Mobiler Sonnensimulator zum Einsatz im Außenbereich

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567180597

Der Sonnensimulator soll für Versuche eingesetzt werden, in denen eine hohe Reproduzierbarkeit des Experiments bei Nutzung des realen Sonnenlichts im mitteleuropäischen Klima nicht gegeben ist. Dies bezieht sich insbesondere auf experimentelle Studien, bei denen das Vorhandensein von Direktstrahlung Voraussetzung ist und die eine hohe Anzahl an Wiederholungen erfordern, um die untersuchten Effekte statistisch zuverlässig bewerten zu können. Eine hohe Vergleichbarkeit der durch den Sonnensimulator emittierten Strahlung mit der Direktstrahlung der Sonne bei klarem Himmel ist dabei zwingend. Die künstliche Sonne wird mobil auf einem Anhänger untergebracht, wodurch sie sich an verschiedene Orte transportieren lässt. Eine Hebevorrichtung bewegt die Lichtquelle vor Ort in die gewünschte Position und ein Stromgenerator stellt die notwendige elektrische Leistung bereit. Durch den mobilen Charakter unterscheidet sich das Gerät von existierenden, fest installierten Sonnensimulatoren einerseits durch seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und andererseits durch die dadurch bestehenden technischen Anforderungen. Obwohl der Einsatz unter Laborbedingungen möglich ist, liegt der Einsatzbereich des mobilen Geräts vorwiegend im Außenbereich. Dabei werden Zeit und Ort des Einsatzes des Sonnensimulators so gewählt, dass zum Zeitpunkt des Experiments keine zusätzliche Bestrahlung durch die natürliche Sonne in Form von Direktstrahlung erfolgt. Die diffuse Himmelsstrahlung und die langwellige Umgebungsstrahlung werden mit einem Pyranometer-Pyrgeometer-Assembly erfasst. Die spektrale Leistungsverteilung der Lichtquelle auf dem Prüfobjekt wird während des Versuchs mit einem Spektrometer, das den Spektralbereich von Ultraviolett bis zum nahen/mittleren Infrarot abdeckt, überwacht. Die ultraviolette Strahlung kann bei Versuchen mit Menschen durch einen Filter auf einen unkritischen Wert reduziert werden. Der mobile Sonnensimulator soll kontrollierte Untersuchungen zu Strahlungsdurchgang, Absorption und Reflexion von Solarstrahlung in Zusammenhang mit der gebauten Umwelt ermöglichen. Forschungsfragen, die mit dem beantragten Gerät untersucht werden können, umfassen vorwiegend die Auswirkungen von Solarstrahlung auf das thermische Empfinden von Menschen in und außerhalb von Gebäuden. Während andere Einflussgrößen auf die thermische Behaglichkeit bereits sehr gut erfasst sind, fehlen im Bereich der kurzwelligen Strahlung nach wie vor Erkenntnisse zum Einfluss von Spektrum und Intensität auf Hauttemperaturen und die damit einhergehende Reaktion der Thermorezeptoren der Haut. Im Außenbereich gilt es zudem, die Einflüsse von Solarstrahlung auf das Mikroklima und das Auftreten von lokalen Hitzeinseln zu untersuchen. Darüber hinaus können mit dem Sonnensimulator Einflüsse von Solarstrahlung auf mechanische Eigenschaften und Dauerhaftigkeit von neuen (Bau-)materialien und auf pflanzenbasierte Lösungen zur Verbesserung des urbanen Mikroklimas wie z.B. Grünfassaden untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mobiler Sonnensimulator mit AM 1,5 D Spektrum
• Gerätegruppe: 5620 Gasentladungslampen für spezielle Anwendung, UV-Strahler
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Sabine Hoffmann