TestLab Solar Façades

Information zur räumlichen Verteilung von transmittiertem oder reflektiertem Licht sind erforderlich für die Bewertung der Tageslicht- und Blendschutzleistung von Sonnenschutzsystemen und anderen Gebäudehüllentechnologien.

Die Charakterisierung der Lichtstreuung wird durch Messungen der BSDF (bidirectional scattering distribution function) erhalten. Für diese Messungen verwenden wir ein 3D-scannendes Photogoniometer (pab-pgII, pab advanced technologies Ltd.), das verschiedene Kombinationen von Detektoren, Lichtquellen und Probenhaltern zu unterschiedlichen Messzwecken bietet.

Spektrale oder polarisationsabhängige BSDF-Messungen sind auf Anfrage möglich.

Wir verwenden verschiedene Spektrophotometer, um den Transmissions- und Reflexionsgrad von Verglasungen, Sonnenschutzprodukten und anderen Materialien zu bestimmen. Seit vielen Jahren setzen wir einen Schwerpunkt auf die Vermessung lichtstreuender und lichtumlenkender Materialien wie Siebdruck- oder geätztes Glas, Sonnenschutztextilien und Lamellen für Jalousien.

Unser Labor ist mit großen Ulbrichtkugeln mit großen Probenaperturen, TAUWIN und RHOWIN, ausgestattet, womit auch Spektren unter schrägem Lichteinfall gemessen werden können. Für nichtstreuende Proben rundet ein hochwertiges Laborspektrophotometer mit einer besonderen Ulbrichtkugel die Auswahl an spektrometrischen Apparaturen ab.

Aus den gemessenen Spektren der einzelnen Bauteile berechnen wir viele weitere Kenngrößen wie die Licht- und solaren Transmissions- und Reflexionsgrade, den g-Wert und den Farbwiedergabeindex CRI von Mehrscheibenverglasungen nach EN 410 und ISO 9050, Kenngrößen für Kombinationen aus Sonnenschutzelementen und Verglasungen nach EN 14500 und ISO 15099, Farbkoordinaten nach CIE 15 und den SRI-Wert (Solar Reflectance Index) nach ASTM E1980-2011.

Zur messtechnischen Bestimmung des Gesamtenergiedurchlassgrades oder g-Werts benutzen wir unsere kalorimetrische g-Wert-Messapparatur mit Solarsimulator. Dieser Teststand eignet sich sowohl für die Messung einzelner Bauteile wie Verglasungen, aber auch für die Kombination aus Verglasung und Sonnenschutz-Systemen (außen- oder innenliegend) und ganzen Fassadenmodellen wie zum Beispiel Doppelfassaden und Closed-Cavity-Fassaden. Auch zur Charakterisierung von fassadenintegrierter PV- oder Kollektortechnik wird dieser Teststand eingesetzt.

Der Teststand ermöglicht auch winkelabhängige g-Wert-Messungen, indem der Einfallswinkel der Einstrahlung sowohl durch Höhenverstellung des Solarsimulators als auch durch Drehen von Messaufbau und Absorber um eine vertikale Achse variiert werden kann. Das mit Hilfe von Metallhalogenlampen erzeugte Spektrum unseres Solarsimulators ist nahezu identisch mit dem solaren Normspektrum nach DIN EN 410.

Zur messtechnischen Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten oder U-Wertes wird eine Plattenapparatur zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des zu prüfenden Bauteils eingesetzt.

Bei der Plattenapparatur vom Typ TLP 800 S des Herstellers Netzsch Taurus Instruments GmbH handelt es sich um ein Messgerät nach dem Zweiplattenverfahren nach ISO 8302. Für die Messungen werden in der Anlage die Prüfkörper zwischen einer elektrischen Heizplatte mit umgebendem Schutzheizring und zwei außenliegenden Kühlplatten platziert. Der Messaufbau ist in einer gedämmten Messkammer integriert. Messkammer und Messaufbau können geschwenkt werden, um Prüfmuster sowohl in waagrechter als auch senkrechter Ausrichtung prüfen zu können.

Die Prüfung von Verglasungen mit der Plattenapparatur erfolgt nach der Norm DIN EN 674. Es werden hierbei Verglasungsmuster verwendet, die mit ihren Abmessungen Heizplatte und Schutzheizring überdecken. Die mit diesem Verfahren ermittelten Ergebnisse gelten daher für den zentralen Bereich der Verglasung ohne Beeinflussung durch den Randverbund, dem sogenannten COG-Wert (center of glazing).

Die Auswertung von Leuchtdichte und Farbe unter realen Einsatzbedingungen findet Anwendung bei Tageslichtanalysen, Blendschutzbewertung und Material­charakterisierung.

Für die Erstellung von Leuchtdichtebildern und die Bestimmung von Farbkoordinaten verwenden wir eine wissenschaftliche Leuchtdichtekamera (TechnoTeam LMK 98-4 color). Unsere Leuchtdichtekamera ist mit einem Filterrad zur Farbmessung ausgestattet, das an die CIE-Farbempfindlichkeitsfunktionen des 2°-Normalbeobachters (CIE 1931) angepasst ist.

Das Filterrad ermöglicht den Einbau von insgesamt 6 Filtern, wobei für die Farbmessung 4 Filter erforderlich sind. Zusätzlich kann das Messsystem auch mit Filtern für die skotopische Leuchtdichte V' (λ), die zirkadiane Wirkungsfunktion C (λ), einen NIR-Teilbereich (nur 780nm - 1000 nm), einem BLH-Filter (Blaulichtgefahr) oder einem Klarglasfilter ausgerüstet werden.

Eine hohe Auflösung und die Auswertung von Leuchtdichte- und Farbbildern stehen in Kombination mit dem Softwarepaket LMK LabSoft zur Verfügung.

Die Auswirkungen von Fassadentechnologien und deren Regelstrategien auf den thermischen und visuellen Komfort müssen in Labors in üblicher Raumgröße evaluiert werden.

Für thermische und visuelle Komfortuntersuchungen nutzen wir eine büroähnliche Einrichtung, die aus zwei identischen Räumen besteht. Dieser Prüfstand ist auf einer drehbaren Plattform montiert, die die Analyse verschiedener Ausrichtungen ermöglicht. Die Raummaße betragen 3,65 m x 4,60 m x 3 m. Jeder Raum hat eine verglaste Fassade (3,65 m x 3,00 m), die entfernt und komplett ersetzt werden kann.

Unser drehbarer Zweiraum-Prüfstand ist mit Sensoren zur Quantifizierung der Wärme- und Lichtbedingungen in den Räumen ausgestattet. Darüber hinaus kann die subjektive Bewertung von Komfortbedingungen aus Nutzerbefragungen erfolgen. An dieser Einrichtung wurde die Blendungsmetrik entwickelt, die zur Blendungsbewertung nach EN 17037 verwendet wird.

Die EN 14500 definiert den gerichtet-gerichteten, gerichtet-diffusen und gerichtet-hemisphärischen Reflexionsgrad als das Verhältnis des direkt, diffus und hemisphärisch reflektierten Strahlungsflusses zum gerichtet einfallenden Strahlungsfluss. Ebenso definiert die Norm den gerichtet-gerichteten, gerichtet-diffusen und gerichtet-hemisphärischen Transmissionsgrad als das Verhältnis des direkt, diffus und hemisphärisch transmittierten Strahlungsflusses zum gerichtet einfallenden Strahlungsfluss. Für Energie- und Tageslichtanwendungen werden die spektral aufgelösten Reflexions- und Transmissionsgrade von Fenster- und Fassadenmaterialien zu breitbandigen optischen Kenngrößen zusammengefasst, die Eigenschaften für den solaren Spektralbereich (Wellenlängen von 300 nm bis 2500 nm nach EN 410) und den sichtbaren Spektralbereich darstellen (Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm).

BSDFs beschreiben die räumliche Verteilung von Licht, das von einer Probe in Reflexion und/oder Transmission gestreut wird. Ein BSDF-Wert (BSDF_j) an einer bestimmten Position in Bezug auf eine Probe ergibt sich aus der Probenstrahlung, wie sie von einem an dieser Position angeordneten und auf den Mittelpunkt der Probe gerichteten Sensor (L_j) gesehen wird, geteilt durch die einfallende Strahlung auf die Probe (E) für eine gleichmäßig beleuchtete und gleichmäßige Probe:

BSDF_j = (L_j / E) [sr^-1]

Der SRI-Wert ist die relative Temperatur einer Oberfläche in Bezug auf eine weiße Standardoberfläche (SRI = 100) und eine schwarze Standardoberfläche (SRI = 0) unter Standardbedingungen [ASTM E1980-11(2019)]. Er wird aus einer Energiebilanz unter Berücksichtigung des radiativen und konvektiven Wärmeaustausches zwischen der Oberfläche und seiner Umgebung im Gleichgewichtszustand berechnet.

Zur Bestimmung wird zuerst der spektrale Reflexionsgrad im solaren und im IR-Spektralbereich im Labor an Materialproben gemessen. Daraus werden der solare Reflexionsgrad, der solare Absorptionsgrad, der thermische Emissionsgrad und anschließend der „Solar Reflectance Index“ (SRI-Wert) entsprechend der Vorgaben von ASTM E1980-11(2019) ermittelt.

Als U-Wert wird im Bauwesen der Wärmedurchgangskoeffizient bezeichnet. Er beschreibt hier den Wärmetransport über ein Bauteil hinweg (z.B. über eine Wand oder Verglasung) zu den daran angrenzenden Luftschichten auf Grund eines Temperaturunterschiedes zwischen den Luftschichten. Der Wärmedurchgangskoeffizient berücksichtigt dabei nicht nur die Wärmeleitung innerhalb des festen Körpers, sondern umfasst auch den Wärmeübergang an den Grenzflächen des Körpers zu den angrenzenden Gasen. Er stellt damit ein Maß für die Dämmwirkung des Bauteils dar (SI-Einheit ist W/(m²·K)). Je größer der U-Wert ist, desto schlechter ist die Dämmwirkung. Umgekehrt weist ein kleiner U-Wert eine gute Dämmwirkung des Bauteils aus.

Der Gesamtenergiedurchlassgrad oder g-Wert (engl.: Solar Heat Gain Coefficient, SHGC) ist ein Maß dafür, welcher Anteil der auf eine Gebäudehülle auftreffenden solaren Energie durch die Hülle ins Gebäudeinnere gelangt. Der g-Wert ist ein Verhältniswert, der einen Betrag zwischen 0 und 1 annehmen kann. Ein g-Wert von 0,3 bedeutet zum Beispiel, dass 30 % der eingestrahlten Energie ins Gebäudeinnere gelangen, entweder als kurzwellige Strahlung oder als Wärme. Der Gesamtenergiedurchlassgrad bietet damit die Grundlage für die Berechnung solarer Wärmegewinne im Gebäude, speziell bei transparenten Fassaden und Gebäudehüllen. Diese solaren Gewinne tragen zur Aufheizung des Gebäudes bei, was speziell im Winter zu einer Reduktion der benötigten Heizenergie führt, im Sommer aber oftmals auch zu einer ungewollten Aufheizung.

Es existieren für einfache Fälle Berechnungsverfahren zur Ermittlung des g-Werts, zum Beispiel nach DIN EN 410.  Diese können aber nur für optisch einfache Systeme wie zum Beispiel klare Verglasungen angewendet werden. Bei komplexeren Geometrien wie zum Beispiel Sonnenschutz-Lamellen oder Lichtlenkstrukturen ist dagegen eine messtechnische Bestimmung unumgänglich.