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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 dieses Projektes ist die bessere Berücksichtigungvon Tageslicht in der Stadtplanung, um das menschliche Wohlbefinden insbesondere in dicht bebauten städtischen Gebieten zu verbessern. Das Projekt stellt hierfür Datensätze mitspektralen Informationen des Tageslichtes in Form spektraler Himmelsmodelle zur Verfügung. Das erste Jahr des Projektes wurde genutzt für:

  • die Entwicklung erster spektraler Himmelsmodelle
  • den Aufbau einer Struktur zur Implementierung der spektralen Himmelmodelle in Radiance und
  • den Wissenstransfer.

Um eine solide Datenbasis für die Entwicklungspektraler Himmelsmodelle zu schaffen, müssen die Messungen des spektralen Himmelscannersder TU Berlin mit einer Kalibrierfunktionkorrigiert werden. Hierfür wurde ein praktischer Kalibrierungsansatz entwickelt; dieSpektral- und Absolutkalibrierung wurde im Juli2017 durchgeführt.

Die anschließende Analyse der Daten bestätigte,dass es prinzipiell möglich ist, spektrale Himmelsmodelle basierend auf einem von Chain vorgeschlagenen Zusammenhang zwischen Leuchtdichte (L) und ähnlichster Farbtemperatur (CCT) zu erstellen. Die weitere Analyse der über 30 Mio Messdaten soll zusätzliche Einflusssparameterdefinieren und die Genauigkeit der L-zu- CCT-Funktion erhöhen.

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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: Dipl.-Biol. Andreas Krensel, Birte Saathoff M.Sc.

Mittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit

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:

Das vom Fachgebiet geleitete Verbundprojekt wurde im Sommer diesen Jahres erfolgreich abgeschlossen.
Ziel des Projektes war die Erstellung eines Modells nicht-visueller Wirkungen von Licht. Dazu wurde für alle sechs Projektpartner (TU Berlin, EKUT, Charité Berlin, Deutsche Sporthochschule Köln, Klinikum Erlangen-Fürth, Universitätsklinikum Dresden) ein gemeinsames Versuchssetting festgelegt. Die im Rahmen der Versuche der einzelnen Teilvorhaben insgesamt ca. 3.300 erhobenen Datensätze in 107 Variablen wurden in ein gemeinsames Modell überführt. Für die Berechnung der ähnlichsten Farbtemperatur aus den Farbsensoren, die die Probanden in einem Seniorenheimen trugen, wurde eine Berechnungsmethode entwickelt. Das Fachgebiet führte im Rahmen des Projektes umfangreiche eigene Untersuchungen zu den Effekten von Licht auf die Aufmerksamkeit im Labor und im Feld durch. Eine Laborstudie zeigte, dass eine Steigerung der Beleuchtungsstärke am Auge von 200 lx auf 1.000 lx die Aufmerksamkeit essentiell verbessert. Gemessen wurde die Aufmerksamkeit mittels D2R-Test, auditivem Go-NoGo-Test sowie Karolinska-Sleepiness-Scale KSS. Keine signifikanten Verbesserungen der Aufmerksamkeit brachten hingegen eine Steigerung von 200 lx auf 500 lx, eine Steigerung der ähnlichsten Farbtemperatur von 2.200 K auf 12.000 K sowie ein dynamischer Wechsel zwischen Farbtemperaturen und Beleuchtungsstärken. In einer großangelegten Feldstudie in realer Hörsaalumgebung wurden eine Steigerung von 200 lx auf 400 lx am Auge und eine Steigerung von 2.300 K auf 8.000 K untersucht. Auch hier fanden sich keine signifikanten Steigerungen der über 2R-Test und KSS erhobenen Aufmerksamkeit. Stattdessen zeigte sich ein anhaltender Lerneffekt. Sowohl im Labor als auch im Feld wurden die kaltweißen Lichtbedingungen durch die Probanden durchweg schlechter bewertet als warmweiße oder neutrale Farben. Insgesamt zeigen die gemischten Ergebnisse, dass vor einem großflächigen Einsatz nicht-visuell wirksamer Beleuchtung weiterer Forschungsbedarf besteht.
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NiviL

Mittelwerte der Konzentrationsleistung D2-Test über die Zeit
Lupe

 

 

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:

Nicht-visuelle Effekte von Licht werden durch lichtempfindliche Rezeptoren in der menschlichen Netzhaut hervorgerufen. Insbesondere die intrinsisch-photosensitiven retinalen Ganglienzellen (ipRGC) werden für die Vermittlung sogenannter NIF (non image forming)-Effekte verantwortlich gemacht. Verschiedene Hinweise deuten darauf hin, dass die Sensitivität der ipRGCs je nach ihrer Lage auf der Netzhaut große Unterschiede aufweist und somit der Lichteinfallswinkel für NIF-Effekte eine große Rolle spielt. Hierzu gibt es bisher nur wenige Studien, welche die Auswirkungen der Beleuchtung auf Melatoninsuppression und Phasenverschiebung untersuchten.

Üblicherweise wird in Studien zu NIF-Wirkungen die vertikale Beleuchtungsstärke am Auge als eine der unabhängigen Variablen gewählt. Damit werden unterschiedliche Lichtszenen mit verschiedenen Lichteinfallswinkeln identisch betrachtet, wenn sie die gleiche vertikale Beleuchtungsstärken am Auge hervorrufen. Unter Berücksichtigung der Hinweise zur Richtungsabhängigkeit der ipRGC-Zellen, ist jedoch fraglich, ob die vertikale Beleuchtungsstärke am Auge ohne Zusatzinformation eine geeignete Messgröße zur Bestimmung des Stimulus für NIF-Effekte ist. Möglicherweise ist dies mit ein Grund für die teilweise widersprüchlichen Ergebnisse bisheriger Studien, deren Auswertung zudem oft durch eine unzureichende geometrische Beschreibung der genutzten Lichtszenen erschwert wird. Bisherige Forschung bestätigte einen Einfluss der Lichtrichtung auf Unterschiede in der nächtlichen Melatoninsuppression. Ob dieser Zusammenhang auch für die nächtliche akute Aufmerksamkeit besteht, soll in einem Probandenversuch im Labor überprüft werden. Anschließend wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse von der Nacht auf den Tag untersucht.

Ein weiterer Probandenversuch in unserem Spezialversuchsraum wird den Zusammenhang zwischen der akuten Aufmerksamkeit und verschiedenen Lichtszenen mit unterschiedlichen Lichteinfallswinkeln während des Tages in einer Bürosituation überprüfen. Eine am Fachgebiet entwickelte leuchtdichtekamerabasierte Methode ermöglicht dabei die schnelle räumliche Bestimmung des einfallenden Lichts und die auf nicht-visuelle Effekte ausgerichtete Auswertung beliebiger Regionen des Halbraumes, in dem derartige Effekte besonders wahrscheinlich sind.

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Lichtszenen (a – d typische Bürobeleuchtung e – f untypische Bürobeleuchtungssituationen)
Lupe
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

Gefördert durch die Zumtobel Group

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Lösungen für biologisch wirksame Beleuchtungssystemekönnen energieeffizient nur durch die gleichzeitige Einbindung von Tageslicht gestaltet werden. Für die hierfür notwendige Bestimmung des Tageslichtangebotes sowohl in Niveau als auch in Lichtfarbe auf vertikalen Flächen werden hochaufgelöste Messungen mit dem spektralenSky-Scanner auf dem Tageslichtmessplatz des Fachgebietes erhoben.

Um die Daten auch andernorts aufnehmen und verwenden zu können, soll ein vereinfachter Tageslichtsensor aufgebaut werden. Dieser kann dazu beitragen, die Tageslichtbedingungen über Berlin ergänzend zu charakterisieren und in tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerungen eingebunden werden. Bei der Verwendung der Messdaten für mehrere Gebäude ist dabei zu prüfen, wie groß die Reichweite des verwendeteten Tageslichtsensors ist. Damit ließe sich auch der notwendige Abstand zwischen benachbarten Messköpfen bestimmen, um mit einem so aufgespannten Tageslichtmessraster Integrative & Daylight Responsive Steuerungen für ganze Stadtareale anbieten zu können.
Derzeit kommen zwei verschiedene Methoden zur Bestimmung der Reichweite, und damit des festzulegenden Messabstandes, zum Einsatz. Zum einen werden die Daten installierter Messköpfe für tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerungen abgegriffen und mit einem am Fachgebiet aufgestellten System verglichen. DieseMesssysteme liefern somit jederzeit Daten, sind allerdings örtlich nicht veränderbar. Daher werden zusätzlich Daten mit einem mobilen Messsystem aufgenommen. Hierzu wurden Messköpfe auf einer Drohne montiert. Auch hierbei handelt es sich um Vergleichsmessungen, bei denen der Wert am jeweiligen Messort mit der Referenzmessung an der TU verglichen wird.

Mit Hilfe der gesammelten Messdaten werden verschiedene Vereinfachungen simuliert, indem die Messwerte unterschiedlicher Richtungen zusammengefasst werden. Mit den so gruppierten Werten werden anschließend die horizontale Beleuchtungsstärke sowie die spektral aufgelöste, vertikale Bestrahlungsstärke für ein tageslichtversorgtes Büro im Modellmaßstab berechnet und miteinander verglichen. Nach der Entwicklung eines Prototyps sowie einer geeigneten Kalibriermethode sollen die Messdaten des vereinfachten Sensors mit denen des spektralen Sky-Scanners über einen längeren Zeitraum verglichen werden.

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Lupe

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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