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TU Berlin

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Laufende Projekte

DymPro

Lupe
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Dynamische Anpassung der Berliner Straßenbeleuchtung

Laufzeit: 01.10.2019 – 30.11.2022

Ansprechpartner: Samuel Fiedelak

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 1257-B5-O

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Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist es, für die Berliner Straßenbeleuchtung dynamische Steuerungskonzepte zu entwickeln und deren spätere Umsetzung vorzubereiten. Die im Rahmen verschiedener Untersuchungen am Fachgebiet gemachten Erfahrungen zeigen, dass aktuell auf dem Markt angebotene Systeme oft mehr versprechen, als sie halten können. So erfolgt in der Regel kein echtes Energiemonitoring, die Antwortzeiten sind extrem lange oder die Funktionsfähigkeit der Systeme ist auf herstellereigene Produkte beschränkt. Es gilt, alle verschiedenen Technologien miteinander zu vergleichen, deren Anwendbarkeit für verschiedene Fälle (Anwohnerstraßen, Tunnel, Schnellstraßen, Plätze, etc.) zu untersuchen und langfristig einen offenen, reibungslos funktionierenden Standard zu finden und zu etablieren, um so flächendeckend eine dynamische Beleuchtung zu ermöglichen. Über eine solche können hohe Energieeinsparpotenziale erschlossen werden, in dem das Beleuchtungsniveau zum Beispiel zu Zeiten geringer Nutzung des Verkehrsraumes an das Verkehrsaufkommen angepasst wird, ohne dabei lichttechnische Anforderungen an die Verkehrssicherheit zu verletzen. Über eine Verknüpfung mit detektierender Sensorik kann darüber hinaus eine Anpassung der Beleuchtung an den tatsächlichen Bedarf (mitlaufendes Licht) ermöglicht werden. Betrachtet werden verschiedene Anwendungsfälle (Anwohnerstraßen, Tunnel, Schnellstraßen, Plätze, etc.) . Diese werden auf ihr Energieeinsparpotenzial hin untersucht und entsprechend fokussiert.

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AuBe

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Artenschutz durch umweltverträgliche Beleuchtung

Laufzeit: 06/2019 – 05/2022

Ansprechpartner: Leena Kaanaa

Mittelgeber: Bundesamt für Naturschutz (BFN) mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und nukleare Sicherheit (BMU)

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Projektbeschreibung:

Im Fokus des vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei IGB koordinierten Verbundvorhabens steht der Artenschutz durch Umsetzung eines Straßenbeleuchtungsdesigns, welches den Anziehungsradius von Fluginsekten an Straßenleuchten weitestgehend minimiert. Eingebunden in das Vorhaben sind weiterhin folgende vier Umsetzungsgebiete:

  • Gemeinde Stechlin, OT Neuglobsow im Naturpark Stechlin-Ruppiner Land
  • Gemeinde Havelaue, OT Gülpe im Naturpark und Sternenpark Westhavelland
  • Stadt Fulda, Auenpark/Umweltzentrum Fulda
  • Stadt Krakow am See im Naturpark Nossentiner/Schwinzer Heide e.V.

Im ersten Schritt werden die lichttechnisch relevanten Geometrien aller Projektgebiete erfasst, um mit der TU eigenen Software LiDot optimierte Lichtstärkeverteilungskurven zu entwickeln. Mit diesen sollen die Anlock- wie auch die Barrierewirkung auf aquatische und andere Fluginsekten unter Berücksichtigung der notwendigen Beleuchtungsstandards für die Verkehrssicherheit signifikant reduziert werden. Anschließend werden entsprechende Leuchten gefertigt. Optimierungen und Feinjustierungen der neuen Leuchten auf dem Experimentalfeld des IGB über einen Zeitraum von zwei Jahren lichttechnisch begleitet, bevor sie schließlich in den vier Projektgebieten installiert werden.

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Spektrale Himmelsmodelle

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Entwicklung und Anwendung spektraler Himmelsmodelle in der urbanen Planung

Laufzeit: 04.07.2017 – 30.04.2021

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

Mittelgeber: Velux Stiftung

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Projektbeschreibung:

Ziel dieses Projektes ist die bessere Berücksichtigung von Tageslicht in der Stadtplanung, um das menschliche Wohlbefinden insbesondere in dicht bebauten städtischen Gebieten zu verbessern. Das Projekt stellt hierfür Datensätze mit spektralen Informationen des Tageslichtes in Form spektraler Himmelsmodelle zur Verfügung.

Im Rahmen des Projektes wurden spektrale Himmelsmodelle entwickelt sowie bestehende Spektralhimmelsmodelle überprüft. Prinzipiell konnte bestätigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, spektrale Himmelsmodelle basierend auf einem von Chain vorgeschlagenen Zusammenhang zwischen Leuchtdichte (L) und ähnlichster Farbtemperatur (CCT) zu erstellen.

Weiterhin wurden ein Tool zur Darstellung des spektralen Potenzials des Tageslichtes an Fassaden entwickelt sowie eine holistische farbmetrische Analyse des Tageslichtes vorgenommen. Somit können die relevanten Parameter  bei einer Tageslichtplanung mit Spektraldaten berücksichtigt und der Einfluss von Orientierung, Bebauung sowie Tageslichtbedingungen auf das spektrale Potenzial von Fassaden bewertet werden. 

Um die Validität der lokal definierten spektralen Himmelsmodelle für andere Regionen überprüfen zu können, werden im Frühjahr 2021 überregionale farbmetrische Messungen durchgeführt werden. 

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Markierungslicht

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Adaptive und kontrastoptimierende Straßenbeleuchtungskonzepte für Berlin

Laufzeit: 01.04.2017 – 30.06.2021

Ansprechpartner: 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:

Das Konzept des ortsfesten Markierungslichts soll gefährdete Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer in Kreuzungsbereichen durch bildaufgelöste Sensorik erfassen und gezielt mit Hilfe von Spotlights markieren. Durch gleichzeitige Senkung des Beleuchtungsniveaus können hiermit sowohl die Sicherheit als auch der Energiebedarf gesenkt werden.
Für die Ermittlung der für eine Markierung optimalen Kontraste wurden umfangreiche Probandenstudien zur Wahrnehmbarkeit von Objekten in einer modellhaft nachgestellten Abbiegesituation durchgeführt. Ein Prototyp des ortsfesten Markierungslichtes wurde entwickelt und zunächst unter Laborbedingungen und nachfolgend auf dem LEDLaufsteg erfolgreich getestet.
Für die mobile lichttechnische Vermessung von Unfallschwerpunkten wurde ein GPS-gestütztes Messfahrrad entwickelt.

In den nächsten Monaten sollen weitere Prototypen entwickelt und ein funktionsfähiger Aufbau an einer realen Kreuzung erfolgen. Hierfür werden zahlreiche Daten von unterschiedlichen Verkehrssituationen gesammelt und mithilfe von KI-Methoden ein Modell trainiert, welches die robuste Erfassung von Fußgängern und Radfahrern ermöglicht.

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Effektive ipRGC-Regionen

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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)
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Methodik zur Bestimmung von Beleuchtungsstärken verschiedener Regionen des Gesichtsfeldes mittels Leuchtdichteaufnahmen
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Vereinfachter Tageslichtsensor

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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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