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VISIONARY INSIGHTS

Tageslicht und Blendung: Welche Methoden kommen bei der Beurteilung zum Einsatz?

Eloïse Sok-Paupardin
12. April 2021
How to Assess Daylight Glare

Wir können es gar nicht oft genug wiederholen: Der Zugang zu Tageslicht in Gebäuden spielt für das Wohlbefinden und die Gesundheit der Mitarbeitenden eine entscheidende Rolle. Dabei darf jedoch nicht ausser Acht gelassen werden, dass Tageslicht auch Blendeffekte verursachen kann, die sich nachteilig auf den Sehkomfort auswirken. Obwohl dieses Risiko altbekannt ist, wird es in der Praxis nicht immer berücksichtigt. Dies liegt insbesondere an den immer noch begrenzten Kenntnissen über Vorhersageindikatoren und -instrumente.

Dieser Artikel soll einen Überblick über die bisher entwickelten Methoden und Instrumente zur Charakterisierung und Quantifizierung von Blendeffekten durch Tageslicht geben. Das soll Architekten helfen, die Blendungsproblematik besser zu verstehen, und aufzeigen, wie sich der Erfolg einer bestimmten Designstrategie beurteilen lässt.

 

Kenngrössen für Blendeffekte

Aufgrund ihrer subjektiven Wahrnehmung und der Vielzahl von Parametern, die sie beeinflussen – Lichtverhältnisse, Gebäudemorphologie, Ausrichtung, Grösse und Position der Fenster, Innenarchitektur, Oberflächeneigenschaften, Raumbelegung, auszuführende Tätigkeiten usw. –, bleibt die Blendung ein sehr schwer zu charakterisierendes und zu quantifizierendes Phänomen. Das trifft insbesondere auf die Blendung durch Tageslicht zu 1.

Die Bewertung von Blendeffekten ist seit den 70er-Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Diese haben zur schrittweisen Entwicklung mehrerer Modelle und Kenngrössen geführt, die meist auf Laborexperimenten mit Probanden unter verschiedenen Lichtverhältnissen basieren. Diese Modelle wurden regelmässig hinterfragt, verglichen und anschliessend korrigiert und weiterentwickelt2

Heute übliche Kenngrössen für Blendeffekte berücksichtigen einen oder mehrere der folgenden Parameter: Leuchtdichte der Blendquellen, Grösse und Position im Sichtfeld sowie die Adaptationsleuchtdichte3,4 Diese Kenngrössen können dann in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden5:

  • Auf dem Sättigungseffekt basierende Kenngrössen, die Schwellenwerte für Leuchtdichte oder Beleuchtung in Augenhöhe definieren. Sie beschreiben vor allem die Blendung, die durch eine sehr grosse Lichtmenge verursacht wird, die auf die Augen trifft. Dazu gehören beispielsweise die vertikale Beleuchtungsstärke in Augenhöhe oder die vereinfachte Daylight Glare Probability, also die Wahrscheinlichkeit der Blendung durch Tageslicht (DGP-Wert).
     
  • Kenngrössen, die auf der Kontrastwirkung zwischen der Adaptationsleuchtdichte und einem sehr hellen Element im Sichtfeld basieren: Dazu gehören zum Beispiel der Daylight Glare Index (DGI), also der Tageslicht-Blendungsindex, die Unified Glare Rating (UGR) bzw. vereinheitlichte Blendungsbewertung sowie der CIE Glare Index (CGI), also der CIE-Blendungsindex.
     
  • Hybride Kenngrössen basieren auf den beiden oben genannten Effekten, zum Beispiel die Daylight Glare Probability (DGP), die Wahrscheinlichkeit der Blendung durch Tageslicht.

Andere Kenngrössen, die auf der Beleuchtungsstärke auf einer horizontalen Ebene basieren, beispielsweise das nutzbare Tageslicht6 (UDI) oder die jährliche Sonneneinstrahlung7(ASE), sollten an dieser Stelle ebenfalls erwähnt werden, da sie in einigen Normen verwendet werden8,9. Sie sind jedoch ungenauer als Kenngrössen, die auf der Leuchtdichte basieren10 Sie werden als Näherung empfohlen, wenn eine vereinfachte und schnelle Erstbeurteilung erwünscht ist11,12.

Diesen Kenngrössen sind auch Skalen und/oder Schwellenwerte zugeordnet, die die Blendungswahrscheinlichkeit angeben.

Der Indikator zur Bemessung der Tageslichtblendung, der heute in der Wissenschaftsgemeinschaft die grösste Beachtung findet, ist der DGP-Wert. Letzterer variiert von 0 bis 1 und gibt an, ob in einer bestimmten Situation die Blendung von einer Mehrheit der Mitarbeitenden als nicht wahrnehmbar (DGP ≤ 0,35), wahrnehmbar (0,35 < DGP ≤ 0,40), störend (0,40 < DGP ≤ 0,45) oder unerträglich (DGP > 0,45) empfunden wird.

Beispiel für eine DGP-Berechnung in einem Büro (Quelle: ESTIA)

Es gibt jedoch bestimmte Situationen, in denen dieser Indikator weniger geeignet ist. Zum Beispiel, wenn das Licht von einem Dachfenster kommt oder in Räumen mit hohen Decken oder schlechter Beleuchtung13. Die Anwendbarkeit des DGP-Werts ist noch nicht für alle Fassadentypen und Sonnenschutzarten validiert worden14.

Generell sind die bisher entwickelten Kenngrössen für Blendeffekte – und die damit verbundenen Schwellenwerte – in der wissenschaftlichen Gemeinschaft noch nicht einhellig akzeptiert15. Für anhaltende Diskussionen sorgt unter anderem die Nichtberücksichtigung der Auswirkungen von kontextabhängigen, psychologischen (zum Beispiel Vorhandensein einer Aussicht) und individuellen Faktoren. Zukünftig sind weitere Forschungsarbeiten notwendig, um das Wissen in diesem Bereich zu vertiefen. Dennoch scheint es unwahrscheinlich, dass sich daraus eine einzige Kenngrösse ergeben wird, die auf alle möglichen Szenarien von Räumen, Lichtverhältnissen und Mitarbeitenden anwendbar ist4.

 

Berechnung und Messung der Blendung

Die meisten Gebäudesimulationsprogramme – TRNSYS, DesignBuilder, IESVE, DIAL+, IDA-ICE – bieten heute die Möglichkeit, die natürlichen Lichtverhältnisse in einem Raum über das Jahr hinweg für ein bestimmtes Klima zu berechnen. Wie oben bereits erwähnt, korrelieren diese Werte jedoch nicht unbedingt gut mit der Wahrnehmung von Blendeffekten. Um weiterzugehen und anspruchsvollere Kenngrössen wie den DGP-Wert zu berechnen, ist eine spezielle Software erforderlich, zum Beispiel Radiance, Diva-for-Rhino oder Lightstanza. Es ist zu beachten, dass diese Kenngrössen für eine bestimmte Jahreszeit und einen bestimmten Blickwinkel berechnet werden und jede Berechnung mehrere Stunden dauern kann. Eine vollständige Analyse würde jedoch die Untersuchung verschiedener Jahreszeiten und Blickwinkel erfordern. 

Messinstrumente wie Leuchtdichtemessgeräte und HDR-Kameras ermöglichen es in Verbindung mit spezifischen Protokollen16,17 , die in einer bestimmten Szene vorhandenen potenziellen Blendquellen zu identifizieren oder sogar bestimmte Kenngrössen wie den DGP-Wert direkt zu ermitteln. Dennoch sind diese oft noch ausschliesslich einem Fachpublikum vorbehalten. Der Bedarf an weiterer Forschung zu Messmethoden wird ebenfalls anerkannt und geht Hand in Hand mit der zukünftigen Arbeit an den Kenngrössen.

Beispiele für HDR-Kamera (Abb. a) und Leuchtdichtemessgerät (Abb. b), mit denen Bilder mit hohem Dynamikumfang (Abb. c) erstellt werden können, um Quellen für Blendeffekte zu ermitteln.

Normen und Zertifizierungen zum Thema Blendung

Bislang ist nur in der Norm DIN EN 17037 genau definiert, wie die Tageslichtblendung zu beurteilen ist. Sie basiert auf dem DGP-Wert. Die Norm enthält auch Empfehlungen zum Schutz gegen Blendung.

Die Gebäudezertifizierungen beinhalten auch Blendungskriterien. Dabei handelt es sich jedoch hauptsächlich um Blendschutzkriterien, viele davon qualitativ und normativ, bestehend aus Empfehlungen für Sonnenschutzlösungen. Diese Kriterien definieren nicht notwendigerweise eine Methode, um qualitativ zu beurteilen, ob ein Blendungsrisiko vorhanden ist oder nicht, und um die Wirksamkeit der implementierten Designstrategien zu überprüfen. Diese Kriterien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Norm oder Zertifizierung

Blendungskriterium

LEED V4 BC+D

Option 1: Wenn ASE1000,250 in regelmässig genutzten Räumen bei > 10% liegt, ist anzugeben, wie der Raum konzipiert wird, um Blendeffekte zu vermeiden.


Optionen 2 und 3: Beleuchtungsstärke auf der Arbeitsfläche zwischen 300 und 3000 Lux um 9 Uhr und um 15 Uhr an einem sonnigen Tag zur Tagundnachtgleiche für > 75 % oder 90 % der genutzten Räume. Für Räume, die mit automatischen Blendschutzsystemen mit Steuerungsmöglichkeiten ausgestattet sind und in denen die Aussicht erhalten bleibt, wird die vorgeschriebene Mindestbeleuchtungsstärke auf 300 Lux festgelegt. Beurteilung durch Berechnung oder Messung. 

BREEAM International New Construction 2016

Umsetzung einer Strategie zur Blendungsbegrenzung, entweder durch die Gebäudeform oder durch Designs, die bestimmte Kriterien erfüllen. Die Lösung muss sicherstellen, dass kein erhöhter Stromverbrauch durch die elektrische Beleuchtung entsteht. Die Verwendung oder die Anordnung der Schutzvorrichtungen gerät nicht mit Lichtsteuerungssystemen in Konflikt.

HQE Sustainable Building V3 (2019)

Die Zahl der vergebenen Punkte hängt von der Art der Sonnenschutzlösung ab. Es ist durch eine qualitative Beurteilung oder eine DGP-Berechnung nachzuweisen, dass kein Blendungsrisiko vorhanden ist. 

DGNB New Construction Version 2018

Vorhandensein eines Sonnenschutzes. Die Anzahl Punkte hängt dann von der Leistungsklasse dieses Sonnenschutzes ab, die nach DIN 14501 beurteilt wird.18

WELL V2 pilot (Q3 2018)

Option 1: Das Vorhandensein eines Sonnenschutzes an der gesamten verglasten Gebäudehülle, der entweder manuell von den Mitarbeitenden oder automatisch gesteuert werden kann, um die Blendwirkung zu begrenzen. Bei einer manuellen Steuerung durch die Mitarbeitenden müssen die Schutzvorrichtungen mindestens zweimal pro Woche entweder manuell oder automatisch hochgefahren werden.

Option 2: ASE1000,250 < 10% in regelmässig genutzten Räumen.

DIN EN 17037

Verwendung eines Sonnenschutzes, dessen Leistung von DGP-Schwellenwerten abhängt, die nicht während mehr als 5 % der Nutzungsdauer überschritten werden dürfen. Die Beurteilung erfolgt durch ein vereinfachtes Verfahren mittels DGP-Berechnung oder durch Messung. 

 

Fazit

Um den Sehkomfort der Mitarbeitenden zu gewährleisten, müssen die Blendungsrisiken berücksichtigt werden. Zukünftige Forschungsarbeiten sind notwendig, um dieses Phänomen genauer zu quantifizieren, die Vorhersagemethoden zu optimieren und sie verständlicher und zugänglicher zu machen. Wir können uns jedoch schon heute auf bestehende Kenngrössen und Instrumente verlassen, wobei wir ihre Grenzen stets im Auge behalten müssen. Dieser Beurteilungsschritt ist unerlässlich, um die richtige Nutzung des Tageslichts in unseren Gebäuden zu fördern, ohne uns den schädlichen Auswirkungen auszusetzen.

Das Expertenteam von SageGlass kann Sie bei der Durchführung von Simulationen unterstützen, um die Blendungsrisiken für Ihr Projekt zu ermitteln und die entsprechenden Designstrategien zu identifizieren. Sie sind interessiert? Dann kontaktieren Sie uns bitte hier.

 

Eloise Sok

 

Eloïse Sok ist Concept Creator bei SageGlass Europa & Mittleren Osten. Sie hat einen universitären Doppelabschluss im Bereich Ingenieurwissenschaften der Ecole Centrale in Frankreich und der Tsinghua Universität in China. Zu ihren Forschungsschwerpunkten zählen nachhaltiges Bauwesen, Tageslicht und der Komfort der Gebäudenutzer. Ihr Motto: "Leidenschaft ist unsere grösste Stärke".

 


Quellen:

  1. Maximum luminances and luminance ratios and their impact on users’ discomfort glare perception and productivity in daylit offices, A. C. Linney, 2008
  2. A critical literature review of spatio-temporal simulation methods for daylight glare assessment, S. Wasilewski et al, 2019
  3. Adaptation luminance is the luminance to which the eye has adjusted in a given moment. This is assessed either based on background luminance, i.e. average luminance in the field of vision excluding sources of glare (for smaller sources), or on vertical illuminance at eye level (for large glare sources occupying a wide area of the field of vision).
  4. Review of Factors Influencing Discomfort Glare Perception from Daylight, C. Pierson et al, 2018
  5. Cross-validation and robustness of daylight glare metrics, J. Wienold et al., 2019
  6. UDI>3000 lux represents the percentage of time in the year when the illuminance on the work surface exceeds a limit of 3,000 lux.
  7. ASE is defined as the fraction of the space exceeding a certain level of direct illuminance for more than a specific number of hours in the year, with the blinds open. 
  8. LEED v4.1 Building Design and Construction
  9. UK Education Funding Agency Daylight Design Guide, 2014
  10. Evaluating a New Suite of Luminance-Based Design Metrics for Predicting Human Visual Comfort in Offices with Daylight, V.D. Wymelenberg et al, 2015
  11. Daylighting metrics: is there a relation between useful daylight illuminance and daylight glare probability?
     J. Mardlajevic et al, 2012
  12. Lighting measurement #83, spatial daylight autonomy (sDA) and annual sunlight exposure (ASE). IESNA-Daylight Metrics Committee. 2012.
  13. The Application of Luminance Mapping to Discomfort Glare: A Modified Glare Index for Green Buildings, M. Hirning, 2014
  14. DESIGN RECOMMENDATIONS FOR PERIMETER OFFICE SPACES BASED ON VISUAL PERFORMANCE CRITERIA, I. Konstantzos et al, 2016
  15. Temporal effects in glare response, M. Kent, 2016
  16. EN 17037: Daylight in buildings – Annex E “Glare”
  17. Evaluation of high dynamic range photography as a luminance data acquisition system, M. Inanici, 2006
  18. DIN 14501: Blinds and shutters – Thermal and visual comfort – Performance characteristics and classification. This standard defines the performance classes associated with thermal and visual comfort for solar protection systems. Note: this does not apply to dynamic glazing

 

Zusätzliche Informationen: