. Der Winkel alpha für einen Großteil an umgelenktem Licht ist vorzugsweise kleiner 60°, bevorzugter kleiner 40°, noch bevorzugter kleiner 30°. Das zusätzliche optische Element kann vorzugsweise eine mikrooptische Folie mit eingebetteten spekularen reflektierenden Mikrolamellen sein, wie z. B. in WO 2014/024146 beschrieben. Das zusätzliche optische Element kann vorzugsweise auf die transparente vordere und/oder rückwärtige Platte auf die mindestens eine zentrale Fläche oder dem Kanalbefestigungsabschnitt des Kollektors aufgebracht werden.
Der Kollektor kann eine große Bandbreite von Abmessungen aufweisen. Seine Dicke sollte jedoch begrenzt sein, um die leichte Integration in die Gebäudehülle zu ermöglichen, ohne zu sperrigen und störenden Verlängerungen zu führen, die den Architekten oder Planer im Gebäudedesign beschränken könnten und die die Ästhetik des Gebäudes beeinträchtigen könnten. Die bevorzugte Länge und Breite des Kollektors kann von den Besonderheiten des Gebäudes abhängen, in dem das Tageslichtsystem verwendet wird. Vorzugsweise wird die Abmessung des Kollektors so ausgewählt, dass der Kollektor mindestens Teile des Bereichs zwischen den Fenstern von benachbarten Stockwerken des Gebäudes einnimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kollektor eine rechteckige Form auf. Die Breite w' des Kollektors wird durch die Breite des Gebäudes begrenzt, kann aber vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 10 m, bevorzugt von 0,3 m bis 5 m, noch bevorzugter von 0,5 m bis 3 m liegen. Die Höhe h' des Kollektors ist durch die Höhe des Gebäudes begrenzt (wenn er in die Fassade integriert ist) oder die Abmessungen der Wand (wenn er in die Seitenwand eines Fahrzeugs integriert ist). Vorzugsweise liegt die Höhe des Kollektors im Bereich von 0,1 m bis 2 m, bevorzugt von 0,2 bis 1 m. In einer anderen Ausführungsform weist der Kollektor eine runde Form auf. In diesem Fall kann der Durchmesser des Kollektors 0,1 m bis 2 m, vorzugsweise 0,2 m bis 1 m betragen. Der Kollektor kann auch eine dreieckige oder fünfeckige oder sechseckige Form oder dergleichen aufweisen.
Das mindestens eine Zentrum oder der Kanalbefestigungsabschnitt des Kollektors kann eine große Bandbreite von Abmessungen aufweisen, ist aber durch die Abmessungen des Kollektors begrenzt. Die Obergrenze für die Dicke d' des Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts kann von 0,1 cm bis 25 cm, vorzugsweise von 1 cm bis 20 cm, bevorzugter von 2 cm bis 15 cm variieren. Die Dicke muss nicht über den gesamten Bereich des Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts konstant sein.
Das Zentrum oder der Kanalbefestigungsabschnitt und die befestigte Kanalöffnung können eine rechteckige Form aufweisen. In diesem Fall kann die Breite w des Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 2 m, bevorzugt von 0,2 m bis 1 m, noch bevorzugter von 0,3 m bis 0,8 m liegen. Die Höhe h des Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts liegt im Bereich von 0,05 m bis 1 m, bevorzugter von 0,1 bis 0,75 m. Das Zentrum oder der Kanalbefestigungsabschnitt und die befestigte Kanalöffnung können auch eine runde Form aufweisen. In diesem Fall kann der Durchmesser des Zentrums oder des Kanalbefestigungsabschnitts im Bereich von 0,1 m bis 2 m, vorzugsweise von 0,2 m bis 1 m liegen. Das Zentrum oder der Kanalbefestigungsabschnitt und die befestigte Kanalöffnung können auch eine ellipsoide oder dreieckige oder fünfeckige oder sechseckige Form oder dergleichen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt jeder von (w' - w) und (h' - h) im Bereich von 0 - 0,6 m, wobei der Wert 0 das Fehlen eines Lichtsammelbereichs gemäß der 1. allgemeinen Ausführungsform der Erfindung bezeichnet (1). In der 2. allgemeinen Ausführungsform liegt jeder von (w' - w) und (h' - h) in der Regel im Bereich von 6 - 60 cm.
Der Kollektor kann ein oder mehrere Zentren oder Kanalbefestigungsabschnitte zum Befestigen mehrerer Lichttransportkanäle aufweisen. Die bevorzugte Anzahl an Zentren oder Kanalbefestigungsabschnitten hängt von den Abmessungen des Kollektors und von der Form der Zentren/Kanalbefestigungsabschnitte ab. Die Anzahl der Zentren oder Kanalbefestigungsabschnitte kann zwischen 1 und 20, vorzugsweise zwischen 1 und 5, bevorzugter zwischen 1 und 3 variieren.
In einer Ausführungsform ist die Fläche des Kollektors größer als die Summe aller Querschnittsflächen der mindestens einen Zentren oder der Kanalbefestigungsabschnitte des Kollektors. Die Fläche des Kollektors kann das 1,1- bis 50-Fache der Größe der Summe der Querschnittsflächen der Zentren oder der Kanalbefestigungsabschnitte ausmachen. Die Fläche des Kollektors kann vorzugsweise das 1,3 bis 25-Fache der Größe der Summe der Querschnittsflächen der Zentren oder der Kanalbefestigungsabschnitte ausmachen. Bevorzugter das 1,5- bis 10-Fache der Größe der Summe der Querschnittsbereiche der Zentren oder der Kanalbefestigungsabschnitte.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Lichtkollektor in Form eines vorgefertigten Fassadenelements konstruiert.
Der Lichtkollektor kann daher in ein Fassadenelement zur Verwendung in einem Gebäude integriert werden. Der Kollektor kann vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert sein, dass in die Fassade eines Gebäudes integriert werden kann.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Lichtkollektor als statischer Kollektor ausgeführt und/oder weist flache Abmessungen auf.
Der Lichtkollektor dieser allgemeinen Ausführungsform sowie das Fassadenelement, das die Umlenkfolie ohne einen Lichtkollektor umfasst, gemäß der 1. allgemeinen Ausführungsform, lässt sich leicht in die Gebäudehülle integrieren und erfordert keine teueren optischen Elemente für die Lichtsammlung und den Lichttransport. Es werden keine beweglichen Teile, wie z. B. ein solares Nachführsystem, benötigt. Der Kollektor lässt sich daher leicht in die Gebäudehaut, in der Regel als Teil der Fassade, integrieren. Vorzugsweise wird der Kollektor in ein Fassadenelement integriert, d. h. zwischen eine Doppelverglasungseinheit oder zwischen eine Einfachverglasung zur Außenseite und eine Isolierplatte zum Gebäudeinneren oder eine Mischung aus einer Doppelverglasung und einer Einfachverglasung zur Außenseite und eine Isolierplatte zum Gebäudeinneren sandwichartig eingefügt.
In einer Ausführungsform des Lichtkollektors ist an mindestens einer der Seiten jeder Wellenleiterschicht ein optisches Element befestigt, das das einfallende Tageslicht umlenkt und es in die mindestens eine Wellenleiterschicht einkoppelt, wo es durch Totalreflexion (TIR) zum Zentrum des Kollektors oder zum Kanalbefestigungsabschnitt transportiert wird.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Ränder der Wellenleiterschicht einen angefügten Spiegel, der eingerichtet ist, um Licht, das sich innerhalb der Wellenleiterschicht zu den Rändern bewegt, zurück zu dem mindestens einen Zentrum des Kollektors oder dem Kanalbefestigungsabschnitt umzulenken.
Diese Ausführungsform lässt sich leicht aus den Figuren ermitteln. Die Ränder der Wellenleiterschicht, d. h. die Wellenleiterschicht, können vorzugsweise einen angefügten Spiegel aufweisen, der das Licht, das sich innerhalb der Wellenlänge zu den Rändern bewegt, zurück zu dem mindestens einen Zentrum des Kollektors oder dem Kanalbefestigungsabschnitt umlenkt. Der Spiegel kann z. B. eine spekulare, reflektierende Aluminium- oder Silberschicht sein, oder er kann ein mehrschichtiger polymerer spekularer Reflektor sein.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Lichtkollektor eine transparente vordere Platte und eine transparente rückwärtige Platte, und die vordere und rückwärtige Platte sind als eine transparente Glasplatte, eine Kunststoffplatte, eine Polymethylmethacrylatplatte, eine Methacrylatplatte oder eine Polycarbonatplatte oder jede Kombination davon ausgeführt.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Lichtkollektor eine Abdeckglas, eine Wellenleiterschicht, eine Schicht mit hohem Brechungsindex oder eine Gradientenbrechungsindexschicht, eine Prismenfolie mit Spiegelbeschichtung, ein Substrat und ein rückwärtiges Glas.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Lichtkollektor ein Abdeckglas, eine PMMA-Schicht als Wellenleiterschicht, eine Schicht mit hohem Brechungsindex oder eine Gradientenbrechungsindexschicht, eine Prismenfolie mit Spiegelbeschichtung, ein PET-Substrat und ein rückwärtiges Glas.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude vorgestellt. Das Tageslicht-Beleuchtungssystem kann einen Lichtkollektor umfassen, wie vorstehend oder nachstehend offenbart, und umfasst einen Lichttransportkanal zum Führen von Licht von der Außenseite des Gebäudes in ein Gebäudeinneres. Das Auskopplungselement des Lichtkollektors ist eingerichtet, um Licht von dem Wellenleiter in den Lichttransportkanal zu lenken und der Lichttransportkanal umfasst Wände, die eine Totalreflexion des Lichts bereitstellen. Ferner umfasst der Lichttransportkanal mindestens ein Lichtverteilelement, an dem das geführte Licht den Kanal ins Gebäudeinnere verlassen kann.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Lichtkollektor eingerichtet, um Licht aus einem Bereich zu sammeln, der größer ist als der Querschnittsbereich des Lichttransportkanals.
Das Tageslicht-Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung stellt daher, verglichen mit bekannten Systemen, eine höhere Lichtsammeleffizienz bereit. Insbesondere kann der Lichtkollektor eine Lichtsammelfläche auf der vorderen Oberfläche des Lichtkollektors umfassen. Im Allgemeinen definiert die Lichtsammelfläche die Fläche, in der der Lichtkollektor in der Lage ist, Licht zu sammeln und es in die Wellenleiterschicht einzukoppeln. In dieser Ausführungsform ist die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals kleiner oder signifikant kleiner als die Kollektorfläche (d. h. die Summe der Lichtsammelfläche und der Zentrumsfläche oder der Fläche des Kanalbefestigungsabschnitts). Das (die) Lichtsammel- und - umlenkelement(e) liegt (liegen) in dieser Lichtsammelfläche, wenngleich sie nicht auf der vorderen Oberfläche liegen müssen. Dies wird aus den folgenden beispielhaften Ausführungsformen deutlicher hervorgehen.
Gemäß den 1. allgemeinen Ausführungsformen weist die Lichtsammelfläche den gleichen Umfang auf oder ist sogar kleiner als die Zentrumsfläche oder die Fläche des Kanalbefestigungsabschnitts.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Wellenleiterschicht ein fester Wellenleiter und wobei der Lichttransportkanal eine spiegelausgekleidete Leitung ist.
In anderen Worten bezieht sich dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung auf das Gebiet der Tageslichtsammlungs- und -transportsysteme, die für die Innenbeleuchtung eines Gebäudes nützlich sind. Das Tageslichtsystem kann einen flachen Lichtsammel- und einen Lichtumlenkabschnitt, d. h. einen Lichtkollektor wie zuvor beschrieben, integriert in die Gebäudehülle (Fassade), beinhalten. Das Tageslichtsystem kann einen Kollektorabschnitt beinhalten, in dem Tageslicht reflektiert und in einen, vorzugsweise flachen, Wellenleiter eingekoppelt wird, in dem es durch Totalreflexion (TIR) transportiert wird, bis es ein umlenkendes auskoppelndes Element erreicht. Das Tageslichtsystem beinhaltet einen Lichttransportkanal (z. B. eine spiegelausgekleidete Leitung), um Tageslicht tief ins Gebäudeinnere zu transportieren, und Lichtverteilelemente (Beleuchtungskörper) zur Beleuchtung von Räumen im Gebäudeinneren.
Das Tageslichtsystem gemäß der Erfindung lenkt Tageslicht in den Kanal um, wodurch es den Lichttransport innerhalb des Kanals mit einer minimierten Anzahl an Reflexionen ermöglicht. Es ermöglicht ferner in seiner 2. allgemeinen Ausführungsform das Sammeln von Licht aus einer Fläche, die signifikant größer ist als die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals, und ermöglicht das Kontrollieren der Winkelverteilung des Lichts, das in den Transportkanal eintritt. Das Tageslichtsystem gemäß der Erfindung zeigt daher eine höhere Tageslichtausbeute als herkömmliche horizontale Lichtrohre.
Das Tageslichtsystem nutzt den neuen Lichtkollektor, der einen festen oder flüssigen Wellenleiter enthält, einen/ein Lichtsammel- und/oder -umlenkabschnitt oder -element, der/das Sonnenlicht in den Wellenleiter einkoppelt, und ein Lichtauskopplungs- und/oder - umlenkelement, das das Licht aus dem Wellenleiter in einen Transportkanal (z. B. eine spiegelausgekleidete Leitung) auskoppelt.
Das System kann für die Beleuchtung aller Arten von Gebäuden verwendet werden. Vorzugsweise wird das System für die Beleuchtung großer Bürogebäude, Krankenhäuser, Schulen oder Pflegeheime verwendet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gebäude vorgestellt, das eine hierin offenbarte Tageslichtbeleuchtung und eine Hülle mit einer Fassade umfasst, in der der Lichtkollektor als Fassadenelement integriert ist.
Im Folgenden werden Details und Ausführungsformen bereitgestellt, die sich auf den Lichttransportkanal beziehen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Lichttransportkanal austauschbar mit dem Begriff Lichtleitung oder spiegelausgekleidete Leitung verwendet.
Das Tageslichtsystem umfasst mindestens eine spiegelausgekleidete Leitung, um das Tageslicht aus dem Kollektor (z. B. dem mindestens einen Zentrum oder dem Kanalbefestigungsabschnitt) tief in das Gebäude zu transportieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann vorzugsweise ein Basismaterial, wie z. B. ein Metal (Aluminium, Stahl) oder einen Kunststoff als Träger umfassen. Die Innenseite der spiegelausgekleideten Leitung weist eine reflektierende Oberfläche auf. Jeder geeignete Reflektor kann in spiegelausgekleideten Lichtleitungen verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Metalle oder Metalllegierungen, mit Metall oder Metalllegierungen beschichtete Folien, organische oder anorganische dielektrische Folienstapel oder eine Kombination davon. In einigen Fällen können spiegelausgekleidete Lichtleitungen ausschließlich durch die Verwendung von polymeren mehrschichtigen Interferenzreflektoren aktiviert werden, wie beispielsweise optischen Folien von 3M, einschließlich Spiegelfolien, wie beispielsweise eine Vikuiti™ ESR-Folie, die einen spekularen Reflexionsgrad größer 98 % über das sichtbare Lichtspektrum aufweisen.
Die reflektierende Schicht in dem vorliegenden Lichttransportkanal zeigt in der Regel einen durchschnittlichen Reflexionsgrad über das sichtbare Spektrum und alle Einfallswinkel (einschließlich eines diffusen Reflexionsgrads) von 9,5 % oder mehr, vorzugsweise von 97 % oder mehr, bevorzugt von 97,5 % oder mehr und insbesondere von 98 % oder mehr. Der spekulare Reflexionsgrad der Hauptabschnitte der Innenseite der spiegelausgekleideten Leitung ist vorzugsweise größer als 90 % über das gesamte sichtbare Spektrum und für im Wesentlichen alle Einfallswinkel. Bevorzugter ist der spekulare Reflexionsgrad der Innenseite der spiegelausgekleideten Leitung größer als 95 %, noch bevorzugter größer als 97 %.
Wird eine mehrschichtige optische Folie in einer beliebigen optischen Vorrichtung verwendet, versteht es sich, dass sie auf einen Träger (der selbst transparent, opak, reflektierend oder jede Kombination davon sein kann) laminiert sein kann oder dass sie auf andere Weise unter Verwendung jedes geeigneten Rahmens oder einer anderen Trägerstruktur getragen werden kann, weil in einigen Fällen die mehrschichtige optische Folie selbst nicht starr genug sein kann, um sich in einer optischen Vorrichtung selbst tragen zu können.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann vorzugsweise eine rechteckige oder kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die spiegelausgekleidete Leitung kann auch eine dreieckige oder fünfeckige oder sechseckige Querschnittsfläche oder dergleichen aufweisen.
Die spiegelausgekleidete Leitung wird verwendet, um das Tageslicht aus dem Kollektor an der Gebäudehülle tief in das Gebäude zu transportieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann eine große Bandbreite an Längen aufweisen und umfasst vorzugsweise modulare Elemente, die zu jeder gewünschten Länge kombiniert werden können. Die spiegelausgekleidete Leitung kann eine Länge von 1 m bis 40 m, vorzugsweise von 2 m bis 20 m, bevorzugter von 4 m bis 16 m aufweisen.
Wenn der Kollektor in die Fassade eines Gebäudes integriert ist, kann die spiegelausgekleidete Leitung horizontal an der Decke eines Raums befestigt sein. Er kann vorzugsweise Teil einer abgehängten Decke sein. Die spiegelausgekleidete Leitung kann durch Öffnungen in Querwänden gehen und dadurch mehrere Räume auf dem gleichen Stockwert verbinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die spiegelausgekleidete Leitung ungefähr die gleiche Querschnittsfläche auf wie das mindestens eine Zentrum des Kollektors oder der Kanalbefestigungsabschnitt über seine gesamte Länge. Wenn die spiegelausgekleidete Leitung zum Beispiel eine rechteckige Form aufweist, kann die Breite w vorzugsweise im Bereich von 0,1 m bis 2 m, bevorzugt von 0,2 m bis 1 m, noch bevorzugter von 0,3 m bis 0,8 m liegen. Die Höhe h der Leitung liegt im Bereich von 0,05 m bis 1 m, bevorzugter von 0,1 bis 0,75 m. Die spiegelausgekleidete Leitung kann auch eine runde Form aufweisen. In diesem Fall kann der Durchmesser der Leitung im Bereich von 0,1 m bis 2 m, vorzugsweise von 0,2 m bis 1 m liegen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die spiegelausgekleidete Leitung, die im Fall der bevorzugten rechteckigen Leitung z. B. linke und rechte Wand- und Boden- und Deckenseiten umfasst, eine nicht-konstante Querschnittsfläche in dem Teil aufweisen, der nahe an der Fassade liegt, d. h. die Querschnittsfläche kann der mindestens einen Zentrumsfläche des Kollektors oder der Fläche des Kanalbefestigungsabschnitts am Beginn der Leitung entsprechen, verengt sich dann aber über eine Entfernung von bis zu 2 m, vorzugsweise bis zu 1 m. Diese Verengung der Leitung führt zu einem sekundären Lichtkonzentrationseffekt. Die Leitungsstruktur kann sich linear verengen oder sie kann sich in einer CPC-Spiegel-artigen (CPC = Compound Parabolic Concentrator) Geometrie (kreisförmig oder rechteckig) oder dergleichen verengen. Innerhalb des sich verengenden Abschnitts einer rechteckigen Leitung können die unteren und/oder oberen Kanalwände, bis zu 30° von der allgemeinen Länge des Kanals abweichen, d. h. ein sich verengender unterer Abschnitt kann um bis zu 30° von der Horizontalen abweichen. Die Verengung wird vorzugsweise in der vertikalen Abmessung (d. h. Reduktion der Höhe des Kanals) bewirkt, kann aber auch verwendet werden, um die Breite des Kanals zu verjüngen. Die Querschnittsfläche der spiegelausgekleideten Leitung kann daher um einen Faktor von 1,05 bis 10, vorzugsweise 1,2 bis 5, bevorzugter 1,4 bis 5 reduziert sein, wobei die Lichtverluste kleiner sind als die Erhöhung des Lichtstroms durch den reduzierten Querschnitt. Die Reduktion der Querschnittsfläche führt zu geringeren Materialkosten und geringeren Raumanforderungen für das Transportsystem.
Die spiegelausgekleidete Leitung transportiert das Licht vorzugsweise in einer linearen Richtung von dem Zentrum des Kollektors oder des Kanalbefestigungsabschnitts ins Gebäudeinnere. Die spiegelausgekleidete Leitung kann jedoch auch gebogene Elemente umfassen, die die Änderung der Richtung des Lichttransports ermöglichen. Vorzugsweise sind die gebogenen Elemente nur leicht gebogen, um die Lichtverluste zu minimieren. Die spiegelausgekleidete Leitung kann nach einer bestimmten Entfernung auch in zwei oder mehr spiegelausgekleidete Leitungen mit einer kleineren Querschnittsfläche aufgeteilt werden.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann ein transparentes Element umfassen, um die Brandabschnitte, typischerweise in einem Gebäude, zu trennen und die Sicherheitsvorschriften zu erfüllen. Das Trennelement kann zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, jede Art von antireflexbeschichteter Glastafel mit hoher Transmission sein. Vorzugsweise wird die Verwendung eines solchen Trennelements vermieden, indem nur eine einzige spiegelausgekleidete Leitung für einen Brandabschnitt angeordnet wird.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann ein Element umfassen, um die Stärke des transportierten Lichts zu regulieren. Das regulierende Element kann zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, jede Art von Blende oder ein elektrochromes transparentes Fenster sein, das die Regulierung der Stärke des Lichts ermöglicht, das von dem Tageslichtsystem transportiert wird.
Die spiegelausgekleidete Leitung kann mindestens ein optisches Element umfassen, um das gerichtete Licht zu homogenisieren (mischen) und/oder teilweise zu diffundieren, das in die spiegelausgekleidete Leitung eintritt, bevor es zur Beleuchtung im Innern des Gebäudes aus der Leitung ausgekoppelt wird. Das optische Element zum Homogenisieren des Lichts kann an dem Element befestigt sein, das die Stärke des transportierten Lichts reguliert, oder es kann unabhängig von dem Element, das die Lichtstärke reguliert, befestigt sein.
Die spiegelausgekleidete Leitung (oder optional der Lichtkollektor) kann daran befestigt mindestens eine künstliche Lichtquelle umfassen, die vorzugsweise eine LED-Lichtquelle ist. Die künstliche Lichtquelle kann in Situationen eingeschaltet werden, in denen das Tageslichtsystem keine ausreichende Menge an Tageslicht für die Raumbeleuchtung liefert. Die künstliche Lichtquelle kann innerhalb oder außerhalb des Lichtrohrs befestigt werden. Wenn er auf der Innenseite befestigt wird, kann der Beleuchtungskörper, der die Lichtverteilung definiert, die spiegelausgekleidete Leitung selbst sein oder ein zusätzliches Element, das mit der spiegelausgekleideten Leitung gekoppelt ist.
Der Blendenmechanismus zum Regulieren der Stärke des transportierten Lichts und die künstliche Lichtquelle können einzeln mit einem Regulierungssystem verbunden werden oder können mit einem gemeinsamen Regulierungssystem verbunden werden. Das Regulierungssystem ist vorzugsweise ein automatisches System, das mit mindestens einem Sensorelement verbunden ist. Das mindestens eine Sensorelement kann z. B. ein Anwesenheitssensor, ein photometrischer Sensor, ein Beleuchtungsstärkesensor, ein Einstrahlungssensor sein. Der photometrische Sensor kann die spektrale Zusammensetzung des Lichts analysieren. Der mindestens eine Sensor kann drahtlos mit dem Regulierungssystem verbunden sein.
Die Lichtleitungen können vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert sein, das am Kollektorzentrum oder dem Kanalbefestigungsabschnitt an der Fassade beginnt und in die Decke oder die abgehängte Decke eines Stockwerks integriert werden kann, wodurch es sich in die Tiefe des Gebäudes erstreckt, wobei geeignete Modulen in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen jedes zu beleuchtenden Raums ausgewählt werden. Die Lichtleitung kann vorzugsweise aus einzelnen vorgefertigten modularen Lichtleitungselementen konstruiert werden.
Das Tageslichtsystem umfasst vorzugsweise mechanische Verbindungselemente im Zentrum des Kollektors oder am Kanalbefestigungsabschnitt und an den offenen Enden der Lichtleitungsmodule, die den leichten Zusammenbau des kompletten Systems aus einzelnen Modulen ermöglichen.
Im Folgenden werden Details und Ausführungsformen bereitgestellt, die sich auf das Lichtverteilelement beziehen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Lichtverteilelement austauschbar mit Beleuchtungskörper oder Beleuchtungskörperelement verwendet.
Im Innern des Gebäudes wird das Tageslicht aus der spiegelausgekleideten Leitung durch Beleuchtungskörperabschnitte ausgekoppelt und in den Räumen zur Raumbeleuchtung verteilt.
Beleuchtungskörperabschnitte können die spiegelausgekleidete Leitung an der (den) Seite(n) der Leitung unterbrechen, die ins Rauminnere gerichtet sind. Wenn die spiegelausgekleideten Leitungen horizontal an der Decke eines Raums aufgehängt sind, liegt der Beleuchtungskörperabschnitt vorzugsweise in dem Teil der Leitung, der in Richtung des Bodens des Raums zeigt.
Die Beleuchtungskörperabschnitte umfassen im Allgemeinen einen Bereich der spiegelausgekleideten Leitung, der für Tageslicht mindestens teilweise transparent ist, d. h. der spekulare reflektierende Spiegel bedeckt die Innenseite der Leitung überhaupt nicht oder ist in dem Beleuchtungskörperabschnitt unterbrochen. Der Beleuchtungskörperabschnitt kann eine transparente Öffnung in der spiegelausgekleideten Leitung umfassen, durch die das Licht in den zu beleuchtenden Raum gelenkt wird. Die transparente Öffnung (Lichtausgabeoberfläche) kann vorzugsweise eine transparente Platte, z. B. eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte (PMMA, Polycarbonat oder Silizium) umfassen, durch die das Licht in den Raum umgelenkt wird. Die transparente Platte kann eine flache Platte sein oder kann eine 3D-Struktur sein, die sich aus der spiegelausgekleideten Leitung oder in die Spiegel-Lichtleitung erstreckt. Die 3D-Struktur kann jede geometrische Form, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) z. B eine kuppelartige Form, eine dreieckige dachartige Form oder eine gerundete gewölbeartige Form aufweisen.
An dem mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt kann ein Auskopplungselement befestigt sein, das das Licht in den zu beleuchtenden Raum umlenkt. Das Umlenkelement kann z. B. ein spiegelartiges Element sein, das in die spiegelausgekleidete Leitung vorsteht oder es kann ein transparentes optisches Element sein, wie z. B. ein Prisma, ein Kegel oder eine Pyramide, das in die spiegelausgekleidete Leitung vorsteht, und das Licht durch Totalreflexion (TIR) umlenkt. Das Umlenkelement kann auch eine mikrooptische Folie sein, die auf die transparente Platte in der Beleuchtungskörperöffnung laminiert ist. Das Umlenkelement kann auch eine lichthomogenisierende (oder mischende) Funktionalität enthalten.
Das mindestens eine Beleuchtungskörperelement kann angefügte optische Lichtkontroll- (oder Lichtsteuerungs)-elemente umfassen, die das umgelenkte Licht verteilen, nachdem es aus der spiegelausgekleideten Leitung in den zu beleuchtenden Raum gemäß den spezifischen Anforderungen des Raums ausgekoppelt wurde. Die Steuerungselemente können alle optischen Elemente sein, die diese Aufgabe erfüllen, wie z. B. Linsen, reflektorartige Elemente, Elemente mit regelmäßig oder unregelmäßig strukturierter Oberfläche oder mikrooptische Folien.
Der mindestens eine Beleuchtungskörper kann eine Kombination aus einem Lichtumlenkelement und einem daran befestigten Lichtsteuerungselement umfassen. Vorzugsweise umfasst die Kombination aus einem Lichtumlenkelement und einem daran befestigten Lichtsteuerungselement zwei mikrooptische Folien, d. h. eine Umlenkfolie und eine Steuerungsfolie.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Beleuchtungskörperelement eine Steuerungsfolie beinhalten, die eine Vielzahl von Rippen benachbart zur Umlenkfolie und gegenüber der Lichtausgabeoberfläche aufweist, wobei jede Rippe parallel zur Längsachse ist und angeordnet ist, um einen von der Umlenkfolie einfallenden Lichtstrahl zu brechen, wobei ein Lichtstrahl, der aus der Leitung durch die Lichtausgabeoberfläche austritt, durch die Umlenkfolie innerhalb einer ersten Ebene umgelenkt wird, die senkrecht zum Lichtleitungsquerschnitt ist, und durch die Steuerungsfolie innerhalb einer zweiten Ebene, die parallel zum Lichtleitungsquerschnitt ist, weiter umgelenkt wird. Umlenkfolien, Steuerungsfolien und eine Vielzahl von Hohlraumkonfigurationen werden zum Beispiel in den PCT-Veröffentlichungen Nr. WO2014/070495 mit dem Titel CURVED LIGHT DUCT EXTRACTION, und WO2014/070498 mit dem Titel RECTANGULAR LIGHT DUCT EXTRACTION weiter beschrieben, deren Offenbarungen beide hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die Abmessungen von Beleuchtungskörpern können in einer großen Bandbreite variieren und sind nur durch die Größe der spiegelausgekleideten Leitungen begrenzt. Die Abmessungen von Beleuchtungskörpern werden in Abhängigkeit vom verfügbaren Lichtstrom des Tageslichtsystems und den Beleuchtungsanforderungen im Gebäudeinnern ausgewählt.
Der Beleuchtungskörper kann sich als ein einzelner Abschnitt entlang der kompletten Länge der spiegelausgekleideten Leitung oder am Querschnittsende der spiegelausgekleideten Leitung erstrecken, oder zwei oder mehr Beleuchtungskörper können entlang der spiegelausgekleideten Leitung in getrennten Abschnitten angeordnet sein. Vorzugsweise können Beleuchtungskörperabschnitte, die nahe dem Ende der Leitung (d. h. in der Tiefe des Gebäudes) liegen, größer sein als jene, die nahe an der Gebäudehülle liegen.
Für Lichtleitungen mit rechteckiger Form kann sich der Beleuchtungskörperabschnitt vorzugsweise über die ganze Breite der Leitung erstrecken oder er kann nur einen Teil der Breite bedecken oder er kann die gesamte Breite einschließlich von Teilen der Seitenwände bedecken. Für Leitungen mit kreisförmiger Form kann der Beleuchtungskörperabschnitt weniger als die Hälfte des Umfangs der Leitung bedecken oder er kann sogar den gesamten Umfang der Leitung bedecken.
Die Lichtleitungen können vorzugsweise in Form eines modularen Systems konstruiert sein, das sich in die Tiefe des Gebäudes erstreckt, wobei geeignete Module Module beinhalten, die mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt umfassen, der in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen jedes zu beleuchtenden Raums ausgewählt wird. Die Lichtleitung kann vorzugsweise aus einzelnen vorgefertigten modularen Lichtleitungselementen konstruiert sein, einschließlich Lichtleitungselementen, die mindestens einen Beleuchtungskörperabschnitt umfassen.
Das Tageslichtsystem der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf ein Gebäude angewendet, wobei sein Kollektor in die Gebäudehülle integriert ist. Gebäudehülle bedeutet die Fassade oder Fenster einschließlich ihrer thermischen Abschirmungselemente. Das System kann direkt in die Fassade oder in Elemente der Fassade integriert werden, die vorstehen, wie beispielsweise einem Balkon oder vorhangartige Konstruktionselemente.
Auf der Nordhalbkugel kann das Tageslichtsystem vorzugsweise an einer nach Süden ausgerichteten Fassade, einer nach Osten ausgerichteten Fassade oder einer nach Westen ausgerichteten Fassade angebracht werden. Allgemeiner ausgedrückt kann es an einer Fassade angebracht werden, die in jede Richtung von Osten bis Süden bis Westen zeigt, bevorzugter in eine Richtung, die größtenteils nach Süden zeigt. Auf der Südhalbkugel kann es vorteilhafterweise an einer nach Norden ausgerichteten Fassade, einer nach Osten ausgerichteten Fassade oder einer nach Westen ausgerichteten Fassade angebracht werden. Allgemeiner ausgedrückt kann es an einer Fassade angebracht werden, die in jede Richtung von Osten bis Norden bis Westen zeigt, bevorzugter in eine Richtung, die größtenteils nach Norden zeigt.
Neben der Verwendung in Gebäuden kann die vorliegende Erfindung auf für die Beleuchtung des Innenraums von Fahrzeugen, in der Regel größeren Fahrzeugen, wie beispielsweise Schiffen oder Zügen, verwendet werden, insbesondere wenn solche Fahrzeuge Innenräume ohne Fenster oder mit Fenstern umfassen, die zu klein sind, um eine ausreichende Tageslichtbeleuchtung bereitzustellen. Im Fall von Schiffen müssen solche Räume über dem Meeresspiegel angeordnet sein, können aber von der äußeren Seitenwand des Fahrzeugs entfernt sein, wie oben für Gebäude beschrieben. Die Anbringung des Lichtkanals in dem Fahrzeug ist analog zur Anbringung in einem Gebäude, d. h. in der Regel unter der Raumdecke, wobei die vordere Öffnung des Kanals an einem Außenfenster des Fahrzeugs befestigt ist. Vorteilhafterweise können große Fahrzeuge zum Passagiertransport oder zur Erholung mit dem vorliegenden Tageslichtbeleuchtungssystem ausgestattet werden, zum Beispiel Kreuzfahrtschiffe. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ferner auf ein Tageslichtbeleuchtungssystem zur Integration in ein Fahrzeug, wobei das Tageslichtbeleuchtungssystem umfasst
ein lichtdurchlässiges Wandelement (800), enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) und einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Fahrzeuginneres zu lenken, wobei der Lichttransportkanal eine Öffnung, die an der Innenseite des Wandelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Fahrzeuginneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Wandelements (800) befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, umfassend
ein Tageslichtbeleuchtungssystem wie oben beschrieben, und
eine Außenwand, in der das Lichtumlenkelement, insbesondere die Lichtumlenkfolie, in ein Wandelement oder Fenster integriert ist.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich und unter Bezugnahme auf diese aufgeklärt werden.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Tageslichtbeleuchtungssystem zur Integration in das Gebäude mit einer geschlossenen vorderen Oberfläche gemäß der 1. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Tageslichtbeleuchtungssystem zur Integration in das Gebäude mit einem Fassadenelement gemäß der 1. oder 2. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das den Unterschied zwischen der Zentrumsfläche oder der Fläche des Kanalbefestigungsabschnitts (Querschnitt h x w) und der nichtaktiven Fläche oder Lichtsammelfläche (Querschnitt h' x w') und gemäß der 2. beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor mit einem Lichttransportkanal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor mit einem Lichttransportkanal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor mit Auskopplungselementen auf der Oberfläche einer Rückwand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor mit einer gebogenen Wellenleiterschicht, um Licht ins Gebäudeinnere zu lenken, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7a zeigt schematisch eine Vorderansicht des Lichtkollektors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7b zeigt schematisch einen ersten Querschnitt durch den Lichtkollektor aus 7a.
7c zeigt schematisch einen zweiten Querschnitt durch den Lichtkollektor aus 7a.
8 zeigt ein Gebäude mit Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt schematisch einen Querschnitt eines beispielhaften Vier-Schicht-Lichtkollektors mit allen Lichtleiterplatten in identischer Größe.
10 zeigt schematisch einen Querschnitt eines beispielhaften Lichtkollektors mit einem Lichtsammel- und -umlenkelement mit einer V-Nut-Prismenstruktur.
11 zeigt schematisch einen Querschnitt eines beispielhaften Fassadenelements, das zwei Glasscheiben (705, 710) und dazwischen einen Luftspalt 706 umfasst, wobei eine Polymerfolie 708, die das Lichtumlenkelement umfasst, an einer der Glasscheiben befestigt ist.
12 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eine Umlenk-Polymerfolie.
13 zeigt ein Beispiel für einen vorderen Teil der vorliegenden allgemeinen Ausführungsform 1, wobei Abschnitt 24 eine Vergrößerung von Abschnitt 23 innerhalb von Abschnitt 22 darstellt, wobei Abschnitt 22 eine vergrößerte Ansicht des vorderen Plattenabschnitts 21 darstellt.
14a und 14b zeigen zwei Abbildungen von Büros, die gemäß der vorliegenden Erfindung beleuchtet werden (Prototyp, Ausführungsform 1).
15 zeigt die Konstruktion des Lichtkanalprototyps.

Im Prinzip können identische Teile in den Figuren mit den gleichen Referenzsymbolen bereitgestellt werden.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Tageslicht-Beleuchtungssystem und zur Integration in das Gebäude (vgl. 800) mit einer geschlossenen vorderen Oberfläche gemäß der 1. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fassadenelement, das einen Abschnitt mit einer Breite w und einer Höhe h (d. h. ungefähr dem Querschnitt des Kanals) umfasst, enthält mindestens ein Lichtumlenkungselement, das zum Einkoppeln von Sonnenlicht in den Lichttransportkanal der Länge l eingerichtet ist.
2 zeigt schematisch ein Tageslichtbeleuchtungssystem, das ein Fassadenelement gemäß der 1. oder 2. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Das Element der Breite w' und Höhe h' enthält einen mindestens teilweisen transparenten Kanalbefestigungsabschnitt der Breite w und Höhe h, der in dieser Ausführungsform ein zentraler Abschnitt ist. Gemäß der 1. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Fassadenelement der Breite w' und Höhe h', ein Lichtumlenkelement in seinem zentralen Abschnitt der Breite w und Höhe h und enthält keinen Lichtkollektor. Gemäß der 2. Ausführungsform der Erfindung ist der zentrale Abschnitt von einem Kollektorabschnitt oder einer Lichtsammelfläche (w' x h' - w x h) umgeben, in der sich die Wellenleiterschicht erstreckt und in der Licht durch die Wellenleiterschicht gesammelt wird. Dieser Lichtkollektor umfasst ferner mindestens ein Auskopplungselement, das zum Einkoppeln von Licht aus der Wellenleiterschicht in den Lichttransportkanal (vgl. auch Bezugszeichen 801 in 8) des Tageslicht-Beleuchtungssystems eingerichtet ist. Dies ermöglicht es dem Lichtkollektor Licht aus einer Fläche zu sammeln, die größer ist als die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals, was aus den Erläuterungen zu 3 noch offensichtlicher werden wird. Verglichen mit dem Stand der Technik sammelt das System Licht auf eine andere Weise und führt das gesammelte Licht auch auf eine andere Weise zum Lichttransportkanal.
Wie sich aus den 1 und 2 ermitteln lässt, umfasst das vorliegende Tageslicht-Beleuchtungssystem keine beweglichen Teile zur solaren Nachführung und weist flache Abmessungen auf. Das System basiert nicht auf Faseroptik und als vorgefertigtes Element kann das System problemlos in die Glasfassade und die Gebäudehülle integriert werden, um an Tageslicht ausgesetzt zu werden.
Der Lichttransportkanal erstreckt sich von dem Kanalbefestigungsabschnitt/zentralen Abschnitt des Fassadenelements und ist mit diesem verbunden (in 2 mit dem Zentrumsquerschnitt der Breite w und der Höhe h angegeben).
3 zeigt einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor 300 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem mindestens teilweise transparenten zentralen Abschnitt, durch den Licht direkt in den Lichttransportkanal 305 eintreten kann, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Kollektor ähnelt dem in 2 gezeigten Lichtkollektor. Der Lichtkollektor 300 ist als unser vorgefertigtes Fassadenelement ausgeführt. Der Lichtkollektor 300 umfasst eine Wellenleiterschicht 301, ein Lichtsammel- und - umlenkelement 302, das zum Einkoppeln von Sonnenlicht 303 in die Wellenleiterschicht 301 eingerichtet ist. Ferner ein Auskopplungselement 304, das zum Auskoppeln von Licht aus der Wellenleiterschicht in einen Lichttransportkanal 305, der Teil des Tageslicht-Beleuchtungssystems sein kann, eingerichtet ist. Die Wellenleiterschicht 301 kann auf mehrere unterschiedliche Arten ausgeführt werden, wie oben ausführlich erläutert wurde. Es können feste und/oder flüssige Lichtleiter verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wellenleiterschicht 301 als eine Lichtleiterplatte ausgeführt, die Teil der Sandwich-Konstruktion des Lichtkollektors 300 ist. Das Auskopplungselement 304 ist als Spiegel ausgeführt, der Licht aus der Wellenleiterschicht 301 ins Gebäudeinnere und somit in den Lichttransportkanal 305 auskoppelt. Das Licht, das durch Totalreflexion (TIR) in die Wellenleiterschicht transportiert wird, wird mit Bezugszeichen 307 gezeigt, und das Licht, das aus dem Kollektor ausgekoppelt wird, ist mit Bezugszeichen 309 gezeigt. Die äußeren Ränder der Wellenleiterschicht 300 umfassen einen angefügten Spiegel 306, der eingerichtet ist, um Licht, das sich innerhalb der Wellenleiterschicht zu den Rändern bewegt, zurück zu mindestens einem Zentrum oder dem Kanalbefestigungsabschnitt 308 des Lichtkollektors umzulenken. Aufgrund der Verwendung der Wellenleiterschicht, die als Wellenleiterplatte oder eine Wellenleiterplatte innerhalb eines Fassadenelements ausgeführt ist, und auch aufgrund der Lichtsammlung durch TIR in der festen Wellenleiterschicht, ist der Lichtkollektor zum Sammeln von Licht auf einer Fläche eingerichtet, die größer ist als die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals. Das Licht, das in einer großen Lichtsammelfläche gesammelt wird (vgl. 2) wird durch den Lichtkollektor zu einem vergleichsweise kleineren Lichttransportkanal geführt. Daher führt dies beim Vergleichen der vorliegenden Erfindung mit Systemen, die Licht nur in einer Fläche sammeln, die durch den Querschnitt des Lichttransportkanals definiert ist, zu einer Erhöhung der Menge an Licht, die in das Gebäude geführt wird. Das Tageslicht-Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung stellt daher, verglichen mit einem bekannten System, eine höhere Lichtsammeleffizienz bereit.
4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor 400 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer geschlossenen vorderen Oberfläche (d. h. wobei kein Licht direkt in den Lichttransportkanal eintreten kann, in anderen Worten, das gesamte Licht wird umgelenkt und durch die Wellenleiterschicht transportiert) ähnlich dem Lichtkollektor, der in 2 gezeigt wird, und einen Lichttransportkanal 405 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in den Lichtkollektor eingekoppelte Licht 407 wird zu den Spiegeln 404 transportiert, die das Licht zum Lichttransportkanal 409 reflektieren. Das Licht 409, das ausgekoppelt ist, kann sich daher in der spiegelausgekleideten Leitung 405 mittels Totalreflexion (TIR) in das Gebäude bewegen. Das Lichtsammel- und -umlenkelement 402 liegt auch in dieser Ausführungsform an der rückwärtigen Platte oder Rückwand der laminierten Sandwich-Struktur von Lichtkollektor 400. Lichtkollektor 400 umfasst auch Spiegel 406, um das Licht zu den Auskopplungselementen 404 umzulenken. Wie aus 4 hervorgeht, liegt die Wellenleiterschicht 401 ebenfalls im Zentrum 408 von Lichtkollektor 400, so dass auch in dieser zentralen Fläche das Tageslicht 403 in das System eingekoppelt werden kann, zu den Auskopplungselementen transportiert und in den Lichttransportkanal 405 eingekoppelt werden kann.
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor 500 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Auskopplungselementen auf der Oberfläche einer ins Gebäudeinnere gerichteten Schicht, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt ferner, dass das Auskopplungselement des Lichtkollektors als Lichtextraktionselemente 503 ausgeführt ist, die auf einer Oberfläche benachbart zur Wellenleiterschicht 501 liegen. Es wird ebenfalls schematisch gezeigt, dass das Lichtsammel- und -umlenkelement 502 in der gleichen Tiefe des Lichtkollektors liegt wie das Auskopplungselement 503. Die Lichtextraktionselemente werden in dieser Ausführungsform anstelle der Spiegel 404 in 4 verwendet. Eine Kombination dieser Elemente ist jedoch auch möglich. Die Lichtextraktionselemente können z. B. als Teil einer mikrooptischen Folie auf die Oberfläche der Wellenleiterschicht aufgebracht werden, zum Beispiel in mindestens Teilen des mindestens einen Zentrums des Lichtkollektors oder des Kanalbefestigungsabschnitts.
6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Lichtkollektor 600 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer gebogenen Wellenleiterschicht 601, um Licht 604 ins Gebäudeinnere zu lenken, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der gebogene Abschnitt ist mit Bezugszeichen 603 gezeigt. Das Lichtsammel- und - umlenkelement 602 ist ebenfalls gezeigt. Zusätzliche Elemente können vorzugsweise auf das Ende der Wellenleiterschicht, die ins Gebäudeinnere gerichtet ist, aufgebracht werden. Diese zusätzlichen Elemente können zum Beispiel eine Brechungsindex-Gradientenschicht, um die Brechungsindex-Differenz zwischen der Wellenleiterschicht und der Luft zu überbrücken, ein kegel- oder keilförmiges Element oder eine Kombination aus einem kegel- oder keilförmigen Element mit einer Brechungsindex-Gradientenschicht sein, sind aber nicht darauf beschränkt, oder können durch TRIMM-Partikel (TRIMM = Transparent Refractive Index Matched Micro Particle) in einem transparenten Polymermaterial gebildet werden Der hier gezeigte Kollektor kann mit einer vorderen und/oder rückwärtigen Platte kombiniert werden. Dies gilt auch für die vorstehend offenbarten Kollektoren 500, 400 und 300.
7a zeigt schematisch eine Vorderansicht des Fassadenelements mit zwei mindestens teilweise transparenten zentralen Abschnitten. Fassadenelement 700 umfasst zwei Abschnitte 701, 702, bei denen es sich um Kanalbefestigungsabschnitte handelt, da dort ein Lichttransportkanal auf der Innenseite befestigt ist. Im Allgemeinen definiert der Lichtsammelbereich den Bereich, in dem der Lichtkollektor in der Lage ist, Licht zu sammeln und es in den Lichttransportkanal umzulenken. Außerdem werden spezifische Abmessungen einer individuellen beispielhaften Ausführungsform des Lichtkollektors in 7a gezeigt.
7b zeigt schematisch einen ersten Schnitt durch das Fassadenelement 700 aus 7a entlang Linie A oder Linie B gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung (vgl. Bezugszeichen 703 und 704 in 7a), oder entlang Linie A im Fall eines Fassadenelements, das eine Wellenleiterschicht und ein Auskopplungselement gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst, vgl. Bezugszeichen 703 in 7a. Die spezifische Ausführungsform des Fassadenelements 700, das auch als Lichtkollektor wirkt, umfasst ein Abdeckglas 705 (zum Beispiel 3 mm Dicke), eine PMMA- oder PVB-Schicht 706 (zum Beispiel 3 cm Dicke), eine optionale Schicht mit hohem Brechungsindex oder eine Gradientenbrechungsindexschicht 707 (zum Beispiel 0,07 mm Dicke), eine Prismenfolie mit Spiegelbeschichtung 708 (zum Beispiel 0,07 mm) als Lichtsammel- und/oder-Umlenkelement, eine PET- oder PVB-Substratfolie 709 (zum Beispiel 0,2 mm Dicke) und eine rückseitiges Glas oder eine Isolierung 710 (zum Beispiel 3 mm Dicke). Im Fall der 1. Ausführungsform der Erfindung kann Schicht 706 durch einen Luftspalt ersetzt werden, wie er für thermische Isolierverglasungen typisch ist. In einer bevorzugten Variante der 1. Ausführungsform der Erfindung wird die Anbringung umgekehrt, wobei die Glasscheibe 710 die Außenseite des Fassadenelements bildet und die Glasscheibe 705 die Seite des Fassadenelements bildet, an der der Lichttransportkanal befestigt ist.
Ähnlich wie 7b zeigt 7c schematisch einen zweiten Querschnitt durch den Lichtkollektor 700 aus Figur 7a für die zweite Ausführungsform der Erfindung entlang Linie B, vgl. Bezugzeichen 704 in 7a. Neben den Elementen, die im Kontext von 7b gezeigt und erläutert werden, werden das rückseitige Glas 711 (zum Beispiel 3 bis 3,35 mm Dicke) und der Umlenkspiegel 712 als Auskopplungselement in 7c gezeigt.
Es ist festzuhalten, dass die Struktur des im Kontext der 7a bis 7c gezeigten und erläuterten Lichtkollektors nicht an die beispielhaften Abmessungen gebunden ist, die in 7a gezeigt werden, sondern auch auf andere Längen, Breiten usw. angewendet werden kann. Daher ist die Schichtstruktur dieser Ausführungsformen als unabhängig von den in 7a gezeigten numerischen Abmessungen anzusehen und hiermit offenbart. Das gleiche gilt für das Gebäude und die Tageslichtbeleuchtung der folgenden 8.
8 zeigt einen Abschnitt eines Gebäudes mit Tageslicht-Beleuchtungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst ein Fassadenelement oder Lichtkollektor 800 und einen Lichttransportkanal 801. Der Lichttransportkanal dient der Lichtführung von einer Außenseite des Gebäudes in ein Gebäudeinneres. Der Lichttransportkanal 801 umfasst Wände, die Innenreflexion bereitstellen, um das Licht von dem Lichtkollektor 800 in den gewünschten Raum 809 des Gebäudes zu führen. In 8 ist der Lichttransportkanal als ein mit Spiegeln versehenes horizontales Lichtrohr 805 ausgeführt. Es wird auch ein Lichtverteilelement 807 in Form des Tageslicht-Beleuchtungskörpers gezeigt. Das Gebäude aus 8 umfasst auch ein Fenster 802, mehrere Wände 806, Rahmen 803 und den Boden 804.
9 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Lichtsammelfläche eines Lichtkollektors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Lichtkollektor 900 besteht aus einer Vielzahl 905 von Wellenleiterschichten 901, das Lichtsammel- und -umlenkelement 906, das das einfallende Tageslicht umlenkt, besteht aus einer Vielzahl von Streifen oder Auflagen, die an jeder der Vielzahl von Wellenleiterschichten befestigt sind, wobei die Streifen oder Auflagen derart zueinander verschoben sind, dass sie kombiniert die ganze Fläche oder die gesamte Breite der Lichtsammelfläche bedecken. Zwischen der Vielzahl von Wellenleiterschichten werden Luftspalten 902 bereitgestellt. An den Rändern oder seitlichen Enden des Lichtkollektors 900 werden Abstandshalter 903 zwischen den einzelnen Wellenleiterschichten bereitgestellt. Außerdem werden Reflektoren 904 an den Rändern oder den seitlichen Enden des Lichtkollektors 900 bereitgestellt. In einer Ausführungsform kann die Breite 907 des Lichtsammel- und -umlenkelements 906 3 cm für eine Dicke der Wellenleiterschicht 901 von 1 cm betragen. 9 zeigt nur einen Teil des Lichtkollektors 900 und zeigt nur die Lichtsammelfläche, in der das Licht in die Wellenleiterschicht eingekoppelt wird. Das Licht wird weiter nach links geführt, wo der Abschnitt oder die Fläche liegt, in der das Auskopplungselement liegt.
10 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Teils eines beispielhaften Lichtkollektors 1000 mit einem Lichtsammel- und -umlenkelement 1006 wie in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ausgeführt als mikrooptische Folie mit einer V-Nut-Prismenstruktur. Eine Klebstoffschicht 1002 (z. B. 25 Mikrometer, n=1,6) wird unter der Wellenleiterschicht 1001 (z. B. 1 cm PMMA, n=1,5) verwendet, und unter der Klebstoffschicht 1002 wird eine Schicht mit hohem Brechungsindex (z. B. 50 Mikrometer, n=1,7) verwendet. Die Prismenschicht 1004 (z. B. 25 Mikrometer Acrylat, beschichtet mit einem Aluminiumspiegel mit z. B. 50 Nanometer) liegt auf dem Substrat (z. B. PET, 100 Mikrometer). In anderen Worten, zwischen dem Lichtsammel- und -umlenkelement 1006 und der Wellenleiterschicht 1001 wird eine Gradientenbrechungsindexschicht mit zwei Schichten verwendet. Es gibt eine Schicht mit n=1,7, die Schicht mit hohem Brechungsindex, und eine Schicht mit n=1,6, d. h., dem Klebstoff.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt eines beispielhaften Fassadenelements, wie es Teil der 1. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein kann, umfassend zwei Glasscheiben (705, 710) und einen Luftspalt 706 dazwischen, wobei eine Polymerfolie (in der Regel eine PVB-Folie) 708, die das Lichtumlenkelement umfasst, auf der inneren Seite einer der Glasscheiben befestigt ist. In einer bevorzugten Variante dieser Baugruppe befindet sich die Glasscheibe 710, die die Umlenkfolie 708 trägt, auf der Außenseite des Gebäudes, Licht 711 tritt in das Gebäude durch Scheibe 710 ein, wird durch die Folie 708 umgelenkt und tritt in den Lichttransportkanal (in dieser 11 nicht gezeigt) ein, der an der Glasscheibe 705 befestigt ist.
12 zeigt ein zum Verständnis hilfreiches, jedoch nicht in den Schutzbereich fallendes Verfahren zur Herstellung einer Umlenk-Polymerfolie: Unter Verwendung eines geeigneten Mikrostrukturierungswerkzeugs (A) wird eine UV-härtbare Beschichtung auf einer geeigneten Polymerfolie strukturiert und gehärtet (Schritt B). Die auf diese Weise erhaltene strukturierte Schicht wird unter einem schrägen Winkel mit Metall bedampft(C). Anschließend wird eine andere Harzschicht aufgetragen, die die metallischen Mikroebenen bedeckt und die Lücken zwischen den Strukturen füllt, um eine glatte Polymeroberfläche bereitzustellen (Schritt D).
13 zeigt ein Beispiel mit typischen Abmessungen für den vorderen Teil des vorliegenden Lichtkanals mit Doppelglasfrontplatte mit der Höhe h, die eine Umlenkfolie umfasst (allgemeine Ausführungsform 1). Abschnitt 24 zeigt einen Teil der äußeren Glasscheibe, der mit der vorliegenden Lichtlenkfolie mit 0,2 mm Dicke bedeckt ist; wobei Abschnitt 24 einen vergrößerten Teil aus Abschnitt 22 zeigt, der einen Teil des Querschnitts der Doppelglaseinheit abbildet, der wiederum die Positionierung der vorliegenden Lichtumlenkfolie (Dicke der äußeren Glasscheibe mit Umlenkfolie in diesem Beispiel: 4 mm) angibt. Abschnitt 22 selbst stellt die vergrößerte Ansicht von Abschnitt 21 (vordere Platte) dar.
14a und 14b zeigen zwei Abbildungen von Büros, die mit den 2 parallelen Lichtkanal-Prototypen aus Beispiel 2 beleuchtet sind (wobei die Beleuchtungskörper in einer Entfernung von 8 m in Fig. 14b und in einer Entfernung von 11,1 m von der Fassade in 14a beginnen).
15 zeigt den Querschnitt (Seitenansicht) des Lichtkanal-Prototyps aus Beispiel 2; 800 bezeichnet die Isolierglaseinheit der Fassade (4 mm Glasscheibe, 12 mm Luftspalt, 4 mm Glasscheibe), die die Umlenkfolie enthält; 801 bezeichnet das Volumen des Lichtkanals; 807 bezeichnet die 2 Öffnungen (Beleuchtungskörper, Seitenansicht, die deren kurze Seite zeigt), die eine an dem Kanalende mit der Größe 29 cm x 83 cm und die andere zur Mitte des Kanals hin mit der Größe 30 cm x 80 cm; 815 bezeichnet den gerundeten Reflektor am Ende des Rohrs (Radius 29 cm) und die reflektierende Scheibe über dem mittleren Beleuchtungskörper; 821 gibt die Länge des geraden Rohrabschnitts von 11,1 m an; 822 gibt die Entfernung zwischen den 2 Beleuchtungskörper-Öffnungen von 2,8 m an.
Die Erfindung kann ferner durch die folgenden Ausführungsformen dargestellt werden:

1. Ein Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst ein lichtdurchlässiges Fassadenelement (800), enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) und einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Gebäudeinneres zu lenken, wobei der Lichttransportkanal eine Öffnung, die an der Innenseite des Fassadenelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Gebäudeinneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Fassadenelements (800) befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern.
2. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Ausführungsform 1, wobei der Lichttransportkanal mindestens eine Öffnung zum Gebäudeinneren umfasst, die mit einem Lichtverteilelement (807) versehen ist, das es dem geführten Licht erlaubt, den Kanal in das Gebäudeinnere zu verlassen, wobei der Lichttransportkanal bevorzugt eine Luft- oder Gasfüllung enthält, die gegen die umgebende Atmosphäre abgeschlossen ist.
3. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Öffnungen des Lichttransportkanals für den Lichteinlass und für ein Lichtverteilelement (807) etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei der Lichtkanal bevorzugt für die Anbringung mit der Öffnung für den Lichteinlass und dem befestigten Fassadenelement (800) mit Lichtumlenkelement (302) etwa vertikal und der Öffnung für Lichtverteilelement (807) etwa horizontal geeignet ist.
4. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Ausführungsform 1, 2 oder 3, wobei die lichtführenden Innenwände des Lichttransportkanals (801) mit einer reflektierenden Schicht, vorzugsweise einer reflektierenden Silber- oder Aluminiumschicht oder einer reflektierenden mehrschichtigen Polymerfolie überzogen sind, die am stärksten bevorzugt mindestens 95 % gerichtete Reflexion und weniger als 5 % diffuse Reflexion bereitstellt.
5. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) eine isolierende Verglasungseinheit umfasst, die mindestens 2 parallele Glasscheiben und mindestens eine Polymerfolie enthält, wobei die Gesamtdicke des Fassadenelements (800) vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1.000 mm, insbesondere 15 bis 50 mm liegt.
6. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) mindestens 2 parallele Glasscheiben umfasst, und das Lichtumlenkelement (302) an der Innenfläche der Glasscheibe auf geeignete Weise befestigt ist, um einen Abschnitt der Außenfläche der Gebäudehülle zu bilden.
7. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei der Querschnitt des Lichttransportkanals (801) eine Höhe im Bereich von 8 bis 50, insbesondere etwa 10 bis 35 cm aufweist; eine Breite im Bereich von 20 bis 300 cm, insbesondere etwa 30 bis 120 cm aufweist; und die Läge des Lichttransportkanals (801) im Bereich von 500 bis 2.000 cm, insbesondere etwa 600 bis 1.200 cm liegt.
8. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) einen Lichtkollektor (100, 200, 700, 800) umfasst, wobei der Lichtkollektor umfasst mindestens eine Wellenleiterschicht (301), mindestens ein Lichtsammel- und -umlenkelement (302), das zum Einkoppeln von Sonnenlicht (303) in die Wellenleiterschicht eingerichtet ist, und mindestens ein Auskopplungselement (304), das eingerichtet ist, um Licht aus der Wellenleiterschicht in einen Lichttransportkanal (801) des Tageslicht-Beleuchtungssystems auszukoppeln.
9. Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der obigen Ausführungsformen, wobei das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als Vielzahl von Gitterkopplern und/oder Hologrammen und/oder Spiegeln und/oder Mikrospiegeln und/oder reflektierenden Mikrostrukturen ausgeführt ist.
10. Gebäude, umfassend ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, und eine Hülle mit einer Fassade, in der der Lichtkollektor als Fassadenelement integriert ist.
11. Die vorteilhafte, jedoch nicht in den Schutzbereich fallende Verwendung eines Tageslicht-Beleuchtungssystems nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9 zum Einführen von Tageslicht ins Gebäudeinnere in 5 bis 20, insbesondere 6 bis 12 Metern Entfernung von einem Fenster.
12. Ein zum Verständnis hilfreiches, jedoch nicht in den Schutzbereich fallendes Verfahren zur Verbesserung der Lichtqualität in einem Gebäude, indem die Menge an Tageslicht erhöht wird, die in das Gebäude gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 1 bis 12 in die Gebäudehülle integriert ist, wobei dessen Lichttransportkanal etwa horizontal weg von der Fassade des Gebäudes ausgerichtet ist.
13. Ein Lichtkollektor (100, 200, 700, 800) zur Verwendung in einem Tageslicht-Beleuchtungssystem (800), insbesondere wie in den obigen Ausführungsformen 1 bis 9 beschrieben, und zur Integration in ein Gebäude, wobei der Lichtkollektor umfasst mindestens eine Wellenleiterschicht (301), mindestens ein Lichtsammel- und -umlenkelement (302), das zum Einkoppeln von Sonnenlicht (303) in die Wellenleiterschicht eingerichtet ist, und mindestens ein Auskopplungselement (304), das eingerichtet ist, um Licht aus der Wellenleiterschicht in einen Lichttransportkanal (801) des Tageslicht-Beleuchtungssystems auszukoppeln.
14. Ein Lichtkollektor nach Ausführungsform 13, wobei der Lichtkollektor in Form eines vorgefertigten Fassadenelements konstruiert ist und wobei die Wellenleiterschicht eine Platte aus Lichtleitern ist.
15. Ein Lichtkollektor nach Ausführungsform 13 oder 14, der ein statischer Kollektor ist und flache Abmessungen aufweist.
16. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 15, wobei das Lichtsammel- und -umlenkelement (302) als Vielzahl von Gitterkopplern und/oder Hologrammen und/oder Spiegeln und/oder Mikrospiegeln und/oder reflektierenden Mikrostrukturen ausgeführt ist.
17. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 16, wobei der Lichtkollektor eine Vielzahl von gestapelten Wellenleiterschichten (900) umfasst.
18. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 17, wobei Ränder der Wellenleiterschicht einen angefügten Spiegel (306, 406, 904) umfassen, der eingerichtet ist, um Licht, das sich innerhalb der Wellenleiterschicht zu den Rändern bewegt, zu mindestens einem Zentrum oder einem Kanalbefestigungsabschnitt (308) des Lichtkollektors umzulenken.
19. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 18, wobei das Auskopplungselement (304) ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend flache, Spiegel enthaltende Elemente, Parabolspiegel enthaltende Elemente, Elemente, die optische Lichtextraktionsstrukturen an der Oberfläche enthalten, wie z. B. Prismen, Pyramiden, Kegel oder jede Kombination davon, oder wobei das Auskopplungselement von einer gebogenen Wellenleiterschicht (603) bereitgestellt wird, um das Licht durch Totalreflexion innerhalb der Wellenleiterschicht umzulenken.
20. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 19, wobei der Lichtkollektor eine transparente Frontplatte und eine transparente rückwärtige Platte umfasst, und wobei die vordere und rückwärtige Platte als Glasplatte oder als Kunststoffplatte, wie beispielsweise als Polymethylmethacrylatplatte, Polyacrylatplatte, Polycarbonatplatte oder jede Kombination davon ausgeführt ist.
21. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 20, wobei der Lichtkollektor mindestens eine Beschichtung oder eine auf diesen laminierte Folie umfasst, um seine Reflexions- und Übertragungseigenschaften zu kontrollieren.
22. Ein Lichtkollektor nach einer der Ausführungsformen 13 bis 21, wobei der Lichtkollektor ein Abdeckglas, eine PMMA-Schicht als Wellenleiterschicht, eine Schicht mit hohem Brechungsindex oder eine Gradientenbrechungsindexschicht, eine Prismenfolie mit Spiegelbeschichtung, ein PET-Substrat und ein rückseitiges Glas umfasst.
23. Ein Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem einen Lichtkollektor (800) nach einer der Ausführungsformen 13 bis 22, einen Lichttransportkanal (801) zum Führen von Licht von einer Außenseite des Gebäudes ins Gebäudeinnere umfasst, wobei das Auskopplungselement (304) des Lichtkollektors eingerichtet ist, um Licht von dem Wellenleiter in den Lichttransportkanal zu lenken, wobei der Lichttransportkanal (801) Wände umfasst, die eine Totalreflexion des Lichts bereitstellen, und wobei der Lichttransportkanal mindestens ein Lichtverteilelement (807) umfasst, an dem das geführte Licht den Kanal ins Gebäudeinnere verlassen kann.
24. Ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Ausführungsform 23, wobei der Lichtkollektor zum Sammeln von Licht aus einer Fläche eingerichtet ist, die größer ist als die Querschnittsfläche des Lichttransportkanals.
25. Ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 23 bis 24, wobei die Wellenleiterschicht ein fester Lichtleiter ist, und wobei der Lichttransportkanal eine spiegelausgekleidete Leitung ist.
26. Ein Gebäude, umfassend ein Tageslichtbeleuchtungssystem nach einer der Ausführungsformen 23 bis 25, und eine Hülle mit einer Fassade, in der der Lichtkollektor als Fassadenelement integriert ist.

Weitere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten bei der Implementierung der beanspruchten Erfindung nach dem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“, „einer“ schließt den Plural nicht aus. Ein einziger Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannter Gegenstände oder Schritte erfüllen. Allein die Tatsache, dass bestimmte Maße in voneinander abhängigen Ansprüchen genannt werden, ist kein Hinweis darauf, dass eine Kombination dieser Maße nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium gespeichert/vertrieben werden, wie beispielsweise einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, kann aber auch in anderen Formen, wie beispielsweise übers Internet oder andere verdrahtete oder drahtlose Telekommunikationssysteme vertrieben werden.
Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als Beschränkung des Schutzbereichs der Ansprüche ausgelegt werden.
Abkürzungen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden:

PMMA: das Acrylpolymer Polymethylmethacrylat

PET: der Polyester Polyethylenterephthalat
PVB: das Polymer Polyvinylbutyral
LED: Leuchtdiode

Beispiel 1: Durchschnittlicher Lichtstrom (Bürozeiten) an unterschiedlichen Breitengraden
Der durchschnittliche Lichtstrom am hinteren Ende (l = 11 m) von nach Süden ausgerichteten horizontalen Lichtkanälen, jeder mit h = 0,3 m und w = 0,9 m, während der Standard-Bürozeiten zwischen 8 Uhr morgens und 5 Uhr nachmittags, wird für Witterungsbedingungen in Frankfurt a. M. (35 % Sonnenstunden), Madrid und Abu Dhabi (auf der Basis veröffentlichter Klimadaten: https://energyplus.net/weather) und unten beschriebener Lichtkanaldesigns berechnet.
Kanal 1 umfasst ein vorderes Element, umfassend eine Lichtumlenkfolie (1, 1. Ausführungsform der Erfindung; Folie hergestellt wie in dem Beispiel aus WO 2014/024146 , Figuren 5a-5h, beschrieben, aber ohne die darin beschriebenen zweiten Komponenten. Die verkapselten Spiegel sind gekrümmt und weisen eine Breite von 250 Mikrometern auf und wiederholen sich mit einer Periodizität von 100 Mikrometern. Die Krümmung ist progressiv, um das Licht horizontal besser umzulenken, die Spiegel sind mit einer Reflexion von 95 % modelliert. Die Gesamtfoliendicke beträgt 300 Mikrometer. Die Folie ist auf die Innenseite der Außenverglasung (4 mm) einer Doppelverglasungseinheit (4-12-4) laminiert, die die volle Oberfläche der vertikalen Öffnung des nach außen gerichteten Lichtrohrs bedeckt.
Kanal 2 umfasst ein vorderes Element, umfassend eine Lichtumlenkfolie und einen Kollektor. Die Lichtumlenkfolie gleicht der in Kanal 1 verwendeten mit einer Extraanpassung der Spiegelkrümmung in dem unteren Teil und keinen Spiegeln in den oberen 14 cm. Die Kollektorteile ersetzen die innere Glastafel der Doppelverglasung. Auf der Fläche oberhalb und unterhalb der Rohröffnung besteht der Kollektor aus einer dicken, transparenten Platte, die gekrümmt ist und in der der horizontale Teil mit einem Keil endet. Der vertikale Teil ist 9 cm hoch, 3 cm dick, auf seiner Rückseite strukturiert und die Strukturen sind mit einem reflektierenden Material beschichtet. Die Strukturen sind prismatische Strukturen, wobei die Seitenflächen gegenüber der Rohröffnung um 41° von der Vertikalen und die anderen Seitenflächen um 19° von der Vertikalen gekippt liegen. Der Keilwinkel beträgt 26°. Die horizontale Seitenfläche auf dem Keil ist mit einem reflektierenden Material beschichtet, um Licht nur auf der Rohrseite auszukoppeln. Das vordere Element weist eine Gesamthöhe h = 0,48 m auf (2, 2. Ausführungsform der Erfindung)
Kanal 3 umfasst ein vorderes Element, das mit dem in Kanal 1 beschriebenen bei weiterer Anpassung der Spiegelkrümmungen identisch ist. Dieses Element besteht aus einer Lichtumlenkfolie, die in einer Doppelverglasung auf die Innenseite der äußeren Glastafel laminiert ist. Die Gesamthöhe des vorderen Elements beträgt 0,6 m, das heißt sie ist doppelt so hoch wie die Rohrhöhe am Ende nach 11 m (0,3 m). Daher verändert sich die Rohrhöhe innerhalb der ersten Meter. Die Rohrhöhe reduziert sich auf ihre Endhöhe bei 1,41 m, wobei die geneigte Seite des Rohrs flach ist und einen Winkel von 12° mit der Horizontalen bildet.
Kanal 4 ähnelt Kanal 1, aber das Material, das verwendet wurde, um die Spiegel zu verkapseln, unterscheidet sich von dem, das für die Strukturen verwendet wurde, und die Krümmung wurde optimiert, um eine horizontalere Umlenkung des Lichts zu erreichen. Die Differenz beim Brechungsindex ist in dieser Ausführungsform sehr gering (0,02), aber sie erhöht die Umlenkleistung um einige Prozent.
Kanal 5 ist wie Kanal 1, aber das Lichtumlenkelement basiert auf Brechungseigenschaften von Materialien und enthält keinen metallischen Reflektor. Um die Lichtumlenkung zu erreichen, verwendet dieses System Totalreflexion und daher die Brechungsindexänderung. Das System besteht aus drei verschiedenen Materialien. Die Strukturschicht rechts weist einen Standard-Brechungsindex von (n=1,5) auf, sie wird dann mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex (n=1,4) beschichtet und schließlich mit einem dritten Material (n=1,4) verkapselt.
Kanal 6 ist wie Kanal 1, aber die Umlenkfolie ist durch ein handelsübliches Produkt (3M Daylight Redirecting Film) ersetzt. Eine solche Folie verwendet die Brechungsindexdifferenz zwischen Luft und der strukturierten Polymerfolie. Die sich ändernde Krümmung erhöht den Winkelbereich für den Licht in die richtige Richtung umgelenkt wird. Basierend auf dem Profil dieses handelsüblichen Produkts werden die optischen Eigenschaften simuliert.
Kanal 7 ist wie Kanal 1, aber die Umlenkfolie ist durch eine Folie ersetzt, wie in der US-Patentschrift 20020159154 A1 , 2, beschrieben. Eine solche Folie verwendet die Brechungsindexdifferenz zwischen Luft und der Polymerfolie. Die Schnittstellen zur verkapselten Luft wirken wie Spiegel und reflektieren Licht tief in die Lichtleitung. Für die Anwendung in Lichtleitungen wurde das Design optimiert, um den Lichtstrom am Ende der Leitung zu maximieren. Die Luftspalten sind 100 Mikrometer breit, 3 Mikrometer dick, 45 Mikrometer beabstandet und um 10° gekippt, um den Winkel abzuflachen, bei dem Licht vom Himmel in das Rohr umgelenkt wird.
Zu Vergleichszwecken wird der Lichtstrom eines anderen Kanals berechnet, der eine Glasfrontplatte ganz ohne Lichtumlenkelement bedeckt (Referenz).
Für die Simulation wird ein Raytracing-Werkzeug (LightTools 8.5, Synopsis' Optical Solutions Group, Pasadena, US) verwendet, um das System zu charakterisieren, wobei in allen Fällen ein Reflexionsgrad von 97 % über alle Einfallswinkel für das Lichtrohr angenommen wird. Die Transmission des Systems wird für jeden Einstrahlwinkel der Hemisphäre mit einer Auflösung von 1° in der Höhe und 2° im Azimuth charakterisiert. Die Transmission wird zwischen dem vorderen Ende der Leitung und dem hinteren Ende der Leitung berechnet. Dieser Transmissionsvektor wird dann mit der verfügbaren Luminanz und dem Raunwinkel für jede Richtung bei jeder Zeitstufe multipliziert. Die Luminanz des Himmels für jede Richtung und über das gesamte Jahr wird auf der Basis des Perez-Modells unter Verwendung der Direkt- und Diffusstrahlung aus den stündlichen Klimadaten berechnet. Sowohl die Luminanz für den Himmel als auch für den Boden (Albedo von 30 %) werden berücksichtigt. Hierdurch wird der stündliche Lichtstrom am Ende des Systems berechnet.

In Tabelle 1 sind die Ergebnisse (in Lumen) für den durchschnittlichen Lichtstrom während der Bürozeiten (Durchschnitt) und für den minimalen Lichtstrom während 50 % der Bürozeiten (Minimum, d. h. während 50 % der Arbeitszeiten wird der Lichtstrom am Ende der Leitung gleich oder höher sein als der gegebene Wert) nach 11 m Transportlänge zusammengestellt. Die Werte werden für das Ergebnis berechnet, das unter Verwendung von zwei identischen Lichtrohren erhalten werden kann. Der durchschnittliche Lichtstrom wird während dieser Arbeitszeiten berechnet. Der minimale Lichtstrom ist der minimale Wert, der erreicht wird, wenn die beste Hälfte der Beschäftigungsstunden berücksichtigt wird. Dieser Wert kann verwendet werden, um die minimale Beleuchtungsstärke am Schreibtisch abzuleiten, die während 50 % der Beschäftigungsstunden erreicht wird. Tab. 1: Durchschnittlicher Lichtstrom (Im) und minimaler Lichtstrom (Im) nach 11 m Transportlänge durch 2 Lichtrohre

Kanal	Frankfurt	Madrid		Abu Dhabi

Referenz	Durchschnitt	4300	5900	6000
Referenz	Minimum	3450	5050	4850

Kanal 1	Durchschnitt	5350	7650	7850
Kanal 1	Minimum	3750	6450	5650

Kanal 2	Durchschnitt	5450	7800	8100
Kanal 2	Minimum	3800	6550	5700

Kanal 3	Durchschnitt	7550	10300	11500
Kanal 3	Minimum	4650	6950	5850

Kanal 4	Durchschnitt	5700	7950	8300
Kanal 4	Minimum	3900	6500	5650

Kanal 5	Durchschnitt	4878	6836	7674
Kanal 5	Minimum	3516	5976	5518

Kanal 6	Durchschnitt	5100	7450	7900
Kanal 6	Minimum	3400	6000	5250

Kanal 7	Durchschnitt	5490	7724	9632
Kanal 7	Minimum	3848	6594	5728

Die oben genannten Ergebnisse werden durch Messungen mit im 1:10-Maßstab verkleinerten Prototypen jedes Kanals validiert.
Das Tageslichtsystem der Erfindung stellt eine überraschend hohe Lichtstärke bereit.
Beispiel 2: Prototyp in Originalgröße
Um die Simulationsergebnisse aus Beispiel 1 weiter zu validieren wird ein 1:1-Prototyp gebaut. Der Prototyp besteht aus zwei Büros und zwei Lichtrohren. Beide Büros sind fensterlos und werden durch eine Öffnung in jedem Rohr beleuchtet, sie sind 2,8 m breit und 3 m lang mit einer Decke in 2,6 m Höhe. Die Räume (vgl. 14a und 14b) sind weiß gestrichen und mit einem Tisch und Stühlen möbliert. Die Rohre haben beide einen rechteckigen Querschnitt mit Innenabmessungen von 29 cm Höhe und 87 cm Breite. Die Rohre sind beide insgesamt 11,39 m lang und parallel mit etwas Abstand dazwischen angeordnet. Eines ist mit einer reflektierenden Folie 3M DF200MA und eines mit einer reflektierenden Metallfolie Alanod Miro Silver DL ausgestattet. Alle vier Öffnungen in der unteren Fläche der 2 Rohre, die den Räumen Licht bereitstellen, sind um 14,5 cm in Bezug auf die Decke versetzt. Der 14,5 cm große Abstand zwischen der Raumdecke und der Rohröffnung ist in jedem Fall mit einer reflektierenden Folie ausgestattet. Die Öffnung jedes Rohrs in den ersten Raum (14b) ist 30 x 80 cm, wobei sie 8 m von der Fassade entfernt beginnt, und im zweiten Büro (14a) 29 x 83 cm und liegt 11,1 m von der Fassade entfernt ganz am Ende des Rohrs (kurze Länge der Öffnung in Richtung der Rohrlänge). Das Rohr endet mit einem viertelkreisförmigen Reflektor oberhalb der Öffnung am Ende des Rohrs, mit einem Radius von 29 cm (vgl. 15). Oberhalb der ersten Öffnung ist eine reflektierende Scheibe mit einem Winkel von 29° von der Horizontalen und einer Länge von 27,8 cm angeordnet, um Licht aus dem Rohr einzufangen und es umzulenken. Die vertikalen Öffnungen auf der vorderen Fassadenseite sind mit einem einfachen Plexiglas und dann mit einer Doppelverglasung (4-12-4) ausgestattet, in die die 3M Daylight Redirecting Film-Umlenkfolie integriert ist. Vor-Ort-Messungen werden in Österreich mit nach Süden ausgerichteter Fassade durchgeführt. Fotos des 1. Raums, die zu festgelegten Zeiten am 26. Sept. 2017 aufgenommen wurden, werden evaluiert, um die Lichtstärke am Arbeitsplatz zu quantifizieren; die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2: Beleuchtungsstärke am Büroschreibtisch im vorderen Raum, Beleuchtungskörper 8 m von der Fassade, abgeleitet von der Beleuchtungsstärke. Messung durchgeführt am 26.9.2017 mit der 3M Daylight Redirecting Film Lichtumlenk-Folie an der Fassade.

Tageszeit 10:0011:0012:0013:0014:00

Beleuchtungsstärke (lux) 343 902 1139 614 892
Beleuchtungsstärkewerte bis zu 1.700 lux werden zu anderen Zeiten in dem gleichen Büro mit einem Lux-Messer erfasst, der auf dem Schreibtisch angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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V. Garcia Hansen and I. Edmonds in ‚Natural illumination of deep-plan office buildings : light pipe strategies. In: ISES Solar World Congress 2003, 14-19 June 2003, Göteborg, Schweden [0008]
D. Väzquez-Moliní et al. (ADASY, Active Daylighting System; Proc. of SPIE Vol. 7410, 74100H) [0008]

Claims

Tageslicht-Beleuchtungssystem zur Integration in ein Gebäude oder ein Fahrzeug, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst ein lichtdurchlässiges Fassadenelement (800) oder Wandelement, enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) sowie einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Gebäude- oder Fahrzeuginneres zu führen, wobei der Lichttransportkanal eine Öffnung, die an der Innenseite des Fassadenelements oder Wandelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Gebäude- oder Fahrzeuginneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Fassadenelements (800) oder Wandelements befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 zur Integration in ein Gebäude, wobei das Tageslicht-Beleuchtungssystem umfasst ein lichtdurchlässiges Fassadenelement (800), enthaltend eine Glasscheibe und ein Lichtumlenkelement (302 oder 708) und einen Lichttransportkanal (801), um Licht etwa horizontal in ein Gebäudeinneres zu führen, wobei der Lichttransportkanal eine Öffnung, die an der Innenseite des Fassadenelements befestigt ist, und mindestens eine Öffnung zum Gebäudeinneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als eine strukturierte Polymerfolie oder -platte ausgebildet ist, die an einer Glasscheibe des Fassadenelements (800) befestigt ist und eingerichtet ist, um die Richtung von einfallendem Licht in den etwa horizontalen Lichttransportkanal zu ändern.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichttransportkanal mindestens eine Öffnung zum Gebäude- oder Fahrzeuginneren umfasst, die mit einem Lichtverteilelement (807) versehen ist, das es dem geführten Licht erlaubt, den Kanal in das Gebäude- oder Fahrzeuginnere zu verlassen, wobei der Lichttransportkanal bevorzugt eine Luft- oder Gasfüllung enthält, die gegen die umgebende Atmosphäre abgeschlossen ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Öffnungen des Lichttransportkanals für den Lichteinlass und für ein Lichtverteilelement (807) etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei der Lichtkanal bevorzugt für die Anbringung mit der Öffnung für den Lichteinlass und dem befestigten Fassadenelement (800) oder Wandelement mit Lichtumlenkelement (302) etwa vertikal und der Öffnung für Lichtverteilelement (807) etwa horizontal geeignet ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die lichtführenden Innenwände des Lichttransportkanals (801) mit einer reflektierenden Schicht, vorzugsweise einer reflektierenden Silber- oder Aluminiumschicht oder einer reflektierenden mehrschichtigen Polymerfolie überzogen sind, die am stärksten bevorzugt mindestens 95 % gerichtete Reflexion und weniger als 5 % diffuse Reflexion bereitstellt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) eine isolierende Verglasungseinheit umfasst, die mindestens 2 parallele Glasscheiben und mindestens eine Polymerfolie enthält, wobei die Gesamtdicke des Fassadenelements (800) vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1.000 mm, insbesondere 15 bis 50 mm liegt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) mindestens 2 parallele Glasscheiben umfasst, und das Lichtumlenkelement (302) an der Innenfläche der Glasscheibe auf geeignete Weise befestigt ist, um einen Abschnitt der Außenfläche der Gebäudehülle zu bilden.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Querschnitt des Lichttransportkanals (801) eine Höhe im Bereich von 8 bis 50, insbesondere etwa 10 bis 35 cm aufweist; eine Breite im Bereich von 20 bis 300 cm, insbesondere etwa 30 bis 120 cm aufweist; und die Läge des Lichttransportkanals (801) im Bereich von 500 bis 2.000 cm, insbesondere etwa 600 bis 1.200 cm liegt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das lichtdurchlässige Fassadenelement (800) einen Lichtkollektor (100, 200, 700, 800) umfasst, wobei der Lichtkollektor umfasst mindestens eine Wellenleiterschicht (301), mindestens ein Lichtkollektor- und -umlenkelement (302), das zum Einkoppeln von Sonnenlicht (303) in die Wellenleiterschicht eingerichtet ist, und mindestens ein Auskopplungselement (304), das eingerichtet ist, um Licht aus der Wellenleiterschicht in einen Lichttransportkanal (801) des Tageslicht-Beleuchtungssystems auszukoppeln.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lichtumlenkelement (302 oder 708) als Vielzahl von Gitterkopplern und/oder Hologrammen und/oder Spiegeln und/oder Mikrospiegeln und/oder reflektierenden Mikrostrukturen ausgeführt ist.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lichtumlenkelement (302 oder 708) ein Metall und/oder ein Material mit niedrigem Brechungsindex, wie beispielsweise Luft, jeweils eingebettet in eine Polymerfolie, umfasst.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine künstliche Lichtquelle, vorzugsweise eine LED-Lichtquelle.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Lichttransportkanal, dessen Querschnitt sich um einen Faktor 1,2 bis 5 über eine Entfernung von bis zu 2 m von seiner vorderen Öffnung verengt.
Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Glasscheibe, ein Lichtumlenkelement und einen Lichttransportkanal, die im Wesentlichen sind wie in 1, 8, 11 oder 13 dargestellt.
Gebäude oder Fahrzeug, umfassend ein Tageslicht-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, und eine Hülle mit einer Fassaden- oder Außenwand, in die das Lichtumlenkelement in einem lichtdurchlässigen Fassadenelement oder Wandelement oder Fenster integriert ist.