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Research Project SOLLEKTOR & Rooflight Dome

Master Thesis from:Thomas Berghofer, Marcel Neberich

Advisor: Prof. Dr. Roland KrippnerProf. Josef Reindl

Prof. Hartmut Fuchs

Support: Prof. Dr. Hans PoiselProf. Dr. Friedo Mosler

Prof. Dr. Wolfram Stephan

Georg Simon OhmUniversity of Applied Science

Nuremberg

Combination of two Daylight Systems

Sollektor Rooflight Combination

Combination

Advantages


- Sollektor as a shading device for the rooflight

- free roof area

- no shadow on photovoltaic cells or terraces

- good spot to put cables inside

- retrofittable

Combination

Advantages


- free roof area




- retrofittable

Advantages



- free roof area


- retrofittable

Advantages



- free roof area


- retrofittable POF

Advantages

- retrofittable


- free roof area



Construction

55

Stand: 03.07.2013

SOLLEKTOR und Lichtkuppel

Demonstrationsprojekt

"V-Gebäude"

4.1 Oberlichter im Bestand

Für die bestehende Tageslichtversorgung der zentral im Gebäude liegenden Zone 1 und Zone 2 sind vier bzw. ein im Flachdach installierte Oberlichter vorhanden (Abb. 36). Der bestehende Zustand hinsichtlich Ver-schmutzung und Lichtdurchlässigkeit wird in Abbildung 35 deutlich. Dies hat einen deutlich reduzierten Tageslichteintrag in den beiden Bereichen zur Folge. Dieser Bestand wird auch im Rahmen der folgenden Tageslichtsi-mulation berücksichtigt werden.

Zone 2

Zone 1

Abb. 36 Lichtkuppel Bestand

Abb. 35 Dachaufsicht V-Bau

Reference buildingUniversity of Applied Science NurembergKV - Zone 1: president´s foyer - Zone 2: kitchen + conference room

Reference buildingUniversity of Applied Science Nuremberg

floorplan sectionplan

section

PräsidentSekretariatPräsident

NotenlistenSekretariat

Stellvertreter Besprechung

KasseAmtmannVermittlungWC DWC H

Foyer

Windfang

52 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52

16 7,71 24 3,58 .115 3,94 24 7,39 20 2 2226

24,13

9,32

3,42

583,

426,

73

648,

26.1

753,

9024

3,60

6,00

64

23,4

5

26 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52 3,42 52

43 3,61 24 1,84 .115 1,84 24 3,77 24 3,46 .175 7,70 20

64

26

6,40

2410

,17

245,

7664

1,53 15 22 1,20 2215 3,06 1,94 1,50

1,62

1,94

3,06

1522

1,20

2215

1,62

Teeküche

285

SOLLEKTORund Lichtkuppel

AnhangPläne

Stand: 28.03.2014

Grundriss

Thomas Berghofer

M 1:100

Schnitt B - B M 1:100


AnhangPläne

Stand: 10.07.2012

11

Schnitt A, B

Schnitt A - A M 1:100

1 Foyer1.1 Berechnungsergebnisse, Foyer1.1.1 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (E)

ObjektAnlageProjektnummerDatum

: KV-Gebäude: Ist-Zustand:: 19.05.2014

-please put your own address here-Seite 2/5Relux1_20140605.rdf

-6 -4 -2 0 2 4 6 8[m]1 : 250

0

2

4

6

8

10

12

14

16[m]

N

50 100 150 200Beleuchtungsstärke [lx]

Höhe der Bezugsebene : 0.00 mMittlere Beleuchtungsstärke Em : 260 lxMinimale Beleuchtungsstärke Emin : 23 lxMaximale Beleuchtungsstärke Emax : 1510 lxGleichmäßigkeit Uo Emin/Em : 1 : 11.23 (0.09)Ungleichmäßigkeit Ud Emin/Emax : 1 : 65.25 (0.02)Datum, Uhrzeit : 21.03. 10:00 (WOZ 09:37)

1 Foyer1.1 Berechnungsergebnisse, Foyer1.1.1 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (E)




-6 -4 -2 0 2 4 6 8[m]1 : 250

0

2

4

6

8

10

12

14

16[m]

N



2 Besprechung/Teeküche2.1 Berechnungsergebnisse, Besprechung/Teeküche2.1.1 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (E)




0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 [m]1 : 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10[m] N



Berechnungsergebnisse, Foyer.1 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (D)




-6 -4 -2 0 2 4 6 8[m]1 : 250

0

2

4

6

8

10

12

14

16[m]

N

0.2 0.4 0.6 0.8 1Tageslichtquotient [%]

Mittlerer Tageslichtquotient Dm : 2.3Minimaler Tageslichtquotient Dmin : 0.2Maximaler Tageslichtquotient Dmax : 13.4Außenbeleuchtungsstärke Ea :11300 lxGleichmäßigkeit Uo Dmin/Dm : 1 : 11.23 (0.09)Ungleichmäßigkeit Ud Dmin/Dmax : 1 : 65.25 (0.02)Datum, Uhrzeit : 21.03. 10:00 (WOZ 09:37)

Berechnungsergebnisse, Foyer.1 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (D)




-6 -4 -2 0 2 4 6 8[m]1 : 250

0

2

4

6

8

10

12

14

16[m]

N



Berechnungsergebnisse, Besprechung/Teeküche.2 Falschfarben, Nutzebene 1.1 (D)




0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 [m]1 : 100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10[m] N




Simulation, support from ieg - Dipl.-Ing. (FH) Mario Franz

daylight factor0 00,6 0,61,2 1,2

illumination

SOLLEKTOR und LichtkuppelInnovative Tageslichtnutzung vom Flachdach

Forschungsprojekt gefördert von der Staedler Stiftung, NürnbergModellraum KV Gebäude für Lichtuntersuchungen

Innenaufnahme Modellraum


AnhangPläne

Stand: 01.04.2014

ModellbauanleitungTeil 1/3

Einfräsung für herausnehmbare Trennwand in der Bodenplatte und den Seitenwänden

Einfräsung für die austauschbaren Wandmaterialien und die Trennwand

Thomas Berghofer

M 1:200

Wandaufbau:-8mm MDF Platte-6x6mm Holzstäbe-8mm MDF Platte


Model

lboden

platte

Die Seitenwände werden verschaubt um das Modell gegebenfalls zerlegen zu können

Model

lboden

platte

Türöffnungen dienen als Zugang für eine Fotodokumentation, z.B. mit einer Pappeschicht abzudecken

Austauschbare Wandschichten zur Simulation verschiedener Oberflächen

Teilung des Modells um die Handhabung und den Transport zu verbessern


AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200

Holzklötze an den Lichtschächten als Aufnahme für eingesetzte Schraubengewinde

Aufkleben der Lichtschächte auf die untere Deckenplatte

Spanden zur Unterstützung der Deckenkosntruktion

Zwischen den Spanden angebrachte Holzklötze zum anbringen von Metallgewinden

Auf Gehrung geschnittene und geklebte Deckenseitenwände

Austauschbare Lichtkuppelinnenwände zum testen von unterschiedlichen Reflektionsgraden

Zusammenfügen der Deckenkonstruktion durch Schrauben mit vorher in Holzklötzen eingesetzten Gewinden

Abwicklung der Lichtkuppelschächte

Aufgeklebter Kranz für die Lichtkuppelschächte


AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200

Die Deckenkosntruktion wird durch die eingefrästen Nuten einfach auf die Wände des Modells aufgelegt





AnhangPläne

Stand: 01.04.2014




Thomas Berghofer

M 1:200



Model

lboden

platte


Model

lboden

platte





AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200











AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200






AnhangPläne

Stand: 01.04.2014




Thomas Berghofer

M 1:200



Model

lboden

platte


Model

lboden

platte





AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200











AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200






AnhangPläne

Stand: 01.04.2014




Thomas Berghofer

M 1:200



Model

lboden

platte


Model

lboden

platte





AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200











AnhangPläne

Stand: 01.04.2014


Thomas Berghofer

M 1:200



Model Making - planning


Model Making - construction

Problematik SpotstativErmittlung des Abstandes - Spot zu Modell

Versuchsaufbau INNEN 13.06.2014

17°41°64°

min. Höhe Stativ122 cm

115 cm

98,1 cm

75,5 cm

1,39 *106 km

min. Höhe Spot: 122 cm über Boden

Mittelpunkt des Modells bei 64°: 75,5 cm über Boden bei 41°: 98,1 cm bei 17°: 115 cm

notwendiger Ausgleichswinkel (Schrägstellung Spot siehe Zeichnung):

122-115 = 7Winkel Spot = tan 7/1260 = 0,0056°

122-98,1 = 23,9Winkel Spot = tan 23,9/1260 = 0,0190°

122-75,5 = 46,5Winkel Spot = tan 46,5/1260 = 0,0370°

Modellstellung an Ausgleichswinkel anpassen-voraussichtlich vernachlässigbar

150 *106 km

Faktor 108

Faktor 108

Sonne Erde

11,7 cm

12,6 m

Spot Modell


Testing Setup

Insight

Setup Shadow Dummy

Insight

Spotlight Camera and LumiCam

Insight

Winter 17°

Insight

Spring, Autumn 41°

Insight

Summer 64°

Report

Betreff: Versuchsprotokoll Forschungsprojekt Sollektor und Lichtkuppel

Experimentbearbeiter Marcel Neberich, Thomas Berghofer

Datum/Uhrzeit

Inhalt Einfluss der Sollektorstellung auf die Belichtungssituation im KV- Bau

Vorgaben Morphologischer Kasten Nr. __________

AufbauZusammenfassung

Sonne: Spotlicht 2 kWAbstand: 12,6 mDiffusion: Folie in ___________

Messgeräte:

Durchführung __ Durchgänge an 4 Lichtkuppeln,Ort: Flur Gebäude Wassertorstraße

Dokumentation

Einschätzung

16.06.2014Seite 1 - 2

Fakultät ArchitekturProf. Dr.-Ing. Roland Krippner

< 60 60-89 90-119 120-149 150-179 180-210 >210

1:10 1:7,5 1:5 1:2,5 1:1

Ø > 1,00mm> 800Ø > 10mm

Ø 1,00mm - 0,91mm800-701Ø 10mm-9mm

Ø 0,90mm - 0,81mm700-601Ø 8mm-7mm

Ø 0,80mm - 0,70mm600-501Ø 6mm-5mm

Ø < 0,70mm< 500Ø < 5mm

Ø < 1,00cm Ø 1,00cm - 5,00cm Ø 6,00cm - 10,00cm Ø 11,00cm - 15,00cm Ø > 15,00cm

> 10Ø > 100mm

10-9Ø 100mm-81mm

8-7Ø 80mm-61mm

6-5Ø 60mm-51mm

< 4Ø < 50mm

OptikenAnzahl in BündelBündelAnzahl in LeitungLeitung

Kollektormodell

Platzbedarf

Lichtkuppel- geometrie

Öffnung

Abmessung

Seitenverhältnis

Flächenverhältnis

SollektorpositionhorizontalNord-Süd Achse

Ost-West Achse

Sollektorpositionvertikal

Leitungsmaterial

Biegeradius

Polymethylmethacrylat Quarzglas

Leitungsquer-schnittsgeometrie

Quer-schnitts-größen

Leitungs-durchführung

Position Gitter/Absturzsicherung

5289

1256

3982

2323

1 11 11 1

1 1,31,25 1,5 2 3

Basic Information Report

Betreff: Versuchsprotokoll Forschungsprojekt Sollektor und Lichtkuppel

Experimentbearbeiter Marcel Neberich, Thomas Berghofer

Datum/Uhrzeit 17.06.2014 - 17:30

Inhalt Einfluss der Sollektorstellung auf die Belichtungssituation im KV- Bau

Vorgaben Morphologischer Kasten Nr. 1/15

AufbauZusammenfassung

Sonne: Spotlicht 2 kWAbstand: 12,6 mDiffusion: Folie in transluzentMessgeräte: LumiCam 1300 Color Objektiv Nikon 28mm Blende 8 Luxmeter Gossen Mavolux 5032C

Durchführung __ Durchgänge an 4 Lichtkuppeln,Ort: Flur Gebäude Wassertorstraße

Dokumentation Bild: 173037MP1: 4345 cd/m2 ; 23,6 lxMP2: 5207 cd/m2 ; 84,4 lx

Einschätzung

16.06.2014Seite 1 - 2

Fakultät ArchitekturProf. Dr.-Ing. Roland KrippnerBetreff: Protokollgrundlagen

Morphologischer Kasten Nr. _____

Kollektormodell

FlächenverhältnisSollektor und LK 1:5 1:3

Transmission LK klar transluzent

Sonnenstand Sommer 63° Frühling/Herbst 41° Winter 17°

SollektorpositionNord-Süd-Achse

16.06.2014Seite 2 - 2

Fakultät ArchitekturProf. Dr.-Ing. Roland Krippner

< 60 60-89 90-119 120-149 150-179 180-210 >210

1:10 1:7,5 1:5 1:2,5 1:1

Ø > 1,00mm> 800Ø > 10mm

Ø 1,00mm - 0,91mm800-701Ø 10mm-9mm

Ø 0,90mm - 0,81mm700-601Ø 8mm-7mm

Ø 0,80mm - 0,70mm600-501Ø 6mm-5mm

Ø < 0,70mm< 500Ø < 5mm


> 10Ø > 100mm

10-9Ø 100mm-81mm

8-7Ø 80mm-61mm

6-5Ø 60mm-51mm

< 4Ø < 50mm


Kollektormodell

Platzbedarf


Öffnung

Abmessung

Seitenverhältnis

Flächenverhältnis


Ost-West Achse


Leitungsmaterial

Biegeradius






5289

1256

3982

2323

1 11 11 1

1 1,31,25 1,5 2 3

< 60 60-89 90-119 120-149 150-179 180-210 >210

1:10 1:7,5 1:5 1:2,5 1:1

Ø > 1,00mm> 800Ø > 10mm

Ø 1,00mm - 0,91mm800-701Ø 10mm-9mm

Ø 0,90mm - 0,81mm700-601Ø 8mm-7mm

Ø 0,80mm - 0,70mm600-501Ø 6mm-5mm

Ø < 0,70mm< 500Ø < 5mm


> 10Ø > 100mm

10-9Ø 100mm-81mm

8-7Ø 80mm-61mm

6-5Ø 60mm-51mm

< 4Ø < 50mm


Kollektormodell

Platzbedarf


Öffnung

Abmessung

Seitenverhältnis

Flächenverhältnis


Ost-West Achse


Leitungsmaterial

Biegeradius






5289

1256

3982

2323

1 11 11 1

1 1,31,25 1,5 2 3

Basic Information Report

klar

Results

Results - without Sollektor

Silhouette Luminance Density - two measuring points

Results - with Sollektor

Silhouette Luminance Density - two measuring points

what happens next

- more experiments indoor- selection of the best positions for the Sollektor- experiment under the real sun- constructing the combination in scale 1:1- (maybe) installation on reference building´s roof

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