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TU Berlin

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Laufende Projekte

Spektrale Himmelsmodelle

Lupe

Entwicklung und Anwendung spektraler Himmelsmodelle in der urbanen Planung

Laufzeit: 04.07.2017 – 31.05.2020

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Aicha Diakite, Dr. Martine Knoop

Mittelgeber: Velux Stiftung

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Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung datenbasierter spektraler Himmelsmodelle, welche die Integration von Tageslicht in den Entwurf von gesundheitsfördernden urbanen Strukturen ermöglichen sollen. Die spektralen Himmelsmodelle stellen die orientierungsabhängigen spektralen Eigenschaften des Tageslichtes dar und werden aus den räumlich aufgelösten Spektralmessungen des Tageslichtmessplatzes des Fachgebietes abgeleitet, einem der wenigen derart weltweit existierenden Messplätze.

Die spektralen Himmelsmodelle werden im Anschluss als Grundlage für eine große Parameterstudie genutzt, um den Einfluss von Gebäudeorientierung, existierenden Tageslichtbedingungen und Verbauungseigenschaften auf das spektrale Potenzial von Tageslicht zu untersuchen. Die Spektralcharakteristik von Tageslicht auf Fassaden wird in Tageslichtpotenzial-Diagrammen dargestellt. Das Ergebnis der Parameterstudie soll unter Stadt- und Lichtplanern verbreitet werden um mehr Bewusstsein für das Potenzial von Tageslicht zu schaffen und neue Strategien für gesundheitsförderliche Licht- und Stadtplanung hervorzubringen.

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Markierungslicht

Lupe
Lupe

Adaptive und kontrastoptimierende Straßenbeleuchtungskonzepte für Berlin

Laufzeit: 01.04.2017 – 30.06.2020

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Serkan Önel, Farid Rahbar M.Sc.

Mittelgeber: Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz kofinanziert durch die Europäische Union (EFRE-Förderung) im Rahmen von BENE - Berliner Programm für Nachhaltige Entwicklung

Förderkennzeichen: BENE 1053-B5-O

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Projektbeschreibung:

Kreuzungsbereiche sind Hauptunfallschwerpunkte im städtischen Straßenverkehr. Wartepflichtige Linksabbieger müssen im Verlauf des Abbiegevorganges die Bahnen von drei unterschiedlichen Verkehrsteilnehmergruppen überqueren und dabei Winkel von mehr als 90° überblicken
Hierbei sind vor allem Fußgänger und Radfahrer gefährdet.
In der Dämmerung und bei Dunkelheit ist zusätzlich die visuelle Wahrnehmung stark eingeschränkt, was das Unfallrisiko weiter steigen lässt.
Das Konzept des ortsfesten Markierungslichts soll in diesen Situationen gefährdete Verkehrsteilnehmer durch bildaufgelöste Sensorik erfassen und gezielt mit Hilfe von Spotlights markieren. Durch gleichzeitige Senkung des Beleuchtungsniveaus kann hiermit sowohl die Sicherheit erhöht als auch der Energiebedarf gesenkt werden.
Für die Ermittlung der optimalen Kontraste für das Markierungslicht wurden umfangreiche Probandenstudien zur Wahrnehmbarkeit von Objekten in einer modellhaft nachgestellten Abbiegesituation und zur Untersuchung des Schwellenkontrastes in der Peripherie mit inhomogenen Hintergründen untersucht. Ein Prototyp des ortsfesten Markierungslichtes wurde entwickelt und unter Laborbedingungen erfolgreich getestet.
Dieses System wird zunächst auf dem LEDLaufsteg installiert. Anschließend erfolgt ein funktionsfähiger Aufbau an einer realen Kreuzung, mit dem gezeigt werden kann, wie sich die Sicherheit von Radfahrern und Fußgängern im Stadtverkehr bei Dunkelheit, Dämmerung und eingeschränkten Sichtverhältnissen energieeffizient durch ortsfestes Markierungslicht verbessern lässt.
Weiterhin wurde ein Messfahrrad entwickelt, mit dem mobil Unfallschwerpunkte lichttechnisch untersucht werden können.

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Licht-LAB-Laufsteg

Lupe

Ausbau des LEDLaufstegs als Bildungs- und Kompetenzzentrum für ressourcenschonende Energienutzung in der Beleuchtung

Laufzeit: 01.01.2017 – 31.12.2019

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Silvia Bensel, Dipl.-Biol. Andreas Krensel, Birte Saathoff M.Sc.

Mittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

Förderkennzeichen: 03KF0046

https://www.ptj.de/klimaschutzinitiative-kommunen

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Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist es, die Bedeutung LEDbasierter Beleuchtung für den Klimaschutz mit Hilfe pädagogischer Konzepte sowohl für kommunale Vertreter als auch für Schüler/innen anschaulich zu vermitteln, um so deren weite Verbreitung zu fördern.
Hierfür wird zum einen der LEDLaufsteg genutzt und zu einem einzigartigen Bildungs- und Kompetenzzentrum für ressourcenschonende Energienutzung in der Beleuchtung ausgebaut.
Ein Echtzeit-Energiemonitoring sowie ein Side-by-side Vergleich mit herkömmlicher Technologie sollen die Energieeffizienz der LED veranschaulichen; über eine App für mobile Endgeräte soll die Anzeige aller relevanten Eigenschaften der Masten und Leuchten anhand lokaler GPS Daten ermöglicht werden.
Zum anderen werden am Fachgebiet Workshops für Schulen durchgeführt.
Die Konzepte hierfür wurden erarbeitet und erprobt. Durch begleitendes Lehrmaterial wird die Vor- und Nachbereitung der regelmäßig stattfindenden Workshops im Unterricht gefördert.
Zusätzlich wurde der LEDLaufsteg in einer VR-Umgebung abgebildet sowie in einem Tunnelmodell nachgebaut und kann so nun auch ortsungebunden erlebt werden.

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Lupe

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DIGINET-PS

Lupe
Lupe

Die digital vernetzte Protokollstrecke – urbanes Testfeld automatisiertes und vernetztes Fahren

Laufzeit: 01.04.2017 – 30.06.2019

Ansprechpartner: Dipl.-Biol. Andreas Krensel

Mittelgeber: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur

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Projektbeschreibung:

Das Projekt des DAI Labors und des Fachgebietes Lichttechnik der TU Berlin, der Cisco Systems GmbH, dem Daimler Center for Automotive Information Technology Innovations, der Deutsche Telekom AG, der Berliner Agentur für Elektromobilität sowie dem Fraunhofer Institut für Offene Kommunikationssysteme hat zum Ziel, ein neues, offenes und deutschlandweit anwendbares Framework sowie zugehörige Referenz-Anwendungen zu entwickeln und zu validieren. Hierfür wird der Bereich zwischen Ernst-Reuter-Platz und Brandenburger Tor als urbanes Testfeld genutzt.
Das Beleuchtungskonzept soll dabei folgende Funktionalitäten aufweisen:

• Zeitllich und räumlich angepasstes Absenken der Beleuchtungsstärke

• Optimierte Beleuchtung trockener bzw. nasser Straßen durch multivaribable Lichtstärkeverteilunskurven

• Objekterkennung

Nach Entwicklung der Anforderungen an die Beleuchtungssteuerung sowie die Sensorik der Leuchten geht es zukünftig darum, das Konzept zunächst auf dem LEDLaufsteg und schließlichauf der Teststrecke umzusetzen.

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StEffi Straßenbeleuchtung

Lupe

Steigerung der Energieeffizienz in der Straßenbeleuchtung durch Entwicklung und Evaluierung einer nutzflächenbezogenen Beleuchtung

Laufzeit: 01.05.2016 - 30.04.2019

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Sandy Buschmann

Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

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Projektbeschreibung:

Mit dem Forschungsvorhaben werden Maßzahlen und Konzepte für eine maßgeschneiderte Beleuchtung der unterschiedlichen Nutzflächen im Außenbereich entwickelt. Zunächst wurden die hierfür wichtigsten Kennzahlen sowie deren Grenzwerte und Abhängigkeiten untersucht.
Da zur Festlegung entsprechender Maßzahlen die Reflexionseigenschaften der Deckschichten der Nutzflächen eine große Rolle spielen, wurde im Rahmen des Projektes ein vereinfachtes Messverfahren für deren Ermittlung entwickelt.
Für verschiedene Referenzsituationen wurden erste optimierte Lichtstärkeverteilungskurven für unterschiedliche Nutzflächen berechnet.
Im nächsten Schritt wird ermittelt, inwieweit der Energiebedarf durch eine nutzflächenbezogene Beleuchtung gesenkt werden kann. Das entwickelte Messverfahren wird weiter verfeinert und die Optimierung der Lichtstärkeverteilung fortgesetzt. Schließlich wird für Kommunen ein Kriterienkatalog als Planungshilfe erstellt, der auch spezifische Besonderheiten, wie Einwohnerdichte und industrielle Bebauungen berücksichtigt.

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UNILED II

Lupe

Entwicklung adaptiver Leuchten mit multivariabler Lichtverteilung zur bedarfsgerechten Beleuchtung des Straßenraums

Laufzeit: 08.2014 - 08.2018

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Juri Steblau

Projektpartner: TRILUX Group, ITZ Innovations- und Technologiezentrum GmbH

Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung

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Projektbeschreibung:

Eine optimale Beleuchtung des Verkehrsraumes hängt von vielen verschiedenen Kriterien, wie Witterung, Bebauung und Verkehrsdichte ab. In dem Projekt sollte eine Leuchte entwickelt werden, die durch Überlagerung von Einzel- Lichtstärkeverteilungskurven adaptive Lichtverteilungen realisieren kann, um so auf verschiedene Situationen zu reagieren. Mit Hilfe eines am Fachgebiet entworfenen Simulations-Framework wurden optimale Lichtstärkeverteilungskurven für die wichtigsten relevanten Verkehrsszenarien entwickelt. Hierfür wurde ein eigenes Gütemerkmal für die Sichtbarkeit entwickelt und auf dem LEDLaufsteg validiert. Die Untersuchungen konnten mit Hilfe eines speziellen Beregnungsfahrzeuges auch auf nasser Fahrbahn durchgeführt werden. Parallel wurden gemeinsam mit dem Leuchtenhersteller Trilux kombinierte Lichtstärkeverteilungskurven in einer Leuchte umgesetzt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes UNILED 2 der vier deutschen universitären Fachgebiete für Lichttechnik – TU Berlin, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), TU Ilmenau und TU Darmstadt – welches zum Ziel hat, neue LEDSysteme für die Anwendungsbereiche Innenraum-, KFZ- und Straßenbeleuchtung zu entwickeln.

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NiviL

Lupe

Nicht-visuelle Lichtwirkungen

Laufzeit: 01.12.2014 - 31.07.2018

Ansprechpartner: Inga Rothert M.Sc.

Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung

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Projektbeschreibung:

Licht dient nicht nur der Aufnahme visueller Informationen, sondern synchronisiert auch den circadianen Rhythmus des Menschen und hat auf viele Körperfunktionen Einfluss. Seit der Entdeckung des dritten Rezeptors in der Netzhaut, den ipRGC-Zellen, wird auf diesem Gebiet verstärkt geforscht. Dass die nicht-visuellen Wirkungen von einer Vielzahl von Parametern wie spektraler und räumlicher Strahlungsverteilung, Alter, Tages- und Jahreszeit, Chronotyp abhängen, führt jedoch zu teilweise stark divergierenden Untersuchungen. Bisherige Ergebnisse können so nur schwer miteinander verglichen werden.

In dem Verbundvorhaben der TU Berlin, der Charité Berlin, des Universitätsklinikum Carl Gustav Carus der TU Dresden, des Klinikum Fürth, der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, der Deutschen Sporthochschule Köln und der Eberhard Karls Universität Tübingen soll dieser Mangel behoben und ein Modell zur Charakterisierung nicht-visueller Wirkungen erstellt werden. Dazu werden Untersuchungen durchgeführt, die durch standardisierte Versuchsbedingungen vergleich- und verallgemeinerbar werden. Neben der spektralen und räumlichen Strahlungsverteilung werden auch Parameter wie Alter und Chronotyp der Probanden berücksichtigt. Empfehlungen für die Entwicklung und Anwendung von Beleuchtungslösungen sollen schließlich dafür sorgen, dass die Allgemeinbeleuchtung künftig nicht nur visuelle Aufgaben erfüllt, sondern nicht-visuelle Effekte unterstützt.

Das Fachgebiet Lichttechnik der TU Berlin übernimmt die Projektleitung und Koordination des Verbundprojektes. Zusätzlich erhebt das Fachgebiet die lichttechnischen Eingangsparameter aller Projektpartner und ist für die abschließende Ableitung einer Reizgröße und die Erstellung eines Modells für nicht-visuelle Lichtwirkungen verantwortlich. Zudem werden im Labor und im Hörsaal Versuche durchgeführt um die nicht-visuellen Effekte wie Wachsamkeit, Motivation und Wohlbefinden unter NiviL-Standardbedingungen zu bestimmen.

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Effektive ipRGC-Regionen

Lupe

Untersuchungen zu effektiven Regionen für die Stimulation nicht-visueller Wirkungen von Licht

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kai Broszio, Dr. Martine Knoop

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Projektbeschreibung:

Seit Entdeckung der retinalen photosensitiven Ganglienzellen (ipRGC) ist es möglich, deren Empfindlichkeitsfunktion und Einfluss auf die Melatoninunterdrückung gezielter zu untersuchen. Inzwischen ist bekannt, dass nur ein kleiner Teil der retinalen Ganglienzellen photosensitiv ist. Es wird angenommen, dass sich diese vor allem in der unteren Hälfte der Netzhaut befinden und dort ungleichmäßig verteilt sind. Eine höhere Dichte bzw. Empfindlichkeit wird in der unteren und der Nase zugewandten Seite vermutet.

Bisherige Empfehlungen für eine nicht-visuell wirksame Beleuchtung  gehen dahin, möglichst große beleuchtete Flächen zu nutzen. Vor dem Hintergrund der ungleichmäßigen Verteilung der photosensitiven Ganglienzellen ist aber fraglich, ob die Beleuchtungsstärke bzw. die melanopische Bestrahlungsstärke am Auge, unter Einbeziehung des Strahlungsflusses aus dem gesamten Gesichtsfeld in diesem Zusammenhang die richtige Messgröße ist.

Mit Hilfe einer neu entwickelten Methode wird unter Berücksichtigung der vermuteten Verteilung der ipRGC der prozentuale Anteil des effektiven Strahlungsflusses in verschiedenen Regionen des Gesichtsfelds für unterschiedliche Lichtszenen der gleichen Beleuchtungsstärke am Auge ermittelt. Hierfür wird die räumliche Verteilung der Strahldichte wird mit Hilfe einer Leuchtdichtekamera aufgenommen und mit V(λ) und der spektralen Empfindlichkeitsfunktion von Melanopsin gewichtet. Mit
den Ergebnissen kann die nicht-visuelle Wirksamkeit verschiedener Beleuchtungsszenen bewertet werden.

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Lichtszenen (a – d typische Bürobeleuchtung e – f untypische Bürobeleuchtungssituationen)
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Methodik zur Bestimmung von Beleuchtungsstärken verschiedener Regionen des Gesichtsfeldes mittels Leuchtdichteaufnahmen
Lupe

Vereinfachter Tageslichtsensor

Lupe

Entwicklung eines vereinfachten, spektral- und
richtungsauflösenden Tageslichtsensors

Ansprechpartner: Nils Weber M.Sc., Dr. Martine Knoop

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Tageslicht wird generell künstlicher Beleuchtung vorgezogen. Ein Grund hierfür könnte in der ständig wechselnden Farbtemperatur liegen. Zur Erfassung dieser spektralen Unterschiede werden am Fachgebiet seit fast zwei Jahren alle zwei Minuten die spektral aufgelöste Strahldichte im sichtbaren Bereich für 145 unterschiedliche Richtungen (Himmelsbereiche) bestimmt und so eine hochaufgelöste Vermessung des Himmelslichtes über der TU Berlin ermöglicht. Ziel muss es jedoch sein, die Lichtquelle Tageslicht auch an anderen Orten möglichst genau, ganzheitlich und weniger kostenintensiv beschreiben zu können.

Um dies zu ermöglichen, soll ein vereinfachter Dachsensor entwickelt werden, der die richtungsabhängigen Unterschiede der Leuchtdichte sowie der spektralen Zusammensetzung des Tageslichts erfasst. Die Effizienz des neuen Systems wird dabei durch die Güte der Tageslichtbestimmung bei einer möglichst geringen Anzahl an Einzelsensoren definiert.

Zunächst werden mit Hilfe der gesammelten Messdaten des spektralen Sky-Scanners verschiedene Vereinfachungen simuliert; in einem ersten Schritt die von Kobav und Chain, indem die entsprechenden Messwerte verschiedener Richtungen des Sky-Scanners zusammengefasst werden. Anschließend werden mit den so erzeugten und den ursprünglichen Werten die horizontale Beleuchtungsstärke sowie die spektral aufgelöste, vertikale Bestrahlungsstärke für ein tageslichtversorgtes Büro im Modellmaßstab berechnet und miteinander verglichen.

Nach der Entwicklung eines Prototypen gilt es eine für Tageslichtmessungen geeignete Kalibrierung zu entwerfen, die in jährlichen Zyklen wiederholt werden kann. Abschließend sollen die Messdaten des vereinfachten Sensors mit denen des spektralen Sky-Scanners über einen längeren Zeitraum miteinander verglichen werden.

Die Daten des vereinfachten Sensors können für die Tageslichtplanung und für nicht-visuell wirksame Lichtsteuerungen verwendet werden. ........................................................................................................................

Lichtrichtung

Lupe

Quantifizierung, Messung und Anwendung der Lichtrichtung für die Innenraumbeleuchtung

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Carolin Liedtke

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Projektbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine quantitative Beschreibung der Einflussgrößen "Richtung des Lichteinfalls" und "Verhältnis zwischen gerichtetem und diffusem Licht" zu finden. Darüberhinaus sollten diese Größen mess- und anwendbar für die Beleuchtung von Innenräumen werden.

Mit Hilfe der Lichteinfallsstärke kann bestimmt werden, wie viel Licht aus verschiedenen Richtungen pro Raumwinkeleinheit an einem Punkt ankommt. Daraus lässt sich wiederum die Hauptrichtung des Lichteinfalls ermitteln sowie das Maß an Diffusität der Beleuchtung an der betreffenden Stelle.

Am Fachgebiet wurde ein Messgerät entwickelt und aufgebaut, mit dem die Lichteinfallsstärken aus verschiedenen Richtungen relativ zueinander bestimmt werden können. Als Vorbereitung der Anwendung im Planungsprozeß wurde die Lichteinfallsstärke auch in verschiedenen Simulationsprogrammen getestet und evaluiert.

2013 wurde die Beschreibung der Größe der "Lichteinfallsstärke" im Rahmen zweier Publikationen veröffentlicht:

  • C. Liedtke, P. W. Schmits, S. Völker:
    The Incidence of Light and Directional Light in Interiors -A Rethinking of a Lighting Quality Aspect.
    In: Lux Europa (Hrsg.) Proceedings Lux Europa 2013. Warschau: Polski Komitet Oswietleniowy SEP, 2013, S. 535-540, ISBN/ISSN 9788391084960 (print), 9788391084960 (CD-ROM)

     

    THE LIGHT DIRECTION AND DIRECTIONAL LIGHT —TOWARDS A NEW QUANTIFICATION OF AN ESSENTIAL LIGHTING QUALITY CRITERION.In: CIE (Hrsg.) PROCEEDINGS of CIE Centenary Conference „Towards a New Century of Light“ April 15/16, 2013 Paris. S. 542-551, ISBN/ISSN 978-3-902842-44-2 (print), 978-3-902842-44-2 (CD-ROM)

 

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