Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Hvidbog

Transkript

1 Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys H Hvidbog

2

3 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Indhold Denne hvidbog indeholder en beskrivelse af dansk Lys projekt 6 s forløb og resultater. Projekt 6 Dagslys/kunstlys startede op den 1. marts 2012, lidt efter de øvrige projekter. Projektets hoved tema er indendørs belysning i kontoer, skoler og daginstitutioner. Der fokuseres på belysning med LED, jævnt fordelt over loftet og styret i forhold til brugerenes individuelle præferencer. Hoved resultatet af dette projekt er en belysningsdesign manual. Hovedformålet med denne er at gøre belysningsdesign mere overskueligt for personer uden erfaring i belysningsdesign. Undervejs i processen er udarbejdet nogle teoretiske forsøg som er anvendt til at understøtte belysningsdesign metoden. Det første teoretiske forsøg bygger primært på armatur størrelse, antal og placering. Forsøget viste at det mod forventning er mindre energi effektivt, at øge antallet af amature, i en mindre størrelse og sprede dem i et fint grid under loftet, for at opnå en mere jævn belysning. Det andet teoretiske forsøg viste at, man ved opnåelse af optimale dagslysforhold kan spare utrolig meget energi til belysning. Det tredje teoretiske forsøg viste at Individuel belysningsstyring i storrumskontorer og gruppelokaler, kan sænke energiforbruget yderligere. For at få ideer og inspiration til belysnings design manualen er afholdt to Workshops. Den ene fokuserede på LED produkter og styringsprodukter hvor den anden fokuserede mere på dette projekts afslutning og feedback på Belysningsdesignmanualen. Den opnåede belysningsdesign manual er på engelsk og hedder Method to design energy efficient lighting in Buildings. Den er delt op i to rapporter: En, Method to design Energy efficient lighting in building The theory Indeholder baggrunds information og virker som fundamentet til metoden. To, Method to design Energy efficient lighting in building The 5 step method Inde holder 5 skridt om hvordan man opnår energieffektiv belysningssystemer I kontorer og skoler. Uden at gå på kompromis med belysningskvaliteten. På nuværende tidspunkt er metoden primært baseret på simuleringer og teori der forfindes inden for feltet. Denne metode er i løbende udvikling og vil blive opdateret en gang imellem. For at holde metoden up to date. Side 2 28

4 Partnere Partneree Projekt Leder Professor Svend Svendsen, Danmarks Tekniske Universitet Private Partnere Akademia Danmarks Tekniske Universitet: Lektor Toke Rammer Nielsen Ph.d. studerendee Christina Charlotte Skaaning Kommune Københavns kommune Københavns Ejendomme Side 3 28

5 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Indholdsfortegnelse Indhold... 2 Partnere... 3 Projekt Leder... 3 Private Partnere... 3 Akademia... 3 Kommune... 3 Overordnede formål... 6 Endeligt formål... 6 Introduktion... 6 Vidensdeling... 7 Projekt møder... 7 Workshop... 8 Baggrund for belysningsdesignmetoden... 8 Kapitel 1: Ide og programfase... 9 Kapitel 2: Designfase... 9 Kapitel 3: Byggefasen+ Aflevering + Driftsfasen Teoretisk forsøg Skt. Klemensskolen Individuelt styret belysning I et storrums kontor Konklusion Referancer Side 4 28

6 Partnere Side 5 28

7 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Overordnede formål Projektets egentlige formål var at udvikle dynamisk styret belysningssystemer baseret på LED og OLED. Styrringssystemerne skal fungere i sammenspil med et avanceret dagslys styret facadesystem. Sammenlignet med konventionelle belysningssystemer skal disse systemer give bedre belysnings kvalitet og energibesparelser. For udvikling af belysningssystemerne skulle anvendes forsøgsopstillinger og avancerede beregningsmodeller. Projektets fokusområde er kontorer, skoler og institutioner, det vil både omhandle renovering og nybyggeri. Der vil blive udviklet en manual, som gør kompleks energibesparende belysningsdesign og styring af LEDbelysning mere overskuelig. Manualens målgruppe er primært rådgivende ingeniører og arkitekter. Endeligt formål Projektets egentlige formål blev at påvirke folk til at vælge bedre belysning. Dette opnås bl.a. Ved at udforme en belysningsdesign manual. Manualen skal simplificere belysningsdesign teknikken og gøre det muligt for personer med relativ lille viden inden for belysningsfeltet at tage de rette valg i retningen mod den gode belysning. Den skal gøre kompleks energibesparende belysningsdesign og styring af LED belysning mere overskuelig. Manualens målgruppe er primært rådgivende ingeniører og arkitekter. I manualen skal yderligere præsenteres enkelte nye belysnings tiltag, som skal underbygges af teoretiske forsøg. Disse tiltag omhandler udvikling af innovative, dynamiske belysningskoncepter, primært baseret på LED belysning. Koncepterne skal bedre kunne tilpasses brugernes præferencer end konventionelle løsninger. Yderligere skal de understøtter fordele og ulemper ved LED. I stedet for at modarbejde de nye lyskilder og derved forringe belysningskvalitet, effektivitet og levetid. Dette skal føre til udviklingen af nye designmetoder samt undersøgelser af avanceret styring af lyskilder på baggrund af persontilstedeværelse og dagslysniveauer. Introduktion I dag vides det at belysningskvaliteten har en vigtig betydning for arbejdsfærdigheder, lærings færdigheder helbred og velvære [Billia, L. 2011]. Derfor er det vigtigt at belysningen passer til arbejdet der udføres på en given arbejdsplads. Det er almindeligt at anvende dagslys til belysning eftersom det er frit tilgængeligt, og det er den bedste lyskilde vi har [Leslie, R. 3]. Når dagslyset ikke er tilstrækkeligt eller tilgængeligt, må en anden løsning anvendes. Glødepæren blev opfundet i år 1879 [Den Store Danske, 2013] og er den første kendte lyskilde ud over ild. Glødepæren er en god lyskilde pga. dens gode farvegengivelse og store lighed med solen. Ulempen ved glødepæren er den ringe effektivitet på 5 15 lumen/w [Halonen, L. 2010]. Glødepærens ulempe var også det som bragte den til undergang. I slutningen af år 1800 [Den Store Danske, 2013] blev lysstofrøret opfundet. Lysstofrøret var langt mere effektivt end glødepæren. Det havde dog den væsentlige ulempe at belysningskvaliteten var meget forringet. Farvegengivelsen var dårlig og røret blinkede til gene for brugerne. Med tiden blev lysstofrørets kvalitet og effekt væsentligt forbedret. Man begyndte at anvende dem på kontorer, i industri og offentlige bygninger. Kvaliteten var dog stadig væsentlig dårligere end glødepæren. Her var det pengene det kom an på. Der blev opfundet mange forskellige belysningstyper Halogen, metalhalogen osv. men det er stadig lysstofrørende der er de mest effektive og derfor de dominerende på markedet inden for kontorer, skoler og daginstitutioner. Først i år 1995 [Raunkjær, 2012] med opfindelsen af Hvid LED begynder udviklingen at gå i en anden retning. Mange Side 6 28

8 Vidensdeling mener at LED bliver den nye dominerende lyskilde. I år 9 startes udfasningen af glødepæren dette satte i forskningen, fordi der endnu ikke eksisterede nogen lyskilde der kunne erstatte glødepæren. Dette føre til et kæmpe spring i forskningen af LED og på 6 år går LED fra at have en effektivitet på 80Lm/W i 6 til 161Lm/W i 2012[Larsen, R. S. 2012]. LED og OLED er på nuværende tidspunkt de mest lovende lyskilder og forventes at have høj effektivitet i fremtiden. LED kan nu erstatte alle belysnings kilder i skoler, kontorer og daginstitutioner. De er effektive og har en god belysnings kvalitet. Farvegengivelsen er god og farvetemperaturen dækker hele spektret fra k. OLED har også stort potentiale lige som LED men på grund af manglende effektivitet anvendes denne lyskilde stadig ikke til generel belysning. Den anvendes på nuværende tidspunkt kun som kunst eller prestige belysning. Det forventes at OLED lige som LED kan blive meget mere effektiv. Til den tid forventes det at OLED egner sig rigtig godt til generel oplysning af lokaler. På grund af den hurtige udvikling inden for lyskilder, er samfundet endnu ikke fulgt med. Mange hænger stadig fast i gamle begreber som 40 watts pærer og den slags. Der mangler yderligere standarter og regler inden for feltet. Hvilket har medført at der på nu værende tidspunkt er mange produkter på markedet, som ikke er gode nok til deres formål. På grund af det usikre markedet bliver mange bygherre usikre og tør ikke kaste sig ud i omfattende belysningsdesign. I dette projekt er det ønsket at informere bygherre, rådgivende ingeniør og arkitekt virksomheder, om vigtigheden af god belysning, samt give dem en metode til opnåelse her af. Dette skal gøres ved udformning af en Belysningsdesign manual. Manualens indhold skabes ud fra teoretiske forsøg, alm. viden på markedet og vidensdeling blandt deltagere på projektet. Yderligere skal holdes nogle workshops hvor vigtigheden af god belysning præsenteres. Workshoppende indeholder også en vis grad af diskussion, hvor deltagerene for mulighed for yderligere at komme med input til designmanualen. På den sidste workshop vil designmanualen blive præsenteret og diskuteret yderligere. Vidensdeling Gennem projektet har der været lagt stor vægt på vidensdeling mellem de deltagende parter. Denne vidensdeling er opnået gennem projektmøder og workshops. Projekt møder Der blevet afholdt 5 projekt møder, hvor projektets fremgang og planlagte arbejdsretning blev præsenteret. Alle deltagere på projektmødet har fortalt om deres projekter og overvejelser i virksomheden. Dette har givet god anledning for vidensdeling og diskussion af interne problematikker. Herefter er projektets resultater og forsøg, blevet præsenteret for deltagerne. Resultater og arbejdsretning er yderligere blevet kommenteret og diskuteret. Hvert møde blev til sidst rundet af med en diskussion af nye produkter på markedet. Deltagerne havde mulighed for mundtligt at præsentere interessante produkter, de er stødt på i deres daglige arbejde med belysning. Som ekstra vidensdeling blev projektmøderne bestræbt på at blive holdt hos de forskellige deltagere. Værten startede hver gang projektmødet med at præsentere deres tilgang til belysningsdesign, samt tidligere projekter værten havde været på. Side 7 28

9 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Workshop På de to Workshops er der blevet inviteret Arkitekter og ingeniører. Formålet med workshopsene var at Infomere om belysning og design. Workshoppen havde envidere det formål at skabe vidensdeling ud over den interne projektgruppe. Her igennem at opnåedes inspiration og ideer til belysningsdesignmanualen. Produkt og anvendelses workshop 2014 Meningen med denne workshop var at gøre deltagerne bekendte med anvendelsen af LED. Fordele og ulemper. Samt give et indblik i kvaliteten af nogle gode LED produkter som allerede er på markedet. I slutningen af workshoppen blev afholdt en diskussions session. Der taltes om muligheden for at installere mange små armaturer fordelt jævnt over loftet. Det blev klart at dette ville være en vanskelig og dyr proces. Men at muligheden måske kunne foreligge i fremtiden med den nye opfindelse trådløst strøm. Belysnings workshop Denne workshop fungerede som en afsluttende workshop for projektet. På denne workshop blev deltagerne præsenteret for belysningsdesignmetoden og et kandidat speciale udført af Martin G. Roien. Martins kandidat speciale omhandlede kamera registrering af personers individuelle tilstedeværelse i et lokale. Specialet har interesse for projekt 6 fordi det er en måde at registrere individuel tilstedeværelse. Workshoppens formål var at formidle fordelene ved godt belysningsdesign. Samt give deltagerne mulighed for at kommentere på belysningsmanualen. Workshoppen skulle yderligere gennem præsentationen af manualen medføre bedre belysnings design fra de deltagende på workshoppen i fremtiden. Baggrund for belysningsdesignmetoden Efter de første projektmøder blev det klart at der ikke kunne skaffes nødvendige midler til et egentligt praktisk forsøg. Det fremgik tydeligt af deltagernes behov, at der var brug for mere klarhed over belysningens designfaser og kvalitets kontrol. For at efter komme dette behov, blev det besluttet at projektet skulle drejes i en anden retning, der skulle laves en Belysningsdesignmanual. Indholdet i manualen skal gøre det lettere for brugere uden den store belysning erfaring, at få mere klarhed over belysningsdesign og projektering her af. Manualens målgruppe er bygherre, mindre rådgivende ingeniør og arkitektvirksomheder, som ikke har midler til en belysningsdesigner. Bygherre kan gennem manualen få et indblik i belysningsbegreber samt projekteringen af denne. Dette kan medføre at bygherre, arkitekter og ingeniører prioritere et godt dagslysdesign, for derigennem at opnår en god belysning. Belysningsdesign manualen er delt op i to, en teoretisk del og den egentlige manual. Den teoretiske del funger som reference bog for den egentlige manual. Første gang brugeren ønsker at anvende manualen er det særdeles vigtigt at brugeren, læser hele den teoretiske del af manualen igennem. I den teoretiske del er mange oplysninger, som er væsentlige at forstå, for at opnå en fulkommen forståelse for belysningsdesignet. Den egentlige manual, er en simpel guid der minder brugeren om alle aspekter i belysningsdesignet. Den beskriver kortfattet hvordan designet skal udføres og hvilken fremgangsmåde der er god at anvende. Ønsker brugeren et felt i manualen uddybet indeholder den egentlige manual referencer til den teoretiske del hvor en uddybende beskrivelse kan findes. Belysningsdesignmanualen er delt op i to hæfter, for at gøre flergangsanvendelse af manualen så hurtig som muligt. Herved undgå brugeren at bladre sig gennem teoretisk stof som allerede er kendt for brugeren. Side 8 28

10 Baggrund for belysningsdesignmetoden For at forsimple designforløbet er manualen delt op i 5 steps, som yderligere er delt op i 3 kapitler. Disse steps er gennemgående både i den teoretiske del og i den egentlige manual. Herved skabes en sammenhæng mellem manualerne, og samtidig forsimples opslag i den teoretiske del. Neden for er en kort beskrivelse af de 3 kapitler og 5 steps: Kapitel 1: Ide og programfase I ide og programfasen opridses alle ønsker og forventninger med projektet, for at skabe et godt udgangspunkt. Denne fase inde holder også dagslys design fordi, bygningens form har stor indvirkning på dagslys forholdet. Hvis dagslys forholdet ikke er tilfredsstilende gentages hele fasen, for at opnå forbedrede dagslys forhold. Step 1: indledende overvejelser definering af projektet Start fasen af et projekt handler om at udføre en forventnings afstemning blandt alle parter på projektet. projektet formuleres og defineres i overensstemmelse med behov, krav og grænser for det enkelte projekt. Herigennem opnås en mulighed for at definere projektets muligheder uden at forhindre gode muligheder senere i projekt forløbet. Overvejelser om lysets indflydelse på mennesker, bygningens form og funktion samt gældende regelsæt udføres i dette step. Step 2: Dagslys design Energieffektivt belysningsdesign startes op med udførelse af gode dagslysforhold. Dagslys er den bedste belysning der er, hvis dagslyset implementeres optimalt kan det medføre store energibesparelser til den kunstige belysning. Opnåelse af gode dagslys forhold kræver at dagslysdesignet er grundigt planlagt. I dette step præsenteres metoder til at forsimple dagslys designet og forkorte simuleringsprocessen. Kapitel 2: Designfase Design fasen indeholder den egentlige projektering af belysningssystemet. Her vælges lyskilde, belysnings armaturer og styringssystemer. Denne fase slutter med kontrol af det planlagte belysningssystem. Hvis systemet lever op til forventninger og regelsæt fortsættes til næste fase, ellers gentages fasen med henblik på at rette de uønskede uoverensstemmelser. Step 3: kunstigbelysningsdesign Når der designs kunstigbelysning er der en del overvejelser der skal evalueres. Belysningsdesignet skal understøtte og samarbejde med dagslyset. I et godt belysnings design er alle aspekter ved lyset bearbejdet. Der er taget stilling til hvordan belysningen påvirker os, samtidig med at gældende krav og standarter overholdes og sikre fornuftige energibesparelser. Der er taget stilling til hvilken lyskilde der skal anvendes, hvorfor og i sammenspil med hvilken armatur type. Step 3 beskriver overvejelser der er ved udvælgelse af lyskilder og armaturer, yderligere beskrives belysnings designets tre belysnings typer samt krav og gældende standarter. Step 4: belysningsstyring En effektiv belysnings styring opnår interaktion imellem dagslyset, den kunstige belysning og individuelle behov. Belysningsstyringen skal være ubemærket og levere den ønskede belysning. For at opnå dette er der en række styrings produkter der kan anvendes. Dette step beskriver forskellige styrings senarier og hvilken effekt det kan forventede de har på energiforbruget yderligere bliver læseren præsenteret for de generelle produkter på markedet. Side 9 28

11 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Kapitel 3: Byggefasen+ Aflevering + Driftsfasen Denne fase indeholder kun et step, i dette step udføres alt kontrol på det opførte belysnings system. Kontrol er en meget nødvendig fase af projekteringen. Idet der let kan ske fejl i installation og på komponenter. Hvis sådanne fejl indtræder uden at blive opdaget kan det være dyrt energimæssigt og medføre utilfredshed blandt brugerne. Step 5: Idriftsættelse og vedligeholdsplan Implementering af et nyt belysningssystem i en bygning, kan føre til installationsfejl og uforudsete udfordringer. Derfor er det vigtigt at der tjekkes op på belysningssystemet efter ibrugtagning for at sikre den ønskede brug. Yderligere kan der opstå utilfredshed blandt brugerne, som også er vigtig at få tilrettet, da brugerne ellers kan anvende systemet uhensigtsmæssigt. Det er vigtigt at tilfreds heden med systemet ikke kun måles kort efter ibrugtagningen men også kontrolleres når brugerne er blevet vand til systemet, og endnu senere når brugen af systemet kan have ændret sig. Vedligeholdelsen af systemet er også en vigtig del af dette step da en defekt del kan føre til stort energi tab. Der skal løbende holdes øje med energiforbruget så en defekt del opdages med det samme. Teoretisk forsøg Skt. Klemensskolen I forbindelse med Dansk Lys projekt 3 Intelligent Lysstyring blev etableret forbindelse til Skt. Klemensskolen i Odense. På skolen var for nylig blevet installeret 4 forsøgs lokaler. Disse lokaler bestod af: Klasse lokale 53 Et lokale med et helt nyt belysnings system, som kunne ændre farvetemperatur. Klasse lokale 54 Et reference lokale med den originale belysning Klasse lokale 47 Et lokale med den originale belysning og styrings system Klasse lokale 48 Et lokale med nye Philips LED armaturer samt styrings system I klasselokale 53 havde vi ikke adgang til vigtige informationer, omkring belysning og styring. Derfor er dette ikke beskrevet yderligere. Lokalernes indbyrdes placering og orientering kan ses på Figur 1. Figur 2 viser forholdene i klasselokalerne ses, eksemplet er fra lokale 48. Formålet med de teoretiske forsøg er at betragte og optimere de 2 belysningssystemer i klasselokale 47 og 48. Forsøget vil blive delt op i 4 dele: Belysningssimulering Simulering vs. målinger Optimering af belysningssystem Dagslys optimering Først vil udføres en belysningssimulering af hvert lokale, for der igennem at opnå viden om belysningen og dagslysforholdene. For at gøre sammenligningen og simuleringen mere ligelig, er lokale 47 spejlvendt langs en vinkelret akse på facaden, se Figur 4 venstre. Dette kan påvirke resultatet en smule. Da rummet anvendes som type rum, og derfor lige så godt kunne have vendt den anden vej, er det en acceptabel betragtning. Side 10 28

12 Teoretisk forsøg Figur 1 Uddrag af grundplan for skt. klemensskolen Figur 2 Billeder fra lokale 48 Side 11 28

13 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys De udførte belysningssimuleringer vil blive holdt op imod LUX målinger i lokalerne. Er resultatet fornuftigt designes et nyt belysningssystem til lokalet hvor der anvendes mange små LED spots til oplysning af rummet. Disse spots spredes i et jævnt grid under loftet. Derigennem opnås en jævn belysning på lx i hele rummet. Herved opnås bedre belysningsforhold og muligvis også energibesparelser. De 3 belysnings systemer simuleres og der laves en energiberegning via simuleringsprogrammet. Energiberegningen vil være delt op i 3, en med manuel kontrol, en med tilstedeværelses sensorer og en med dagslysstyringsamt tilstedeværelses sensorer. For belysnings systemet med LED spots vil der yderligere blive lavet en energiberegning, med separat styring af grupperums området bagerest i lokalet. Undersøgelsen af belysningssystemerne sluttes af med en belysnings kvalitets vurdering. Kvalitetsvurderingen vil blive delt op i tre steps: 1. En undersøgelse af belysningen på arbejdsplanet 2. en undersøgelse af belysningen på væggene 3. Rum oplevelses simuleringer. Ved dagslys optimerings delen undersøges muligheden for energibesparelser ved optimering af dagslys faktoren i rummet. Klasselokale 48 anvendes til dette forsøg. For optimering af dagslys forholdene anvendes den ny udviklede metode, step 2. Figur 3 Dagslys faktoren i klasselokalet. Side 12 28

14 Teoretisk forsøg Belysnings simulering For at forudsige belysningen i lokalerne samt dagslysforhold, er udført en række simuleringer af belysningen i klasselokalerne. På Figur 3 kan dagslysforholdene aflæses. Den lave dagslysfaktor skyldes det store udhæng som kan ses på det øverste billede i Figur 2 øverst. Belysningsforholdene inklusiv lampernes placering kan aflæses af Figur 4. LED belysningssystemet har den bedste og mest jævne belysning. Det fremgår iøvrit af Figur 4 venstre at belysningen med lysstofrørene ikke helt lever op til den ønskede belysning på lx m m m m Figur 4 Belysnings forhold i klasselokalerne i LUX, de røde kasser markerer de anvendte armaturer, mens den blå angiver tavle, de blå streger nederst, angiver placeringen af vinduerne i facaden. Højre er lokale 48 med LED, venstre er lokale 47 med Lysstofrør. Simulering vs. målepunkter For at udføre en simpel kontrol af simuleringerne er lavet nogle belysnings målinger i de to klasselokaler. Målingerne er fortaget efter mørkets frembrud så dagslyset ikke har påvirket resultaterne. På Figur 5 kan målepunkternes placering i lokalet aflæses. Resultaterne for målinger og simuleringer fremgår af Tabel 1. Der er en smule forskelle mellem målinger og simuleringer. De små forskelle der er for LED lyset kan der ses bort fra. Lidt forskelle er forventelige da alle overflader reflektanser er skønnet. Forskellene for lysstofrørene er dog væsentligt større, op til 100 lx. Disse forskelle er midlertidig også forventelige da der i særlig grad er mange parametre der spiller ind. Lysstofrørs armaturet er gammelt og derfor behøver alle værdier ikke være helt gældende længere. Overflade reflektanserne kan i særdeleshed have ændret sig til det værre. Hvilket også forklare fvorfor de målte værdier er lavere end de beregnede. Side 13 28

15 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Tabel 1 Den målte og simuleret belysningsstyrke angivet i lux i de målte punkter. Klasselokale Lyskilde Måling Lokale 47 Lysstofrør Målt Lokale 47 Lysstofrør Simuleret Lokale 48 LED Målt Lokale 48 LED Simuleret Punkt lux 409 lux 608 lux 590 lux Punkt lux 169 lux 265 lux 293 lux Punkt lux 481 lux 670 lux 621 lux m m Figur 5 Plaseringen af de 3 målepunkter, alle mål er i meter. Optimering af belysningssystem Belysningssystemet forsøges optimeret ved at have mange små Led i et jævnt grid. På den måde forventes det at opnå en mere jævn fordeling af belysningen. Derved bruges ikke energi på overbelysning af områder lige under armaturende. Armatur placeringen og belysningen fremgår af Figur 6. På grund af det fine grid med LED er her anvendt en gråtone skalering så figuren er mulig at aflæse. Det fremgår af figuren at er pånået en mere jævn belysnings fordeling. For at holde de tre belysningssystemer op imod hinanden er fortaget en række analyser af lokalerne. Side 14 28

16 Teoretisk forsøg m lx m Figur 6 Belysnings forhold i det optimerede klasselokale angivet i LUX, de røde punkter markerer de anvendte armaturer, mens den blå kasse angiver tavle, de blå streger nederst, angiver placeringen af vinduerne i facaden. Energiberegning Den første analyse der er fortaget af lokalet er Energiberegningen, her er anvendt 4 forskellige styringssystemer. I Tabel 2 Energiberegning af 4 belysningssystemer opgivet i LENI(kWh/m2).ses de 4 styringssystemer, og hvilket LENI energiforbrug De forskellige belysningssystemer har. Neden for fremgår det hvad der menes med de 4 styringssystemer i tabellen: Manuel kontrol angiver at brugeren selv skal tænde og slukke for lyset. Det er her også muligt for brugeren at dæmpe belysningen. Tilstede angiver at brugeren selv skal tænde for lyset når brugeren ankommer men at det slukkes automatisk. Tilstede + dagslys angiver det sammen som tilstede yderligere styres belysningen i forhold til mængden af dagslys i rummet Grupperummet styres seperat angiver det same som tilstede + dagslys yderligere styres belysningen i grupperummet separat. Energiberegningerne viser at de spredte LED spots er den dyreste løsning energimæssigt. Måske er det fordi spotsne også er de mest ineffektive armaturer. For at finde ud af det er lavet endnu en simulering hvor en effektivitet på 100lm/W er anvendt i stedet. Nu kan systemet konkurrere med lysstofrørene men er dog stadig ikke så effektivt som LED armaturet i lokale 48. Som et yderligere forsøg er grupperummet styret separat, dette sænker forbruget en smule men kun nogle enkelte procent. Side 15 28

17 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Tabel 2 Energiberegning af 4 belysningssystemer opgivet i LENI(kWh/m2). LENI: kwh/m2 Lysstofrør 81lm/W Lokale 47 LED 100lm/W Lokale 48 Spredt LED 71lm/W Spredt LED 100lm/W Manuel kontrol Tilstede Tilstede + Dagslys Grupperummet styres separat Belysningen på arbejdsplanet Den ny designede løsning med LED spots har den bedste og mest jævne belysning, kun helt ude i kanterne kommer belysningen ned på under lx se Figur 6. Det fremgår af Figur 4 at belysningen i Klasselokale 47 og 48 er mere ujævn og oftere kommer under lx i kanten. At belysningen er bedre med LED spotsene kan forklare det højere energiforbrug. Belysnings oplevelse Belysnings oplevelsen af de forskellige belysningssystemer fremgår på figur Figur 7 Figur 9. En belysnings oplevelse er meget individuel og er derfor svær at evaluere. Belysningen med Lysstofrør giver en fornemmelse af besparelser pga. det mørke område mellem gruppeområdet og undervisningsområdet se Figur 7. LED belysningen i lokale 48 giver en behagelig diffus belysning, uden ekstra finesser, se Figur 8. LED spots belysningen giver en meget jævn belysning, som samtidig pga. spots funktionen, kan gøre rummet interessant at opholde sig i, se Figur 9. LED spot belysningen kunne mulig vis blive lidt for meget hvor lokale 48 kunne være lidt for ensformig. Derfor er det svært at sige hvilken af de to LED belysninger der er bedst. Figur 7 Billeder af rumoplevelsen i klasselokale 47. Side 16 28

18 Teoretisk forsøg Figur 8 Billeder af rumoplevelsen i klasselokale 48. Figur 9 Billeder af rumoplevelsen med de spredte LED spots. Væg belysning Da vi har tendens til at kigge lige frem og ikke op i loftet eller ned i arbejdsplanet, er det også vigtigt at analysere på hvor meget væggen er lyst op. En lysere væg er ensbetydende med en lysere rumoplevelse. LED belysningssystemet i lokale 48 oplyser væggene i rummet bedst, se Tabel 3 belysningsstyrker på væggene i de respektive simuleringer, værdier er angivet i LUX. Em er den gennemsnitlige belysning på væggen, Emin er den laveste belysning og Emax er den højeste belysning på væggene.. Lokale 48 har både den højeste gennemsnitlige belysning og den højeste belysning på væggen. Tabel 3 belysningsstyrker på væggene i de respektive simuleringer, værdier er angivet i LUX. Em er den gennemsnitlige belysning på væggen, Emin er den laveste belysning og Emax er den højeste belysning på væggene. Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Lysstofrør Lokale LED Lokale LED spots Side 17 28

19 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Dagslys optimering af lokale 48 Ved at have gode dagslysforhold i klasselokale 48 burde man ifølge teorien kunne spare meget energi. I klasselokale 48 skabes ud fra belysningsdesignmetoden gode dagslysforhold. Efter som lokalet er et dybt rum og bygningen kun er i en etage er det ifølge metoden godt at implementere et ovenlys vindue. For at opnå en god belysningseffekt er lavet et ovenlys i rummets fulde brede. Efter nogle forsøgs simuleringer er opnået et optimalt resultat, se Figur 10. Ovenlyset er 800cm bredt og har solvarme afskærmning. Der er enkelte stæder at dagslysfaktoren kommer under 2%, ved tavlen og bagerst i grupperummet. Ved tavlen kan man blive generet af for meget lys. Bagerst i grupperummet er det et lidt større problem. Det er forholds vist tæt på væggen, og det er derfor vurderet at det formegentligt ikke brugt så meget eller måske lige frem bruges til opbevaring som skabe og reoler m m Figur 10 Højre, Dagslys faktoren i rummet efter indsættelse af ovenlys. Højre, Dagslys fordelingen i det optimerede klasselokale angivet i LUX. Den Store blå kasse angiver størrelse og placering af ovenlyset, mens den lille blå kasse angiver tavle, de blå streger nederst, angiver placeringen af vinduerne i facaden. Efter dagslys optimeringen er tilføjet et tilstedeværelses og dagslysstyringssystem som i sidste energiberegning. Ved at optimere dagslysforholdene i klasselokale 48 har man opnået en energibesparelse på 2/3 af det oprindelige energiforbrug til belysning i lokale 48, se Tabel 4 Energiberegning af den nuværende tilstand i lokalet og med optimerede dagslys forhold, opgivet i LENI(kWh/m2).. Det vil sige at man på skt. klemensskolen kunne have opnået en langt større besparelse ved at optimere dagslysforholdene end man gjorde ved at installere nye armaturer. Side 18 28

20 Teoretisk forsøg Tabel 4 Energiberegning af den nuværende tilstand i lokalet og med optimerede dagslys forhold, opgivet i LENI(kWh/m2). LENI: kwh/m2 LED Lokale 48 Nuværende tilstand Tilstede + Dagslys 4.37 Optimeret dagslys Tilstede + Dagslys 1.35 Besparelse på ca. 2/3 Rumoplevelsen og belysningsforholdene er yderligere langt bedre ved den optimeret dagslys fordeling, se henholdsvis Figur 11, Figur 12 og Figur 10. Figur 11 Billeder af rumoplevelsen i klasselokale 48 med optimerede dagslys forhold. Belysningen er slukket og dagslyset er som på en overskyet dag. Figur 12 Billeder af rumoplevelsen i klasselokale 48 med de nuværende dagslys forhold. Belysningen er slukket og dagslyset er som på en overskyet dag. Side 19 28

21 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Individuelt styret belysning I et storrums kontor Ved at styre belysningen i et storrums kontor i forhold til den individuelle brugers tilstedeværelse, forventes det at der kan spares en del energi. På dette projekt er lavet en teoretisk undersøgelse af dette. Undersøgelsen er desværre udført på engelsk af en kandidat studerende i forbindelse med hans speciale. Men den kan forefindes på engelsk i detaljer neden for. I korte træk undersøges et storrumskontorer på over 6 personer, kan ses af Figure 1, for energibesparelses potentialer. Hvert kontor styres individuelt i forhold til tilstedeværelse. Af hensyn til de andre brugere i lokalet slukkes et tomt kontor ikke men dæmpes ned til 100lx, det er først hvis alle forlader storrumskontoret at det slukkes helt. Forsøget viste at der var et besparelses potentiale på 22% i det omtalte storrumskontor, se Table 12: Energy evaluation for the three different control settings Simulation of automatic controlled individual lighting in an office Af René B. Knorborg lavet under vejledning af professor Svend Svendsen og Ph.d. studerende Christina Charlotte Skaaning Introduction As an initiative to enhance the energy saving potential in open space offices the effect of automatically individual controlled lighting is investigated. The investigation is carried out by modeling and simulating the effect of individual controlled lighting in an office room. The geometry and room specification is of the office 155 in building 325 at the Technical University of Denmark (DTU), one of the rooms planned to be renovated as part of the AGORA project. The investigation involves two different control setting. One, with the settings according to EN15193 for an automatic controlled lighting system with daylight sensor. The second, with adjustment made to account for the automatic controlled individual lighting system (ACIL) and daylight control. To simulate the ACIL system the evaluation is divided into two profiles. A profile where the individual desk is occupied (occupied profile), and one where the profile is unoccupied (unoccupied profile). These two scenarios are then combined and benchmarked against the first control setting. The room is modeled and simulated using DIALux. Room specifications The geometry of the room and window specification is shown in Table 1 and Table 2 respectively. The surface reflectance s for ceiling, walls and floor are presented in Table 3. The reflectances are estimated values in accordance with typical values according to EN The room is visualized in Figure 1. Table 1: The room geometry of office 155 in building 325 Room geometry Length [m] Width [m] Height [m] Floor area [m 2 ] Office Table 2: Windows specification Window Num. Width Height Total area Transmittance Framing Factor Side 20 28

22 Teoretisk forsøg specification [ ] [m] [m] [m 2 ] [%] [ ] Window * 0.85 Window * 0.85 *Typical transmittance for a double glazed window according to DS/EN Table 3: Surface reflectance for office 155 Surface Reflectance [%] Ceiling 70 Walls 50 Floor 20 Figure 1: Visualization of office 155 The daylight availability with the given room geometry and window specification for the office are illustrated in Figure 2. The average daylight factor in the room is 3.4 %. Side 21 28

23 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Figure 2: Illustration of the daylight factor [%] with isolines in the office Requirements The requirements for the offices according to DS700:7 and EN12464 are shown in Table 4. Table 4: Requirements for the office according to DS 700 and EN DS700 are the standard that must be fulfilled according to Danish legislation Standard Task [lx] Immediate surrounding [lx] Background [lx] UGR [ ] Ra value [ ] DS 700:5 Office Illuminance Uniformity 20 70% 20 70% EN 12464:2011 Office Illuminance Uniformity Luminaires To illuminate the room recessed luminaires from Riegens are chosen. The specification of the luminaire is shown in Table 5. The luminaires are placed in a 3x4 grid (see Figure 3) based on a set Side 22 28

24 Teoretisk forsøg point illuminance of min. lx at working plane (0.85m). The distribution off the luminaires is done to ensure flexibility in the room r (no fixed workstation location). The luminaires are adjusted to deliver the needed illuminance for the two profiles (occupied profile and unoccupied profile) shown in Table 6. The light distribution (i.e. polar plot) ) of the luminaire is shown in Figure 4. Table 5: Riegens DiLED Deco prism (600x600)( luminaire specifications. See S appendixx XX for complete data sheet from Riegens. Luminaire Riegens DiLED Deco prism 600x600mm Luminance [lm] 4350 Powerr [W] 42 Efficacy [lm/w] 104 SDCM 3 Life time [ h] CRI at 25 o C [ ] L70/>50,000 >80 CCT [K] 0 Table 6: The dimming values and installed lighting power for the two different profiles, office and circulation area. Dimming profile Occupied profile Unoccupied profile Luminaire 1 5 and % 20 % Luminaire 6 and 7 70 % 10 % Total installed lighting power [W] Num. 1 Num. 2 Num m 1.8 m Num m Num. 5 Num. 6 Num. 7 Num. 8 Num. 9 Num. 10 Num. 11 Num m Figure 3: Overview of the luminaire grid and a reference number for each luminaire. Figure 4: Polar plott of the Riegens DiLED Deco prism luminaire. The distribution for the two desired scenarios, workstation and circulation area (immediate surroundings), are shown in Figure 5 and Figure 6 respectively. Thee results from the two lighting setting are summed up in Table 7. 7 Side 23 28

25 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Figure 5: Isoline plot of the illuminance distribution for a desired lx at working plane height. The working plane area is 0.85 above floor. Figure 6: Isoline plot of the illuminance distribution. The working plane area is set to floor level. Side 24 28

26 Teoretisk forsøg Table 7: The illuminance and uniformity for the two desired performance scenarios, occupied workstations and circulation area E av [lux] E min [lux] U 0 [ ] E min /E max [ ] UGR Office in[ 0.85m] Circulation area [0m] Lighting control systems The two different control settings are applied to the model. The usage time for the energy evaluation is set to Office for daylight and non daylight time usage. Control 1: The first control scenario is a control system that automatically adjusts the artificial light according to the daylight. The room is with automatic ON / automatic OFF and is set according to an office with more than 6 persons with a sensor/10m 2. All settings are according to EN The input values are summed up in Table 11. Control 2: For this lighting setup an occupancy sensor is installed for every work stations detecting individual presents. The lighting setup is installed with lx at all workstation. When a workstation is unoccupied the light will dim down to 100lx and when all the work stations are unoccupied the light will turn off. The lighting system is also adjusted according to the daylight. To adjust the calculation process to account for this control setup two behavior profiles are applied. The signature used in the correction process is explained in Table 8. The adjustment factors used to correct for occupancy and absence are shown in Table 9 and Table 10. Table 8: Signature explanation Signature explanation Occupancy dependency factor Absence factor Occupancy control factor Office occupied (1 pers.) Office occupied (6+ pers.) Office dimmed Signature F O F A F OC F O_1 F O_+6 F O_dim Table 9: Occupancy control factors for different control systems according to EN15193 Control system F OC [ ] Auto On / Auto Off 0,9 Manuel On /auto Off 0,8 Side 25 28

27 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Table 10: Absence factors for different office types according to EN15193 Office type F A [ ] Cellular office 1 person 0.4 Cellular office >6 persons (sensor/10m 2 ) 0.2 Cellular office >6 persons (sensor/30m 2 ) 0 The occupancy dependency factor, F O, is calculated as below according to EN Eq ,2 0,9 To evaluate on the individual lighting control two different profiles with different absence factors and illuminance is used. Profile 1 (occupied): Since the lighting system in the office is individual control the office type is perceived as a 1 person office. This gives F OC = 0.9 and the F A = 0.4 for a 1 person office with auto ON/ auto OFF. Applying this to Eq. 1: _ This profile is when the office is occupied and lux at working plane is needed. The input values are summed up in Table 11. Profile 2 (unoccupied): The second profile is for the time the office is dimmed (i.e. the work stations unoccupied). Given as the sum of the time when one or more person is away from their desk, but not at the same time. The value for when the office is occupied is calculated in profile 1. This is under the assumption that it is a 1 person office, which it is not. First the occupancy dependency factor for a 6+ persons office is calculated with auto ON/ auto OFF and F OC = 0.9 and the F A = 0.2 applying it to Eq. 1. _ The different between the occupancy dependency factor for a 6+ person s office and a 1 person s office is the time when the luminaires should be dimmed, so: _ _ _ Side 26 28

28 Konklusion This is then the occupancy dependency factor used for the dimmed lighting output (100 lx). The total energy consumption for the office is then the sum of the energy consumption from the two profiles. The input values are summed up in Table 11. Table 11: Specific values and factors for the three different control setups Control system type F A [ ] F OC [ ] F O [ ] Control 1 Auto Control 2 Profile 1: Occupied Profile 2: Unoccupied Results The specifications described in the previous section are applied to DIALux and an energy evaluation is conducted for the tree different control systems. The results are presented in Table 12. Control system Table 12: Energy evaluation for the three different control settings Energy consumption [kwh/a] LENI [kwh/(a*m 2 )] Energy reduction Control Control % Profile ( lx) 6.11 ( lx) Profile (100 lx) 0.37 (100 lx) The calculation is under the assumption that the luminaires are dimmed with a continuous current reduction (CCR) dimming method and not a pulse width modulation (PWM). This is due to the increased power consumption and flicker problem when dimming LEDs with PWM. With CCR the efficacy of the LEDs can be assumed constant when dimmed 1 Konklusion Gennem dette projekt er opnået en belysningsdesignmanual på engelsk. Manualen forventes med tiden at sprede mere viden om belysnings projektering. Derigennem forventes det at der på længere sigt opnås en bedre belysning i kontorer og skoler. Yderligere er der gennem projektet afholdt to workshops som allerede har spredt information om belysningsdesignmanualen og belysning generelt. 1 This assumption is based on knowledge from: and amp control/led dimming dilemma Side 27 28

29 Hvidbog Dansk Lys Projekt 6 Dagslys/kunstlys Gennem de teoretiske forsøg er opnået mere viden til design manualen. Det første teoretiske forsøg var med små LED spots spredt jævnt underloftet. Det viste sig at det ikke nødvendigvis giver energibesparelse eller bedre belysnings forhold. Det andet forsøg var mere interessant og viste at der er store besparelser at hente ved optimering af dagslysforholdene. I et rum med en dagslys faktor i midten af rummet på 1%, kan der spares 2/3 dele af energiforbruget. Dette var ved indsættelse af ovenlys og derved optimere dagslys faktoren til 2% i hele lokalet. Det viste sig yderligere at belysningskvaliteten var væsentlig forbedret. Det sidste forsøg viste at man kan spare op til 22% af energiforbruget ved at anvende individuel belysnings styring i et storrumskontor på over 6 personer. Referancer [Billia, L. 2011] Billia, L., Bisegna, F. & Spada, G., Lighting in indoor environments: Visual and nonvisual effect of light sources with different spectral power distributions. Elsevier, 46(10), pp [Den Store Danske, 2013] [Halonen, L. 2010] Halonen, L., Tetri, E. & Bhusal, P., Guidebook on energy efficient electric lighting for buildings, Aalto, Finland: Espoo. [Larsen, R. S. 2012] Larsen, R. S. 24. oktober 2012; lille lyskilde/, Dansk LED NET [Leslie, R. 3] Leslie, R., 3. Capturing the daylight dividend in buildings: why and how?. Elsevier, 38(2), pp [Raunkjær, 2012] Raunkjær, M., Larsen, K. B., Gram, D., Munck, K. Demonstration og undervisning i brug af armaturer med LED lyskilder Afslutningsrapport for PSO projekt nr. PSO , feb Side 28 28