Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger

Transkript

1 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Udarbejdet af Stine Bjødstrup Jensen Juli 2003 BYG DTU

2

3 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Eksamensprojekt for civilingeniøruddannelsen udarbejdet af Stine Bjødstrup Jensen Vejleder Professor Svend Svendsen Påbegyndt 27. januar 2003 Afleveret 11. juli 2003 BYG DTU Danmarks Tekniske Universitet Brovej, bygning Kgs. Lyngby Danmark

4

5 Forord Forord Denne rapport er udarbejdet i forbindelse med eksamensprojektet Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger som afslutningen på civilingeniørstudiet med retningsbetegnelsen Bygningsingeniør på Danmarks Tekniske Universitet. Projektet er udført i perioden 27. januar til 11. juli ved instituttet BYG DTU under vejledning af Professor Svend Svendsen. Rapporten henvender sig til bygningsprojekterende i ingeniørfaget såvel som arkitekter, der ønsker mere viden om muligheder og metoder for at inddrage en øget dagslysudnyttelse i projekteringen af bygninger samt sikre gode dagslysforhold i det færdige byggeri. Ligeledes henvender rapporten sig til studerende, der ønsker at tilegne sig viden om ovenstående og derved have mulighed for at præge branchen i retning mod inddragelse af beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger. Rapporten er tænkt som en indførelse i forhold omkring øget dagslysudnyttelse samt en undersøgelse og anbefaling af designværktøjer til undersøgelse og vurdering af gode dagslysforhold under projekteringsprocessen. Det er ikke tanken, at rapporten skal læses fra ende til anden, men at den kan bruges som inspiration og opslagsværk for de emner, læseren søger oplysninger om. Især er dele af kapitel 5 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold meget teoretisk og bør læses mere overfladisk, hvis det ikke er læserens hensigt at bruge det specifikke program til vurdering af dagslysforholdene i bygninger. Jeg vil gerne takke min vejleder Svend Svendsen og andre på BYG DTU, der har ydet hjælp og vejledning under udførelsen af eksamensprojektet. Og ikke mindst en tak til min kæreste Petar og familie for god støtte og opbakning. Lyngby, 11. juli 2003 Stine Bj. Jensen 1

6 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 2

7 Resumé Resumé Denne rapport omhandler en analyse samt anbefalinger af, hvordan det med designværktøjer er muligt at foretage en integreret behandling og analyse af dagslys i henhold til termisk indeklima, lysforhold og energiforhold i projekteringen af kontorbygninger, hvor der ønskes øget dagslysudnyttelse og gode dagslysforhold. Analysen indbefatter 4 hoveddele: 1. En indledende beskrivelse af forholdene omkring dagslysudnyttelse, vinduessystemer samt myndighedskrav, som indledning til forståelse af behandlingen af dagslys under projekteringen og i designværktøjer. 2. En beskrivelse af mulighederne for inddragelse af dagslys i bygningsplanlægningen, hvad der skal tages højde for ved projektering med dagslys, samt hvordan det kan gøres i bygningsplanlægningens forskellige faser. 3. En opstilling af krav til, samt undersøgelse og vurdering af, forskellige simple og mere avancerede designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforholdene i løbet projekteringsprocessen. 4. Et konkret eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen, og hvordan der kan foretages en integreret behandling og analyse af daglysforholdene i løbet af projekteringsprocessen Den arbejdsmæssige og omfangsmæssige hovedvægt i projektet er lagt på 3. del. Den indledende beskrivelse af forholdene omkring dagslysudnyttelse er baseret på litteraturstudier af bl.a. anvisninger og resultater fra andre projekter omhandlende dagslys. Beskrivelsen af mulighederne for bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys er ligeledes baseret på litteraturstudie af anbefalinger samt en gennemgang og analyse af projekteringsprocessen og mulighederne og metoder for inddragelse af øget hensyn til dagslysudnyttelse og -forhold. Undersøgelsen af om nogle nuværende designværktøjer kan benyttes under de forskellige dele af projekteringsfasen til vurdering og beregning af daglysforholdene i kontorbyggerier, er sket på baggrund af opstillede krav, dialog med programudviklerne samt ved litteraturstudie og afprøvning af programmerne i relevant omfang. I eksemplet på brugen af designværktøjer i projekteringen er udvalgt to designværktøjer BSim2002/SimLight og en samkørsel mellem ESP-r og Radiance med et kontor på IT-Højskolen i Ørestaden som modeleksempel. Med denne rapport er der således foretaget en analyse af mulighederne for at foretage en integreret behandling og analyse af dagslys, i henhold til termisk indeklima, lysforhold og energiforbrug i projekteringen af bygninger, og der er givet anbefalinger til integrationen af forholdene omkring øget dagslysudnyttelse i løbet af bygningsprojekteringen. Der blev ikke fundet ét værktøj, der kunne opfylde alle de 10 opstillede krav til det ideelle designværktøj, men der blev fundet to værktøjer, der opfyldte minimumskravene. Til brug først i projekteringsprocessen til en mindre detaljeret, integreret behandling og analyse af dagslys, anbefales det at benytte bygningsenergisimuleringsprogrammet BSim2002 med programmet SimLight, kombineret med visualiseringer og behandling af direkte sollys i dagslyssimuleringsprogrammet Desktop Radiance. Sidst i projekteringsfasen, hvor der fx er behov for en dokumentation af, at den øgede dagslysudnyttelse giver gode belysningsforhold, tilfredsstillende energibesparelser, samt ikke giver anledning til overophedningsproblemer, anbefales det at benytte ESP-r i en samkørsel med Radiance. I løbet af analysen har det især vist sig problematisk at opnå en realistisk modellering og styring af solafskærmningerne samt behandling af direkte sollys gennem disse i designværktøjerne, hvorfor yderligere analyse og forbedring af designværktøjerne på dette punkt anbefales til videre arbejde på området. 3

8 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 4

9 Abstract Abstract This report describes an analysis of and recommendations on how it with use of design tools is possible to carry out an integrated handling and analysis of daylight in accordance with the thermal indoor environment, light distribution and energy consumption in the planning of office buildings, where increased daylight utilization and good daylight conditions are wanted. The analysis contains 4 main parts: 1. An introductory description of the circumstances about daylight utilization, window systems and authority claims, as an introduction to the understanding of the handling of daylight during the planning and in the design tools. 2. A description of the options to involve daylight in the planning of buildings, what needs to be considered in the planning and how it can be done in the different phases of the process. 3. A list of requirements to, as well as an investigation and evaluation of, different both simple and more advanced design tools to calculation and estimation of the daylight conditions during the design process. 4. An example of the use of the design tools in the design process and how to make an integrated handling and analysis of the daylight conditions during the planning. The most work and largest extend of this report is place upon the 3rd part. The introductory description of the conditions about daylight utilization is based on literature studies of instructions and results from other projects regarding daylight. The description of the possibilities of including daylight in the planning is also based on literature studies of recommendations complemented with description and analysis of the planning process and the possibilities and methods to involve an increased consideration to daylight utilization and conditions. The investigation of whether some of the existing design tools can be used during the different phases of the planning to calculate and estimate the daylight conditions in office buildings, is carried out on behalf of listed demands, dialogue with the program developers and through literature studies and testing of the programs in a relevant extent. In the example of the use of design tools during the planning process, two tools have been selected Bsim2002/SimLight and a linkage between ESP-r and Radiance with an office at the IT- College in Ørestaden as a project example. During of this report an analyses of the options of making an integrated handling and analysis of daylight in accordance with the thermal indoor environment, light distribution and energy consumption in the planning of office buildings has been made, and recommendations on the integration of the circumstances about increased daylight utilization during the design process are given. It was not possible to find one design tool that could fulfil the 10 listed demands for an ideal tool but it was possible to identify two tools that could fulfil the minimum demands. To use early in the design process for at less detailed, integrated handling and analysis of daylight it is recommended to use the building energy simulation program BSim2002 with the program SimLight combined whit visualisations and handling of direct sunlight in the daylight simulation program Desktop Radiance. In the last part of the design process where a need for documentation of good light distribution, satisfying energy savings and no overheating problems could arise, it is recommended to use the linkage of ESP-r and Radiance. During the analysis it has been particularly problematic to accomplice a realistic modelling and control of the solar shadings as well as treatment of the direct sunlight through these within the design tools, why further analysis and improvement of the design tools on this area are recommended for future investigations and developments. 5

10 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 6

11 Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse Forord...1 Resumé... 3 Abstract... 5 Indholdsfortegnelse... 7 Indledning Generelt om dagslysudnyttelse Udnyttelse af dagslys Termer og begreber for dagslys Belysningsterminologi Solstrålingsterminologi Dagslysfaktoren, DF Sollysfaktor Solstråling og dagslys gennem vinduessystemer Standard himmeltyper Dagslysets variation i Danmark Anbefaling og påvirkning af belysningsforhold Solstråling gennem vinduessystemer Vurdering af dagslyskvalitet Blænding Luminansfordeling og kontraster Typer af vinduessystemer Solafskærmningens funktion og egenskaber Termiske egenskaber Visuelle egenskaber Styringsmuligheder Andre forhold Eksempler på traditionelle vinduessystemer Standarder til karakterisering af vinduessystemer Andre dagslyssystemer Myndighedskrav Gældende danske myndighedskrav Kommentar til myndighedskrav EU-direktiv BR Kommentarer til BR

12 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 4 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Valgkriterier og parametre med indflydelse på dagslysudnyttelsen Bygningens placering og orientering Rumdybder og -udformninger Vinduets udformning og placering Indretning af arbejdspladsen Kunstlys Automatisk styring og hensynet til brugerne Eksisterende vejledninger Planlægningsprocessen med fokus på dagslysforhold De implicerede parters rolle Forslag til nye værktøjer til brug tidligt i bygningsplanlægningen Afrunding Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Hvorfor bruge designværktøjer? Valg af/krav til programmer Behandling af dagslys og solafskærmninger Simuleringsperioder og vejrdata Kontrolsystemer Tidsskridt Brugervenlighed og tidsforbrug Resultater og resultatformidling Simple beregningsmetoder Skabelonmetoden fra By og Byg Principperne bag skabelonerne Skabelonmetoden for sidebelyste rum Vurdering af skabelonmetoden Simuleringsprogrammer BSim2002 og SimLight Dagslysberegninger med SimLight Begrænsninger Solafskærmninger Sollys og skygger Definition og styring af den kunstige belysning Beregning af termisk varmebelastning og energiforbrug Import af CAD-tegninger Links til andre programmer Eksport af data og visualisering af dagslysforhold i Desktop Radiance Vurdering af BSim Andre beregningsprogrammer ParaSol Derob-LTH Inputdata til ParaSol Simulering Resultater Programmets anvendelighed

13 Indholdsfortegnelse 5.9 Desktop Radiance Dagslysberegninger med Desktop Radiance Opbygning af model Solafskærmning Valg af simuleringsparametre Vurdering af programmet ADELINE Geometrisk model Dagslyssimuleringer Termiske og energimæssige simuleringer Vurdering af programmet DAYSIM Implementering af DAYSIM i simuleringsprogrammer Mulighed for samkørsel og supplering af programmer ESP-r i samkørsel med Radiance Kort om ESP-r Kort om Radiance Samkørslen Resultater Vurdering af ESP-r/Radiance-samkørslen Dagslysprojekter REVIS IEA Task Samlet vurdering af designværktøjer Programoversigtsskema Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Skitserings- og forslagsfasen Projekteringsfasen Præsentation af IT-Højskolen BSim2002-simuleringer Supplering med Desktop Radiance ESP-r/Radiance-simuleringer Sammenfatning på simuleringer Konklusion Perspektivering Kildeangivelse Bilag Bilag 1: Tabel med afskærmningsfaktorer for udvalgte solafskærmninger Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Bilag 4: Referat af telefonsamtale med Kjeld Johnsen 7/ Bilag 5: Forslag til netværk af beregningspunkter for dagslyssimuleringer i Desktop Radiance fra [Dubois1]

14 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Bilag 6: korrespondance med Christoph Reinhart Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel Bilag 10: tsbi5simuleringsparametre

15 Indledning Indledning Der er i de senere år blevet opført mange postmodernistiske domicilbyggerier og offentlige bygninger med store glaspartier. Ideen er at signalere åbenhed, markere sig arkitektonisk samt at opnå bedre dagslysforhold. Samtidig er der efterhånden en voksende erkendelse hos rådgiverne i byggebranchen af, at facaderne har fået en mere multifunktionel virkemåde. Nogle af disse funktioner er tilførsel af dagslys, solenergi (varmetilskud), udsyn, varmeisolerende og solafskærmning. Disse funktioner påvirker bygningens indeklima (lys og temperatur) samt energiforbrug (varme, ventilation og køling), og skal søges optimeret i forbindelse med projekteringen. Der stilles også større krav til brugernes tilfredshed med indeklimaet, hvilket især i de nye storrumskontorer kan være svært at forudsige allerede i projekteringsfasen. Brug af glas i facaden giver altså nye muligheder for at arbejde med dagslys, udsyn og rumoplevelse, men kan også give gener som overophedning, blænding og genskin i computerskærme. Desværre sker der ofte ikke den nødvendige vurdering og beregning af forholdene under projekteringsprocessen, hvorfor generne bliver større end fordelene, og det er nødvendigt senere hen at foretage lappeløsninger for at få tilfredsstillende arbejdsforhold. Denne rapport vil fokusere på øget dagslysudnyttelse og de positive og negative effekter, dette vil medføre. Der er betydelige energibesparelser at hente ved at projektere bygninger med et tilstrækkeligt og funktionelt dagslys i rummene, som kan gøre den kunstige belysning overflødig store dele af året. Flere undersøgelser bl.a. [SBI 318] har derudover vist, at dagslys og sollys kan have en væsentlig positiv psykologisk indflydelse på mennesker, og at flere mennesker foretrækker dagslys frem for kunstig belysning på arbejdspladsen. Hensigten med dette projekt er at fokusere på muligheden og betingelserne for en integreret behandling og analyse af dagslys i henhold til termisk indeklima, lysforhold og energiforhold i projektering af kontorbygninger og andre offentlige bygninger 1. Der findes mange forskellige metoder til separat karakterisering af de forskellige termiske, lystekniske samt visuelle forhold, som øget dagslysudnyttelse har indflydelse på, men det ideelle ville være at have mulighed for at lave en integreret analyse af forholdene. Formålet med projektet er at skitsere forudsætningerne for en god integreret behandling af dagslys under bygningsplanlægningen 2 samt at undersøge mulighederne for at benytte forskellige designværktøjer i projekteringen af bygninger, der kan bruges til vurdering og beregning af dagslysforholdene, på forskellige tidspunkter i projekteringsprocessen. Udgangspunktet er simuleringsprogrammet BSim2002, der benyttes af flere rådgivende ingeniører og bruges i undervisningen til uddannelse af kommende ingeniører, men som måske ikke giver tilstrækkelig mulighed for behandling af dagslysforhold fx ved analyse af solafskærmningers indflydelse på dagslysforholdene For at udbrede brugen af disse designværktøjer vil det være optimalt med værktøjer, der kan bruges på universitetet, så de studerende er vant til at bruge værktøjerne og efter endt uddannelse kan opfordre projekterende til at gøre mere ud af sådanne simuleringer i projekteringen af vinduessystemer 3 eller glasfacader. På denne måde er der måske håb for en øget udbredelse af simuleringsværktøjer i projekteringsprocessen, så der kan undgås uoptimale lappeløsninger. 1 I det efterfølgende ofte refereret til som integreret behandling og analyse af dagslys i projekteringen af bygninger 2 Brugs i denne rapport som samlet betegnelse for program- og projekteringsfasen 3 Bruges i denne rapport som en samlet betegnelse for vinduer eller glaspartier med solafskærmning eller lysdirigerende elementer. 11

16 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Rapporten indledes med tre teoretiske baggrundskapitler med en generel beskrivelse af dagslysudnyttelse, typer af vinduessystemer samt myndighedskrav omkring belysning, dagslys og energiforbrug. Analysedelen af rapporten består af en beskrivelse af mulighederne for bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys, en undersøgelse og vurdering af udvalgte tilgængelige designværktøjer til brug ved projektering med øget dagslysudnyttelse for øje samt et konkret eksempel på brugen af designværktøjer i projekteringen. Der er ikke foretaget en egentlig validering af værktøjerne, men i stedet er der skelet til valideringer i andre rapporter. Beskrivelsen af værktøjerne er ikke en egentlig brugervejledning, men en beskrivelse af muligheder og beregningsmetoder samt anbefalinger til brugen af værktøjet. De bygninger, der refereres til i projekttitlen, er kontorbyggeri og andre større offentlige bygninger, idet overophedning, gener fra sollys og et højt potentiale for udnyttelse af dagslys i dagtimerne er størst for denne type bygninger. 12

17 Generelt om dagslysudnyttelse 1 Generelt om dagslysudnyttelse Kort beskrivelse af forholdene omkring dagslysudnyttelse, terminologi og begreber som indledning til forståelse af problematik omkring, krav til og valg af designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger. 1.1 Udnyttelse af dagslys Øget udnyttelse af dagslys kan give store energibesparelser på elforbruget til kunstlys, da det ved den rigtige udformning af vinduessystemerne og rumgeometrien samt orientering og placering af bygningen er muligt klare sig med dagslys uden behov for supplerende kunstlys store dele af brugstiden. Desuden adskiller dagslys sig fra kunstlys ved at have større variation i styrke, farve og retning, og det varierer over dagen, årstiderne og med skiftende vejrforhold. Dette skulle efter sigende have en positiv effekt på menneskers trivsel [By&Byg 203]. En anden positiv effekt af øget dagslysudnyttelse er muligheden for ekstra varmetilskud fra solindfaldet i fyringssæsonen. Den øgede dagslysudnyttelse har dog også indvirkning på indeklimaet i form af risiko for overophedning og for høje lysstyrker og kontraster, der kan medføre øget energiforbrug til køling samt blænding. Derfor er det oftest nødvendigt at anvende en eller anden form for solafskærmning både mht. varme og lys. Alt dette bør der tages højde for i projekteringen af bygninger, og målet for en integreret dagslysprojektering skal være at sikre, at der, så stor en del af brugstiden som muligt, kommer tilstrækkeligt lys gennem vinduet samtidig med, at brugerne kan udføre det planlagte arbejde under tilfredsstillende indeklimaforhold. Vinduessystemer skal således optimeres for at maksimere dagslysindfaldet mens kølebehovet minimeres således, at designløsningerne i projekteringen vil resultere i energibesparelser og gode indeklimaforhold. 1.2 Termer og begreber for dagslys Belysningsterminologi Inden for belysningsteknikken anvendes forskellige begreber, som må kendes for at forstå, hvordan lysforhold beskrives. De vigtigste lystekniske begreber, der benyttes i denne rapport er: Lyssstrøm, F [lm] Den for øjet synlige del af strålingsstrømmen (lys), der udsendes fra en lyskilde (kunstlys, solen eller himmelhvælvingen) betegnes som lysstrømmen og måles i enheden lumen [lm]. Lysstrømmen er et mål for, hvor meget synligt lys, der udsendes fra en lyskilde med en given udsendt energi pr tidsenhed målt i watt [Dreyer], fx fra en 60 watt pære. 13

18 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Lysstyrke, I [cd] Lysstrømmen i en given retning inden for en lille rumvinkel, dω betegnes som lysstyrken i denne retning og måles i enheden candela [cd]. Lysstyrken bruges til at beskrive, hvorledes lysstrømmen fra en lyskilde fordeler sig i forskellige retninger i rummet [Dreyer]. Belysningsstyrke, E [lux] Belysningsstyrke angiver størrelsen af lysstrømmen, der pr. arealenhed rammer og belyser en flade og måles i enheden lux [Dreyer]. Belysningsstyrken kan forholdsvist nemt måles med måleinstrumentet luxmeter. Belysningsstyrken angiver hvor meget lys, der rammer en flade pr. m 2, og er oftest det der bruges som måleenhed, når der i lovgivningen stilles krav til om lysmængderne i fx kontorer. Luminans, L [cd/m 2 ] Luminans er et mål for hvor meget lys, der udsendes fra en flade mod øjet efter transmission eller refleksion på fladen, og angives med enheden candela pr. m 2 [cd/m 2 ]. [Dreyer]. Den beregnes som lysstyrken, der udsendes fra fladen mod øjet divideret med arealet af fladen 4. Det er altså en beskrivelse af øjets opfattelse af den belyste flade, dvs. hvor lys fladen ser ud. Fx opfattes et sort stykke papir og et hvidt stykke papir forskelligt selv om belysningsstyrken er den samme på de to flader [SBI 196]. Luminans alene siger ikke noget om, hvor lys fladen er, men sammenholdt med luminanserne af de øvrige flader i synsfeltet, bruges den som et udtryk for, hvor lys fladen opfattes [SBI 196]. Illustrationerne stammer fra [By&Byg 203] Solstrålingsterminologi Også inden for solvarmeteknik er der defineret en række terminologier, som bruges omkring solvarme. De er alle anført i [DS 2336] og gengives kort her. De vigtigste for denne rapport er: Direkte solstråling Den del af solstrålingen, som efter en reduktion ved passage af atmosfæren, når jordoverfladen som parallelstråling. Når ikke andet er angivet regnes bestrålingsstyrken for den direkte solstråling i forhold til et plan vinkelret på solstrålingsretningen. Diffus himmelstråling Solstråling, som er blevet spredt af luftmolekyler, aerosolpartikler og skyer i atmosfæren. Hvis ikke andet er givet, menes der den diffuse himmelstråling, som rammer et vandret plan fra hele hemisfæren. Solhøjden, g s Vinklen mellem retningen i vertikalplanet gennem solen og horisontplanet. Solindfald, q Indfaldende solstrålingsenergi i et punkt på en overflade pr. arealenhed [J/m 2 ] Bestrålingsstyrke, E Indfaldende solstrålingsstrøm i et punkt på en overflade pr. arealenhed [W/m 2 ] 4 Dette areal angives som det tilsyneladende areal af fladen, der er arealet af den ortogonale projektion af denne flade på et plan vinkelret på den givne retning. 14

19 Generelt om dagslysudnyttelse Dagslysfaktoren, DF Til behandling, vurdering og sammenligning af dagslysmængder er der defineret nogle begreber, hvor dagslysfaktoren er den mest anvendte. Dagslysfaktoren er en relativ størrelse, der angiver et mål for, hvor meget dagslys der er inde i forhold til ude. Ved at anvende en relativ størrelse er det nemmere at sammenligne forholdene i løbet af dagen og årstiderne, hvor styrken af dagslyset er varierende. Definitionen på DF er: Dagslysfaktoren i et punkt i et givet plan er forholdet mellem belysningsstyrken i punktet i planet og den samtidige belysningsstyrke udendørs på et vandret plan, belyst af en fuld himmelhalvkugle. Der ses bort fra direkte sollys [BY&BYG 203] Dagslysfaktoren beregnes af formlen: Eindvendig DF = 100% Eudvendig hvor: E dvendig er belysningsstyrken målt indendørs i et punkt på et givet plan [lux] E udvendig er belysningsstyrken målt udendørs på et vandret plan [lux] Hvis den indendørs belysningsstyrke er 200 lux, når den udendørs belysningsstyrke er lux, er dagslysfaktoren 2 %, som illustreret på Figur 1. Figur 1: Illustration af beregning af dagslysfaktoren [IEA 21] Som grundlag for beregningerne anvendes en CIE-overskyet himmel eller en jævnt overskyet himmel 5. Der ses bort fra direkte sollys. Da luminansfordelingen for de to himmeltyper er uafhængig af kompasretningen, er dagslysfaktoren uafhængig af vinduesorienteringen. Dagslysfaktoren angives for et givet punkt i rummet og er en fast størrelse, der anvendes til at vurdere minimumsforhold, der indtræffer på overskyede dage. Se Tabel 1 med tommelfingerregler for vurdering af størrelsen af dagslysfaktoren. Dagslysfaktoren kan bestemmes enten ved målinger i eksisterende bygninger eller ved brug af forskellige beregningsværktøjer. Ved en detaljeret beregning af dagslysfaktoren i et punkt bestemmes den som summen af tre komponenter: himmelkomponenten SC, udvendigt reflekterede komponent ERC og indvendigt reflekterede komponent IRC, denne opdeling og bestemmelse af de forskellige bidrag beskrives nærmere i afsnit 5.4. Tabel 1: Tommelfingerregler for størrelser af dagslysfaktoren Der kan gives følgende tommelfingerregler for dagslysfaktoren: 1 % er for lav 2 % er minimum ifølge arbejdstilsynet mellem 2-5 % opfattes som godt ved 5 % er lysniveauet tilstrækkeligt uden supplering med kunstlys over 10 % er blændingsproblemer sandsynlige [Dubois1] 5 Se beskrivelse af himmeltyper i afsnit

20 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Dagslysfaktoren er en god måleparameter til dokumentation for, om der er tilstrækkeligt dagslys indenfor. Den siger dog ikke noget direkte om belysningsniveauet indenfor, idet den er angivet relativt i forhold til den udvendige belysningsstyrke. Dagslysfaktoren er en ren lysteknisk betegnelse og kan ikke benyttes i forbindelse med energiberegninger. Desuden kan den ikke bruges til vurdering af dagslyskvaliteten, og da den ikke kan håndtere direkte sollys, er den heller ikke egnet til vurdering af behov for solafskærmning. Undersøgelser blandt ansatte i kontorbygninger har vist, at der var god overensstemmelse mellem de målte dagslysfaktorer og de ansattes vurdering af dagslysniveauet. Jo større dagslysfaktoren er, jo højere vurderes niveauet. [SBI 318] Sollysfaktor Ved dynamiske beregninger er der behov for mere detaljerede beregninger af dagslyset end dagslysfaktoren kan illustrere. Direkte sollys, gennem vinduet eller reflekteret fra jordoverfladen og andre omgivelser giver nemlig et væsentligt bidrag til den faktiske belysningsstyrke i rummet og må derfor medtages i beregningerne. Det er desuden nødvendigt at tage hensyn til, at belysningsstyrken i et rum i praksis varierer med årstiderne og vinduesorienteringen, da den er større mod syd end nord. For at tilgodese dette kan den relative belysningsstyrke i lokalet i stedet angives i forhold til det aktuelle lysindfald på vinduet. Dette forhold benævnes sollysfaktoren, SF, og defineres som: Sollysfaktoren i et punkt i et givet plan er forholdet mellem belysningsstyrken i punktet i planet og den samtidige belysningsstyrke udendørs på facadens plan (vinduesfladens plan) uden skygger fra omgivelserne. [SBI 277] Der findes vejrdata for solstrålingen opsplittet i direkte solstråling og diffus himmelstråling, hvilket bruges i beregningsprogrammer til at beregne de enkelte bidrag til indstrålingen på enhver flade i det fri time for time gennem et helt år. I afsnit beskrives nærmere, hvordan sollysfaktoren bruges konkret i et beregningsprogram, og hvordan der kan tages hensyn til solafskærmninger. 1.3 Solstråling og dagslys gennem vinduessystemer Solstrålingen der rammer jordens overflade efter passage gennem atmosfæren opdeles i direkte solstråling og diffuse himmelstråling, og summen af disse bidrag kaldes globalstrålingen. Jo større en del af solstrålingen der spredes i atmosfæren, jo større bliver bestrålingsstyrken fra den diffuse himmelstråling, og jo mindre bliver den direkte solstråling ved jordens overflade. Som vist på Figur 2 ligger solstrålingen stort set inden for bølgelængdeområdet fra 200 til nm (1nm = 10-9 ). Dagslys er defineret som den del af solstrålingen, mennesket opfatter som lys (synlig stråling eller lysstrøm) og ligger i intervallet ca nm som er skraveret på figuren. Figur 2: Graf over solstrålingens fordeling over bølgelængdeområdet samt markering af den del af strålingen der er synlig og omfatter dagslys [SBI 277] 16

21 Generelt om dagslysudnyttelse Belysningsstyrken uden for vinduet varierer hele tiden som følge af skiftende årstider, vejrforhold samt solhøjder og -vinkler i løbet af dagen. Lyset, der rammer en flade, er en kombination af direkte sol fra solen samt det reflekterede bidrag fra himmelhvælvingen, skyerne samt omgivelserne. På en sommerdag med højt solskin kan belysningsstyrken på en vandret flade komme op på lux, hvorfra lux kommer fra den blå himmel og resten direkte fra solen. På overskyede dage er niveauet omkring lux om vinteren og lux om sommeren for en typisk skydækketykkelse. En overskyet himmel kan altså give 3 gange så meget lys som en skyfri himmel, når det direkte bidrag fra solen ikke medtages. [By&Byg 203]. Til sammenligning kan nævnes, at myndighedskravet til almenbelysning er minimum 200 lux Standard himmeltyper For at forenkle beregningerne af indendørs belysningsstyrker i fx computerprogrammer har Commission Internationale de l Eclairage, CIE, defineret en række teoretiske, standardiserede himmeltyper: CIE skyfri himmel, CIE delvist overskyet himmel og CIE overskyet himmel. På Figur 3 ses lysfordelingerne på himmelhvælvingen for de 3 himmeltyper samt en jævnt overskyet himmel. Jævn overskyet Figur 3: Diagram der viser lysfordelingen for hhv. en CIE skyfri, CIE delvist overskyet, CIE overskyet himmel og en jævnt overskyet himmel. Den øverste række er angivet i sort/hvid mens den nederste er i farver. CIE skyfri himmel (clear sky) Himmelluminansen af en skyfri himmel er kompleks med en meget uensartet fordeling. Luminansfordelingen for en CIE skyfrihimmel er beskrevet ved Kittlers formel [CIE], og der tages hensyn til sollysets diffusering og spredning for en klar skyfri atmosfære, hvor himmelluminansfordelingen forandres med solens position på himlen og atmosfærens sammensætning [CIE]. De højeste luminanser findes i området omkring solen, og den skyfrie himmel karakteriseres ved, at luminansen er højere ved horisonten end i zenit. I simuleringsprogrammer er det ofte muligt at vælge en CIE skyfri himmel med eller uden direkte sol (er ikke illustreret). CIE delvist overskyet himmel (intermediate) Den delvist overskyede himmel er en mere sløret variant af den skyfri himmel, idet den regnes for et skydække på %. Himmelluminansen varierer med det %-vise skydække, der dog ofte antager gennemsnitsværdien [CIE]. Solen er ikke så lysende og ændringen i luminansniveauet for himmelhvælvingen længere væk fra solen er ikke så drastisk [Daymedia]. 17

22 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger CIE overskyet himmel (overcast) Gennem målinger for en helt overskyet himmel forskellige steder på jorden er det blevet vist at luminansfordelingen er højere i zenit end ved horisonten. CIE har på baggrund af disse målinger opstillet en standard for luminansfordelingen ved en overskyet himmel. For en CIE overskyet himmel afhænger himmelluminansen kun af højdevinklen (mellem horisont og zenit) og er uafhængig af orienteringen og solhøjden. Endvidere falder luminansen jævnt fra zenit ned mod horisonten, hvor den er en tredjedel af luminansen i zenit [CIE]. Følgende formel bruges til beregning af himmelluminansen: L ( θ ) = Lz 1+ 2sinθ 3 hvor: L(θ) er himmelluminansen ved højdevinklen θ, cd/m 2 θ er højdevinklen over zenit Det ses at luminansen i zenit (L z ) er 3 gange større end ved horisonten. [CIE] Jævnt overskyet Der findes en fjerde himmeltype, der benyttes til simplere beregninger, en jævnt overskyet himmel. Denne himmeltype forudsætter at himmelhvælvingen er perfekt diffuserende med en jævn, ensartet luminans i alle punkter Dagslysets variation i Danmark For mere realistiske vurderinger af solstråling og dagslysmængder på bygningsoverflader er det nødvendigt at kende hyppigheder og variationer over året af belysningsstyrken på flader med forskellig orientering. Disse informationer om dagslyset og solstrålingens variation i Danmark fås fra det såkaldte danske referenceår DRY, der angiver timemiddelværdier samt 5-minuttersværdier af udeklimadata for et helt år. Et referenceår er sammensat af 12 typiske måneder fra en udvalgt periode for en bestemt lokalitet, i dette tilfælde Danmark. DRY, betyder Design Reference Year, og dækker den 15-årige periode Desuden findes en ældre udgave af et dansk referenceår kaldet TRY, Test Reference Year, der dækker perioden og har færre klimadata. [SBI 277] Da referenceåret kun indeholder værdier for den diffuse himmelstråling/belysningsstyrke på en vandret flade og den direkte solstråling/belysningsstyrke vinkelret på strålingsretningen (normalstrålingen), er det nødvendigt at kunne omregne disse værdier til værdier for en flade med vilkårlig hældning, så belysningsstyrken på fx et lodret vindue kan bestemmes. Dette gøres ved forskellige algoritme-modeller udviklet på baggrund af målinger. Det er især fordelingen af det diffuse lys, der er kompliceret, det direkte lys er nemmere at håndtere. Metoder til bestemmelse af belysningsstyrken på vilkårlige fladehældninger er fx den lidt simplere danske model udviklet af E. Petersen [Petersen] og den mere benyttede Perez Model [Perez et al.]. Som med referenceåret, DRY, er der for modellerne tale om tilnærmede beskrivelser af virkelige forhold, hvilket man skal have for øje når resultaterne vurderes. 18

23 Generelt om dagslysudnyttelse Anbefaling og påvirkning af belysningsforhold Det er vigtigt at have gode belysningsforhold på arbejdspladsen, for at arbejdet kan udføres tilfredsstillende, sikkert og uden at øjnene anstrenges unødigt. Ifølge Dansk Standard 700, og forskellige undersøgelser anbefales de i Tabel 2 angivne belysningsstyrker på og omkring arbejdspladsen i et kontor 6 : Tabel 2: Anbefalede belysningsstyrker omkring arbejdspladsen Arbejdsplanet 500 lux [DS 700] Det horisontale plan ved computerskærmen lux [Dubois1] Generelt i lokalet (almenbelysning) 200 lux [DS 700] Belysningsforholdene ved en arbejdsplads med siddende arbejdsstilling angives og beregnes oftest ud fra et arbejdsplan med en højde på 0,8 eller 0,85 m over gulvet. Det er dog ikke nødvendigt at dimensionere almenbelysningen (inkl. dagslys) efter at opnå 500 lux på arbejdsplanet, idet dette niveau kan opnås ved supplering med arbejdslamper. Hvis der foregår meget skærmarbejde på arbejdspladsen, kan lavere belysningsstyrker faktisk være at fortrække, men muligheden for at få 500 lux på arbejdsplanet skal dog stadig være til stede, da skærmarbejde ofte vil være kombineret med papirarbejde på arbejdsplanet. Det er, som beskrevet tidligere, ønskeligt at opnå de anbefalede belysningsstyrker ved udnyttelse af dagslyset. Dagslyset ledes ind i bygningen gennem glaspartier, vinduer 7 eller translucente 8 overflader. For at opnå god dagslysudnyttelse er det nødvendigt at vurdere de forskellige parametre, der har indflydelse på mængden af dagslys, der kommer ind i bygningen, allerede tidligt i projekteringsfasen. Nedenfor i er listet en række parametre der har indflydelse på dagslysudnyttelsen: Tabel 3: Parametre, der har indflydelse på dagslysudnyttelsen Dagslysstrømmen gennem vinduessystemet påvirkes af: Belysningsniveauet, der kan opnås ved dagslys, inde i et lokale afhænger af: Størrelsen af det gennemskinnelige areal Rudetypen og evt. belægninger på glasset Orienteringen af glasarealerne Solafskærmningens udformning Fremspring omkring vinduet Skyggende genstande uden for vinduet Vejret og årstiden Retningen og størrelsen af lysstyrken fra vinduet Rummets geometri Overfladernes reflekterende egenskaber Rummets møblering Solstråling gennem vinduessystemer Den mængde sollys og solenergi, der kan passere ind igennem vinduessystemet er afhængig af vinduets og solafskærmningens konstruktion. Når solens stråler rammer solafskærmningen eller ruden, afhængig af, om der er tale om indvendig eller udvendig solafskærmning, vil strålingen opsplittes. En del reflekteres, en del transmitteres direkte gennem afskærmningen eller ruden mens resten absorberes i afskærmningen eller ruden og overføres som indirekte transmitteret solenergi eller eftervarme udad 9, 6 En mere udførlig beskrivelse af myndighedskravene følger i kapitel 3 7 i form af sidelys (vertikalt placering) eller ovenlys (skrå eller horisontal placering) 8 gennemskinnelig så lyset kan passere igennem men IKKE gennemsigtig så man kan se igennem 9 Der kan opstå interrefleksioner for hvert af lagene i vinduessystemet, som fører til nye transmissioner og absorptioner. 19

24 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger som vist på Figur 4. For sollyset sker der dog ingen absorption. Forholdet mellem den del af solstrålingen, der henholdsvis reflekteres, transmitteres eller absorberes og den samlede solstråling, der rammer en flade, benævnes henholdsvis reflektansen, ρ, transmittansen, τ, og absorptansen, α. Summen af de 3 dele, der er illustreret på Figur 5, giver som følge af definitionen 1. refleksion absorption transmission Figur 4: Illustration af sollysets og solenergiens opsplitning ved passage gennem vinduessystemet samt bidragene til den totale solenergitransmittans [BPS 121] Figur 5: Illustration af refleksion, absorption og transmission Den samlede mængde solenergi, der passerer gennem ruden i forhold til den del, der rammer rudens yderside, udmåles i den totale solenergitransmittans, g-værdien, der indeholder den direkte solenergitransmittans, τ e, plus den indirekte transmitterede solenergi, q i [BPS 120], og kan bestemmes som: g = t + [pren ] e q i Med den indirekte transmitterede solenergi menes den energi, som absorberes i solafskærmningen eller ruden, og derefter spredes som eftervarme indad. Traditionelt set beregnes g-værdien udelukkende for ruden. Principperne for beregning af g-værdien for en solafskærmning i kombination med en rude er ifølge standarderne [pren ] og [ISO/DIS 15099] blot, at solafskærmningen betragtes som et ekstra lag i systemet. Den totale solenergitransmittans bestemmes på grundlag af oplysninger om de enkelte lags reflektans, transmittans og absorptans for solstråling samt rudens og solafskærmningens varmetransmissionsforhold. Den sekundære varmestrøm findes på baggrund af solenergien absorberet i vinduets glaslag og solafskærmningen, varmeovergangen mellem glaslagene, varmeovergangen mellem glas og solafskærmning samt overgangsisolanser udvendigt og indvendigt. [Hornuff]. For en detaljeret beskrivelse af beregningsmetoden henvises til standarderne [pren ] og [ISO/DIS 15099], der også er kort beskrevet I afsnit 2.3. Den totale solenergitransmittans kan med enkelte tilnærmelser for solafskærmningerne også bestemmes vha. det europæiske vinduessimuleringsprogram WIS 10, idet programmet anvender de beregningsmetoder, som foreskrives i [pren ]. WIS bruger inputdata for afskærmningens reflektans, absorptans, transmittans og emittans i bølgelængdeintervallet nm. [Hornuff] 10 Da WIS kun kan modellere lameller, kan plane solafskærmninger som rullegardiner modelleres som fuldt lukkede brede lameller med en indbyrdes afstand af samme størrelsesorden som lamelbredden. 20

25 Generelt om dagslysudnyttelse Som mål for hvor effektiv afskærmningen i vinduessystemet er til at afskærme for varme og lyset, bruges dog oftest afskærmningsfaktoren for hhv. solvarme og dagslys. Disse faktorer beskrives nærmere i afsnit 2.1. Retningen og spredningen af sollyset efter refleksion og transmission afhænger af materialerne, sollyset rammer. Man skelner mellem to forskellige former for refleksion: spejlende og diffus. Og ligeledes to former for transmission: ren og diffus. De forskellige former er illustreret på Figur 6: Spejlende/spektral refleksion er karakteriseret ved, at indfaldsvinklen er lig udfaldsvinklen for et parallelt strålebundt, der rammer en overflade Diffus refleksion er karakteriseret ved, et parallelt strålebundt, der rammer en overflade spredes i alle retninger efter refleksionen. Ideel diffus refleksion er kendetegnet ved at lysstyrken af det reflekterede lys følger Lamberts s cosinuslov 11 Blandet refleksion er som navnet antyder en blanding af spejlende og diffus refleksion Ren/direkte transmission er karakteriseret ved, at et parallelt strålebundt, efter passage med materialet stadig er et parallelt strålebundt, og dets retning er parallelt med indfaldsretningen Diffus transmission er karakteriseret ved, at lyset spredes i alle retninger efter at have passeret et diffust transmitterende stof. Ideel diffus transmission er kendetegnet ved at lysstyrken af det transmitterede lys følger Lamberts s cosinuslov Blandet transmission er som navnet antyder en blanding af ren og diffus transmission Figur 6: Eksempler på de forskellige former for refleksion og transmission [Revis] [Dreyer] 1.4 Vurdering af dagslyskvalitet Dagslys er egentlig ikke et spørgsmål om kvantitet, der kan beskrives som et vinduesareal i forhold til gulvareal eller ved en minimums belysningsstyrke på en flade. Tværtimod kan et højt niveau af dagslystransmission hurtigt give gener for brugerne, der vil reagere ved at afskærme dagslyset og om nødvendigt tænde det elektriske lys. Den modsatte reaktion kommer ofte meget forsinket eller slet ikke, således at solafskærmningen får lov at virke længere end nødvendig, og det elektriske lys brænder længere end nødvendigt. Det er derfor i stedet kvaliteten af dagslyset, der er afgørende for om udnyttelsen finder sted. Kvaliteten af dagslyset er muligheden for at se ud på omgivelserne 12, at sende dagslyset dybt ind i rummet og at forhindre gener som blænding og store kontraster. Helhedsoplevelsen af rummets belysning bestemmes desuden både af retningen og karakteren af det lys, der kommer ind gennem vinduessystemet [By&Byg 203]. Hvis dagslyset fx ikke sendes dybt ind i rummet, kan der ikke opnås samme besparelser i el-forbruget til kunstlys, og derudover vil kontrasterne inde i rummet blive for store. 11 Et fladeelements strålingsstyrke i en given retning er proportional med cosinus til vinklen mellem fladenormalen og den pågældende retning. [Dreyer] 12 Udsyn gennem solafskærmninger behandles i kapitel 2. 21

26 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Dagslyskvalitet og visuel komfort er begreber, der er svære at definere, vurdere og sætte retningslinjer for. I modsætning til termisk indeklima og komfort findes der ikke en foretrukken neutral situation, hvor mennesket hverken ønsker højere eller lavere belysningsniveau. Lyset og især dagslyset er langt mere kompleks end fx temperaturer og oplevelsen relaterer sig til modtagelse og fortolkning af en række dynamiske syns- og sanseindtryk fra alt, hvad der befinder sig i synsfeltet. Det visuelle miljø og dagslyskvaliteten kan i princippet altid forbedres, og det er derfor svært at angive retningslinjer for, hvornår dagslyskvaliteten er god, men bedre at angive grænser for, hvornår den ikke er tilfredsstillende. [SBI 277] Blænding Blænding er et komplekst fænomen. I daglig tale bruges ordet blænding til at beskrive en ubehagelig visuel oplevelse. I mere videnskabelig sammenhæng er blænding en uønsket visuel effekt forårsaget af store forskelle i luminansniveauer indenfor synsvinklen eller af stærke lyskilder tæt på synsvinklen [SBI 200]. Der skelnes normalt mellem to typer blænding: Synsnedsættende blænding Ubehagsblænding Mens synsnedsættende blænding er let identificerbart af individet, så bliver ubehagsblænding ofte ikke registreret. Selv når det resulterer i hovedpine og overanstrengelse af øjet, bliver kilden til symptomerne ofte ikke identificeret. [BPS 120]. Folk er mere eller mindre tolerante over for blænding afhængig af deres mentale og psykiske tilstand. [Revis] De fleste blændingsindekser, så som Visual Comfort Probability (VCP), the British Glare Index (BGI) og Unified Glare Rating (URG), er udviklet til vurdering af ubehagsblænding fra kunstig belysning og kan ikke bruges til analyse af blænding fra vinduessystemer[revis] [Dubois1]. Det er derfor valgt ikke at komme ind på dette emne i denne rapport, men i stedet fokusere på luminansfordelingen og kontraster til vurdering af dagslyskvaliteten Luminansfordeling og kontraster Lysniveauet og luminansvariationerne i rummet skal holdes inden for øjets adaptionsniveau, hvis det ikke skal give gener. Adaptionen er øjets evne til at tilpasse sig synsfeltets luminanser [Dreyer]. Forskellige undersøgelser har vist, at mennesker og øjet er mere tolerante overfor luminansvariationer og lysniveauer skabt af dagslyset end kunstlyset [SBI 318]. Øjets følsomhed over for luminansfordelinger og kontraster er karakteriseret ved en højere følsomhed nær synsvinklens centerområde og en lavere følsomhed nær periferien af synsvinklen. Acceptable luminansfordelinger afhænger derfor både af lyskildens egenskaber og reflektanserne af de indvendige overflader i rummet. [Revis]. Luminansfordelingen og kontrasterne i rummet kan reguleres ved at ændre reflektanserne af overfladerne i rummet, belysningsstyrkerne af overfladerne og ved at undgå mørke områder bagest i lokalet eller meget lyse områder forrest i lokalet. [Revis] Synsfunktionen kan kun fungere tilfredsstillende, såfremt luminansniveauet på arbejdspladsen og i lokalet passer til øjets adaptionsniveau. Der må derfor ikke være for store luminansforskelle i lokalet, idet hyppige skift mellem høje og lave luminanser trætter øjnene. Af hensyn til øjets funktion er det ønskeligt, at arbejdsopgaven bliver det lyseste objekt inden for synsvinklen 13. [Dubois1] Der er i [Revis] fremsat nogle kriterier for visuel komfort i forbindelse med udvikling af en metode til vurdering af vinduessystemer. De mest interessante er anført i Tabel 4: Tabel 4: Kriterier for visuel komfort [Revis] 13 med mindre der arbejdes med computere, hvor skærmen ikke bør være overbelyst. 22

27 Generelt om dagslysudnyttelse Luminansen af sollys gennem vinduessystemet, inden for øjets synsfelt bør være mindre end et givet maksimum. Maksimum følger en logaritmisk kurve fra cd/m 2 i centeret 14 af det normale synsfelt 15 og cd/m 2 i periferien af synsfeltet. Belysningsstyrken på arbejdsplanet bør mindst være 500 lux Belysningsstyrken på computerskærmen bør være mindre end 500 lux Forholdet mellem luminansen af computerskærmen og luminansen af væggen bag ved en computerskærm, observeret af brugeren siddende foran skærmen, bør være mindre end 10:1 Luminansen af vinduessystemet divideret med luminansen af resten af facaden omkring vinduet observeret af brugeren med ansigtet vendt mod vinduet, bør være mindre end 30 Luminansen af arbejdsopgaven, divideret med luminansen af væggen/vinduet bag bordet, observeret af brugeren siddende foran bordet, bør være mindre end 10 L vinduessystem < cd/m 2 E arbejdsplan > 500 lux E computerskærm < 500 lux L væg bag computerskærm /L computerskærm < 10 L vinduessystem /L facade < 30 L arbejdsopgave /L væg bag bord < Ligger inden for feltet formet af en kegle med en halv topvinkel på Det normale synsfelt er 90 til hver side horisontalt, og 60 op og nedad vertikalt [Revis] 23

28 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 24

29 Typer af vinduessystemer 2 Typer af vinduessystemer Kort beskrivelse af solafskærmningens funktion og egenskaber samt illustration af forskellige udformninger. Beskrivelsen skal primært give et indblik i systemernes opbygning til brug ved modellering af disse i designværktøjerne beskrevet i Kapitel 5, men også tjene som illustration af funktionen og udformningen af solafskærmninger. Løsningen på en fornuftig udnyttelse af dagslyset, hvor der tages hensyn til forholdene omkring øget solstråling i bygningen, er oftest sammensætning og tilpasning af et fornuftigt vinduessystem til bygningen. Især kan anvendelse af en effektiv og tilpasset solafskærmning i vinduessystemet øge kontrollen med mængden af solvarme samt sollys, der trænger ind i bygningen og derved sikre brugerne de bedste termiske og visuelle forhold i kontoret. Valg og udformning af vinduessystemer og solafskærmning vil, altid være et kompromis mellem varmetabet, udnyttelse af dagslys eller kunstig belysning, gratis solvarme, overophedning, ubehagsblænding, udsynet, indsynet og det arkitektoniske udtryk af facaden. 2.1 Solafskærmningens funktion og egenskaber Solafskærmning i vinduessystemer har flere funktioner. Den skal medvirker til: at udelukke solvarmen at hindre indblik at nedsætte høje luminanser og blænding arkitektonisk dekoration men samtidig: afskærmes for dagslyset hindres udsyn afskærmes for evt. ønsket gratisvarme kan lysets sammensætning og farve ændres En god solafskærmning kan derfor blokere for solvarmen, blokere direkte sollys men stadig bevare udsynet og transmittere det diffuse dagslys ind i rummet, så der skabes et behageligt lysniveau/- fordeling uden blænding og høje luminanskontraster. I det følgende vil afskærmningernes termiske og visuelle egenskaber samt styringsmulighederne blive gennemgået Termiske egenskaber Et vinduessystems termiske egenskaber afhænger af afskærmningens evne til at reflektere sollyset samt dens placering. Afskærmningsfaktor for solvarme Det er normalt at karakterisere en solafskærmnings effektivitet i forhold til at afskærme for solvarme ved afskærmningsfaktoren, der bestemmes som: Forholdet mellem den solvarme, der passerer det afskærmede vindue, og den der passerer et uafskærmet vindue med en 2-lags rude med 4 mm almindeligt glas [SBI 196] jo mindre værdi, des mere effektiv er solafskærmningen mod solvarme Afskærmningsfaktoren for solvarme afhænger af placeringen i forhold til ruden. En udvendig placering af solafskærmningen er mest effektiv, idet en stor del af solstrålingen reflekteres væk inden den rammer ruden samtidig med, at en stor del af den indirekte transmitterede solenergi (se evt. Figur 4) ventileres væk fra hulrummet mellem afskærmning og rude. En indvendig placering er derimod mindst effektiv, 25

30 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger fordi den indirekte transmitterede solenergi øges, idet en del af den solstråling, der reflekteres af solafskærmningen bliver tilbagereflekteret eller absorberet på af indersiden af ruden. Placering af solafskærmningen mellem glassene giver en middel effektivitet, idet det kun er det ene glas lag, der kan tilbagereflekterer og absorbere solstrålingen, der reflekteres af solafskærmningen. Ved placering af solafskærmningen i en dobbelt glasfacade er det endvidere muligt at ventilere dele af varmen fra solstrålingen, der når ind i hulrummet, væk, samtidig med at afskærmningen beskyttes mod vejr og vind. Afskærmningsfaktoren for solvarme kan bestemmes med computerprogrammet WIS ud fra afskærmningens spektrale egenskaber målt med goniospektrometer [Hornuff]. Beregningerne i WIS er dog tilnærmet på et par punkter, idet WIS ikke kan modellere krumme overflader, som lameller i persienner ofte har, og i programmet antages alle reflektanser at være diffuse. For persienner og andre solafskærmninger med bevægelige lameller skal afskærmningsfaktoren for varme angives for forskellige positioner af lamellerne. Som minimum skal den angives ved både en hældning på 45 og ved fuldt lukkede lameller jvf. [pren ] [Hornuff]. At benytte en 2-lags rude med almindeligt glas som referencen for afskærmningsfaktoren kan virke noget utidssvarende, idet der ved nybyggeri almindeligvis anvendes lavenergiruder, for at kunne overholde U-værdikravene. Desuden kan det virke lidt irrelevant at holde fast i denne betegnelse for solafskærmningens evne til at afskærme for varme, når der findes en anden og ganske brugbar karakterisation for en rudes evne til at gøre det samme, nemlig g-værdien, der indgår i rudens energimærkningsdata. Beskrivelsen af beregning af g-værdien for et vinduessystem er givet i afsnit 1.3.4, hvilket stadig kunne ske for en referencesituation med en form for gennemsnitlig lavenergirude som reference Visuelle egenskaber Direkte sollys er ofte årsagen til generende belysningsforhold på arbejdspladsen, samt for høje luminanser nær vinduet, mens belysningsstyrkerne og luminanserne bagerst i lokalet kan være for lave. Det er derfor vigtigt, at solafskærmningen kan skærme tilstrækkeligt for den direkte solstråling, mens den skal tillade direkte sollys i andre områder af lokalet. Til dette formål kan bl.a. anvendes en solafskærmning, der omdirigerer lyset således, at det f.eks. rammer loftet og bliver reflekteret længere ind i lokalet. Undersøgelser viser, at de væsentligste årsager til utilfredshed med solafskærmninger er, at solafskærmningerne giver utilstrækkelig beskyttelse mod direkte sollys og forhindrer udsyn. [SBI 318] Et vinduessystems visuelle egenskaber er afhængig af årstiden og orientering af bygningen. Resultater præsenteret i [Dubois2] som en del af et svensk Ph.d.-studie indikerer, at det i skandinaviske lande ved høje breddegrader er meget sværere at opnå acceptable dagslysniveauer i vintermånederne som december end om sommeren i fx juni og september. Dette skyldes den lave solhøjde om vinteren, der gør det svært at afskærme hele vinduesarealet og undgå meget lyse solstriber i rummet, hvilket giver generende kontraster og refleksioner i computerskærme. Afskærmningsfaktor for dagslys Solafskærmningens afskærmningsfaktor for dagslys angiver: 26 Hvor meget dagslys, der passerer det afskærmede vindue, i forhold til det dagslys, der passerer et uafskærmet vindue med en 2-lags rude med 4 mm almindeligt glas [SBI 196] jo større værdi, jo mere dagslys slipper gennem Afskærmningsfaktoren for sollys er i mindre grad end afskærmningsfaktoren for solvarme afhængig af placeringen af solafskærmningen i forhold til ruden. En indvendig placering slipper dog mere lys ind i

31 Typer af vinduessystemer rummet, fordi en del af det lys, der rammer den indvendige afskærmning kastes tilbage på ruden, hvorved noget lys reflekteres mod afskærmningen igen og videre ind i rummet [SBI 200]. Også afskærmningsfaktoren for dagslys kan bestemmes med computerprogrammet WIS ud fra afskærmningens spektrale egenskaber målt med goniospektrometer [Hornuff]. Den samme kommentar omkring afskærmningsfaktoren for varme som utidssvarende kan også gives til afskærmningsfaktoren for dagslys, i henhold til brugen af en 2-lags almindelig glas rude som reference. Der findes også her en anden karakterisation for rudens evne til at transmittere lyset i form af τ-værdien eller sollystransmittansen, hvorfor det virker lidt underligt, at denne ikke bruges for hele vinduessystemet i stedet for afskærmningsfaktoren for lys. Udsyn Som nævnt tidligere er bevarelse af udsynet gennem vinduessystemet en vigtig faktor for brugerne. Udsynet gennem vinduessystemet kan afhængig af solafskærmningens udformning hindres i større eller mindre grad. Eksempelvis blokerer et gardin fuldstændig for udsynet mens et vandret udhæng stort set ikke påvirker udsynet. Der er også forskel på, hvordan udsynet blokeres: en persienne bryder fx udsynet i vandrette striber mens en vævet screen slører udsynet og forringer skarpheden af omgivelserne, se Figur 7. Endeligt kan genspejling af personer eller genstande i vinduet eller solafskærmningen ligeledes nedsætte synligheden af de ydre omgivelser, se Figur 7. Genspejlingen skyldes bl.a. forskellen i luminansen af objekter udenfor og indenfor, og forekommer tydeligst, når det er mørkt udenfor. [Revis] Objekt udenfor Vinduessystem Billedopfattelse indefra rummet Objekt der befinder sig inde i lokalet og ses ved refleksion Figur 7: Illustration af hvordan et vinduessystem kan blokere for udsynet (startende fra venstre): Brydning i lodrette/vandrette striber, sløring og genspejling [Revis] Ændring af farvesammensætning Nogle afskærmninger som fx solafskærmende ruder eller solafskærmende film er farvede. De hindrer ikke udsynet med de giver en ændret opfattelse af farver i omgivelserne ude og inde, der kan virke ubehagelig. I kontorer med farvede ruder kan udsynet virke trist, især i gråvejr og om vinteren. Også farvede markiser, persienner og gardiner kan ændre lyssammensætningen, idet det gennemtrængende lys vil blive farvet og kan forvrænge oplevelsen af farverne i rummet. [SBI 200] En afskærmnings farvegengivelse af synsobjekter er bestemt af det gennemtrængende lys spektrale sammensætning. Dagslyset indeholder hele spektret og er derfor ideelt til at gengive farver. Farvegengivelsen angives med farvegengivelsesindekset R a, hvor den højest opnåelige værdi er 100 som svarer til dagslys [DS700]. 27

32 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Styringsmuligheder Ved styring af regulerbare solafskærmninger kan der vælges mellem manuel og automatisk. Manuel styring sker på brugerens initiativ (efter behov) både ved aktivering og deaktivering, mens automatisk styring sker ved avancerede elektroniske styresystemer, der anvender målte lysstyrke, temperatur osv. som styreparametre. Automatisk regulering kan være med til at sikre optimal brug af solafskærmningen således, at den kun skærmer, når der er behov for det. Brugerne bør dog have mulighed for at overstyre automatikken således, at de fortsat kan kontrollere afskærmningen efter deres præferencer. [Revis] Andre forhold Af andre forhold, der skal tages højde for ved valg af solafskærmning er eksempelvis nødvendigheden af vedligeholdelse, evt. støjgener og økonomiske forhold. Eksempelvis er udvendige afskærmninger mere omkostningstunge end f.eks. indvendige, da de skal konstrueres til at være vejrbestandige. Samtidig kræver særligt bevægelige udvendige systemer en del vedligeholdelse, idet de bl.a. lettere bliver beskidte. Indvendige solafskærmninger er derimod billigere, men skærmer som tidligere nævnt kun i begrænset omfang for solstrålingen. [Hornuff] Vinduessystemerne bør være specialdesignet til de danske vejrforhold med lav solhøjde i vinterhalvåret, der kan give generende blænding, og mange overskyede dage, hvor overflødig solafskærmning virker generende for udsynet samt hindrer dagslysindfald. Orientering af bygningen og udformning af facaden kan også forbedre forholdene omkring øget dagslysudnyttelse. Disse forhold vil kort blive beskrevet nærmere i kapitel Eksempler på traditionelle vinduessystemer Den vigtigste hovedopdeling af vinduessystemer er i faste og regulerbare afskærmninger. Faste afskærmninger vil være aktive alle dage gennem hele året, hvorimod de regulerbare afskærmninger kan fjernes helt på de tidspunkter, hvor der ikke er behov for dem. Ulempen ved de faste afskærmninger er, at de også reducerer solindfaldet om vinteren, hvor det giver et positivt bidrag til varmebalancen. Samtidig reduceres dagslysmængden også på overskyede dage og der blokeres for udsynet. I lande hvor overskyet vejr er udbredt og opvarmningsbehovet er stort om vinteren er regulerbare afskærmninger derfor at fortrække frem for faste, idet de ikke skygger for lys og solvarme, når der ikke er et direkte behov for det [Wallentén2]. For bedre at kunne tilpasse afskærmningen til årstiden, solens bevægelse i løbet af dagen eller vejret findes der også en række delvist regulerbare afskærmninger. I Figur 8 ses et udvalg af forskellige faste, regulerbare og delvis regulerbare solafskærmningstyper: 28

33 Typer af vinduessystemer Fast solafskærmning: Aluminiumslameller (vandrette eller lodrette) [Blendex] Solafskærmende glas Vandrette lameller af lyst reflekterende stenmateriale Udhæng Regulerbar solafskærmning: Persienner [Blendex] Screen [Blendex] Markiser/markisolet [Blendex] 16 Indvendige rullegardiner Delvis regulerbar solafskærmning: Regulerbare vandrette persienner Vendbare lodrette aluminiumslameller Skodder Glaslameller Figur 8: Illustration af forskellige faste, regulerbare og delvis regulerbare solafskærmninger. De fotos, der ikke er angivet kilde for er forfatterens egne fotografier. 16 Mellemting mellem markise og rullegardin 29

34 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Afskærmningerne kan som tidligere nævnt placeres indvendig, udvendig eller integreres i ruden, hvilket vil ændre deres termiske og visuelle egenskaber. Der er forskel på, hvorledes afskærmningen skærmer for dagslyset, idet f.eks. lameller, persienner og markiser skærmer for det direkte sollys men lader det diffuse lys ind, mens andre afskærmninger som glaslameller og solafskærmende glas blot reducerer styrken af den direkte solstråling, men bevarer udsynet bedre. Derudover giver eksempelvis gardiner og screens et ensartet diffust lys, der er velegnet til skærmarbejde og som supplering til andre solafskærmninger, men til gengæld giver de et sløret udsyn eller helt afskærmer for udsyn til omgivelserne. Nogle afskærmninger som aluminiumslameller kan pga. deres høje reflektans samt krumme form være med til at dirigere lyset længere ind rummet, se Figur 9 til venstre. Afskærmninger, der er projekteret vandret ud fra den udvendige facade som fx udhæng, bevarer store dele af udsynet og er effektive om sommeren, men giver ikke tilstrækkeligt afskærmning om vinteren, hvor solen står lavt på himlen, se Figur 9 til højre, hvorfor de ofte må kombineres med anden afskærmning som fx et gardin. Sommer Vinter Figur 9: Illustration af hvordan persienner her placeret mellem glassene i ruden kan være med til at dirigere lyset (symboliseret ved de røde streger) længere ind i rummet. Samt illustration af, hvordan afskærmningseffekten for udhæng afhængigt af årstiden Inden for hver enkelt type af solafskærmning findes en række varianter. Eksempelvis kan persienner fås med perforerede lameller for at øge dagslysindfaldet, ligesom bredden af lamellerne bestemmer udsynspotentialet. Derudover fås de fleste afskærmninger i et stort udvalg af farver. [Hornuff] De enkelte afskærmningstypers evne til at skærme for lys og varme varierer meget og beskrives ofte vha. deres afskærmningsfaktor for hhv. solvarme og dagslys, beskrevet i forrige afsnit. Afskærmningsfaktorer for solvarme og dagslys for udvalgte solafskærmninger kan ses i Indeklimahåndbogen [SBI 196] vedlagt som bilag 1, eller de kan beregnes med WIS. I det svenske Ph.d-projekt [Dubois1] viste undersøgelser, at persienner er den bedste afskærmning, samt at transmittansen for afskærmningen ikke bør være højere end 25 % (specielt i kontorer hvor arbejdet ofte er computerbaseret) eller lavere end 10 % (for ikke at sænke lysniveauet unødigt meget). 2.3 Standarder til karakterisering af vinduessystemer Til karakterisering af vinduessystemers termiske og visuelle egenskaber på forskelligt niveau findes der forskellige internationale standarder, som vil blive beskrevet nedenfor. Dette er kun et upluk af standarder på området, der bliver nævnt her, da disse har særlig relevans for programmer og metoder nævnt i denne rapport. 30

35 Typer af vinduessystemer CEN/TC33/prEN 14501: Blinds and shutters - Thermal and visual comfort - Assessment of performance Præstandarden er udarbejdet af den europæiske standardiserings kommission i 2002, og angiver en metode til at klassificere solafskærmninger efter termiske og visuelle egenskaber. De termiske egenskaber bygger på solafskærmningens evne til at opretholde termisk komfort i lokalet om sommeren vurderet ud fra den operative temperatur. De visuelle egenskaber baseres på, hvorvidt den skaber visuel komfort i et lokale ud fra kriterier for evnen til at undgå blænding og refleksioner, samt at sikre privathed (efter mørkets frembrud) og visuel kontakt til omgivelserne. CEN/TC 89/prEN : Solar protection devices combined with glazing Calculation of solar and light transmittance Part 1: Simplified method Angiver en simplificeret håndberegningsmetode til bestemmelse af en tilnærmet værdi for solenergitransmittans (g-værdien) og lystransmittansen for vinduessystemer med samme typer afskærmninger som nævnt neden for, ud fra g-værdien og lystransmittansen for ruden samt reflektansen og lystransmittansen for afskærmningen. Mere interessant for en detaljeret karakteristik af vinduessystemer er standardens anden del: Part 2: Reference method Denne præstandard fra 2002 indeholder en detaljeret metode til bestemmelse af den totale solenergitransmittans (g-værdien), den direkte transmitterede solenergi og den indirekte transmitterede solenergi for et vinduessystem ud fra den spektrale transmittans, reflektans og den termiske emissivitet for begge sider af de enkelte lag i vinduessystemet, fx målt med et goniospektrometer. Metoden kan bruges for alle solafskærmninger, der er placeret parallelt med vinduet så som persienner, rullegardiner og screens. Placeringen kan være indvendig, udvendig eller mellem glassene i vinduet, og der tages hensyn til ventilering mellem lagene, hvor dette vil optræde. Princippet for beregning af g-værdien for vinduessystemet er, at solafskærmningen betragtes som et ekstra lag i systemet. Beregningerne udføres for en referencesituation med en udetemperatur på 5 C, indetemperatur på 20 C og et vinkelret solindfald på 300 W/m 2 samt en sommersituation svarende til en ude- og indetemperatur på 25 C og et vinkelret solindfald på 500 W/m 2. Standardens beregningsmetoder benyttes bl.a. i vinduessimuleringsprogrammet WIS. ISO/DIS 15099: Thermal Performance of Windows, Doors and Shading Devices Detailed Calculations Indeholder en mere avanceret metode til bestemmelse af vinduessystemers termiske og optiske transmissions egenskaber i form af transmissionskoefficienten (U-værdi), den totale solenergitransmittans (g-værdi) og den direkte solenergitransmittans (τ-værdi). I metoden, der er beregnet til brug i simuleringsprogrammer, opstilles energibalance for alle glaslagene, hvor der tages hensyn til solabsorptansen og de aktuelle temperaturer i stedet for standard referencesituationer. Ud fra disse energibalanceudtryk bestemmes temperaturerne af de individuelle lag og luftrum. Denne metode er også kun gældende for plane afskærmninger placeret parallelt med vinduet, og som udgør et lag i vinduessystemet. Metoden omhandler ikke udvendige afskærmninger som markiser, udhæng, der kun har ringe termisk interaktion med resten af vinduessystemets elementer. Denne metode bruges bl.a. i computerprogrammet ParaSol omtalt i afsnit 5.8. Der findes også standarder med anbefalinger for kunstlys, hvor denne er den vigtigste: CEN/prEN 12464: Light and Lighting Lighting of indoor work places Standard for arbejdsbelysning, der er under udarbejdelse og vil erstatte 17 DS700 Kunstig belysning i arbejdslokaler når den godkendes. 17 På nær et par særlige områder, hvor Danmark har taget forbehold 31

36 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 2.4 Andre dagslyssystemer Der er i de senere år, særligt i udlandet, udviklet nye innovative vinduessystemer, der kan dirigere dagslyset længere ind i rummet fx med refleksion i loftet eller selve vinduessystemet. Disse nye vinduessystemer er måske mere korrekt benævnt dagslyssystemer, da deres primære funktion er at styre dagslyset. Systemerne kan være designet udelukkende til styring af de forskellige typer af dagslys diffust lys eller direkte sollys. Eller de kan samtidig have en afskærmende funktion rettet mod direkte sollys, mens det diffuse lys kan passere gennem, eller de kan afskærme for dele af det direkte sollys, mens andre dele dirigeres ind i rummet. Desuden findes der specielle systemer til ovenlys. Dagslyssystemerne kan enten være placeret udvendigt, indvendigt eller mellem ruderne evt. som en integreret del af en glasfacade. Det er vigtigt at tage højde for klimaet og dominerende vejrtyper ved valg af disse dagslyssystemer. De dagslyssystemer, der er designet til at kontrollere og dirigere det direkte sollys, vil ofte reducere eller helt udelukke det diffuse lys fra himlen. Dette er et problem i Danmark, hvor vejret byder på mange overskyede dage uden direkte sollys. På disse dage, hvor lysstyrken i forvejen er lav, kan dagslyssystemet altså risikere at afskærme yderligere for dagslyset. Vurderingen af disse dagslyssystemer kan til en vis grad behandles som de traditionelle vinduessystemer. Der vil dog stilles højere krav til mulighederne for at modellere systemet i et simuleringsprogram, da opbygningen ofte er kompliceret med flere forskellige interrefleksioner, inden lyset ledes ind i rummet. De forskellige dagslysprogrammer vil, afhængigt af beregningsmetoder, kunne regne på alle eller nogle af dagslyssystemerne, afhængigt af om der er behov for behandling af direkte sollys eller udelukkende diffust lys fra en overskyet himmel. Der har været fokuseret på implementeringen, målingen og funktionen af disse dagslyssystemer i andre projekter som Revis-projektet og IEA Task 21, hvor mere information om systemernes virkemåde og implementering kan søges. I bilag 2 ses en oversigt og kort beskrivelse af forskellige dagslyssystemer, der enten allerede er tilgængelige på markedet eller stadig under udvikling. Fokus i dette projekt er dog sat på solafskærmning og traditionelle vinduessystemer, hvorfor simuleringer på disse dagslyssystemer ikke vil blive behandlet yderligere i denne rapport. 32

37 Myndighedskrav 3 Myndighedskrav Beskrivelse af hvilke krav, der stilles til belysningsniveau, dagslystilgang og indeklima i den danske lovgivning. Desuden omtales et nyt EU-direktiv om bygningers energimæssige ydeevne, samt de danske myndigheders forvaltning af dette, der formentlig afspejles i et nyt bygningsreglement, BR2005. Der findes forskellige myndighedskrav, cirkulærer og vejledninger, som vedrører belysning, dagslysforhold, udnyttelse af dagslys. Disse krav er udformet i et forsøg på at sikre et godt arbejdsmiljø samt at påvirke markedet i en ønsket retning mod større energibevidsthed. I det følgende vil blive gennemgået bestemmelser fra Økonomi- og erhvervsministeriet (tidl. By- og boligministeriet), arbejdstilsynet og Dansk Standard. 3.1 Gældende danske myndighedskrav Dagslys og belysning på arbejdspladsen skal opfylde kravene i Bygningsreglementet 1995 [BR95], Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr. 96/2001 Bekendtgørelse om faste arbejdssteders indretning [Atbekendtgørelse 96] samt den danske standard DS 700 Kunstig belysning i arbejdslokaler [DS 700]. Både bygningsreglementet og Arbejdstilsynets bekendtgørelse stiller krav om, at arbejdslokaler i erhvervsejendomme har en sådan tilgang af dagslys, at de kan betegnes som velbelyste, og at de ansatte har udsyn til det fri gennem vinduerne. Der er dog ikke krav om udsyn fra den enkelte arbejdsplads. I [At-meddelelse nr ] samt [BR95] beskrives at dagslystilgangen normalt vil være tilstrækkelig, når vinduesarealet 18 ved sidelys svarer til mindst 10 % af gulvarealet eller ved ovenlys mindst 7 %. Undersøgelser af forskellige kontorbygninger foretaget i [By&Byg 013] viser imidlertid, at der ikke er en entydig sammenhæng mellem disse forhold. Derfor er det anbefalelsesværdigt at anvende arbejdstilsynets anden regel, der bruges i tilfælde, hvor dagslystilgangen gennem vinduerne er reduceret. Denne regel angiver en mindsteværdi for dagslysfaktoren på 2 % på den enkelte arbejdsplads (skal eftervises ved beregning eller måling). Ved reduceret lysgennemgang (fx tonede vinduer) eller formindsket lysadgang til vinduerne (fx ved tætliggende bygninger og fast solafskærmning) skal vinduesarealet derfor øges forholdsmæssigt. Endvidere beskrives i [At-meddelelse nr ] at vinduer og ovenlys skal være udført, placeret og eventuelt afskærmet således, at de ikke medfører blænding, overophedning eller generende kuldenedfald, hvorfor det ofte er nødvendigt at etablere udvendig solafskærmning ved vinduer med direkte sollysindfald. Kravene om dagslystilgang og udsyn kan fraviges under henvisning til arbejdets art, eller hvis der er tale om afgørende ulempe for virksomhedens drift dette vil dog ikke være tilfældet for almindelige kontorlokaler. DS 700 Kunstig belysning i arbejdslokaler indeholder retningslinjer og krav til den kunstige belysning i arbejdslokaler. Standarden gælder for kunstig belysning, men da den beskriver, hvorledes der opnås gode belysningsforhold, kan en stor del af kvalitetskravene overføres til dagslysforhold. Kravet om belysningsstyrke i almindelige kontorer er 200 lux og 500 lux på selve arbejdsopgaven ved vedvarende arbejde. En CEN-standard for arbejdsbelysning (pren Light and Lighting Lighting of indoor work places) er under udarbejdelse og vil erstatte DS 700, med undtagelse af særlige områder hvor 18 Usikkert hvorvidt der menes glasarealet eller arealet af vinduet med ramme. Bør dog angives for rudearealet, da det kun er gennem dette areal der kan komme lys ind i rummet. 33

38 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Danmark har taget forbehold fx belysningsstyrker og blændingsgrænser. Standarden er foreløbigt sendt til godkendelse, men endnu ikke trådt i kraft. I bygningsreglementet er der endvidere indført krav om, at vinduerne skal udføres, placeres og evt. afskærmes så solindfaldet gennem dem ikke medfører overophedning i arbejdsrummene. Der er ligeledes en øvre grænse for en bygnings vindues- og dørareal på 22 % for konstruktioner, der netop opfylder mindstekravene til U-værdi dog med den mulighed at overholdelse af varmetabsrammen eller energirammen giver mulighed for større vindues- og dørarealer. Om det termiske indeklima står der i [At-meddelelse nr ], at temperaturen under normale klimaog arbejdsforhold generelt bør holdes på C ved stillesiddende arbejde og ikke må overstige 25 C. I DS 474 er de vejledende maksimale grænser for operativ temperatur: 100 timer over 26 C og 25 timer over 27 C. Kunstlys skal ifølge bygningsreglementet søges udført så energiforbrug og effektbehov begrænses mest muligt under hensynstagen til rummets udformning og anvendelse. Desuden skal belysningsanlæg være opdelt i zoner, med mulighed for aktivering efter dagslysforhold og gøremål. Styringen kan dog både være manuel og automatisk. Myndighedskravene er opsummeret i Tabel 5: Tabel 5: Myndighedskrav til dagslystilgang, belysningsniveau og termisk indeklima Dagslystilgangen Belysningsstyrken Termisk indeklima Krav Myndighed DF > 2 % Arbejdstilsynet Vinduer skal udføres, placeres og afskærmes således, at de ikke medfører blænding, overophedning eller generende kuldenedfald 200 lux i kontoret DS lux på selve arbejdsopgaven Temperaturen bør holdes på C størstedelen af arbejdstiden Arbejdstilsynet Max 100 timer over 26 C DS 474 Max 25 timer over 27 C DS Kommentar til myndighedskrav Der er altså i den nuværende lovgivning, bekendtgørelser og standarder ikke givet direkte krav til udnyttelse af dagslys og solafskærmning med det formål at nedbringe el-forbruget til kunstig belysning eller køling. Dette bliver der dog formentlig ændret på i nærmeste fremtid, idet et nyt EU-direktiv samt forslaget til et nyt bygningsreglement, BR05, sætter mere fokus på disse forhold. 3.2 EU-direktiv Der blev i december 2002 udstedt et EU-direktiv om bygningers energimæssige ydeevne. Baggrunden for direktivet er bl.a. sikring af forsyningssikkerheden samt kravet om øget energieffektivitet, især for nybyggeri, der vil påvirke energiforbruget i lang tid fremover. Formålet med direktivet er at fremme bygningers energimæssige ydeevne 19 i EU under hensyntagen til udeklima og lokale forhold, samt indeklimakrav og omkostningseffektivitet. EU-direktivet er dikterende for medlemslandenes lovgivning på området, men det er op til de enkelte lande at stille rammerne for overholdelsen, fx i et evt. nyt dansk bygningsreglement. 19 defineres som: den faktisk forbrugte eller forventede nødvendige energimængde til opfyldelse af de forskellige behov, som er forbundet med en normal brug af bygningen, herunder opvarmning, varmt brugsvand, køling, ventilation og belysning. 34

39 Myndighedskrav Direktivet indeholder krav vedrørende: a) en overordnet ramme for en metode til beregning af bygningers samlede energimæssige ydeevne b) anvendelse af mindstekrav til nye bygningers energimæssige ydeevne c) anvendelse af mindstekrav til den energimæssige ydeevne for store eksisterende bygninger, der skal gennemgå omfattende renoveringsarbejder d) energiattestering for bygninger, der bl.a. viser bygningens energimæssige ydeevne e) regelmæssigt eftersyn af kedler og klimaanlæg i bygninger samt vurdering af varmeanlægget, når dets kedler er ældre end 15 år. Ved beregning af bygningers energimæssige ydeevne skal der for kommercielle bygninger, udover de traditionelle varmeisolerings- og -forsyningskarakteristika, bl.a. medtages: indbygget belysningsinstallation, bygningers placering og orientering, passive solenergisystemer og solafskærmning, naturlig ventilation samt indeklima (herunder det planlagte indeklima). I beregningen tages der (hvor det er relevant) desuden hensyn til bl.a. naturligt lys. Ved eftersyn af klimaanlæg (med nominel køleeffekt på over 12kW) skal der foretages en vurdering af anlæggets effektivitet og dets dimensionering i forhold til bygningens kølebehov. Brugerne skal have passende rådgivning om mulig forbedring eller udskiftning af klimaanlægget og om alternative løsninger [EU direktiv 2002]. Disse alternative løsninger kunne fx være solafskærmning tilpasset de eksisterende forhold i bygningen. Medlemslandene skal sætte de nødvendige love og administrative bestemmelser i kraft for at efterkomme direktivet senest 4. januar Tidshorisonten er således 3 år, men kravene vil formentlig blive inkluderet i det nye bygningsreglement, der som sagt planlægges at træde i kraft i Der sættes med kravene i dette direktiv øget fokus på at nedbringe forbruget til belysning og køling, og i stedet fordres mulighederne for at udnytte dagslys, passive solenergiudnyttelse samt solafskærmning i stedet for køling. At disse forhold medtages i lovgivningen vil formentlig stille øget krav til projekteringen af bygninger samt mulighederne for at vurdere forskellige løsninger af vinduessystemer og alternativer til køling. 3.3 BR2005 I et notat udsendt i august 2002 fra By og Byg 20, udarbejdet for By- og Boligministeriet, er givet et oplæg til hvordan kommende energibestemmelser i Bygningsreglementet i år 2005 kan formuleres, samt hvordan de kan udvikles videre op mod år 2012, hvor den første forpligtelsesperiode for Kyotoaftalen 21 slutter. Notatet giver forslag til følgende 3 kapitler i reglementet: kap. 8 Energiøkonomi, kap. 11 Indeklima og kap. 12 Installationer. Meget karakteristisk for forslaget er overskriften til kap. 8 ændret fra Varmeisolering til Energiøkonomi, for at afspejle, at kravene i kapitlet gælder energi generelt og ikke kun varmeisolering. Der lægges i notatet op til, at der ikke kun fokuseres på varmeisolering men i stedet på energieffektiv bygningsudformning og installationer samt størst mulig udnyttelse af solenergi. Energikravene er angivet som en energiramme, der omfatter energibehovet til opvarmning, ventilation og køling. Det er altså både varme- og el-behovet, der skal medregnes. Det bemærkes i notatet, at køling er medtaget fordi behovet til køling ved ekstra ventilation eller mekanisk køling i nye kontorbygninger kan medføre energiforbrug af samme størrelsesorden som varmeforbruget. Det overvejes desuden om energirammen også skal dække el-forbruget til belysning og dermed fordre til øget dagslysudnyttelse. 20 Statens Byggeforskningsinstitut, selvstændig institution under Økonomi- og Erhvervsministeriet. 21 Parterne i rammekonventionen for Kyotoaftalen forpligter sig til samlet at nedbringe deres emissioner af drivhusgasser med mindst 5 % i forhold til 1990-niveauet i perioden

40 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Ved fastsættelse af energirammen for en bygning bestemmes energibehovet som summen af varmebehovene plus 3 gange summen af el-behovene. Faktoren 3 på el-behovet er valgt, så det svarer nogenlunde til prisforskel og forskel på miljøbelastning ved henholdsvis varme- og elforbrug. Det er formålet at indregning af både varme- og el-behovet, giver mere afbalancerede overvejelser i forbindelse med valg af systemløsningerne fx mellem solafskærmning og køling. Det samlede energibehov til opvarmning, ventilation og køling pr. m 2 opvarmet etageareal for andre bygninger end boliger må højst være 130 MJ/m 2 pr. år, tillagt 100 MJ/m 2 pr. år divideret med etageantallet og tillagt MJ pr. år divideret med det bebyggede areal i m 2. Energibehovet må dog ikke overstige 270 MJ/m 2 pr. år, hvilket er 10 MJ/m 2 mere pr. år end gældende bygningsreglement (tillæg 2 til BR95). Dette maksimale energibehov vil stille større krav til både bygningsdele og systemerne, men vil godt kunne opfyldes, hvis byggeriets parter er indstillet på at lave nogle ændringer i byggeriet. I den foreslåede energiramme er der ikke afsat plads til ekstra mekanisk ventilation eller til mekanisk køling i sommerperioden. Det er formålet, at energirammen vil motivere til effektiv anvendelse af passive tekniker som styret solafskærmning, belysningsstyring og naturlig ventilation med nattekøling. U-værdikrav (skærpede i forholdt til BR95) og varmetabsramme bibeholdes som en forenklet eftervisning, der dog kræver at bygningen har at ventilationsanlæg forsynet med energigenvindingsaggregater med en temperaturvirkningsgrad på mindst 70 %, samt ikke har mekanisk køling. Energirammen er dog fastsat således, at den for typiske bygninger vil være en lempelse i forhold til U-værdikravene og varmetabsrammen. Ved beregning af energibehovet anbefales det i notatet, at der udvikles en normativ beregningsmetode, der, så vidt det er muligt, er baseret på europæiske standarder. Det bemærkes endvidere, at det er et problem, at der er begrænset viden om den reelle sammenhæng mellem elforbruget til belysningen, dagslysadgangen, udformningen af belysningsanlægget og styringen. Også forbruget til mekanisk køling i sommerperioden, hvor det vil være nødvendigt at beregne rumtemperaturforholdene, er lidt problematisk. Endelig nævnes den mulighed, at beregningerne skal gennemføres med et egnet simuleringsprogram. Dette vil også være mulig løsning til det forslag, der stilles om at temperaturforholdene i sommerperioden skal eftervises ved beregning, se neden for. Der er i notatet sat fokus på indeklimaproblemerne i bygninger med store glasarealer, hvor især overophedning om sommeren er et problem. Det foreslås, at der i bygninger, hvor vinduesarealet i øst- syd- eller vestvendte facader udgør mere end 40 pct. af facadearealet eller den interne varmebelastning overstiger 0,5 MJ/m 2 -etageareal pr. døgn, skal temperaturforholdene i sommerperioden eftervises ved beregning [BR2005]. Det er hensigten, at bestemmelsen skal sikre, at der sker en afbalancering mellem energioptimeringen af bygningen og den termiske komfort om sommeren. Det gøres klart at mekanisk køling skal være sidste løsning til opretholdelse af tilfredsstillende indeklimaforhold. Først når alle andre muligheder som solafskærmning, belysningsstyring, energieffektivt udstyr, naturlig ventilation og fjernelse af varmeudvikling direkte fra maskiner, belysning m.v. ikke er tilstrækkelige og kølingen ikke kan opnås mere energiøkonomisk ved forøget mekanisk ventilation herunder ventilation om natten for afkøling af bygningen, må køleanlæg installeres Kommentarer til BR2005 Det er fornuftigt, at der i fremtiden også vil blive sat fokus på elforbruget i forbindelse med projektering af bygninger. Det kan være medvirkende til, at problemerne med overophedning i de populære glasbyggerier løses på anden måde end ved brug af energiforbrugende køleanlæg. Der lægges 36

41 Myndighedskrav med energirammen desuden op til en mere integreret behandling af de energiøkonomiske forhold og øget motivation for brug af passive systemer til nedbringelse af varmelasten i bygningerne, hvilket er helt i tråd med denne rapports idegrundlag. Selvom ovenstående forslag lyder lovende, er der ingen sikkerhed for, at det bliver vedtaget. Det er også en mulighed, at rammerne for sikring af EU-direktivets opfyldelse kun kommer til at være et krav om en enkelt metode til at eftervise, at forholdene er i orden muligvis med en BSim/SimLightsimulering. Sådanne simuleringer vil være forholdsvis simple og med forskellige tilnærmelser, som det kan ses af beskrivelsen i afsnit 5.6 BSim2002 og SimLight. I denne rapport vil der i de efterfølgende kapitler blive beskrevet en undersøge af mulighederne for, hvordan opfyldelsen af kravene i EUdirektivet kan ske vha. simuleringer med mere avancerede programmer end BSim2002, ud fra det formål at få en bedre optimering af dagslysforholdene. Dette sker desuden med fokus på brug i undervisningen på universiteterne, således at de studerende vil være forberedte til at håndtere de større krav, der muligvis vil blive stillet til de projekterende om at finde alternative løsninger på overophedningsproblemet, samt at kunne simulere/afprøve forskellige løsningsmodeller før endeligt valg træffes. 37

42 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 38

43 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys 4 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Hvad skal der tages højde for ved bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys, og hvordan kan det gøres i planlægningens forskellige faser? Beskrivelse af modsætningerne mellem valgkriterierne, hvilket tjener som formål at illustrere, at der er behov for at regne på det samlet som beskrevet senere i kapitel 5. Derefter opridses muligheder og metoder for at medtage de forskellige forhold i løbet af projekteringsprocessen. I kapitel 6 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen gives en mere konkret beskrivelse af, hvordan en integreret analyse af dagslysforholdene i projekteringsprocessens forskellige faser kan ske ved brug af forskellige designværktøjer. Der har ikke hidtil været fast tradition for, at der under bygningsplanlægningen udføres dagslysberegninger. Efterhånden som dagslysets betydning for indeklimaet og elforbruget har fået større opmærksomhed, er der udviklet designværktøjer, der gør det muligt at inddrage analyser af dagslysets udnyttelse i projekteringen af byggeri, se kapitel 5 for beskrivelser af udvalgte værktøjer. Der er i stigende grad behov for en integreret behandling af dagslys i projekteringsprocessen i henhold til indeklima (lysforhold og termiske forhold) og energiforbrug ved beregning og vurdering som følge af den nye byggestil med glas, avancerede bygningskomponenter og mulige kommende ændrede myndighedskrav. En analyse af de forskellige faktorer som dagslysudnyttelsen har indflydelse på, vil kræve større eller mindre detaljeringsgrad afhængigt af tidspunktet i planlægningsprocessen, størrelsen af byggeriet og kompleksiteten i vinduessystemet eller belysningsløsningen. Der er som beskrevet i de første kapitler flere modsætningsforhold forbundet med øget udnyttelse af dagslyset, hvilket gør problematikken kompleks og projektering af dagslysforhold og udnyttelse af dagslyset i bygninger til en kreativ proces. Målet er at skabe en god arkitektonisk og teknisk løsning, der fordrer et godt arbejdsmiljø, samtidig med at el- og energiforbruget reduceres ved at erstatte kunstig belysning med dagslys, øge passiv udnyttelse af solvarmen samt reducere behovet for køling. Det er en balancegang mellem det kvalitative indtryk af arkitektur, indeklima, lysforhold samt udsyn og de ingeniørmæssige kvantitative mål for energireduktionen til kunstlys, varme og køling. Der skal derfor overordnet set vælges ud fra to kriterier: 1. Indeklimakrav til lys, varme og udsyn 2. Energiforbrug til belysning, varme og køling Der stilles derfor også nye krav til samarbejdet mellem ingeniør og arkitekt, hvis en tilfredsstillende løsning skal findes, samt nye krav til en identifikation af bygherrens krav og ønsker til det pågældende byggeris evne til at udnytte dagslyset og skabe visuel komfort samt et godt termisk indeklima uden for store kølebehov. 4.1 Valgkriterier og parametre med indflydelse på dagslysudnyttelsen Bygningens placering og orientering Ved valg af byggegrund og udarbejdelse af bebyggelsesplanen bestemmes også en række forhold omkring solindfaldet i bygningen og dagslysets kvalitet. Grundens størrelse og omkringliggende bebyggelse og beplantning har betydning for, om der kan opnås gode dagslysforhold i samtlige rum 39

44 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Følgende tommelfingerregel kan ifølge [SBI 196] bruges til vurdering af omkringliggende bebyggelses indflydelse på udnyttelsen af dagslyset: Dagslyset kan anvendes som arbejdslys i en stor del af året, hvis linien fra underkanten af vinduet til overkanten af omliggende bygninger eller lignende er under 25 med vandret og vinduerne er store. [SBI 196] se Figur 10 Figur 10: Illustration af tommelfingerregel for omkringliggende bebyggelses indflydelse på udnyttelsen af dagslyset Bygningens og især vinduernes orientering er bestemmende for, hvor meget dagslys og solstråling der tilføres rummene, samt bestemmende for hvornår på dagen og året lysindfaldet er størst. Ved projektering af bygninger, hvor aktiviteterne forårsager stor varmeudvikling, fx kontorer, bør ønsket om at maksimere dagslysudnyttelsen nøje vurderes i sammenhæng med behovet for at kunne kontrollere varmetilskuddet fra solstrålingen samt generne fra blænding. Det maksimale solindfald vil optræde på forskellige tidspunkter af året og dagen. For øst- og vestvendte vinduer optræder det største solindfald om sommeren, for sydvendte vinduer er det største solindfald i forårs- og efterårsmånederne [SBI 196]. Dagslysudnyttelsen samt blændingsgener i løbet af dagen er størst ved lave solhøjder, dvs. for øst- og vestvendte vinduer er generne størst om morgenen og formiddagen stort set hele året, og for sydvendte vinduer om formiddagen, specielt om vinteren. Solindfaldet afhænger også af de forskellige vejrtyper. På overskyede dage modtager de fire hovedorienteringer stort set lige meget lys. På delvist overskyede og skyfrie dage giver det sydvendte vindue mest lys, men ofte er det nødvendigt at afskærme for direkte sollys og solvarme og dermed også dele af dagslyset. Nordvendte vinduer har ikke direkte sol på vinduet, og der er derfor sjældent brug for en afskærmning, hvorved dagslyset kan udnyttes fuldt ud. Til gengæld er dagslysniveauet lavere end for de andre orienteringer, og termisk set bliver varmetabet for store nordvendte vinduer større pga. det manglende varmetilskud fra solindfaldet i fyringssæsonen. Direkte sol på modstående bygninger kan imidlertid forårsage så høje luminanser, at der opstår blænding, så det alligevel bliver nødvendigt at afskærme vinduet. Det anbefales derfor, at valg af vinduessystemer afhænger af bygningens orientering og vurderes ved brug af forskellige designværktøjer. 40

45 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Rumdybder og -udformninger Det er vigtigt for opnåelse af en høj dagslysudnyttelse, at rumdybden ikke er for stor, således at der vil være for lyst i den forreste del af rummet nærmest vinduerne, mens der er for mørkt i den bageste del. En tommelfingerregel siger ifølge [SBI 196]: rumdybden bør ikke overskride 2-2,5 gange afstanden fra gulvet til overkanten af vinduet [SBI 196] - hvilket svarer til en rumdybde på 4-6 meter ved normal vindueshøjde på 2m, se Figur 11 Figur 11: Illustration af tommelfingerregel for maksimal rumdybde Mange nyopførte bygninger har dog bygningsdybder, der er noget større m er ikke ualmindeligt. Og ligegyldigt hvor stort vinduesarealet bliver i facaden, vil så store bygningsdybder resultere i behov for kunstig belysning bagest i rummene. Selv med de nye dagslyssystemer, der kan dirigere dagslyset længere ind i dybe bygninger, vil kontakten til omgivelserne udenfor stadig være tabt i den bagerste del af rummet. Maksimal udnyttelse af dagslyset kan opnås ved at reducere bredden af bygningen eller øge etagehøjden af opholdsarealerne, så vinduerne kan placeres højere i facaden, hvorved lyset får nemmere ved at nå ind til det bageste af lokalet 22. Hvis rummet ligger på øverste etage, kan ovenlys bagest i lokalet også løse problemet med store rumdybder. Hvide eller lyse vægge, lofter og inventar kan også medvirke til at give mere lys i den bageste del af et rum. En passende luminansfordeling i kontorrum opnås ifølge [SBI 196] ved, at lofterne er så lyse, at de reflekterer mindst 70 % af lyset, væggene bør reflektere mellem 50 og 80 % af lyset og gulvet bør reflektere mellem 20 og 40 % af lyset, se Figur 12. Figur 12: Illustration af anbefalede overfladereflektanser [SBI 196] 22 høje vinduer og glasfacader kan dog give anledning til kuldenedfald [SBI 196]. 41

46 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger En skæv lysfordeling af det indfaldne lys i rummet kan bevirke, at brugeren tænder kunstlyset for at lysmiljøet opleves mere behageligt, hvilket bevirker, at kunstlyset er tændt en meget stor del af året med øget energiforbrug og varmetilskud til følge. Det er derfor tilrådeligt at vurdere dagslysfaktor- og luminansfordelingerne i rummet under projekteringsprocessen og gerne så tidligt, at det er muligt at opnå en bedre løsning en udligning med kunstlys Vinduets udformning og placering Store vinduesarealer giver meget dagslys, men resulterer også i blændingsgener samt overophedning, hvis de ikke afskærmes ordentligt. Ifølge brugerundersøgelsen i [SBI 318] er blænding det problem, der optræder hyppigst i forbindelse med vinduet, og hyppigheden stiger med glasprocenten og tilfredsheden med indetemperaturen falder, når glasprocenten stiger. Samtidig viste undersøgelsen dog, at for vinduer med solindfald (syd, øst og vest) ser det ud til, at der findes en optimal størrelse, hvor antallet af tilfredse har et maksimum. Den optimale vinduesstørrelse svarer til en glasprocent (glasandel af facaden) på mellem 25 og 35 for de undersøgte bygninger [SBI 318]. Undersøgelsen underbygger desuden vigtigheden af udsyn, samt at kunne åbne vinduet idet de forhold vedrørende vinduet, som tillægges størst positiv betydning, er muligheden for at kunne se ud, at kunne følge med i vejret udenfor og at kunne lufte ud [SBI 318]. Det er altså anbefalelsesværdigt, at modsætningerne mellem blændingsgener, overophedning og dagslysudnyttelsespotentialet analyseres for forskellige facadeløsninger i projekteringsprocessen ved brug af designværktøjer. Mængden af dagslys er dog også i høj grad bestemt af selve vinduesudformningen, herunder de nære omgivelser af vinduet, især karmen eller murhullets dybde og reflektans samt graden af permanent afskærmning [SBI 200]. En mulig løsning på især blændingsproblemet er at opdele glasarealet i et udsyns- og dagslysvindue, således, at kun udsynsvinduet afskærmes ved direkte sol, mens der stadig kan komme dagslys ind af dagslysvinduet, der er placeret højere i facaden og derved også kaster lyset længere ind i rummet. Dagslysvinduet kan fx placeres som et hensigtsmæssig højtsiddende lysbånd oven over udsynsvinduet, fx i kombination med højtsiddende glasbånd i væggen ind mod belyst naborum, se Figur 13. Figur 13: Illustration af lysbånd over udsynsvindue samt glasbånd mod naborum (E. Pihl & Søn i Lyngby) [By&Byg 013] Det er også muligt at benytte solceller og translucente isoleringsmaterialer (TIM) i fx glasfacader for bedre isoleringsevne og lysudnyttelse uden blænding. Men der vil ikke kommes nærmere ind på brugen af disse i denne rapport. 42

47 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Indretning af arbejdspladsen Placeringen af arbejdspladser og udformningen af facaden bør tilpasses hinanden. En vigtig faktor for gode belysningsforhold omkring arbejdspladsen er en god synlighed af de arbejdsopgaver, der udføres. Synligheden er hovedsageligt bestemt af belysningsstyrken, lysretningen og forholdet mellem rettet og diffust lys. Det er desuden vigtigt, at luminansfordelingen ved arbejdspladsen passer til øjets adaptionsniveau. [SBI 318] Stort set alle kontoransatte benytter computer til deres arbejde, og skærm-arbejdet udgør i gennemsnit ca. 55 % af arbejdstiden [SBI 318]. Ved arbejde med computere er reflekser i skærmen og store variationer i luminansfordelingen omkring arbejdspladsen generende. Der skal derfor under projekteringen tages hensyn til skærmarbejdspladsernes placering i forhold til dagslys og almenbelysning. En placering nær vinduet giver meget dagslys og mulighed for at se ud, men også større risiko for blændingsgener og høje luminansniveauer. Især kan en synsretning fra arbejdspladsen mod vinduet afstedkomme et så højt adaptionsniveau for øjet, at det vanskeliggør udførelsen af skærmarbejde. De bedste synsbetingelser for pc-arbejde optræder normalt et stykke inde i rummet, hvor det er lettere at undgå blændingsproblemer og generende reflekser i skærmen fra dagslys og sollys. [SBI 196] Brugerundersøgelsen beskrevet i [SBI 318] viste dog modsat, at selvom personer, der sidder ved vinduet, ofte er generet af blænding og reflekser i edb-skærmen, ønsker de at have arbejdspladsen nær vinduet, og mere end 70 % har pc en placeret her. Endvidere viste undersøgelsen at tilfredsheden med dagslyset er signifikant størst hos personer, der sidder ved vinduet, (og er for disse uafhængig af antal personer i kontoret). Mens personer, som er placeret et stykke fra vinduet, er mindre tilfredse, og tilfredsheden falder yderligere, når antallet af personer i kontoret stiger. Så selv om arbejdspladsbetingelserne er bedst længere inde i rummet, er det af hensyn til brugerne også nødvendigt, at betingelserne nær vinduet er tilfredsstillende, og disse bør dokumenteres ved brug af designværktøjer i slutningen af projekteringsfasen. Luminansforholdet mellem arbejdsopgave, computerskærmen og omgivelser er anført i Tabel 4, afsnit Kunstlys I alle rum, hvor dagslys er utilstrækkeligt eller ikke opfylder sin funktion, vil brugeren supplere dagslyset med den kunstige belysning. Med tilstrækkeligt og funktionelt dagslys i rummene vil den kunstige belysning dog kunne undværes en stor del af året, og man kan dermed opnå en betydelig energibesparelse. Det kan vurderes om bygningen vil få et rimeligt el-forbrug til kunstig belysning ved at sammenholde forbruget med de retningsgivende nøgletal fra pjecen God og energirigtig kontorbelysning fra Lys & Optik og Lystekniskselskab. Nøgletallet for installeret effekt til kunstig belysning fra almen- og særbelysning i små kontorer er W/m 2. [By&Byg 013]. Ved projektering med øget dagslysudnyttelse vil det dog nok være rimeligt at ligge endnu lavere fx W/m 2. Ved udformning af belysningen i et arbejdslokale skal man være opmærksom på, at der sikres tilstrækkelig belysningsstyrke, passende luminansfordeling, god kontrastgengivelse, passende lysfarve og farvegengivelse, samt at der ikke opstår generende blænding. Som beskrevet i afsnit er en almen belysningsstyrke på lux på vandret plan 0,85 meter over gulv passende ved skærmarbejde, gerne suppleret med arbejdslamper på den enkelte arbejdsplads til individuel regulering af lysniveauet [SBI 200]. Beregning og dimensionering af kunstlys kan ske ved håndberegningsmetoder eller computerprogrammer. Den vigtigste håndberegningsmetode er NB-metoden [Lysteknisk Selskab] til 43

48 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger beregning af indendørs almenbelysning med den tilhørende URG-metode [Lysteknisk Selskab] til blændingsberegning (fra kunstlys). Metoden omfatter beregning af middelbelysningsstyrke og ubehagsblænding samt vurdering af belysningens regelmæssighed ud fra oplysninger om lokalet, belysningsanlæg og lyskilder samt armaturdokumentationen for de anvendte armaturer. Projektering og dimensionering af kunstlys vil ikke blive behandlet videre i denne rapport, mere information om håndberegningsmetoden og computerprogrammerne kan findes i Indeklimahåndbogen/[SBI 196]. Styring af kunstlys Kunstlyset er desværre ofte ikke kun tændt når det er nødvendigt. I mange tilfælde tænder brugeren for lyset alene af vane og det forbliver tændt, selv når rummet ikke benyttes eller dagslysmængden er tilstrækkeligt til at opnå et tilfredsstillende belysningsniveau. En effektiv reduktion af elforbruget til belysning forudsætter, at kunstlyset slukkes, når der ikke er behov for det. Der kan opnås væsentlige besparelsesmuligheder, hvis kunstlyset reguleres automatisk efter dagslysindfaldet og zoneopdeles efter afstanden til vinduet. [BPS 132]. Se illustration af princippet bag en zoneopdeling af rummet på Figur 14. Figur 14: Illustration af princippet bag en zone opdeling af kunstlyset i et kontor. Kurverne viser (nedefra, betragtet fra højre side) lysniveauet for dagslys og kunstlys samt det samlede niveau. Som dagslysniveauet falder ind gennem kontoret øges effekten af kunstlyset for at neutralisere forskellen i belysningsniveauet Styringen kan ske automatisk efter lysniveau (målt med fotocelle), efter brugstid (urstyring) eller efter aktivitet (bevægelsesmeldere) [BPS 132]. Belysningsanlægget kan reguleres trinvist eller trinløst alt efter ønske. Den trinløse dæmpning af lyset har 2 fordele [BPS 132]: 1. at der skabes et bedre visuelt miljø, idet brugerne ikke påvirkes af pludselige ændringer i kunstlysets belysningsstyrke 2. el-besparelserne bliver større når alle lamper justeres til den minimumseffekt, der skal til for at opretholde den nødvendige lysstyrke på arbejdspladserne, men det er samtidig også den dyreste løsning Yderligere beskrivelse af styring af kunstlyset kan findes i [BPS 132]. Anskaffelsesudgifter for sådan et reguleringssystem bør selvfølgelig sammenholdes med besparelsespotentialet for kunstlyset ved regulering efter dagslysets variation. Det anbefales derfor, at der foretages en vurdering af forholdene med et designværktøj Automatisk styring og hensynet til brugerne Når der projekteres bygninger, er det vigtigt at imødekomme brugernes behov, således at de i højere grad vil acceptere løsningerne, og løsningerne med større sandsynlighed vil blive anvendt korrekt i praksis. Dette er endvidere en nødvendighed for, at de under projekteringen antagne energibesparelser og forventede komfortforbedringer også opnås i praksis. 44

49 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys I de nye kontorbyggerier implementeres ofte avanceret energiteknologi til automatisk styring og regulering af fx ventilation, varme, belysning, og ikke mindst solafskærmning. Med denne avancerede teknologi er det muligt centralt at styre forbruget og indeklimaet optimalt, men dette indebærer samtidig en risiko for et stigende antal utilfredse brugere. Dels er brugerne individer med individuelle ønsker til indeklimaet, dels kan teknikken fratage brugerne muligheden for personligt at regulere indeklimaet. Dette kan resultere i at styringen sættes ud af funktion, hvorved de antagne energibesparelser ikke opnås. [By&Byg 035] Ulemperne ved styring af kunstlyset er fx, at brugerne kan føle det generende, at lyset tænder og slukker af sig selv især ved lave intervalindstillinger. Hvis lyset styres efter bevægelsessensorer, kan det være irriterende at lyset slukker, hvis man sidder stille og arbejder fx om aftenen. Automatisk styring af kunstlyset bør derfor tilpasses brugerne og suppleres med individuel arbejdspladsbelysning af brugerne, så den enkelte bruger får mulighed for tilpasning af lyset efter behov. [BPS 132]. By og Byg har udgivet en rapport, [By&Byg 035], i forbindelse med en brugerundersøgelse af avanceret energiteknik i kontorbygninger. Undersøgelsen medtager 4 kontorbyggerier, og det har her vist sig, at klager fra brugerne i mange tilfælde har medført, at automatikken til styring af solafskærmningen blev sat ud af funktion. På baggrund af samtaler med brugerne og driftspersonale har det vist sig, at for at opnå et velfungerende system må regulering af solafskærmningen ikke ske for ofte. Nogle gange i løbet af formiddagen og/eller eftermiddagen ser ud til at være, hvad brugerne kan acceptere. Desuden bør brugerne have mulighed for selv at overstyre automatikken. [By&Byg 035]. Der er dog problemer forbundet med, at brugerne selv styrer reguleringen. Især kan det i storrumskontorer være et problem, at personer, der sidder nær vinduet, kan kontrollere lysforholdene for de personer, som har arbejdsplads længere inde i kontoret. Endvidere er brugerne hovedsagelig tilbøjelige til at opfatte solafskærmning som en styring af dagslys og kun i ringe grad en styring af det termiske indeklima. Hvis styringen derfor udelukkende er overladt til brugerne risikeres nemmere overophedning eller højt energiforbrug til køling, især hvis manuel åbning af vinduer ikke er muligt. Der er derfor vigtigt, at al automatisk styring også tager hensyn til brugernes tilfredshed og reaktioner, og ikke kun effektiviseres mod ønsket belysningsniveau og højst mulig reduktion af elforbruget. Dette gælder både ved valg af styringsstrategi i den færdigbyggede bygning samt ved simuleringer af forholdene og vurdering af energibesparelsespotentialet ved brug af designværktøjerne. 4.2 Eksisterende vejledninger Det er meget begrænset, hvad der findes af brugbare vejledninger til bygningsplanlægning med øget inddragelse af dagslys. Her beskrives kort den generelle ydelsesbeskrivelse for byggeri og planlægning, en SBI-anvisning for indeklima samt 3 BPS-Publikationer om bygningsintegreret solenergi, glasfacader og lysstyring. Ydelsesbeskrivelser for byggeri og planlægning Praktiserende Arkitekters Råd (PAR) og Foreningen af Rådgivende Ingeniører (F.R.I.) har udgivet denne ydelsesbeskrivelse, der anvendes som grundlag for rådgivningsydelser i forbindelse med byggeri og planlægning. Under beskrivelsen af rådgivning omkring idéoplægget står, at klientens idé bearbejdes i rapportform, hvori idéens muligheder analyseres, og der gives konkluderende vurdering af idéens realisering [FRI]. Desuden skrives, at klienten deltager aktivt i møder, men der anføres ikke noget om, hvordan klientens idéer skal bearbejdes, analyseres og vurderes. Det samme gælder i princippet for rådgivning omkring byggeprogrammet, der kan udarbejdes som en beskrivelse (evt. skematisk), der angiver de fysiske krav til konstruktioner, installationer og overfladers 45

50 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger kvalitet samt miljømålsætninger, der forudsættes opfyldt [FRI]. Hvis idéoplægget ikke indeholder en behovs- og funktionsanalyse, kan denne etableres i byggeprogrammet, og klienten medvirker ved igangsætningen af funktionsanalyser, lokalebehov og budgetrammer m.m., evt. udpeges brugerrepræsentanter. [FRI] Der er ikke anført noget omkring dagslys og indeklima under de almindelige ydelser. Der skrives i stedet, at det skal fremgå af byggeprogrammet, om der er særlige krav til indeklima ud over krav i Bygningsreglementet og anden lovgivning. Desuden anbefales det, hvis byggeriet består af mange rumtyper, at der udarbejdes rumbeskrivelser i skemaform, der opregner rummenes nettoareal, møbleringsbehov, tekniske installationer m.v. [FRI]. Under andre ydelser 23 er følgende anført under Optisk indeklima : Gennemførelse af beregninger og målinger af optisk indeklima udover krav i henhold til Bygningsreglementet, herunder: Beregning af sollysindfald og solafskærmning Belysningstekniske beregninger. [FRI] Men der gives ingen vejledning i, hvordan det skal gøres. Indeklimahåndbogen SBI-anvisning 196: En tværfaglig anvisning, der giver baggrunden for at kunne planlægge og projektere bygninger med vægt på et godt indeklima [SBI 196]. Der indledes med beskrivelse af myndighedskrav samt vejledende og projekteringsværdier for indeklimaet herunder lys og belysning samt termisk indeklima. Herefter følger en beskrivelse af de implicerede parters roller samt gennemgang af de enkelte faser af planlægningen, hvor der anvises planlægningsværktøjer som udarbejdelse af rumskemaer og CADmodeller til inddragelse af hensynet til indeklimaet. Der er dog kun begrænset fokus på dagslysudnyttelse og kun få direkte anbefalinger. Desuden gives der en beskrivelse af projekteringsværktøjer for forskellige parametre vedrørende indeklimaet som fx beregning af termisk indeklima samt belysnings- og dagslysberegninger, der omfatter simple håndberegningsmetoder og beregningsprogrammer af forskellig art. Der gives dog ingen anbefalinger til hvornår og hvordan metoder og programmer skal anvendes i projekteringsprocessen. Der sluttes af med en beskrivelse af forskellige bygningsdele, herunder vinduer og solafskærmning samt belysning, med beskrivelse af anbefalet udformning og parametre, der påvirker valgene under projekteringen. BPS-publikationer BPS-publikation 120: Bygningsintegreret solenergi, [BPS 120] giver råd og vejledning om, hvordan der kan opnås en bedre varmebalance og dagslysformidling med nye vinduer og uopvarmede glasrum. Publikationen består af 11 temahæfter med praktiske informationer til brug ved planlægning af energiog komfortvenlige byggeprojekter [BPS 120]. Det er dog mest facts samt vejledning vedrørende anvendelse af forskellige teknikker for bygningsintegreret solenergi og eksempler. Der gives ikke beskrivelser af hvordan forholdene vurderes og valgene foretages i løbet af projekteringsprocessen. BPS-publikation 131: Fem glasfacader optimering af energi- og komfortforhold /[BPS 131] giver eksempler på anvendelse af glasfacader i byggerier samt beskrivelse af funktioner og opbygning Der gives forslag til, at analyse og optimering af dagslysforhold kan ske med computerprogrammerne Radiance og ADELINE, se omtale senere i dette kapitel, men ikke nogen beskrivelse af hvordan og hvornår værktøjerne kan benyttes i projekteringsprocessen. 23 Ydelser som rådgiveren efter forudgående aftale med klienten, kan præstere, eller på klientens vegne foranledige, at de præsteres af andre [FRI] 46

51 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys BPS-publikation 132: Lysstyring /[BPS 132] beskriver hvilke muligheder, der inden for lysstyring samt fordele og ulemper. Der angives kun en simpel beregningsmetode (med dagslysmængder beregnet i tsbi3 24 ) til vurdering af besparelsespotentialet ved brug af lysstyring, samt anbefalinger andre computerprogrammer, der skal bruge målte dagslysfaktorer som input til beregningerne af mulige elbesparelser. BPS-publikationerne indeholder altså mest fakta og eksempler og meget lidt projekteringsvejledning. 4.3 Planlægningsprocessen med fokus på dagslysforhold Her følger en anbefaling til, hvordan hensynet til øget dagslysudnyttelse og gode dagslysforhold kan medtages i planlægningsprocessen. Bygningsplanlægningen foregår traditionelt i 3 faser: 1. Programmering, hvor byggeopgavens målsætninger formuleres 2. Forslag, hvor alternative løsningsprincipper fremlægges 3. Projektering, hvor byggeopgavens løsninger formuleres I større byggeprojekter opdeles hovedfaserne ofte i delfaser. [SBI 196] Under de første overvejelser om byggeriet er løsningsmulighederne uendelige, idet kun lovgivningen og bygherrens økonomi sætter begrænsninger [SBI 196]. Meget hurtigt i processen, og hver gang der træffes beslutninger om byggeriet, fremgangsmåden eller økonomien, indskrænkes løsningsmulighederne. Det er derfor vigtigt, at ønsker og krav til dagslysets udnyttelse og kvalitet medtages tidligt i planlægningsprocessen, således at de planlægges og fastlægges sammen med de andre overordnede krav, og at kravene fastholdes af alle parter gennem hele forløbet. I løbet af de forskellige faser bør der arbejdes med følgende: Overordnede og kvalitative dagslysforhold og ønsker i programfasen Kvantitative krav og alternative løsningsprincipper i forslagsfasen Dagslysløsninger i projekteringsfasen [SBI 196] Programmeringen Under programmeringen opstilles kravene til integrering af dagslyset, som det ønskes opfyldt i det færdige byggeri, og hermed tilvejebringes grundlaget for udarbejdelse af forslag til en eller flere dagslysløsninger. På dette tidspunkt bør bygherre derfor i samråd med rådgiverne foretage en prioritering af kravene og værdinormerne i en såkaldt kravspecifikation for byggeriet til sikring af den ønskede dagslysudnyttelse og -forhold. Denne prioritering er især vigtig, da øget dagslysudnyttelse påvirker mange modstridende parametre som beskrevet i de første kapitler. Der bør laves en prioritering af bl.a. nogle af følgende emner: Arkitektur Udsyn Visuel komfort Dagslystilgang Termisk indeklima Udnyttelse af solenergi Energiforbrug til køling og kunstlys Styring af kunstlys og afskærmning 24 En tidligere udgave af energisimuleringsprogrammet tsbi5, der benyttes i BSim

52 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Kravene bør i starten formuleres kvalitativt og fortrinsvis som funktionskrav. Hvis der meget tidligt i processen opstilles kvantitative løsninger, vil der være fare for, at man binder sig fast til én endegyldig løsning, inden de kvantitative vurderinger af dagslysforholdene er igangsat. Kvalitative krav kan for eksempel formuleres som ønsker om: gode dagslysforhold bagest i lokalet videst muligt udsyn orientering af opholdsrum efter rummenes funktion orientering af arbejdsrum med størst mulig dagslysadgang og mindst mulig varmepåvirkning fra solindfald [SBI 196] På dette tidlige tidspunkt i planlægningen vil konkrete krav og valg have indvirkning på mange andre parametre, hvorfor det er vigtigt, at der tænkes i helheder og perspektiver mere end i detaljer, så projektet ikke låses fast. For eksempel har valg af rumstørrelser, reflektanser, vinduesudformning og møblering alle indflydelse på dagslysudnyttelsen, -kvaliteten, -fordelingen samt energiforbrug for den kunstige belysning og køling i rummene. Ligesom krav til regulering og styring af kunstlyset har indflydelse på el-installationen. Længere henne i processen kan kravene udbygges både kvalitativt og kvantitativt på baggrund af beregninger og evt. visualiseringer af forholdene. Af værktøjer til brug i programfasen er udarbejdelse af en funktionsbeskrivelse, der angiver de væsentligste aktiviteter og funktioner, som byggeriet skal rumme [SBI 196]. En samlet funktionsanalyse har stor betydning for de krav, der skal stilles til dagslysforholdene i bygningen. Et andet værktøj er udarbejdelse af et rumprogram, hvor der opstilles krav om kontorstørrelse, arbejdspladsplaceringer i forhold til vinduet og temperaturforhold, der kan stilles til bygningsudformningen så tidligt i processen, at skitseringen ikke er begyndt [SBI 196]. Krav og ønsker skal så bruges til at danne et billede af, hvilke rumtyper og rumdybder, der både ud fra funktion og dagslysforhold er optimale. Resultatet af programmeringen udmøntes i byggeprogrammet med tilhørende bilag i form af fx rumprogram og planudkast, der danner grundlag for de efterfølgende faser. Forslagsfasen I forslagsfasen kvantificeres og bearbejdes bl.a. de opstillede krav til dagslysforholdene, og der opstilles et eller flere koordinerede løsningsforslag, som i grove træk viser bygningens placering, størrelse og udformning svarende til byggeprogrammet [SBI 196]. Med godkendelse af et af disse forslag bør forudsætningerne for arbejdet i projekteringsfasen ideelt set være så nøje afklarede, at de enkelte rådgivere videre frem arbejder mere uafhængigt af hinanden inden for de forudsætninger, der er opstillet [SBI 196]. Det gør arbejdet forud med krav, principper og beskrivelser af målsætninger så meget mere vigtigt for, at den integrerede behandling af dagslyset fortsat kan køre tilfredsstillende. Det anbefales, at de forskellige forslag, der udarbejdes i forslagsfasen vurderes og sammenlignes udfra en integreret analyse af dagslyset i bygningen. Arkitekten får, især for byggerier med faste økonomiske rammer, ofte til opgave at skitsere et forslag til, hvordan byggeriet kan udformes og placeres på den udvalgte grund. Dvs. at forslagsfasen starter før programmeringen, hvorved der fastlægges en række overordnede forhold, som er med til at bestemme dagslysforholdene i den færdige bygning. Det vil derfor være en fordel, at arkitekten medtager hensynet til dagslysudnyttelsen allerede under skitseringen. 48

53 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Projekteringen Under projekteringen foretages en række valg af materialer, produkter, byggekomponenter og udførelsesmetoder ud fra de krav og principper, der tidligere er formuleret under programmeringen [SBI 196]. Her fastlåses og specificeres valgene i væsentligt omfang som konkrete løsninger for at blive en del af udbudsgrundlaget, det er derfor vigtigt, at løsningerne bliver vurderet grundigt, og der bør foretages en integreret analyse af dagslyset i bygningen og vurderinger vha. designværktøjer. Dette vil typisk være sidste mulighed for reelle ændringer og kun efter nøje overvejelse for mulige afledte gener [SBI 196]. Projekteringsfasen afsluttes med et hovedprojekt bestående af beregninger og de produktionstegninger og beskrivelser, der skal være de udførendes arbejdsgrundlag. I de relevante bygningsdelsbeskrivelser er det nyttigt at lave en funktionsbeskrivelse, af hvad der kræves af bygningsdelen for at kunne opnå god integration af dagslyset. Under projekteringen vil det være hensigtsmæssige at indlægge en eller flere runder med programgranskning af dagslysforholdene. Dette kan give en vurdering af projektets evne til at opfylde en integreret behandling af dagslyset og identificere, hvor der alligevel kan være opstået problemer, så der kan tages hånd om dem løbende De implicerede parters rolle Byggesagens projektorganisation omfatter bygherren og de tekniske rådgivere som arkitekter og ingeniører. Ved byggearbejdets iværksættelse vil de udførende parter som håndværksmestre eller entreprenører indgå i projektorganisationen 25. Bygherren afgør de økonomiske og tidsmæssige rammer for byggeriet. Bygherren er derfor den, der beslutter, hvordan hensynet til dagslysudnyttelsen og -kvaliteten skal prioriteres og inddrages i processen. Det er en mulighed, at bygherren kan inddrage de kommende brugeres ønsker og erfaringer ved at medtage dem i et byggeudvalg til diskussion af bygningens udformning, indretning og dagslysforhold. Ved inddragelse af brugernes erfaringer, forventninger samt prioritering af indeklima, udsyn, styring af temperatur og lys og mulighed for at åbne vinduer, er der mulighed for bedre byggerier med større %-del tilfredse bruger. Da det godt kan være svært og tidskrævende at inddrage brugerne i løbet af byggeprocessen, er der også mulighed for at studere forskellige brugerundersøgelser som [SBI 318] og [By&Byg 035] Forslag til nye værktøjer til brug tidligt i bygningsplanlægningen Det kan godt være svært for bygherren at få omsat sine ønsker og forestillinger til konkrete krav i programfasen, samt senere sikre sig, at det nu også overholdes i de valgte løsninger. Ligeledes kan det være svært for de projekterende i de tidlige faser af bygningsplanlægningen at vurdere, hvad der skal til for at opnå de krav bygherren stiller, samt gode dagslysforhold for byggeriet i det hele taget. Der kunne derfor være behov for et hjælpeværktøj, der fx ved hjælp af angivelse af forskellige klasser med typiske eksempler, hvor der er taget hensyn til dagslysudnyttelsen og den visuelle komfort i forskellig grad, angav om løsningen var ringe, middelmådig eller perfekt hvad angår dagslysforholdene samt udnyttelsen af dagslys. Et eksempel på et sådan værktøj kunne være den stolemodel, som er omtalt i [IEA B&C], se Figur 15. Her er brugt forskellige stole af mere eller mindre komfortabel grad som symboler på en bygnings kvalitetsmæssige egenskaber. Klasserne er minimum, gennemsnitlig og prima, hvor minimum er en bygning, der lige netop overholder krav og reglementer, og prima er en bygning, hvor der indgået aftale med bygherren om et specielt højt kvalitetsniveau både funktions- og konstruktionsmæssigt. 25 De kan evt. også indgå i planlægningsprocessen, hvis der er tale om nye samarbejdsformer som fx Partnering. 49

54 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 15: Kvalitetsklasser for bygninger og relateret basisdata [IEA B&C] Denne model kunne føres over på forskellige projekteringsløsninger og -hensyn, hvor der ved valg af bygningsudformningen og bygningskomponenter tages hensyn til øget dagslysudnyttelse i større eller mindre grad. Kvalifikationerne kunne så være konkrete krav til den visuelle komfort (i form af udsynsgraden, belysningsværdier) og energikrav (i form af max forbrug til køling, %-del af arbejdstiden i løbet af året hvor dagslyset kan erstatte kunstlys). Dette værktøj kunne så bruges i samarbejdet mellem rådgiver og bygherre til identifikation af en ønsket løsning og opstilling af krav, samt en vurdering af hvad der skal til for at opnå de forskellige niveauer. For at få en god integreret behandling af dagslyset, der resulterer i høj dagslysudnyttelse og -kvalitet, stilles der under bygningsplanlægningens senere faser fx i projekteringen store krav til samarbejdet og dialogen mellem de forskellige parter. Det æstetiske, det rumlige og til dels det funktionelle behandles ofte af den samme rådgiver (tit arkitekten) som en helhed gennem processen. Det er denne rådgivers rolle allerede under de første skitser, at tage hensyn til de opstillede krav til dagslyset i byggeprogrammet og få dem integreret som en helhed i bygningsudformningen. For at dette lykkes på en tilfredsstillende måde også for komplicerede projekteringsparametre som dagslys, kunne det være ønskeligt at inddrage et andet projekteringsværktøj til sikring af en mere konkret rationel beslutningsproces de forskellige parter imellem, hvor de enkelte løsninger og forslag blev vurderet i en sammenhæng på det rigtige tidspunkt. I førnævnte rapport er der udviklet et værktøj til dette formål i form at en række skemaer, hvor der i et samarbejde mellem de implicerede parter i planlægningsprocessen, laves en vægtning eller prioritering af de forskellige løsningsforslag, så det bliver nemmere at vælge den bedste løsning allerede i forslagsfasen, hvor det endnu er for tidligt at inddrage avancerede designværktøjer til vurderingerne. 50

55 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys Der er dog ikke i denne rapport arbejdet videre med nogen af de to forslag til nye værktøjer til brug i programmeringen og forslagsfasen, idet det i stedet er valgt at fokusere på mere avancerede designværktøjer til brug i projekteringsprocessen. Disse to eksempler er mere medtaget som inspiration, og fordi det i analysen af planlægningsprocessen er forekommet som en mangel i samarbejdet mellem de implicerede parter for at opnå en bedre behandling af en så kompleks og tværfaglig parameter som dagslys er under byggeprocessen. 4.4 Afrunding Der er som beskrevet mange og ofte modstridende parametre at tage hensyn til, når det ønskes at inddrage dagslys i bygningsplanlægningen. Og selvom der findes forskellige tommelfingerregler og anbefalinger, er det svært i løbet af projekteringsprocessen at vurdere de forskellige parametres indflydelse på hinanden uden brug af værktøjer. Der findes derfor flere former for projekteringsværktøjer, der kan hjælpe de projekterende med at opveje og optimere de kvalitative og kvantitative elementer i projektering af dagslysforhold. Af muligheder, kan nævnes: Formler og diagrammer til aflæsning af belysningsforhold, energiforbrug mm. Visualisering af lysforholdene indenfor ved en given vejrtype Forudsigelse af dagslysfaktorer i et rum oplyst af diffust dagslys Identifikation af potentielle blændingskilder og evaluering af visuelle komfortindeks Forudsigelse af mulige energibesparelser opnået gennem udnyttelse af dagslys Kontrol af solstrålernes indtrængen og visualisering af sollysets dynamiske natur Desværre er mange af disse værktøjer og metoder til vurdering af en øget dagslysudnyttelse indvirkning på de forskellig termiske, lystekniske og visuelle forhold begrænset til kun at behandle én af disse forhold grundigt eller to mere overfladisk. På baggrund af hele dagslysudnyttelsens kompleksitet er det ønskeligt at kunne regne samlet på så mange forhold og parametre som muligt. En undersøgelse af mulighederne for dette samt en beskrivelse af forskellige designværktøjer vil blive givet i næste kapitel. De projekterende bruger i dag kun i ringe grad simuleringsprogrammerne til dagslysberegninger, bl.a. fordi det vil koste for mange penge at sende folk på kurser og betale for at de lærer programmerne at kende. Vejen til inddragelse af disse programmer i projekteringen er nok snarere, at de studerende på universiteterne lærer at bruge programmerne i studietiden og kan bruge dem straks fra ansættelsen 26. Derfor vil der ved undersøgelsen af mulighederne for en samlet behandling af problematikkerne omkring dagslysudnyttelse blive fokuseret på en løsning, der ligeledes kan bruges i undervisningen på fx DTU. 26 Udsagn fra telefonsamtale med Steen Borup fra By og Byg og Svend Svendsen, BYG-DTU. 51

56 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 52

57 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold 5 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Beskrivelse og vurdering af forskellige simple og mere avancerede designværktøjer (én håndberegningsmetode og 6 simuleringsprogrammer) til beregning og vurdering af dagslysforhold primært i løbet af projekteringsprocessen. Der indledes med en beskrivelse af de krav, der bør overvejes før valg af værktøjer, hvorefter en gennemgang af udvalgte værktøjer følger. Opstilling af mulighederne for de forskellige værktøjer er i overskuelig skemaform findes sidst i kapitlet. 5.1 Hvorfor bruge designværktøjer? For at kunne projektere energirigtige bygninger med gode dagslysforhold er det nødvendigt, at der i projekteringsfasen benyttes designværktøjer, der kan vurdere og simulere dagslysets og bygningernes komplekse og dynamiske opførsel under realistiske forhold. Den seneste udvikling inden for transparente bygningsfacadeløsninger og avancerede vinduessystemer som solafskærmende glas, dagslysdirigerende systemer, translucente isoleringsmaterialer samt avanceret styring af solafskærmning og kunstlys har skabt endnu en udfordring for integreret bygningsprojektering og skabt et behov for endnu mere avancerede og multifunktionelle simuleringsprogrammer [Janak et al.]. Tidligere har dagslysdesign og forudsigelse af dagslysfordelingen i rummene ofte været baseret på simple vurderinger og tidligere erfaringer i kombination med rigelig brug af kunstlys, køling og efterfølgende opsætning af solafskærmninger, hvor behovet viste sig. Ingeniører og arkitekter anvender nu i stigende omfang computerprogrammer ved planlægning og projektering af bygninger, og der findes i dag avancerede programmer til beregninger og analyser af kunstlys og dagslysforhold i rum og bygninger. Det er, som beskrevet i forrige kapitel, vigtigt, at designværktøjerne kan bruges på forskellige tidspunkter i projekteringsprocessen. Det er altså også nødvendigt at anvende værktøjer tidligt i processen, hvor det stadig er muligt eller i hvert fald lettere at præge udformningen af facader, rumdybder samt bygningens placering og orientering. Derimod kan det ikke på dette tidspunkt betale sig (ofte er det slet ikke muligt), at opbygge store tidskrævende detaljerede modeller, hvorfor der også vil være behov for mere simple værktøjer til en hurtig vurdering og optimering af forholdene. Senere i projekteringsprocessen er det muligt at undersøge forskellige geometriske, konstruktionsmæssige eller operationelle løsningers indvirkning på dagslysforholdene med simuleringsprogrammer. Især er simuleringer med forskellige vinduesløsninger, hvor det også er muligt at ændre på andre parametre som årstider, bygningens orientering, arbejdspladsernes placering osv., nyttige, fordi man på den måde kan få et overblik over konsekvenserne og dermed finde den optimale løsning. Implementering af styringsmodeller for kunstlys og solafskærmning kan også bringe projekterende tættere på den optimale løsning, samtidig med det giver mulighed for en vurdering af energibesparelserne ved udnyttelsen af dagslyset samt størrelsen af køle- og opvarmningsbehovet. Inden for belysningsteknik kan computergrafik være med til at fremme indsigt og forståelse i komplicerede tekniske forhold, som er vanskelige at beskrive alene gennem tal og kurver. For nogle programmer er det således muligt ikke blot at forudsige kvantiteten af belysningsforholdene, men gennem en visuel præsentation også at medvirke til en bedømmelse af hvorledes lysforholdene vil tage sig ud i praksis samt for nogle programmers vedkomne at forudsige bl.a. mulige blændingsgener. 53

58 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Designværktøjerne skal altså passe til den enkelte fase af projektet og er selvfølgelig især nødvendige der, hvor vigtige beslutninger om dagslysstrategier bliver foretaget. For at kunne lave en integreret analyse af dagslysforholdene, termisk komfort og energiforhold i projektering stilles der store krav til et simuleringsværktøj. Disse krav vil blive beskrevet i næste afsnit. Der er principielt et alternativ til computerprogrammer, nemlig fysiske modeller af bygningen eller enkelte kontorer. Modellerne kan opføres som fuldskala forsøgsmodeller eller i reduceret skala, da lys ikke er skalarelateret. Der er dog et stort arbejde forbundet med opbygningen og simuleringen af modellerne, og det kræver realistiske (og dyre) himmelsimulatorer, men kan dog også bruges ved mere simple goniospektrometermålinger. Det er også muligt at lave fuldskala forsøg i naturligt (lokalt) vejrklima ved opbygning af forsøgsbygninger, fx i By og Byg s dagslyslaboratorium i Hørsholm, hvor forskellige vinduesudformninger og dagslyssystemer dels kan måles, dels vurderes af forsøgspersoner. Sådanne fysiske modeller er mest relevante i store domicilbyggerier, hvor der evt. kan laves mock up af facade elementer, men da de ikke er særligt realistiske at benytte i forbindelse med mindre enkeltstående byggeprojekter, vil de ikke blive beskrevet nærmere i denne rapport. 5.2 Valg af/krav til programmer Formålet med brugen af designværktøjer til vurdering og beregning af dagslysforhold i projekteringen af bygninger er, at kunne foretage en integreret analyse af dagslys. Det vil sige, at det ideelle designværktøj skal kunne følgende: 1. Realistisk vurdering af dagslysniveauet (forskellige steder i rummet og på forskellige tidspunkter) 2. Visualisere dagslysfordelingen i rummet og udsynet gennem vinduet 3. Identificere potentielle blændingskilder 4. Lave dynamiske simuleringer med virkelige vejrdata, korte tidsskridt og over længere tidsperioder, helst på årsbasis, så der er baggrund for en realistisk vurdering af det termiske indeklima, styringssystemerne og energiforbruget til kunstlys, køling og opvarmning 5. Vurdere den øgede dagslysudnyttelses indvirkning på det termiske indeklima i form af øget solindfald 6. Forudsige mulige energibesparelser for kunstlys opnået ved øget dagslysudnyttelse (herunder mulighed for styring af kunstlyset efter dagslysniveauet) 7. Behandle forskellige vinduessystemers indvirkning på lysniveauet og det termiske indeklima (herunder mulighed for forskellige indstillinger og styring af afskærmningen efter variationer i solstrålingen) 8. Lave en vurdering af forskellige solafskærmninger så bedste løsning kan vælges (sekundært mål) 9. Stor valgfrihed omkring bygningens geometriske udformning så realistisk model kan opbygges 10. Nemt at bruge, ikke tidskrævende, PC konvertibelt og gerne gratis (til undervisningsbrug) Der er desværre mange modsætninger i ovenstående og faktisk ingen programmer på markedet, der kan opfylde alle 10 krav/ønsker. Programmerne er oftest opdelt i enten termiske simuleringsprogrammer på årsbasis, brugt af ingeniørerne, eller dagslysvisualiseringsprogrammer for standard himmeltyper og enkeltstående tidspunkter, brugt af arkitekterne til lystekniskdesign og præsentationer. Det har derfor i stedet være nødvendigt at fastsætte en række minimumskrav til hvad et godt designværktøj skal kunne beregne: Belysningsstyrken fra dagslys Hvor meget energi til belysning der kan spares -> årssimuleringer nødvendigt Vurdering af blænding: kontrast vurdering eller visualisering, der fx viser områder med direkte solindfald 54

59 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Det er desuden en fordel, hvis vurderingen kan foretages på 2 niveauer: 1. For detailprojekteringen (hurtig foreløbig beregning til tidlig vurdering af facade og rumudformningen) 2. For selve projektet hvor den optimale løsning vælges, så der sikres en god udnyttelse af dagslyset samtidig med at behovet for køling og blændingsgener minimeres I en givet projekteringsopgave skal der desuden tages hensyn til programmernes detaljeringsgrad og muligheden for samkørsel med andre programmer, der benyttes i projekteringen. Hvis der allerede er opbygget en model af bygningen eller kontoret i et tegneprogram, kan der spares tid ved at vælge et simuleringsprogram, der er konvertibelt med dette program Behandling af dagslys og solafskærmninger For at kunne opnå en realistisk behandling af dagslysniveauet er det nødvendigt med beregning af lysets fordeling ved transmission gennem vinduessystemet med solafskærmning og forskellige refleksioner fra de forskellige eksterne og interne overflader. Detaljeringsgraden af lysforholdene varierer meget blandt de forskellige computerprogrammer. Nogle programmer er primært udviklet til termiske simuleringer og medtager kun diffust sollys og simple beregninger af dagslysfaktorer. Andre programmer er specielt udviklede lyssimuleringsprogrammer, der udelukkende regner på lysforholdene og medtager en blanding af direkte og diffust sollys. Også opbygningen og definitionen af solafskærmninger varierer for programmerne. I nogle programmer defineres afskærmningen udelukkende ved en afskærmningsfaktor, mens andre programmer kan håndtere måledata eller værdier beregnet med WIS for afskærmningens reflektans, transmittans og absorptans og for forskellige indfaldsvinkler af solstrålingen, således at der opnås en bedre tilpasning til virkelige forhold. Noget af det sværeste at gengive i et simuleringsprogram er refleksionen af lys fra et materiales overflade, idet en eventuel fejl vil blive forøget for hver refleksion lysstrålen foretager. Der findes to overordnede metoder til beregning af lysets fordeling i rummet: Radiosity Radiosity-metoden er en af de første beregningsteknikker anvendt til beskrivelsen af lysets interrefleksion mellem overflader i et rum og var oprindeligt udviklet til at bestemme energibalancen for udveksling af strålingsenergi mellem to flader. Metoden bygger på, at alle overflader (indvendige og omkring vinduerne) inddeles i små afgrænsede plane elementer (trekanter eller firkanter) karakteriseret ved identiske fotometriske egenskaber fx overfladens refleksionskoefficient. Fordelingen af lys simuleres ved at beregne, hvor meget lys der reflekteres fra hvert enkelt element til hvert af de andre, for dette element synlige, overfladeelementer, hvoraf nogle vil være lyskilder. Resultatets præcision afhænger af antallet af interaktioner og findelingen af overfladerne. En tilnærmelse i metoden er at alle elementer/overflader betragtes som ideelt diffust reflekterende (følger Lambert s lov). Dette gør, at ruder enten kan være rent transmitterende eller ideelt diffust transmitterende og det er derfor svært at simulere lysdirigerende objekter. [IEA 21] 55

60 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 16: Illustration af lysudvekslingen mellem overfladeelementer i Radiosity-metoden [IEA 21] På trods af sine svagheder har metoden også fordele i forhold til den anden velkendte metode, raytracing. En af dem er, at Radiosity-metodens beregninger er uafhængig af synsretningen, hvilket gør at flere forskellige billeder med forskellige synsretninger kan generes uden at gentage simuleringsprocessen, der er forholdsvist tidskrævende. Superlite (fra Adeline-programpakken, omtales i afsnit 5.10) gør brug af Radiosity-metoden og BSim2002 s SimLight benytter en metode, der minder meget om den. Ray-tracing Ray-tracing er en teknik, der bygger på princippet om at følge imaginære lysstråler gennem rummet gennem alle deres refleksioner og brydninger. Det er dog kun nødvendigt at følge de stråler, der kan ses inden for den givne synsvinkel. Hver eneste stråle, der rammer i et synligt punkt følges gennem 3D modellen tilbage til lyskilden 27 (backward ray-tracing) eller omvendt (forward ray-tracing). Takket være nutidens computerkraft kan millioner af lysstråler følges og tilsammen danne et høj-opløseligt billede af rummet i stor lighed med virkeligheden. Figur 17: Illustration af ray-tracing teknikken, hvor lysstråler følges fra synlige punkter til forskellige overflader og tilbage til lyskilden [IEA21] Ray tracing teknikken tager hensyn til alle optiske fænomener, der analytisk kan formuleres i fysiske udtryk. Metoden kan behandle spektralt reflekterende materialer som ruder og blanke overflader. Desuden kan metoden effektivt simulere inhomogene objekter og overflader. Dette giver bl.a. en meget realistisk gengivelse af skygger. 27 Solen (for skyfri eller delvist overskyet himmel), himmelhvælvingen (overskyet himmel) eller belysningsarmatur. 56

61 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold På grund af de mange overflade punkter (pixels) og refleksioner kan simuleringerne være meget tidskrævende og det er ofte nødvendigt at begrænse antallet af interne refleksioner. Den største ulempe ved ray-tracing teknikken er, at en ny simulering skal startes for hver synsvinkel, til gengæld er det kun nødvendigt at foretage simuleringer for de overflader der ligger indenfor i synsvinklen. Flere evalueringer af ray-tracing-programmer har dokumenteret deres pålidelighed ved simulering af dagslysets fordeling i bygninger og gennem vinduessystemer. Radiance og Desktop Radiance bruger ray-tracing-teknikken. Det er vurderet i dette projekt at den mest realistiske simulering af lysfordelingen også bagest i et rum fås med ray-tracing-teknikken Simuleringsperioder og vejrdata Hvis der skal kunne opnås en realistisk beskrivelse af forholdene og et godt simuleringsgrundlag for vurdering af fx muligheden for besparelser af elforbrug til belysning og køling er det nødvendigt med mulighed for årssimuleringer. Desuden er målte vejrdata med værdier for solens og himlens belysningsog bestrålingsstyrke nødvendige for opnåelse af realistiske indendørs belysningsstyrker og varmebelastninger, som kunstlysbehovet og indetemperaturen kan vurderes ud fra Kontrolsystemer For at få det fulde udbytte af dagslysudnyttelsen og de mulige energibesparelser på kunstlyset, er det en fordel at installere kontrolsystemer til styring af det elektriske lys i forhold til dagslysmængden i kontorerne samt solafskærmningen i forhold til bestrålingsstyrken eller indetemperaturen. Hvis bygningen ikke har kontrolsystemer for solafskærmningen vil den ofte blive aktiveret, når behovet indtræffer men sjældent trukket fra igen når det ophører. Dette resulterer i, at den i stedet afskærmer for udnyttelsen af dagslyset, hvilket kan resultere i større forbrug af kunstlys. Ligeledes er der for kunstlyset en tendens til, at det tændes om morgenen og sjældent bliver slukket igen, når dagslysmængden alene er tilstrækkelig som lyskilde. Det er derfor også ønskeligt, at sådanne kontrolsystemer kan implementeres i simuleringen af lysniveauet og solindfaldet i bygningsmodellen for forskellige lysstyringsstrategier og indstillinger af afskærmningen Tidsskridt Tidsskridtslængden for beregningerne, der ofte afhænger af vejrdatasættet, er også af betydning for valget af program. Hvis det ønskes at simulere med kontrolsystemer til styring af afskærmningen og den kunstige belysning med fx lysdæmpningsfunktion, er det nødvendig med mindre tidsskridt, da effekten af styringen ellers ikke afspejles i resultaterne [Janak et al]. Der er forskellige måder at reducere tidsskridtslængden i programmerne. Nogle programmer gør brug af integration over middeltimeværdierne og andre bruger virkelige vejrdata for fx hver 5. minut. Der er også udviklet tillægsprogrammer til eksisterende simuleringsprogrammer, der varetager beregningerne for de kortere tidsskridt. De simuleringsprogrammer, der medtager et hensyn til variationerne i himmelluminansen inden for timeintervallet ved at integrere over timeværdierne, er mindre egnede til at modellere et dynamisk respons på kontrollen af lys eller afskærmning, idet brugen af timegennemsnitsdata vil misrepræsentere responsen fra det kontrollerede system. [Janak et al.]. Mindre tidsskridt øger dog antallet af simuleringskørsler, hvorfor det øgede tidsforbrug til simuleringen kan blive urealistisk stort. Det er altså nødvendigt med en opvejning af behovet for realistiske variationer i lysniveauet over kortere intervaller og forbruget af tid til beregningerne. 57

62 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Brugervenlighed og tidsforbrug For at designværktøjet skal blive anvendt i praksis er det nødvendigt med et overskueligt interface og brugervenlig opbygning af bygningsmodellen. Det er også vigtigt med en overskuelig og veldokumenteret brugervejledning samt at indkørselsperioden ikke er for krævende, hverken tidsmæssigt eller mht. forhåndskundskaber. Desuden er det i disse PC-tider mest praktisk, at computerprogrammer kan køres under Microsoft Windows eller Linux styresystem. Hvis programmerne skal bruges til undervisningsbrug, er det også klart en fordel, at programmet er gratis og evt. kan downloades fra nettet til både universitetets og de studerendes computere. Tidsforbruget, der er til rådighed til simuleringer og opbygning af modeller, kan af hensyn til omkostninger eller processen virke begrænsende på valget af programmer, da nogle er mere tidskrævende end andre både mht. opbygning af model og simuleringer. For at begrænse tidsforbruget, og i øvrigt også højne brugervenligheden, er det praktisk, hvis programmet kan behandle eller overføre datafiler fra/til andre programmer fx tegneprogrammer som arkitekten bruger, og dermed genbruge allerede udført arbejde. Der er udviklet metoder til reducering af tidsforbruget til simuleringerne ved at beregne den indendørs lysfordeling ud fra for -beregning af dagslyskoefficienter, den såkaldte dagslyskoefficientmetode. Princippet bag dagslyskoefficientmetoden en opdeling og fordeling af den udendørs luminans på 145 elementer, og derefter beregning af en koefficient/faktor for hvert punkt i rummet svarende til bidraget fra et Tregenza-element på himmelhvælvingen, se Figur 18. Figur 18: Opdelingen af himmelhvælvingen i 145 elementer i følge Tregenza-fordelingen, samt illustration af for -beregningen af dagslyskoefficienter/responsfaktorer [Revis] I Revis-projektet, se beskrivelse afsnit , er lavet en viderudvikling af dagslyskoefficientmetoden, kaldet responsfaktormetoden. Forskellen på responsfaktormetoden og dagslyskoefficientmetoden er, at den første opdeler rummet i et større antal punkter, for hvilke responsfaktorerne beregnes [Revis]. Og desuden benyttes en Tregenza-fordeling med en jævn fordeling af punkter på både himmelhvælvingen og jorddelen af den udvendige halvkugle, der kan ses gennem vinduet, således at metoden kan benyttes for lysdirigerende vinduessystemer, hvor dele af lyset set indefra rummet opfattes som kommende fra jordoverfladen [Revis]. 58

63 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Dagslyskoefficienterne beregnes i Radiance for hvert punkt i rummet forud for de virkelige dagslys- og energisimuleringer i det tilkoblede simuleringsprogram [Revis]. Den komplekse indendørs belysningsfordeling for de enkelte punkter i rummet for en given udvendig luminansfordeling bestemmes efterfølgende ved simple multiplikationer og additioner af dagslysfaktorerne/responskoefficienterne med den virkelige udendørs luminansfordeling for de 145 elementer og summeres op for de enkelte punkter [Revis]. Der skal for -beregnes faktorer/koefficienter for hver lyskilde, dvs. kunstlyskilderne samt hvert af vinduerne [Revis]. På denne måde er de tidskrævende dagslysberegninger i Radiance reduceret til for -beregningerne af dagslyskoefficienterne, ud fra hvilke variationerne i den udendørs luminansfordeling samt ændringer af lysstyrken for kunstlyset og reguleringer af solafskærmningen kan bestemmes på en simpel og meget mindre tidskrævende måde. Uden brug af disse metoder vil årssimuleringer dagslyssimuleringsprogrammet tage uoverkommelig lang tid Resultater og resultatformidling Det skal i en projekteringssituation vurderes, hvilke informationer samt typer af simuleringer, der er behov for. Dette vil afhænge af de forskellige faktorer, der ønskes en vurdering af, samt hvilke værdinormer det ønskes at opfylde. Tabeller med talværdier kan være gode til vurdering af minimumssamt kontrastforhold i belysningen, men med visualisering af lysfordelingen i form af fotorealistiske billeder af kontoret på forskellige tidspunkter og med forskellige himmeltyper, kan der gives en mere beskrivende og let forståelig præsentation af de simulerede forhold. Hvis vinduessystemerne ellers kan opbygges tilfredsstillende i programmerne, vil en visualisering af forholdene indenfor også være meget værdifuld ved vurdering af lysets fordeling, efter det har passeret vinduessystemet. 5.3 Simple beregningsmetoder Det er som sagt allerede tidligt i bygningsplanlægningen en god ide at vurdere dagslysforholdene i rum og bygninger i forbindelse med planlægningen af bygningens placering, dens dybde og form, udformning af facader, vinduesstørrelser osv. På dette tidspunkt er byggeriets endelige udformning ofte ikke fastlagt, og det er stadig muligt at foretage ændringer på baggrund af simple og helst ikke særligt tidskrævende vurderinger af dagslysforholdene. Til det brug er der forskellige simple beregningsmetoder tilgængelige, der ofte ikke kræver avanceret udstyr eller forhåndskundskaber, hvorfor ikke-eksperter kan benytte dem. Metoderne er baseret på praktiske erfaringer, målinger eller simple beregningsmetoder. Skabelonmetoden (eller BRS Daylight Protractors) er en af de mest anvendte metoder og vil blive omtalt efterfølgende. Da metoderne netop er simple, skal det huskes, at resultaterne også er tilsvarende usikre og kun vejledende. Metoderne er også simplificeret ved, at de er bedst til vurdering af minimumstilstande (overskyede himmelforhold) fx ved beregning af dagslysfaktoren. 5.4 Skabelonmetoden fra By og Byg Skabelonmetoden er ment som en simpel håndberegningsmetode til en første vurdering af minimumsdagslysforholdene i bygninger. Den er udførligt beskrevet i By og Byg Anvisning 203 Beregninger af dagslys i bygninger, hvor der også gives eksempler på dens praktiske brug. Metoden er oprindelig udviklet i England, hvor den kaldes BRS Daylight Protractors, og kan anvendes for sidebelyste rum, ovenlys (ovenlyskupler undtaget) og atrier med rektangulære vinduer [By&Byg 203]. 59

64 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Med metoden kan dagslysfaktoren 28 i et punkt på en vandret, hældende eller lodret flade bestemmes for hhv. en jævnt overskyet himmel og en CIE-overskyet himmel. Metoden kan anvendes til at eftervise om de danske myndigheders krav til belysningsforhold og dagslystilgangen i bygninger er opfyldt. Selvom metodens anvendelighed er størst tidligt i projekteringsfasen, skal oplysninger om rumgeometri, indvendige overfladers reflekterende egenskaber, vinduernes størrelse og placering, rudens lystransmittans samt facadens udformning være kendte eller estimeres, før metoden kan anvendes Principperne bag skabelonerne Der opereres i metoden med tre bidrag til dagslysfaktoren (se Figur 19): 1. Himmelkomponenten SC, der er det bidrag af lys der kommer direkte fra den synlige del af himlen 2. Den udvendige reflekterede komponent ERC, lys der bliver reflekteret direkte mod punktet fra omgivelserne uden for vinduet 3. Den indvendige reflekterede komponent IRC, lys der reflekteres fra rummets egne flader (loft, vægge og gulv) Summen af disse tre komponenter er således dagslysfaktoren: DF = SC + ERC + IRC [By&Byg 203] Figur 19: Illustration af dagslysfaktorens tre komponenter: SC, ERC og IRC [By&Byg 203] Himmelkomponenten SC og den udvendige reflekterede komponent ERC bestemmes med en cirkelskabelon, der er delt i to halvcirkulære skalaer. Der er 10 forskellige skabeloner for forskellige himmeltyper, glashældning og vinduestyper (sidebelyste rum, ovenlys eller atrier). I det efterfølgende afsnit beskrives fremgangsmåden for bestemmelse af dagslysfaktoren for sidebelyste rum Skabelonmetoden for sidebelyste rum Skabelonen lægges over hhv. plan- og snittegning af rummet med grundlinjens centrum i beregningspunktet, se Figur 20. På snittegningen anvendes den øvre ydre cirkulære skala til bestemmelse af himmelkomponenten ud fra sigtelinjer til hhv. over- og underkant af den synlige vinduesåbning (inkl. evt. udhæng). Da de aflæste værdier vil gælde for et uendeligt bredt vindue, korrigeres for vinduets faktiske bredde med en korrektionsfaktor, der aflæses på den nedre halvcirkel af skabelonen placeret på plantegningen. Hvis der er flere vinduer i rummet, beregnes den samlede værdi af himmelbidraget, SC, som summen af bidragene for de enkelte vinduer. 28 Se definition af dagslysfaktoren i afsnit

65 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 20: Skabelonens placering på hhv. en snittegning og plantegning af rum med sidelys [By&Byg 203] Den udvendigt reflekterede komponent, ERC, har kun en værdi, hvis der opstår reflekteret lys fra skyggende genstande udenfor vinduet fx modstående bygninger. For vinduer med fri horisont vil ERCbidraget altså være 0. ERC-bidraget aflæses på samme måde som SC-bidraget, men ud fra sigtelinier til over- og underkant af de skyggende elementer, dog reduceres bidraget med en faktor (normalt 0,2) idet de udvendige fladers luminans er mindre end himmelluminansen [By&Byg 203]. Det sidste bidrag til dagslysfaktoren er den indvendigt reflekterede komponent IRC. Størrelsen af dette bidrag afhænger af de indvendige overfladers reflektans, samt hvor meget lys udefra, der rammer overfladerne [By&Byg 203]. Den beregnes med rimelig nøjagtighed med split-flux-metoden (formler og tabeller), der giver en middelbelysningsstyrke for alle rummets flader uafhængigt af beregningspunktets placering i rummet. Det er dog muligt, vha. faktorer til bestemmelse af maksimum- og minimumværdier, at vurdere variationen i det interreflekterede bidrag til DF andre steder i rummet. Der korrigeres særskilt for vandrette udhæng eller lignende ved at reducere IRC-bidraget ud fra formler og aflæsning i tabeller. Da de 3 fundne bidrag til dagslysfaktoren gælder for en almindelig rude med et enkelt lag glas, skal der desuden korrigeres for glassets transmittans, areal af sprosser og snavs på ruden. Dagslysfaktoren findes altså som summen af de 3 bidrag SC, ERC og IRC, multipliceret med de 3 korrektionsfaktorer. For en mere udførlig beskrivelse af skabelonmetoden, fremgangsmåden samt skabelonerne henvises til [By&Byg 203] Vurdering af skabelonmetoden Metoden er i princippet nem at bruge, men kan virke lidt omstændelig, især hvis der er flere vinduer i rummet, og der ønskes værdier af dagslysfaktoren for mere end et par punkter eller forskellige udformninger af facade og rumgeometri. Skabelonmetode er ikke særlig velegnet til vurdering af solafskærmningens indvirkning på dagslysfaktoren, og i givet fald kun faste afskærmninger. Det er dog også kun aktuelt med en vurdering af de faste afskærmninger, fordi disse også vil være aktiveret på overskyede dage. Metoden kan benyttes til at vurdere, hvor meget dagslysfaktoren vil reduceres, hvis der benyttes en fast vandret solafskærmning eller lodrette sidefremspring. Lidt mere problematisk er det, hvis der er tale om faste lodrette eller vandrette lameller, men det er evt. muligt at bruge metoden, hvis vinduet deles op i små individuelle vinduer med sidefremspring eller udhæng. Det er dog en meget besværlig proces og ikke besværet værd for en hurtig overslagsmæssig vurdering af dagslysforholdende ud fra dagslysfaktoren. 61

66 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Regulerbare afskærmninger må påregnes kun at være aktiveret ved solskin, hvor den udendørs belysningsstyrke er væsentligt højere. Der er dog nogle typer afskærmninger, der er så effektive at de ved aktivering kan resultere i lavere indendørs belysningsstyrker end på overskyede dage. Men disse tilfælde er ikke muligt at vurdere med skabelonmetoden. Endelig kan skabelonmetoden kun bruges til vurdering af om minimumskravene er overholdt, dvs. om der er for lidt dagslys i rummet. Den kan ikke bruges til vurdering af kvaliteten af dagslyset, effekten af solafskærmning, eller hvorvidt det giver gener som blænding. 5.5 Simuleringsprogrammer Håndberegninger kan give en værdifuld første vurdering af forholdene for mindre komplicerede byggerier og konstruktioner, men i de fleste tilfælde er det allerede tidligt i projekteringsfasen nødvendig også at foretage mere detaljerede, dynamiske simuleringer med computerprogrammer. Med simuleringsprogrammer er der større mulighed for en integreret behandling og vurdering af dagslysudnyttelsen. Der findes forskellige edb-værktøjer, der kan udføre mere eller mindre detaljerede simuleringer til vurdering af forskellige parametre. Nye programmer bliver udviklet, gamle videreudviklet, og der er fokus på behovet og mulighederne fx. hos IBPSA International Building Performance Simulation Association forening for forskere, udviklere og projekterende, der diskuterer bygningssimulering bl.a. på kongresser hvert 2. år. Udviklingen sker både hos kommercielle og ikke kommercielle instanser, men nyudviklingen sker dog mest i forskermiljøerne på fx universiteter, hvor midlerne desværre er begrænsede og udviklingen og implementeringen derfor til tider lidt træg. I det følgende vil der blive givet en gennemgang af forskellige programmer, både simplificerede og mere avancerede, der kan bruges til beregning af dagslysforholdene eller det termiske indeklima eller begge dele, samt 2 internationale dagslysprojekter. Programmerne er udvalgt ud fra udbudet på markedet og behovet for at kunne foretage vurdering og beregning af daglysforhold ved projektering af bygninger. Desuden har valget været begrænset af muligheden for, at BYG-DTU kunne skaffe programmet eller allerede havde det tilgængeligt, hvorfor fx det ellers anerkendte lyssimuleringsprogram Lightscape. Beregningsmetoder samt muligheder og begrænsninger for de enkelte programmer beskrives. Det er ikke hensigten med dette afsnit at give en udførlig vejledning for de enkelte designværktøjer, men give et overblik over, hvilke værktøjer der er til rådighed til hvilke formål, hvor enkle eller komplicerede de er at bruge, samt hvor anvendelige de er. Sidst i kapitlet er de beskrevne metoder og programmer opstillet i overskuelig skemaform med angivelse af deres systemkrav, analyseparametre, metoder, brugervenlighed, begrænsninger og resultater. Kapitlet afsluttes med en samlet vurdering af metoderne og programmerne. 62

67 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold 5.6 BSim2002 og SimLight BSim2002 er en Windows-baseret programpakke, der kan analysere på termiske forhold, energiforhold og indeklima i forbindelse med projektering af bygninger. BSim2002 er et multizone program og alle beregninger og simuleringer foretages med udgangspunkt i samme simuleringsmodel. Programmet anvender som standard timebaseret klimadata fra det danske reference år DRY, men der er mulighed for, at anvende andre klimadata. BSim2002 er udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (nu By og Byg) og indeholder 5 programmer samt en database: SimView: er den grafiske brugergrænseflade, hvor bygningsmodellen opbygges og visualiseres ved stregtegninger af plan, to opstalter og en 3-dimensionel visning SimDF: bruges til opbygning af en rumlig model ud fra en importeret CAD-plantegning gemt i DF-format SimDB: er database for konstruktioner og materialer Sun: ved animation kan sollysfordeling og skygger i og omkring byggeriet analyseres. tsbi5: er et simuleringsværktøj til beregning af indeklimaforhold, energiforbrug og fugtforhold SimLight: et program til simple dagslysberegninger Beregnings- og animationsprogrammerne kan først tages i anvendelse, når den geometriske model samt konstruktionerne er defineret med SimView og SimDB. På Figur 21 ses brugerfladen for BSim2002, hvorfra de forskellige programmer er tilgængelige og modellen opbygges i SimView s grafiske vinduer. Figur 21: Brugerfladen for BSim2002, SimLight programmet aktiveres ved tryk på ikonet mærket med cirklen Det er ved brug af de forskellige programmer muligt (til en vis grad) at beregne på vinduessystemers indvirkning på både de dagslysmæssige og termiske forhold. I det følgende vil BSim s metoder, muligheder og begrænsninger for behandling af sollys, dagslys og lysindfald blive gennemgået. Gennemgangen vil kun omhandle programmets muligheder omkring beregning af dagslysforhold og solafskærmninger samt vurderingen af disses indvirkning på det termiske indeklima og energiforbruget til belysning, køling og opvarmning. Derfor vil der primært blive fokuseret på mulighederne i SimLight samt dele af tsbi5. For anden information om programmet henvises til brugervejledning for BSim2002, 63

68 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger der findes på både dansk og engelsk på By og Bygs hjemmeside 29 samt i selve BSim2002 programmet. På hjemmesiden findes også en mere grundig beskrivelse af beregningerne samt en teknisk beskrivelse af SimLight fra kursusmappen til BSim-kurser. Da BSim2002 primært er udviklet til beregninger af det termiske indeklima og energiforbrug vil dagslysberegninger ved hjælp af programpakken normalt kun være relevante, når der i forvejen er opbygget en model til de termiske beregninger. BSim2002 bliver jævnligt opdateret, og det anbefales derfor altid at kontrollere, om der arbejdes med den senest opdaterede version af BSim2002. Programmet kan opdateres via By og Bygs hjemmeside, hvor der desuden er mulighed for at tilslutte sig et debatforum for BSim2002, hvor der sker udveksling af erfaringer mellem BSim2002-brugere, ligesom der på siden findes en FAQ-side Dagslysberegninger med SimLight SimLight bruger en metode, der minder meget om Radiosity-metoden 30 til bestemmelse af dagslysforholdene i et punkt eller et netværk af punkter i et plan (vandret, lodret eller skråt) i et simpelt opbygget rum. Ved beregning af dagslysforhold med SimLight opdeles alle overflader i små trekanter og på baggrund heraf beregnes fordelingen af direkte og reflekteret lys og deres respektive vinkelfaktorer [Johnsen2]. De dagslysberegninger SimLight kan udføre er: dagslysfaktorer i et punkt eller et netværk af punkter på en flade, beregnet for en jævnt overskyet himmel eller for en CIE-overskyet himmel (konstant belysningsstyrke i det fri på lux på vandret plan), samt sollysfaktorer for vinduerne angivet for det aktuelle lysindfald. Begge faktorer er relative størrelser, der angiver belysningsstyrken i et punkt inde i rummet i forhold til belysningen udenfor. Sollysfaktorerne kan overføres til tsbi5, hvor de kan bruges som inddata til regulering af kunstlyset og solafskærmningen. Dagslysfaktorer Beregningen af dagslysfaktorer er som for skabelonmetoden opsplittet i tre bidrag til belysningen i punktet (se evt. Figur 19): Den direkte (himmel)-stråling Det udvendigt reflekterede bidrag Det indvendigt reflekterede bidrag 31. I beregningerne antages det i standardindstillingerne, at den udvendige belysningsstyrke på et vandret plan konstant er lux (men det er også muligt selv at indtaste en anden værdi manuelt) og dagslysfaktoren beregnes derfor som: [By&Byg 203] DF belysninsstyrken i = referencepunktet lux 100% Jævnfør definition i afsnit Dagslysfaktoren kan kun bruges til en vurdering af en minimumstilstand, da den kun er defineret for en overskyet himmel uafhængig af orientering og årstid. Antagelsen om en konstant belysningsstyrke på udvendigt vandret plan på lux er en Ved telefonkontakt med Kjeld Johnsen (By og Byg) kunne han ikke umiddelbart udpege forskellen i de to metoder, men kun bekræfte at metoden i SimLight minder meget om Radiosity-metoden. 31 opsplittet på direkte og udvendigt reflekteret lys, således at det er muligt at vurdere, hvilken betydning omgivelsernes reflektans har for den samlede lysmængde i punktet. 64

69 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold rimelig gennemsnitsværdi, og de beregnede dagslysfaktorer kan således opfattes som referenceværdier for denne situation. Beregningerne af belysningen i punktet er opsplittet i to bidrag: Bidraget fra himlen (direkte og interreflekteret) Bidraget fra eksternt reflekteret lys (direkte og interreflekteret) der alle angives i SimLight-dialogboksen, se Figur 22. SimLight kan derudover præsentere resultaterne af dagslysfaktorberegning grafisk i form af iso-luxkurver i en farveskala, se Figur 22, eller i form af tabeller for hhv. den totale dagslysfaktor (total daylight factor, %) samt dens 3 bidrag: direkte bidrag, eksternt reflekteret og internt reflekteret (alle 3 i lux). Opsplitningen på de forskellige bidrag gør det muligt at vurdere, hvilken betydning omgivelsernes eller væggenes reflektans har for det samlede lys i punktet. Desuden kan den totale belysningsstyrke i lux (total illuminance) 32 for et plan præsenteres grafisk eller i tabelform. Figur 22: Dialogboksen for SimLight med visning af resultater for punktberegningen, samt vinduet for den grafiske illustration i form af iso-luxkurver over den beregnede totale belysningsstyrke i netpunkterne Man bør være opmærksom på, at farveskalaen for iso-luxkurverne tilpasses den enkelte beregningsværdi, hvilket er lidt upraktisk. Det ville være bedre, hvis man selv kunne vælge om skalaen skulle fastholdes eller ej, så det bliver nemmere at sammenligne forskellige simuleringer. Sollysfaktorer Sollys, direkte gennem vinduet eller reflekteret fra jordoverfladen og andre omgivelser, giver et stort bidrag til den faktiske belysningsstyrke i rummet. Til at beregne dagslyset ud fra lysindfaldet på facaden benytter BSim2002 vinduets sollysfaktor, SF, som er beskrevet i afsnit beregnes ud fra definitionen af dagslysfaktoren som: total belysningsstyrke i punktet = DF lux 65

70 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Ligesom dagslysfaktoren beregnes sollysfaktoren som summen af flere bidrag. For sollysfaktoren skelnes mellem fire lyskilder : SF1: Lyset fra solen SF3: Lyset, der reflekteres udefra, dvs. jorden og omgivelser over horisonten SF2: Lyset fra himlen SF4: Lys der kommer gennem solafskærmningen Figur 23: Illustration af de 4 bidrag til solfaktoren: SF1, SF2, SF3, og SF4 (illustrationer stammer fra [BSim1] For det lys, som rammer i et givet punkt i rummet, skelnes der principielt mellem lys, der kommer: direkte fra en af lyskilderne, uden refleksioner efter passagen gennem vinduet (indeks d ) lys, som kommer til punktet via (en eller flere) refleksioner fra rummets indvendige overflader (indeks i ) [BSim1]. De perioder hvor solen eventuelt rammer direkte i referencepunktet, vælges der i BSim2002 at se bort fra med den begrundelse, at de i praksis ikke har interesse for vurdering af de generelle belysningsforhold i rummet 33, derfor udelades det direkte bidrag fra solen SF1d [By&Byg 203]. I SimLight beregnes de fem bidrag til sollysfaktoren, der er fremhævet med fed skrift i Tabel 6 34, for de enkelte vinduer i rummet. Alle faktorerne beregnes for et vindue med transmittansen 1, da transmissionsfaktorer er indeholdt i data for vindue og afskærmning. For den direkte komponent SF3 d tager programmet hensyn til refleksioner fra jorden samt fra de nære omgivelser af vinduet (fremspring udenfor vinduet), men medregner ikke lys, der reflekteres fra andre bygninger. Hvis referencepunktet befinder sig på et vandret plan vil bidraget fra SF3 d således være 0, hvis der ikke er fremspring omkring vinduet, men der vil stadig være et indirekte bidrag, SF3 i, fra refleksionerne fra rummets overflade. [By&Byg 203] 33 Begrundelse ifølge [By&Byg 203]: Bestemmelsen af SF1 for det uafskærmede vindue er normalt ikke kritisk i forbindelse med styringen af den kunstige belysning, fordi de øvrige dagslysbidrag i denne situation giver så høj en belysningsstyrke, at det ikke er nødvendigt med kunstig belysning. Endvidere vil direkte sol i lokalet i en arbejdssituation ofte resultere i, at solafskærmningen trækkes for ét eller flere vinduer. 34 SF4 beregnes ikke i SimLight men indtastes i dialogboksen til definition af solafskærmningen, se senere beskrivelser. 66

71 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Tabel 6: Oversigt over bidrag, som medregnes ved beregning af dagslys- og sollysfaktorer i SimLight [By&Byg 203] Dagslysfaktor DF Sollysfaktor SF Bidrag Direkte komponent Interreflekteret komponent Direkte komponent Interreflekteret komponent Sollys Indgår ikke SF1 SF1d SF1i Himmellys DFSC (Sky Component) DFIRC (Internally SF2 SF2d SF2i Reflected Component) Udvendigt reflekteret lys DFERC (Externally Reflected Component) SF3 SF3 i Lys via solafskærmning Anvendes normalt ikke Bidragene for himmel og udvedigt reflekteret lys slås altid sammen SF3 d, 0 for vandret plan, hvis der ikke er fremspring SF4 Det transmitterede lys spredes diffust fra den del af vinduet, som afskærmningen dækker De tre sollysfaktorer SF1, SF2 og SF3 beregnes for et valgt referencepunkt samtidig med beregning af dagslysfaktoren. Det valgte referencepunkt er det punkt belysningsstyrken beregnes for, hvorfor det skal være repræsentabelt for arbejdspladserne i rummet [Johnsen2]. Brugeren skal selv vælge at overføre (ved tryk på en knap) de beregnede værdier til vinduerne (et rum ad gangen), således at der kan regnes dynamisk på belysningsstyrken og eventuel styring af kunstlyset efter dagslyset. De beregnede solfaktorer overføres til alle vinduer i det aktuelle rum, men der tages hensyn til vinduets placering. Ved beregning af dagslyset angives beregningernes ønskede nøjagtighed: lav, medium eller høj. Beregningsnøjagtigheden i de tre tilfælde er et spørgsmål om fininddelingen af det netværk af små trekanter, der i beregningsmetoden bruges til beregning af belysningsstyrkerne på de enkelte flader [Johnsen2]. Foreløbige prøvekørsler med programmet foretaget af By og Byg antyder, at fejlen på beregningerne i almindelige tilfælde (simple, kasseformede rum) er <10 %, < 5 % og < 2 % for de tre beregningsnøjagtigheder [BSim1]. Fejlen på resultaterne er størst på den interreflekterede lysmængde og mindst på mængden af det direkte dagslys [Johnsen2]. Ved valg af referencepunkter der ligger meget tæt på en flade (<5 cm afstand), bør høj præcision vælges [BSim1]. Beregningstiden øges i takt med, at beregningsnøjagtigheden og antallet af punkter i netværket øges, men for simple rum holdes beregningstiden under 10 minutter på en ældre computer og under 5 på en nyere. De direkte bidrag, SF2 d og SF3 d, beregnes ud fra de beregnede belysningsstyrker i referencepunktet, som igen er beregnet ud fra vinkelforholdstal fra referencepunkter til små segmenter af himmelhvælvingen, henholdsvis jorden. [Johnsen2] Det interreflekterede bidrag til sollysfaktoren fra det direkte sollys, SF1 i, beregnes i princippet ud fra kurverne i vejledningen, Figur 24, der dog er tilnærmet ved et enkelt (fælles) 3. grads polynomium 35. Det skal bemærkes, at kurverne principielt gælder i et vandret plan og i punkter på en ret linie ud for midten af vinduet (vinduerne), hvorfor tilnærmelsen kan blive ganske grov ved mange vinduer og ved valg af referencepunkt langt fra denne (disse) linie(r). [Johnsen2]. 35 Formlen er en funktion af den vandrette afstand fra ruden til referencepunktet. Desuden indgår glasprocenten for facaden, reflektansen af fladen der rammes (gulvet) arealet af lokalets beregningsflader samt middelreflektansen af lokalets overflader vægtet efter arealer. Se evt. [By&Byg 203] s

72 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 24: Variationen i sollysfaktoren, SF1, for den direkte strålings bidrag til dagslyset ved forskellige vinduesstørrelser som funktion af afstanden fra vinduet [BSim1] Fordelingen af det interreflekterede bidrag til den samlede sollysfaktor: SF2i og SF3 i beregnes vha. en FEM-tilgang (Finite Element Method) til modellen [Johnsen2]. Først opdeles alle indvendige overflader i rummet i små trekantede elementer. Derefter beregnes den direkte og eksternt reflekterede belysningsstyrke, der rammer alle overfladeelementerne (beregnet ved bestemmelse af SF2 d og SF3 d ) og formfaktorerne mellem alle elementer, der kan se hinanden beregnes [Johnsen2]. Reflektansen af overfladerne, belysningsstyrken og formfaktorerne bruges derefter til at opsætte en dagslysbalance i rummet. Efter balancen er fastlagt beregnes den internt reflekteret belysningsstyrke i referencepunktet. [BSim1] [Johnsen2]. For mere udførlig beskrivelse af beregningsmetoden henvises bilag 3 med s fra Kjeld Johnsen med bl.a. en engelsk beskrivelse af metoden, der også gerne skulle blive inkluderet i BSim-brugermanualen. Det er dog muligt for brugeren selv at bestemme SF-værdier ud fra graferne og formlerne i vejledningen i tilfælde hvor tilnærmelserne bliver for grove. På Figur 25 ses grafer for det direkte og interreflekterede bidrag til SF2 for den diffuse himmelsstrålings bidrag til dagslyset i et lokale med dybden 10 m ved forskellige vinduesarealer. Det ses at der er stor variation ind gennem rummet samt, at det direkte bidrag, SF2 d, er klart det største omkring vinduet. Den samlede sollysfaktor beregnes som summen af det direkte og det interreflekterede bidrag. Figur 25: Sollysfaktor SF2 s direkte og interreflekterede bidrag til dagslyset i et lokale med dybden 10 m ved forskellige vinduesarealer. I beregningen af sollysfaktorerne benyttes reflektanserne for de af brugeren valgte overfladematerialer. Hvis der ikke er defineret overfladematerialer fra brugerens side benyttes i stedet standardreflektanserne der er 0,7 for loftet (svarende til maling i off-white eller lyse pastelfarver), 0,4 for væggene (maling i lysegrå og lidt mørkere pastelfarver) og 0,1 for gulvet (mørkt trægulv) og for sidefinner eller udhæng 0,4 68

73 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold [BSim1]. Reflektansen for jorden for lys er altid 0,1 36 (svarende til en græsmark) [BSim1]. Det antages, at al refleksion fra overflader sker som ideel diffus refleksion. Ved beregning af SF1 i er endvidere gjort den tilnærmelse, at den direkte solstråling altid rammer gulvet [BSim1]. De med SimLight beregnede værdier af sollysfaktorerne, SF1,SF2 og SF3, kan efter overførslen ses under Windoor property. Her er det også muligt for brugeren at indtaste og ændre værdierne uden om SimLight. Sollysfaktorerne kan derfor som alternativ bestemmes vha. målinger eller mindre præcise håndberegningsmetoder og aflæsninger på grafer i fx brugervejledningen. SF4 erstatter de andre bidrag til sollysfaktoren for den %-del af vinduet, som en eventuel afskærmning dækker, dvs. der tages ikke højde for hvor på vinduet afskærmningen af aktiv, hvilket har en betydning for lysets fordeling ind i rummet [By&Byg 203]. SF4 skal indtastes af brugeren i dialogboksen for definition af solafskærmningen under fanen ShadingCtrl, og er kun relevant i forbindelse med dagslysafhængig lysregulering af kunstlyset [Johnsen2]. SF4 består også af et direkte bidrag, SF4 d, og et interreflekteret bidrag, SF4 i. Det direkte bidrag varierer meget med afstanden fra vinduet, mens middelværdien for det interreflekterede bidrag kan bestemmes af en formel angivet i [By&Byg 203]. Værdien af den samlede SF4 kan ligesom de andre sollysfaktorer bestemmes ved målinger eller mindre præcise håndberegningsmetoder eller aflæsninger på grafer. Sollysfaktoren SF4 for afskærmet vindue er defineret for et 'vindue' med transmittansen 1, idet reduktionen i lystransmittansen for rude og solafskærmning er indeholdt i data for henholdsvis rude og afskærmning [BSim1]. Hvis der anvendes en solafskærmning, der kaster lyset dybere ind i lokalet, fx reflekterende persienner, skal SF4 forøges tilsvarende [By&Byg 203]. I SimLight er der gjort den tilnærmelse at alt reflekteret lys samt lyset der transmitteres gennem solafskærmningen spredes diffust, dette vil blive diskuteret nærmere under beskrivelsen af solafskærmninger i BSim. Størrelsen af SF4 er dog ifølge Kjeld Johnsen, By og Byg, ikke så kritisk, fordi brug af solafskærmningen normalt vil betyde, at der er rigeligt med dagslys og derfor vil også lave værdier af SF4 sikre tilfredsstillende belysningsstyrke [Johnsen2]. Det vigtige er, at der bliver indlæst en værdi forskellig fra 0, idet værdien 0 vil betyde at lyset altid tændes når afskærmningen er aktiveret [Johnsen2]. Der er dog nogle solafskærmninger, der afskærmer så effektivt, at kunstlyset skal tændes (især bagest i lokalet) når afskærmningen aktiveres. Derfor er det relevant med en realistisk værdi af SF4 hvis simuleringerne skal give et troværdigt bud på el-forbruget til kunstig belysning og især valg af korrekt solafskærmning Begrænsninger Det er kun muligt at gennemføre en dagslysberegning med SimLight i rum som er konvekse, dvs. der tages ikke højde for indadvendte hjørner og hvor samtlige vinduer (Windoor) er beskrevet ved netop fire hjørnepunkter, dvs. rektangulære vinduer. I [BSim1] advares mod, at SimLight antager at ethvert zone, der regnes på, er beliggende alene i universet, dvs. der kommer lys gennem indvendige vinduer som om de vender imod det fri. Det anbefales derfor at fjerne eventuelle vinduer mellem rum inden beregning med SimLight [BSim1]. Ved simuleringerne under dette projekt er sådanne problemer dog ikke opstået, hvorfor det er lidt usikkert hvordan beregningerne forløber. Desuden kan programmet heller ikke overføre lys gennem vinduer mellem to zoner ved beregning af dagslysfaktoren, idet det interne vindue mellem zonerne negligeres [Johnsen1]. Derfor er det ikke særligt velegnet til at regne lysforhold i bygninger med lysbånd mellem kontorerne eller dobbelte glasfacader, som ellers er et område hvor lysforhold er nok så interessante. BSim2002 kan for øvrigt heller ikke håndtere glasfacadernes termiske forhold. 36 For stråling er den 0,2, forskellen skyldes spektralsammensætningen for lys og stråling [SBI 277] 69

74 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger SimLight medtager det udvendigt reflekterede bidrag, som reflekteres fra murhullet uden for glassets plan, mens programmet i sin nuværende version ikke kan beregne udvendigt reflekteret lys fra andre bygninger eller genstande udenfor vinduet [BSim1]. Endvidere inkluderes eksterne skyggegivere ikke i beregningerne, kun skygge fra murhullets sider samt fra finner ved siden af og over vinduet medregnes [BSim1]. Dette gør at udhæng der tegnes i SimView uden at blive defineret som udhæng i vinduesdialogboksen ikke blokerer for solstråling [BSim1] Solafskærmninger Der kan tilknyttes en solafskærmning til alle glaspartier (windoors) i BSim2002 under Windoor Property. Solafskærmninger defineres udelukkende ved angivelse af en afskærmningsfaktor, der er defineret som afskærmningsfaktoren for varme [By&Byg 203], se evt. definition i afsnit Det er altså slet ikke muligt at vælge nogle prædefinerede afskærmninger som persienner eller gardiner. Afskærmningerne bliver da heller ikke modelleret fysisk i modellen ligesom SimLight regner al lys, der trænger gennem solafskærmningen som diffust transmitteret [BSim1]. I princippet er det kun almindelige gardiner eller tætvævede rullegardiner, der transmitterer indfaldende lys diffust. Andre typer som screens og persienner vil ofte transmittere en større del af sollyset direkte uden brydning. Det er derfor en stor tilnærmelse, at BSim2002 behandler dagslyset på denne måde, hvilket umuliggør vurderinger af dagslysets fordeling i rum med afskærmninger og gør programmet mindre egnet til vurdering af blændingsgener, for store lysmængder og overordnet set forskellige solafskærmningers effektivitet. Desuden kan det være svært at karakterisere en afskærmning udelukkende ud fra en afskærmningsfaktor, som brugeren er nødt til at have fra målinger, produktdata eller andre beregningsprogrammer. Almindelige udhæng og sidefinner kan dog defineres separat i windoor-dialogboksen, hvor de beskrives relativt i forhold til vinduet ved afstanden fra glassets nærmeste kant og afstanden fra væggens yderside og frem til skyggegiverens forkant. Programmet regner p.t. ikke rigtigt på nære skygger omkring vinduet fx vinduets placering i forhold til muren (diskuteret i BSim s debatforum på nettet, men programmøren Karl Grau er opmærksom på problemet og vil se på det snarligst). Placeringen af afskærmningen i forhold til vinduet (indv./udv.) kan ikke angives i programmet. Dette har ikke betydning for dagslysforholdene, men derimod for solafskærmningens varmeafskærmende effekt udvendig placering er væsentlig mere termisk afskærmende end indvendig. Derfor skal der tages højde for dette i afskærmningsfaktoren højere faktor for indvendig placering så beskrivelsen af solafskærmningens virkemåde bliver rigtig. Hos By og Byg arbejdes der på at forbedre behandlingen af solafskærmningerne men dette ligger endnu ude i fremtiden. Ved definition af solafskærmninger angives, udover afskærmningsfaktoren, Max Sun det maksimale solindfald, der kan accepteres på indersiden af vinduet, før afskærmningen aktiveres. Og Max Wind den maksimale vindhastighed, hvorunder solafskærmningen kan være aktiv. BSim2002 indeholder gode muligheder for en mere overordnet styring af solafskærmningerne og der kan defineres flere forskellige former for regulering ud fra forskellige definerede tidsplaner. Der kan styres efter max indetemperaturer og vælges mellem følgende styringsformer: on/off, trinvis (åben, halvåben eller trukket for) eller kontinuert regulering, hvor solafskærmningen netop er aktiveret så meget, at grænsen for den operative temperatur hvis muligt kan overholdes Det er også muligt at angive et tidsrum, hvor afskærmningen kun er trukket for en vis %-del i forhold til afskærmningsfaktoren som svarer til 100 % aktivering af solafskærmningen. Når afskærmningen er 70

75 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold trukket delvist for vinduet, beregnes belysningsstyrken i et punkt som en vægtet værdi af belysningsstyrken for vinduesdelen med afskærmning og belysningsstyrken for den resterende del af vinduet uden afskærmning [By&Byg 203] Sollys og skygger Sun i BSim-programpakken kan benyttes til simulering af den direkte solstrålings bane gennem bygningen i løbet af en eller flere af brugeren angivne dage. Simuleringer i Sun kan vises som animationer af sollysets bevægelse gennem rummet, og det er muligt at se, hvor og hvornår solen rammer en vilkårlig flade i modellen, se Figur 26. Når cursoren holdes over en af de gule område med den indfaldne solstråling, vises dens areal i en bobletekst. Hvis der klikkes på det gule område, markeres den eller de vinduer og åbninger som solstrålerne har passeret gennem. Der tages hensyn til udvendige obstruktioner, fx andre bygninger, men ikke definerede solafskærmninger [BSim1]. Under simuleringerne med tsbi5 kan fordelingen af solenergien, som %-vis andel til rummets forskellige flader, løbende beregnes med sun [BSim1]. Figur 26: Illustration af simulering med Sun, hvor en den indfaldne solstråling er markeret på gulv, væg og vindue Definition og styring af den kunstige belysning Til definition af den kunstige belysning kan vælges en almen loftbelysning, samt en arbejdspladsbelysning. Belysningseffekterne skal angives, og der kan vælges mellem lyskildetyperne glødelampe og lysstofrør. Reguleringen af de to belysningstyper er forskellig, idet arbejdspladsbelysningen altid antages tændt inden for tidsangivelserne i den valgte tidsplan, mens almenbelysningen tændes og slukkes efter den valgte regulering [BSim1]. Denne regulering af almenlyset kan ske efter tre forskellige principper: det totale solindfald (kw) gennem vinduerne i zonen dagslysniveauet (lux) i et givet punkt i zonen (beregnes i SimLight) efter lysbehovet beregnet ved hjælp af andre beregningsmetoder (edb-programmer), hvorved BSim2002 benytter timeværdier for belysningseffekten gemt på en resultatfil fra disse beregninger Der er også forskellige reguleringsmetoder at vælge imellem: on/off regulering en trinvis regulering i et specificeret antal trin en kontinuert regulering en brugerdefineret type 71

76 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Beregning af termisk varmebelastning og energiforbrug Med tsbi5 kan BSim lave forskellige termiske, fugttekniske og energimæssige beregninger af forholdene i og udenfor de termiske zoner. Udover en oversigt over de enkelte bidrag til varmebalancen, kan der ved simuleringer med tsbi5 gemmes parametre på timebasis for følgende grupper udeklima, termiske zoner, konstruktioner og windoor. Oversigt over de forskellige bidrag til varmebalancen kan enten gives for hele bygningsmodellen eller de enkelte zoner opgjort på års-, måneds-, uge- eller dagsbasis. Her kan bidraget fra opvarmningen, evt. køling, ventilation, solindstråling og kunstig belysning ses enten som sum eller middelværdi. Værdierne kan også afbilledes grafisk. Endvidere angives antallet af timer med indetemperaturer over eller under valgte temperaturer. Parametrene for de forskellige grupper der kan beregnes med tsbi5 er fx: Belysningsstyrke fra henholdsvis dags-, kunstlys eller begge samlet i et referencepunkt i et givet plan (lux) Belysningsstyrke i referencepunktet på grund af dagslys gennem det aktuelle WinDoor (lux) Energi afsat til kunstig belysning i den termiske zone (kwh) Energi afsat fra sol gennem WinDoors i den termiske zone (kwh) Solstråling transmitteret gennem WinDoor (kw) Energi afsat til køling For en yderligere beskrivelse af parametre, der vil have relevans for en analyse i forbindelse med projektering med øget dagslysudnyttelse for øje se tabel i bilag 10. Der er altså god mulighed for at vurdere niveauet af dagslysudnyttelsen samt de termiske og energimæssige forhold omkring vinduessystemerne, og hvilken konsekvens forskellige ændringer vil have. Der skal dog tages kraftigt forbehold for de forskellige tilnærmelser ved dagslysberegningerne, som er omtalt tidligere Import af CAD-tegninger Med SimDF er det muligt at benytte CAD-plantegninger i DF-format som grundlag for opbygning af modelgeometrien i BSim2002 [BSim1]. Fra CAD-tegningen udvælges de systemlinjer, der siden hen danner 3D-geometrien i den grafiske brugergrænseflade SimView 37 [BSim1] Links til andre programmer Alle resultater fra beregninger og simuleringer i BSim2002 kan umiddelbart overføres til andre Windows-programmer, hvor de kan viderebehandles eller benyttes som dokumentation ved Bygningsprojekteringen [BSim1] Eksport af data og visualisering af dagslysforhold i Desktop Radiance Det er ifølge BSim s brugervejledning [BSim1] muligt at eksportere den opbyggede bygningsmodel fra BSim til Radiance for visualisering af bygningen og ray-tracing-beregning af dags- og kunstlysforholdene. Radiance er et dagslyssimuleringsprogram og oprindeligt udviklet til afvikling på UNI-arbejdsstationer, men en modificeret version, Desktop Radiance, er udviklet til brug under Windows gennem AutoCAD. Radiance er desuden en del af Adeline-programpakken der er beregnet til design af belysningsforhold i bygninger og kan afvikles på en pc. 37 [ 72

77 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Når en model eksporteres til Radiance, genereres både en rad- og rif-fil, hvor rif-filen afspejler den aktuelle visning i 3D i SimView [Johnsen2, fra Karl Grau]. Rif-filen kan indlæses direkte i programpakken Adeline [Johnsen2]. Modellen kan også anvendes indirekte med Desktop Radiance, men kun fra en DOS-shell med kommandoen: rad model.rif, hvor model er det aktuelle navn for modellen [Johnsen2]. Det forudsætter dog at stien til Radiance-programmerne findes i systemets Path. [Johnsen2]. Desværre er ingen af metoderne lykkes under dette projekt, men Karl Grau fra By og Byg har desværre ikke været til at konsultere omkring problemerne. Ifølge hans første udsagn skulle det dog godt kunne lade sig gøre at overføre modellen [Johnsen2]. Hvis der i overfladeegenskaberne for en flade i BSim er defineret en farve, overføres denne ved eksport til Radiance. På denne måde bliver det nemmere at genskabe egenskaberne for de forskellige flader i Radiance. Hvis der ikke er defineret en farve i de forskellige fladers overfladeegenskaber, tildeles overfladerne tilfældige farver på en sådan måde, at alle flader får forskellig farve. [BSim1] Vurdering af BSim2002 BSim2002 kan p.t. ikke bruges til mere avancerede dagslyssimuleringer. Det er der for store tilnærmelser, forenklede beregningsmetoder samt for ringe resultatbehandling til især i forhold til direkte solstråling og solafskærmninger. BSim s stærke side er uden tvivl de termiske og energimæssige beregninger. Brugen af solafskærmninger kræver meget kendskab til størrelser af afskærmningsfaktoren (termisk og lysteknisk set) og sollysfaktoren fra brugerens side. Og det faktum, at al lys gennem solafskærmningen altid regnes diffust transmitteret, begrænser typerne af solafskærmning til gardiner og tætvævede rullegardiner, hvilket langt fra er dækkende for produkterne på markedet i dag. Der er altså unøjagtigheder forbundet med brugen af solafskærmninger i BSim2002. Programmet er bedst til vurdering af minimumstilstande uden direkte sollys. Det kan ikke bruges til vurdering af blændingsgener eller lyskvaliteten i det hele taget, idet det direkte sollys og fordelingen af dagslyset ikke behandles i tilstrækkelig grad. Desuden kan der endnu ikke regnes på hverken termiske eller lystekniske forhold ved dobbelte glasfacader med programmet, hvilket er nok så relevant da denne facadeløsning anvendes i mange byggerier. Brugen af BSim til dagslysberegninger begrænser sig altså til beregning af dagslysfaktorer til vurdering af om der er nok dagslys tilstede i et rum og til solafskærmninger som gardiner og tætvævede rullegardiner, der spreder sollyset diffust ind i lokalet. Desuden skal bygningsmodellerne være simple (rektangulære vinduer, ingen konkave hjørner eller runde former) ellers kan de ikke behandles i SimLight. Modellen bliver yderligere simplificeret af, at der ikke er nogen møbler. Der er i BSim mange faciliteter til styring af kunstlys og solafskærmninger og programmet er i øvrigt flittigt brugt af mange rådgiver samt i undervisnings- og forskermiljøet. Hvis simuleringerne i BSim blev kombineret med Desktop Radiance, se beskrivelse i afsnit 5.9, ville det være muligt også at få en kvalitativ vurdering af dagslysforholdene om end ikke på årsbasis så i det mindste på udvalgte datoer, tidspunkter og vejrtyper. By og Byg tilstræber en tilpasning af BSim2002 til IFC-standarden (Industry Foundation Classes), således at fremtidig overførsel af data mellem forskellige programmer gøres lettere. Foreløbigt er det importen af CAD-tegninger der laves i henhold til IFC-standarden Det ville være et godt tiltag fra By og Byg s side at styrke deres udmærkede simuleringsværktøj til også at kunne behandle dagslys på tilfredsstillende måde, og der er da også nogle planer om at udbygge programmet men desværre ikke i nærmeste fremtid. 73

78 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 5.7 Andre beregningsprogrammer Ved en mere grundig og integreret analyse af dagslys i et kontor vil der ofte være behov for mere avanceret beregningsmetoder end dem der er til rådighed i BSim2002 og SimLight, især ved vurdering af det direkte sollys og dette lys passage gennem og påvirkning af solafskærmningen. Der vil derfor være behov for en mere præcis behandling af solafskærmningens egenskaber og påvirkning på det termiske og visuelle indeklima. Desuden er dagslysfaktormetoden utilstrækkelig til beskrivelse af situationer, hvor det ønskes at kombinere rigtige himmel-modeller med komplekse problemdefinitioner. Sammenligninger har givet afvigelser på op til 40 % for nogle himmelluminansfordelinger. Desuden er de timebaserede vejrdata, der normalt bruges i simuleringsprogrammer, uforenelige med de høje frekvenskrav fra realistiske kontrol/styrings-algoritmer. Der er derfor problematisk at modellere specifikke styringssystemer som fotocelle, tidskonstant osv. til regulering af kunstlyset [Clark2]. Det har dog vist sig problematisk at finde et program, der både kan håndtere de termiske, visuelle og energimæssige forhold med samme model, som vil være det ideelle. Derfor er nogle af programmerne kun egnet til en eller to af disse forhold. 5.8 ParaSol ParaSol er et brugervenligt computerprogram udviklet på Lunds Tekniske Højskole som et led i et omfattende projekt om solafskærmning 38. Programmet regner udelukkende på de termiske forhold omkring rummet og vinduessystemet, uden at vurdere de lystekniske forhold. ParaSol kan bl.a. lave årssimuleringer af soltransmittansen for vinduessystemets i form af den direkte (t-værdi 39 ) og den totale solenergitransmittans (g-værdi) variation over årets måneder. Værdierne kan efterfølgende gemmes og eksporteres til et andet energisimuleringsprogram eller diagrammer kan printes. Endvidere kan ParaSol lave simuleringer af de termiske forhold omkring solstråling, solafskærmninger og opvarmnings- /kølebehovet i form af energibalancen for en simpel kontorgeometri. Målgruppen er arkitekter og rådgivere, der uden den store tekniske viden vil kunne lave årssimuleringer af solstråling og solafskærmninger med programmet. Programmet fås både med en svensk og en engelsk version og kan downloades gratis fra Lunds Tekniske Højskole s hjemmeside 40 og kan køre med MS Windows 95/98/NT/2000/P. ParaSol er i princippet en let tilgængelig brugerflade for det dynamiske energisimuleringsprogram Derob-LTH, også udviklet i Lund. Programmet består af en række simple dialogbokse, hvor inputdata angives og sendes til Derob-LTH, der foretager beregningerne. For at forstå baggrunden for programmet gives først en kort beskrivelse af Derob-LTH, i det efterfølgende blot kaldet Derob Derob-LTH Derob, Dynamic Energy Response of Buildings, er oprindelig udviklet på University of Texas tilbage i 1979, men er blevet videreudviklet på Lunds Tekniske Højskole, LTH. Programmet anvender generelle algoritmer til at simulere timeværdier for en bygnings energiforhold, ved brug af timedata for udendørstemperaturen og solbestrålingsstyrken. Modellen kan både regne på diffus og direkte stråling, dog med den antagelse at direkte solstråling regnes diffust når den reflekteres fra eller transmitteres gennem solafskærmningen [Wallentén1] 38 På instituttet for Energi- og Bygningsdesign under Institutionen for Bygninger og Arkitektur. Se evt Benævnes i programmet som T-værdi

79 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Derob er blevet eksperimentelt evalueret ved brug af to hot boxes i fuld skala, udsat for naturligt klima [Wall1]. Der blev foretaget en sammenligning mellem målt og simuleret energibalance for en mørk (boks 1) og en lys (box 2) markise samt uden afskærmning, se Figur 27. Eksperimentet viste at computermodellerne regner ret præcist på soltransmittansen gennem vinduessystemet og køle- og opvarmningsbehovet var beregnet med en maksimumfejl på 10 %. Dog er kølebehovet lidt undervurderet for den lyse markise på dage med høj solbestrålingsstyrken. [Wallentén1]. Figur 27: Sammenligning mellem målt og beregnet energibalance for testboksene [Derob] Inputdata til ParaSol I startdialogboksen, se Figur 28, defineres rummets og vinduets geometri, geografisk placering 41 og orientering, konstruktionstype (tung/let 42 og U-værdi for ydervæggen) samt vinduets og solafskærmningens karakteristika. Desuden angives om der ønskes en simulering af soltransmittansen (t-/g-værdi) eller energibalancen. Figur 28: Startdialogboksen for ParaSol 41 Norske, svenske (mange), danske (kun Kbh.), tyske, østrigske, schweiziske, franske og italienske lokaliteter er tilgængelige i programmet, men det er muligt selv at indlægge klimadata i programmet. 42 Opdelingen i tung eller let konstruktion ift. varmelagring er måske lidt simpel. I fremtidige versioner af ParaSol bliver det dog nok muligt at lave mere detaljerede opdelinger måske med forskellige konstruktionstyper [Wall2]. 75

80 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Programmet kan dog kun regne med én rumgeometri, der består af et rektangulært rum med én væg og ét vindue, der vender mod udeluften. Det er muligt i Derob at modellere mere komplicerede rumgeometrier, men her er der ikke adgang til alle typer af solafskærmninger. Der arbejdes dog på, at nye versioner af programmet vil indeholde flere og mere komplekse rumgeometrier. Der er følgende udvalg af solafskærmningstyper tilgængelige i ParaSol: persienner (u, m, i) vandrette udhæng (med lameller) (u) markiser (u) sunscreens (u, m, i) rullegardin (m, i) foldegardin (m, i) solfilm (m, i) (bogstaverne i parentes er koder for mulige placeringer, der er beskrevet nedenfor) Afskærmningerne kan afhængigt af typen placeres udvendigt (u), mellem glassene i ruden (m) eller indvendigt (i). Det er muligt at have to afskærmninger, hvis den ene er en udvendig afskærmning. I ParaSol findes en række prædefinerede solafskærmningsprodukter, der bare skal angives en geometri for, men det er også muligt at definere og gemme sine egne ud fra geometrien/indstillingen samt de optiske egenskaber (transmittans, absorptans, emittans) 43. En definitionsforklaring af inputdataene popper automatisk op efter et stykke tid, hvis musen holdes stille over tekstruden. For solafskærmninger placeret i ruden eller indvendigt beregnes vinduessystemets U-værdi, g-værdi og Tsol (solenergitransmittansen, t-værdien) ved en steady-state-procedure svarende til udkastet til den internationale standard ISO/DIS 15099, som er beskrevet i afsnit 2.3 [Wall2]. Der kan ikke udføres samme beregning for de udvendige afskærmninger, da disse er baseret på en anden datastruktur fra en tidligere udgave af programmet (dette ændres dog i kommende programversion). Der er en kort produktbeskrivelse af alle solafskærmningstyperne. Det er muligt at simulere med styring af solafskærmningen, men kun mellem ingen eller fuld afskærmning (som den er defineret med inputdata) og for begge afskærmninger samtidig, hvis der er benyttet flere. Styringen defineres ved den værdi af indstrålingen (angives ved belysningsstyrken i klux) på vinduet, hvor solafskærmningen ønskes aktiveret. Hvis der vælges no control, dvs. ingen styring, vil solafskærmningen være aktiveret hele tiden, alle årets dage. Vinduerne kan enten vælges fra det prædefinerede bibliotek eller bygges op af et udvalg af glastyper, gasfyldninger og belægninger og tilføjes i biblioteket. Desuden kan vinduets placering i muren defineres som afstanden til facaden og karmens tykkelse (karmen forudsættes at være af træ). Når et vindue er opbygget af brugeren, beregnes vinduets U-værdi, g-værdi og Tsol (solenergitransmittansen, t-værdien). Bemærk at U-værdien beregnes for ruden uden rammen [Wall2]. Når en solafskærmning vælges i dialogboksen, vises de allerede valgte afskærmninger og vinduer i højre side af boksen, hvilket giver et godt overblik over vinduessystemets foreløbige opbygning. Udvalgte dialogbokse er vist på Figur 29. I alle dialogbokse er der adgang til ordbog med (næsten) alle de benyttede termer. Opbyggede vinduessystemer kan gemmes og åbnes igen efterfølgende. 43 For de indvendige solafskærmninger og dem placeret mellem ruderne er der desuden en opdeling af de optiske egenskaber i langbølget og kortbølget stråling for for- og bagsiden af afskærmningen samt den direkte/diffuse transmittans og spektrale/diffuse reflektans. Disse kan fx være måledata fra målinger med goniospektrometer. 76

81 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 29: Dialogboksene for rummets geometri, lokalitet og orientering samt specifikation af udvendig persienne Simulering Inputdata for simulering af solenergitransmittanser (t-/g-værdi) for vinduessystemet, består af programmets standardindstillinger for indeklimaparametre så som termostat setpunkter, interne varmelaster, temperaturer og ventilation. For simulering af energibalance skal de mere detaljerede inputdata defineres af brugeren. Der skal angives: Max indstråling på vinduet for hvilken solafskærmningen skal aktiveres Ønskede max og min rumtemperaturer for opvarmning og køling af luften, Intern varmebelastning. Denne kan beregnes af programmet ud fra antal computere, personer, lysarmaturtype og ekstra last 44, og medtages kun i dagtimerne ( man-fre), mens de er nul på alle andre tidspunkter. Indblæsningsluftens temperatur i dagtimerne og weekenden, samt hvorvidt den er forvarmet eller ej og varmegenvindingseffektiviteten. ParaSol gør brug af forskellige tilnærmelser i simuleringerne: Der tages ikke hensyn til vinduessystemernes optiske egenskabers afhængighed af indfaldsvinklen, idet disse for nemheds skyld kun angives for normal indfaldsvinkel på 90 C som så benyttes til beregninger med alle solens indfaldsvinkler gennem året. Programmet kan ikke håndtere ventilerede luftlag, som der fx vil forekomme mellem ruden og en indvendig plan solafskærmning, eller hvis afskærmningen er placeret mellem glassene i vinduet. I simuleringen behandles disse luftlag i stedet som ikke-ventilerede og alle plane solafskærmninger som ikke-perforeret [Wall2]. Dette betyder, at de beregnede resultater bør bruges med forsigtighed, idet g-værdien for et vinduessystem med indvendig solafskærmning og ventileret luftmellemrum er højere end for et ikke-ventileret luftmellemrum, fordi der ikke sker varmeoverførsel med luften. Endnu en tilnærmelse er gjort for lamellerne i persiennerne, der regnes som plane, selv om de ofte vil have en kurveform i virkeligheden. Men konsekvensen af denne tilnærmelse er endnu ikke vurderet eksperimentelt, hvorfor arbejdet med implementering i programmet afventes. [Wall2] 44 De interne varmebelastninger er sat efter svensk standard: Computer 28,21 W/m 2, person 15,38 W/m 2, belysning 5 el. 10 W/m 2 afhængig af energieffektiviteten 50 W/m 2 for enpersonskontor. SBI 184 anviser derimod ca. 20 W/m 2 i enpersonskontor med nogenlunde energieffektivt udstyr. Det er dog nemt at angive en varmebelastning man selv beregner ved at anføre positive eller negative værdier i ekstra last 77

82 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Som indikeret med inputdata for solafskærmningerne placeret indvendigt og mellem glassene i vinduet, opdeles strålerne, efter de har ramt vinduessystemet, i 5 kategorier: direkte og diffust transmitterede, spektralt og diffust reflekterede samt absorberede (se evt. afsnit for definitioner). Stråler spores indtil 9 skridt refleksioner eller transmissioner (giver 2 9 stråler) og hvad der resterer derefter (under 0,1 %) tillægges absorptansen. Modellen for programmets diffuse beregninger for persienner er den samme som benyttes i vinduessystemsimuleringsprogrammet WIS. Den konvektive varmeoverførsel i luften i vinduessystemerne 45 regnes som mellem to rudelag for luftrummet mellem den lukkede afskærmning (persienner med ± 90 hældning) og rude hvad enten afskærmningen sidder mellem ruderne eller indvendigt i rummet. For åbne persienner (0 lamelhældning) placeret mellem ruderne regnes den konvektive varmeoverførsel dog mellem de to ruder, og hvis de åbne persienner er placeret indvendigt regnes der ikke med nogen konvektiv varmeoverførsel. For indstillinger af persiennernes lamelhældning mellem 0 og 90 regnes konvektionen som en relativ blanding af de to ekstremer (helt lukkede, ± 90, og helt åbne, 0 ). [Wall2] Resultater Resultaterne for årssimuleringer af solenergitransmittansen består af den direkte (t-værdi) og den totale solenergitransmittans (g-værdi) variation over årets måneder både for solafskærmningen og vinduet alene eller hele vinduessystemet samlet, se Figur 30. Værdierne kan efterfølgende gemmes og eksporteres til et andet energisimuleringsprogram eller diagrammer kan printes. Resultaterne for simulering af energibalancen er også på årsbasis og består af 6 sæt af grafoptegnelser: 1. Rumtemperatur akkumuleret over antallet af årets timer med given max temperatur 2. Total transmitteret solenergi med og uden solafskærmning (Wh/dag) 3. Energiforbruget til opvarmning og køling - med og uden solafskærmning i løbet af året (Wh/dag) 4. Akkumuleret afbildning af ovenstående angivet som antallet af timer med et givet min. energiforbrug (Wh/h) 5. Operationel temperatur med og uden solafskærmning som funktion af antallet af timer med given max temperatur 6. Designdage, dvs. de dage på året med størst varmebehov hhv. kølebehov ud fra den valgte klimafil. Her fås grafer for spidsbelastning på køle- og varmeanlægget, indstrålingen gennem vinduessystemet og lufttemperaturen i rummet de dage hvor hhv. varme- og kølebehovet er størst. Desuden angives talværdier for: max køle-/opvarmningsbehov i løbet af året årlig køle-/opvarmningsbehov med solafskærmning årlig køle-/opvarmningsbehov uden solafskærmning forskellen mellem de to sidstnævnte køle-/opvarmningsbehov Se Figur Gælder ikke for udvendige solafskærmninger pga. gammel beregningsmetode 78

83 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 30: Resultater fra simulering af hhv. soltransmittansen og energibalancen Især grafen beskrevet i punkt 4), se Figur 31, giver et godt overblik over solafskærmningens effektivitet i forhold til køling og opvarmning, da man kan vælge at afbilde grafer for opvarmning eller køling begge med eller uden solafskærmning samtidig eller enkeltvis som det ønskes. Det er dog kun muligt at få resultater for solafskærmningen i én position som den blev valgt/defineret i dialogboksen eller helt uden solafskærmning. Værdier af denne simulering kan også gemmes og eksporteres til et andet program eller egen databehandling. Værdierne kan enten gemmes i tidsrækkefølge (In sequence) eller sorteret efter størrelse (Durab sorted). Graferne kan dog ikke gemmes eller kopieres direkte, hvilket er lidt upraktisk da man derved er nødt til at køre simuleringen igen, hvis graferne ønskes vist efterfølgende. Figur 31: Graf over akkumulerede værdier for energiforbruget til opvarmning og køling - angivet som antallet af timer med et givet min. Energiforbrug i løbet af året (Wh/h) Der er i [Wall2] lavet en sammenligning af målinger udendørs i hot boxes og indendørs i solsimulator med resultater beregnet med ParaSol. De indendørs målinger med screens og persienner viste tilfredsstillende overensstemmelse (0-4 % afvigelse) med beregninger i ParaSol ved normal indfaldsvinkel. Overensstemmelsen mellem de udendørs målinger og ParaSol-simuleringer var ikke lige så god. De målte resultater for alle produkterne gav g-værdier 1-16 % højere end ParaSol s beregnede, hvilket delvist tilskrives, at programmet ikke kan håndtere ventilerede luftlag eller perforerede afskærmninger [Wall2]. Målingerne er dog ikke præcises nok til at kunne bruges som endegyldig 79

84 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger validering af ParaSol-resultaterne, men giver en indikation af, at programmets resultater nok skal bruges med forbehold, indtil der forefindes en mere præcis validering af programmet Programmets anvendelighed Det kan konkluderes af programmet er meget brugervenligt med bl.a. illustrationer og ordbog således, at det kun kræver ringe forkundskaber at bruge. En mere generel brugervejledning og beskrivelse af beregningsmetoderne for solafskærmningerne kan findes i rapporten Solar Protection in Buildings Part 2: [Wall2]. Der er dog én stor mangel ved programmet: det regner slet ikke på lysforholdene i rummet. I stedet tages der udelukkende hensyn til de termiske forhold omkring rummet og vinduessystemet. Det er altså ikke muligt at få angivet den indvendige belysningsstyrke på fx arbejdsplanet, men det overvejes fra udviklernes side at implementere dette hvis der kan findes midler til det. Programmet kan derfor heller ikke beregne besparelserne i forbruget af kunstlys ved større dagslysudnyttelse. ParaSol kan pga. begrænsningerne i rumgeometrien og vægten på de termiske forhold overvejende bruges til analyse og sammenligning af forskellige vinduessystemer mht. disses påvirkning af det termiske indeklima. 5.9 Desktop Radiance Desktop Radiance er et avanceret lyssimuleringsprogram, udviklet på Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL) i Californien, USA, og er gratis tilgængeligt fra LBL s hjemmeside 46. Desktop Radiance er en Windows-baseret 47 udgave af programmet Radiance, der kører under Lunux- og Unixstyresystemer, men da programmet stadig er under udvikling, er det ikke alle funktionerne fra Radiance, der er tilgængelige i Desktop Radiance. Det er dog muligt at benytte Radiance-funktionerne ved at skrive forholdsvis komplicerede koder i MS-DOS batch filer [DR manual]. Der er to versioner tilgængelige 1.02 og 2.0 Beta. Version 2.0 Beta er videreudviklet og forbedret på flere punkter, bl.a. er det i den nye version muligt at oprette nye møbler og ruder (efter modellering i vinduessimuleringsprogrammet Optics 5), hvilket er et uundværligt redskab til at modellere solafskærmning. Programmet kan anvendes til analyse og visualisering af dagslys- og kunstlysforhold under simple såvel som mere komplicerede geometriske bygningsudformninger. Desktop Radiance kan udelukkende bruges til lystekniske simuleringer under stationære forhold, dvs. for et givet tidspunkt med en valgt standard himmeltype, og der medtages ingen termiske eller energimæssige forhold. Desktop Radiance køres gennem tegneprogrammet AutoCAD 48, der gør opbygningen af simuleringsmodellen forholdsvis enkel og stort set uden geometriske begrænsninger. Desktop Radiance menuerne er på simpel og lettilgængelig måde lagt ind i menubjælken sammen med de andre AutoCAD menuer. Desktop Radiance er at anbefale i stedet for den oprindelige Radiance-udgave, der er vanskeligt og tidskrævende at bruge pga. det komplicerede tekstbaserede input til opbygning af simuleringsmodellen [SBI 277]. Desktop Radiance anvender backward ray-tracing til at følge hver eneste lysstråle, der rammer i et synligt punkt gennem interrefleksioner i 3D-modellen tilbage til lyskilden. Antallet af interrefleksioner fastsættes af brugeren ved angivelse af de avancerede beregningsparametre, se senere beskrivelse i afsnit Ray-tracing-teknikken bevirker desværre, at simuleringstiden er relativ høj, som regel flere timer for visualiseringer af forholdene Kan køre med: Windows 95, Windows 98, Windows NT (Service pakke 3 eller større), eller Windows Versionerne R14 og 2000 understøtter Desktop Radiance uden problemer. Da er gamle udgaver af programmet kan det godt give lidt komplikationer at skaffe disse udgaver men DR 1.02 og 2.0 Beta kan (endnu) ikke køre med Architectural Desktop, der er baseret på AutoCAD

85 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Dagslysberegninger med Desktop Radiance I Desktop Radiance er det muligt at foretage simuleringer af belysningsstyrken i et punkt, et netværk af punkter i et vilkårligt plan eller som et billede af modellen for en ønsket syns-/kameravinkel. Ud fra billedet er det udover belysningsstyrker muligt at analysere luminanser af overfladerne i modellen i form af maksimum og minimums værdier, iso-luxkurver eller farvetoningsdiagrammer, se Figur 32. Der er dog i simuleringer udført i eksamensprojektet [Hornuff] sået tvivl om, at iso-luxkurverne evt. har en off-set-fejl på optil 200 lux, idet simuleringer om natten, hvor lysniveauet burde være 0, visse steder i rummet gav lysstyrker på 200 lux, uden der kunne gives en fornuftig forklaring andet end at problemet består i, at det ikke er muligt at generere et billede om natten, hvor der ikke er lys. Tilsvarende simuleringer beregnet for et netværk af punkter resulterede i belysningsstyrker på nul lux som forventet. Om dagen viste simuleringerne dog god overensstemmelse mellem belysningsstyrker beregnet for et netværk af punkter og simuleringsresultaterne for kamerasimuleringer. Figur 32: Visualisering af kontor med udvendige persienner samt iso-luxkurver over belysningsstyrkerne i kontor med udvendige glaslameller [Hornuff] Det er kun muligt at lave stationære beregninger med Desktop Radiance. Dvs. der for en givet lokalisering (bredde-, længdegrad) kan simuleres for ét angivet tidspunkt (minut, time, dato, måned) med manuelt valg af vejrforhold defineret ved 4 standard himmeltyper. De fire himmeltyper er: CIE Clear, CIE Intermediate, CIE Overcast eller jævnt overskyet himmel, se beskrivelse i afsnit Det fremgår ikke af manualerne, om der er tale om en CIE klar himmel med eller uden sol, men i eksamensprojektet [Hornuff] er det ud fra en række simuleringer vurderet at det er en CIE klar himmel med sol. De stationære simuleringer i Desktop Radiance kan dog bruges til analyse og visualisering af belysningsstyrkens variation i modellen i løbet af dagen og året og under forskellige vejrtyper og orienteringer. Desuden kan forskellige facadeudformninger, materialer samt vinduessystemers påvirkning af belysningsstyrken og dagslysfordelingen vurderes. Og ud fra dette kan overholdelse af lovkrav til belysningsniveauet, luminansfordeling, blændingsgener og behovet for afskærmning vurderes. Alternativt til dynamiske årssimuleringer kan Desktop Radiance bruges til vurdering af dagslysforhold i en model i løbet af året ved at regne på udvalgte datoer, klokkeslæt pr. dag og himmeltyper. Ved at vælge jævndøgn (21. marts eller 21. september 49 ) samt solhverv (21. juni og 21. december) dækkes variationen i solhøjden over hele året og vil give et godt overblik over den årlige variation i de indendørs dagslysforhold. Antallet af tidspunkter på dagen kan vælges efter behov, men som minimum bør vælges 3 fx 8, 12 og 16 (bør vælges mest realistisk i forhold til arbejdstider) for at få et realistisk billede af indfaldsvinklernes betydning for forholdene. Det er også nødvendigt at vælge flere forskellige 49 Solhøjden er ens på disse datoer, hvorfor simuleringer for én af datoerne er nok. 81

86 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger himmeltyper, og som minimum anbefales ekstremerne CIE Clear og CIE Overcast, men også gerne CIE party cloudy som er en gennemsnits himmel [Dubois1]. Simuleringer med himmeltypen CIE Overcast kan dog begrænses til ét tidspunkt på én dag på året, da luminansen af den CIE-overskyede himmel er uafhængig af orientering og solhøjden og dermed tidspunktet på dagen og året [Dubois1]. Det er en god ide ved vurdering af forskellige parametres påvirkning af belysningsforholdene at gå ud fra simuleringer med en referencemodel. Hvis der simuleres på alle de valgte tidspunkter med referencemodellen, kan denne bruges som reference til vurdering af variationen over dagen, mens modellerne med de forskellige parametervariationer kun simuleres på et enkelt tidspunkt (kl. 12) på de udvalgte dage. Herved begrænses antallet af simuleringer, og hvis parameterændringerne ikke er meget afhængige af solens indfaldsvinkel i lokalet, kan det stadig give et godt billede af de forskellige parametres påvirkning af dagslysforholdene. Simuleringer med kamera, der giver en visuel illustration af belysningsforholdene og lysfordelingen i rummet, kan bruges til at visualisere solens bevægelse i rummene samt udsynet gennem vinduet. Det er muligt at opbygge de ydre omgivelser i AutoCAD og analyser deres påvirkning af belysningsforholdene, samt desuden at generere et billede af modellen set udefra (ved definition af zone vælges exterior ), hvorved vinduessystemernes udvendige arkitektoniske fremtoning kan vurderes. Simuleringer i [Dubois1] viste, at der kunne opnås resultater tætter på målte værdier ved opbygning af et forholdsvist detaljeret landskab i modellen. Det er imidlertid ikke muligt at simulere for virkelige vejrforhold eller at indstille afskærmninger eller kunstlys efter belysningsforholdene på anden måde end ved manuelt at ændre i modellen. Ligeledes er der ingen termiske eller energimæssige beregningsfaciliteter inkluderet i programmet. For alle simuleringer er det vigtigt, at den geometriske model bygges op så præcist og realistisk i forhold til virkelige eller kommende forhold som muligt for, at de fundne resultater er brugbare og troværdige Opbygning af model Modellen opbygges i 3D ud fra flader eller linjer i planet med tykkelser svarende til ønskede højder. Når modellen er tegnet tildeles alle overflader et materiale fra materialedatabasen i Desktop Radiance. Materialerne kan være ugennemskinnelige (metal eller plastik) eller glas (lystransmitterende), og biblioteket er rimeligt fyldestgørende og nemt at finde rundt i vha. sorteringsfunktionen. Det er muligt at definere nye materialer i databasen ud fra reflektans, evnen til at spejle og ruhed, dog skal nye glasmaterialer oprettes og importeres fra vinduessimuleringsprogrammet Optics5 50. Materialerne er altså ikke begrænset til at være diffust reflekterende, men brugeren kan selv definere størrelsesordenen på materialets evne til at reflektere spektralt. Efterfølgende kan evt. møbler og lyskilder vælges fra hhv. møbel- og lyskildedatabasen, hvor det også er muligt at definere nye. Se eksempel på opbygget model i Figur Kan bruges til analyse af glassystemers optiske egenskaber. Programmet er udviklet på LBL og kan downloades gratis fra 82

87 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Kamera Netværk af punkter Nordpil Figur 33: Eksempel på opbygning af simpel kontormodel i AutoCAD [Hornuff] Møbler I [Dubois1] er der lavet sammenligninger af simuleringer i Radiance 51 for en møbleret og umøbleret model. Disse sammenligninger viste en relativ forskel for belysningsstyrkerne i modellen på op til 35 % (størst for sommersolhverv midt på dagen) på et umøbleret rum i forhold til det møblerede (laveste værdier for det møblerede). Møblerne og deres placering har altså indflydelse på simuleringsresultaterne, hvorfor disse ideelt set bør medtages i modellen, men ofte er møblernes placering og udformning ikke kendt i projekteringsprocessen, og hvis resultaterne kun skal sammenlignes relativt, kan møblerne have mindre indflydelse på vurderingerne. Glasmaterialer og mkillum Når et glasmateriale som fx en rude vælges i biblioteket, er det muligt at beregne bidraget af lys i lokalet fra ruden på to måder: enten kan ruden betragtes som en flade, der udsender lys (lyskilde) eller som en flade, der transmittere lys. I det første tilfælde gøres brug af den indbyggede mkillum -komando (default indstilling) mens funktionen skal fravælges i det andet tilfælde. Når mkillum-funktionen anvendes, analyser programmet først lyset, der rammer ruden fra de ydre omgivelser, og ruden tildeles en jævn lysfordeling. I den forbindelse tages højde for udvendige elementer der skygger på ruden og interrefleksioner. Direkte sollys betragtes separat og er ikke inkluderet i den jævne lysfordeling for ruden. Ulempen ved mkillum er, et lyset fordeles jævnt over hele ruden, hvilket ikke stemmer overens med virkeligheden især hvis der er udvendige skyggegivere tæt på vinduet fx udhæng eller udvendige solafskærmninger. Fordelen er imidlertid en noget hurtigere beregningstid. Slås mkillum-funktionen fra betragtes ruden blot som en transmitterende overflade, og under en simulering vil lysstrålerne blive sporet helt tilbage til den egentlig lyskilde (himlen). Dette forlænger beregningstiden væsentligt, men til gengæld kan det være en mere korrekt måde, når der er udvendige skyggegiver som fx solafskærmninger [DR Overview]. Samme kilde beskriver dog at der er muligt at opnå en mere realistisk beregning med mkillum for større rudepartier, hvis ruden opdeles i mindre elementer (fx 4x4). Herved sammensættes rudens lysfordeling af en række fordelinger fordelt over et antal mindre arealer, der gør lysfordelingen mere jævn og realistisk især hvis der er indvendige flader tæt på kanten af 51 beregningsmetoderne er ens for de to programmer hvorfor resultaterne fundet i [Dubois1] kan overføres direkte til Desktop Radiance. 83

88 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger vinduet. Det anbefales derfor af tidsmæssige grunde at benytte mkillum-funktionen samt en opdeling af ruden i mindre elementer som beskrevet, denne anbefaling gives også i [Dubois1]. Det bør dog bemærkes, at yderligere undersøgelser af denne funktions virkemåde bør foretages for at være sikker på, at det er den mest optimale/korrekte måde at gribe den konkrete situation an på. Figur 34: Illustration af simulering med mkillum og hhv. 8 (standard, svarer til at vinduet ikke opdeles i mindre elementer) og 24 opdelinger (svarer til opdeling i 3 mindre elementer som illustreret på CAD-tegningen længst til højre) langs højre side af vinduet. Det ses, at de lyse solpletter på vægen til højre for vinduet bliver mere realistisk afbilledet med en mindre inddeling samt at billet til venstre får en mærkelig gul stribe på den nederste halvdel. (Forskellen på lysniveauet i rummet skyldes forskellig eksponering og indstilling af persiennerne). [DR Overview] Beregningspunkter og kamerasimuleringer Der kan som tidligere nævnt foretages analyse af dagslysforholdene med et referencepunkt, netværk af punkter eller kamera. Referencepunktet, der fungerer som en lysmåler, vælges vilkårligt i modellen og højde over x-y-planet samt vinkel angives. Et netværk af punkter kan placeres alle steder i modellen og defineres ud fra antallet af rækker (Y-aksen) og kolonner (-aksen) i netværket samt hjørnes placering, højde og vinkel. Ved simulering med kamera for en visuel visning af belysningsforholdene, angives længden af kameralinsen ( lens length ), der bestemmer hvor meget zoom der er på billede. Små værdier gør linsen kortere og dermed en videre perspektiv som var billede taget længere væk fra. En størrelse af kameralinsen på 20 mm svarer til en horisontal og vertikal synsvinkel på 96,8 hhv. 61,9. [DR Overview]. Det er muligt at definere flere referencepunkter, netværk og kameraer i samme model. Analyse af dagslysmængden og -kvaliteten Ved analyse af belysningsstyrkerne samt kontraster mellem forskellige relevante punkter i modellen kan det, som det blev gjort i [Dubois1], vælges at sammenligne belysningsstyrken forskellige steder på arbejdsplanet samt at vurdere luminansforskellen mellem arbejdsplanet og omgivelserne i synsfeltet (vægge og vindue), computerskærmen og omgivelserne, og endelig mellem arbejdsplanet og computerskærmen. Dette gøres ved at placere netværk af punkter på alle vægge i modellen samt i et plan af samme højde som arbejdsplanet (85 cm over gulvet). Placeres netværkerne af punkter som illustreret på tegning i bilag 5, opdeles alle flader i ligedannede kvadrater, med de forskellige punkter i netværket som midtpunkt. Dette midtpunkt kan opfattes som repræsentativ for en gennemsnitsværdi for de enkelte felter. Kvaliteten af dagslyset kan efterfølgende analysers fx ved at sammenligne forskellen på luminanserne i relevante punkter 52 og sammenholde forskellen med indikatorerne angivet i Tabel 7, der er fremkommet gennem et litteraturstudie, se [Dubois1] for nærmere detaljer samt beskrivelse af en mere omfattende og systematisk metode til vurdering af forskellene, hvor der tages hensyn til synsvinkler mm. Værdierne angivet i tabellen stemmer godt overens med værdierne fastsat i [Revis] angivet i Tabel 52 Vurderet ud fra placering af arbejdsplads og synsvinkler. 84

89 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold 4 i afsnit 1.4.2, på nær hvad angår den absolutte luminans i rummet der i [Revis] er sat til cd/m 2 i periferien af synsvinklen og i [Dubois1] sættes til cd/m 2. Det kan i denne rapport ikke afgøres, hvad der er mest korrekt. Tabel 7: Indikatorer til vurdering af den visuelle komfort [Dubois1] For en mere detaljeret beskrivelse af hvorledes en model kan opbygges i Desktop Radiance henvises til [DR Overview], [DR manual] og startintroen (Quick Start Tutorial) på Desktop Radiance hjemmeside, hvor de to sidstnævnte er mest udførlige og brugbare Solafskærmning Opbygning af solafskærmninger i Desktop Radiance har vist sig lidt problematisk. Der er kun prædefineret enkelte gardiner og persienner i møbelbiblioteket og de er ikke særlig brugbare, idet de ikke kan reguleres og mest er medtage for syns skyld. Hvis det ønskes at simulere med solafskærmning, er det derfor nødvendigt at definere nye typer af solafskærmninger enten til lagring i biblioteket eller direkte skrive at skrive komandoen for oprettelse af percienner (genblinds) i Radiance i MS-DOSpromten til definition af persienner. Den sidstnævnte metode virker lidt mystisk og ret kompliceret og vil derfor ikke beskrives nærmere her. For ikke solafskærmninger, der ikke er plane og tæt placeret på ruden, som percienner eller forskellige typer lameller og udhæng, anbefales at tegne afskærmningen fysisk i modellen i den ønskede indstilling, hvilket har vist sig brugbart i [Hornuff]. Efterfølgende tilknyttes et materiale fra materialedatabasen og afskærmningen kan gemmes som et møbel i databasen. Hvis man laver et ophæng af fx metal, 85

90 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger påsætter lameller af glas og efterfølgende indsætter det i materialebiblioteket, bliver glasset ikke gemt som en del af solafskærmningen, og glasset følger derfor heller ikke med når solafskærmningen implementeres i en tegning. En løsning på dette er at definere ophænget til fx glaslameller i møbelbiblioteket og, efter indsættelse i CAD-modellen, at tegne glaslamellerne og vedhæfte det ønskede glasmateriale inden simulering. For plane solafskærmnniger af transparente eller diffust transmitterende materiale (screens eller film) har det vist sig nødvendigt at oprette solafskærmning og rude som et nyt samlet glasmaterialer og tildele denne spektrale egenskaber svarende til det samlede vinduessystemet. Dette skyldes, at det i Desktop Radiance ikke er muligt at placere 2 flader tæt på hinanden uden at simuleringen bliver unøjagtig [DR manual]. Det nye samlede glasmateriale oprettes i Optics5, hvor det er bl.a. muligt at sammensætte nye glassystemer ved at kombinere forskellige ruder fra databasen i programmet og efterfølgende beregne glassystems totale transmittans og reflektans. I Optics5 oprettes solafskærmningen i databasen som en ny rude med solafskærmningens optiske egenskaber ved indlæsning af en tekstfil. Efter oprettelsen af et samlet vinduessystem kan systemet eksporteres til Desktop Radiance. I følge online-vejledningen i Optics5 burde det være muligt at importere filer fra programmet Windows4.1, men det har i eksamensprojektet [Hornuff] vist sig ikke at være muligt at oprette tekstfiler fra Windows4.1 eller 5.1, der kunne læses af Optics5. I stedet er det nødvendigt at konstruere en tekstfil (baseret på fremgangsmåden beskrevet i [Versluis]), der indeholder de optiske egenskaber for det materiale, der ønskes undersøgt. For at kunne benytte denne metode kræves, at der foreligger måledata fx målt med goniospektrometer, for materialet eller solafskærmningen i bølgelængdeområdet nm. Efter indlæsning af de oprettede tekstfiler i Optics5 brugerdatabase, kan de eksporteres til Desktop Radiance. I Desktop Radiance anvendes kun reflektansen af materialets inderside, mens Optics5 gives materialets reflektans på både yder- og indersiden (det er ikke muligt at angive hvilken reflektans, der skal anvendes). Hvis der er væsentlige forskelle i de to reflektanser betyder dette, at materialet i modellen vil reflektere en væsentlig mindre del af lyset tilbage mod de ydre omgivelser. Dette burde dog ikke have betydning for belysningsniveauet i lokalet når materialet anvendes i facaden, idet transmittansen i modellen stemmer overens med virkeligheden, hvorfor forskellen bør ligge i mængden af lys, der absorberes. Såfremt de spektrale egenskaber er kendt fra målinger eller produktdata, kan solafskærmninger altså modelleres i programmet Desktop Radiance, om end det med den nuværende udgave af Desktop Radiance er ret besværligt. [Hornuff] Valg af simuleringsparametre Det er muligt at ændre på eksponeringen af billedet og der findes en avanceret funktion kaldet human sensitivity, der ved hjælp af filtre efterligner det menneskelige øjes evne til at opfatte flere detaljer i et billede med høje kontraster [DR Manual]. Når en model er opbygget og klar til simulering, vælges om der skal simuleres for reference punkt, et netværk af punkter eller kamera. Dialogboksen for definition af analyseparametre ser stort set ens ud for de 3 typer af simuleringer og kan ses på Figur

91 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 35: Dialogboksen for definition af analyseparametre til simulering i Desktop Radiance I dialogboksen vælges den ønskede himmeltype, lokalisering og tidspunkt. Ved valg af lokalisering skal København oprettes manuelt med længdegrad -12,53 og breddegrad 55,7 og standard median (tidsmedianens længdegrad) -15 [Svendsen]. Desuden angives "turbidity"-faktoren (værdier mellem ), der beskriver den atmosfæriske spredning. Det anbefales at bruge CIE standardværdien på 2, hvilket svarer til en meget klar atmosfære, mens 6 svarer til forurenet atmosfære [DR Manual]. Desuden vælges simuleringstypen, luminansværdier, belysningsstyrker eller dagslys faktorer (kun for referencepunkt eller netværk af punkter) samt simuleringsindstillingen til interactive eller batch. Batchindstillingen giver en hurtigere og grovere skitsering af lavere kvalitet, der kan bruges som kontrol af, at CAD-modellen og kameraindstilling er korrekt. Med interactive-indstillingen fås en mere glat og præcis billedgengivelse med høj opløsning og bør bruges til de endelige billeder. Her er det endvidere muligt at vælge en af indstillinger: human sensitivity, farvetoningsdiagrammer og iso-luxkurver. Angivelse af nøjagtigheden af simuleringerne begrænser sig i dialogboksen til medium i Beta 2.0 udgaven af programmet, men dette kan overskrives ved at ændre parametrene i Advanced - dialogboksen (efter tryk på advanced -knappen). Her kan reguleres på parameter vedrørende eksponering, lysberegninger, geometri og billedindstillinger. 87

92 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 36: Dialogboksene til angivelse af avancerede analyseparametre for analyse og lysberegninger I det følgende vil kun de vigtigste indstillinger blive gennemgået. Under Analysis -fanen kan eksponeringen ændres, ved valg af Auto sættes eksponeringen automatisk til 1.0, hvilket er et godt udgangspunkt [DR Manual]. Under Lighting -fanen kan angives værdier for ambient bounces, der angiver det maksimale antal af diffuse interrefleksioner, der indgår i beregningen af det indirekte bidrag. Dette er en meget vigtig parameter, idet den påvirker beregningstiden og billednøjagtigheden meget, jo lavere nummer jo hurtigere men også mere upræcis gengivelse får man. For et almindeligt enkeltmandskontor med typiske materialer, hvor der ønskes en belysningsstyrkeberegningsnøjagtighed på ±10 % kræver det 4 (eller derover) ambient bounces, mens ambient bounces på 1-2 giver 25 % s nøjagtighed [Larson]. Det er dog vigtigere med høj værdi af ambient bounces ved simulering med referencepunkt eller netværk af punkter end kamera, idet skærmopløsning mm. gør at forskellen ikke bliver så mærkbar på billedet, hvor lav ab stadig giver gode skygger og direkte sollysaftegninger [Larson]. I [DR Overview] anbefales det at sætte ambient bounces mellem 3 og 5, mens [Hornuff] ved simuleringer med forskellige indstillinger kom frem til at 3 ambient bounces var passende idet det vurderes, at nøjagtigheden af beregningerne ikke forbedres betydeligt ved at anvende f.eks. fire "ambient bounces", hvorfor en kortere beregningstid er at foretrække. Men det bør (hvis der er tid til det) i det enkelte beregningstilfælde vurderes hvad værdien skal sættes til ud fra en opvejning af tidsforbrug og ændringen i beregningsresultatet. Ved avancerede solafskærmninger eller dagslyssystemer som fx lyshylder, hvor der sker mange refleksioner er det fx nødvendigt at sætte værdien af ambient bounces højere [DR Overview]. Ambient value angiver en konstant baggrunds ambient -værdi, der tillægges beregningerne efter lysets sidste spring. Denne værdi bør sættes til nul, når der ønskes en høj nøjagtighed af belysningsstyrker og så længe antallet af ambient bounces er sat til en værdi mellem 3 og 5. 88

93 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 37: Dialogboksene til angivelse af avancerede analyseparametre for geometri og billedindstillinger Under Geometri-fanen kan simuleringssområdet kaldet zone defineres eller vælges (kan også ske gennem den almindelige Desktop Radiance pull-down menu). Geometric detail kan øge præcisionen af simuleringerne, men er vigtigst for modeller der er domineret af små geometriske detaljer set i forhold til hele modellen. Minimum er standardindstillingen og egnet til de fleste modeller. [DR Manual]. Under Rendering -fanen kan Rendering quality vælges, der angiver den overordnede kvalitet af billedet. Over sampling reducerer urenheder i billedet, men forøger beregningstiden med optil 4 gange for hver forøgelse af over sampling. Override Settings giver mulighed for overskrive indstillingerne i Desktop Radiance ved at definere, hvilken som helst indstilling af simuleringsparametrene der er tilgængelige i Radiance, men dette kræver indgående kendskab til disse parametre. I [DR Manual] skrives, at en rimelig høj billedkvalitet kan opnås ved at sætte over sampling til 2x samtidig med at light variability og geometric detail sættes til high, mens rendering quality holes på medium. Det anbefales i [Larson] samt [Dubois1], at der, før simuleringsprocessen i Radiance sættes i gang, laves en følsomhedsanalyse for at analysere effekten af de forskellige analyseparametre (omkring 15) på nøjagtigheden af resultaterne. Herved kan de optimale indstillinger for den højeste nøjagtighed ved et passende tidsforbrug bestemmes. Der startes med indstillingen medium nøjagtighed og laves simuleringer af belysningsstyrken for en linje midt i rummet i samme højde som arbejdsplanet. Herefter øges de enkelte analyseparametre til høj nøjagtighed på skift og tidsforbruget noteres. De fundne resultater i form af dagslysfaktorer og belysningsstyrker sammenlignes med målinger foretaget i rummet og de relative forskelle beregnes og effekten af analyseparameteren og tidsforbruget opvejes mod hinanden. For at kunne lave denne følsomhedsanalyse er det dog nødvendigt at have målinger fra en tilsvarende fysisk model, hvilket sjældent er muligt i en projekteringsproces. Desktop Radiance har også flere standard indstillinger end Radiance, hvorfor der ikke stilles samme krav til valg af parametre. Desuden vurderes det som tilstrækkeligt at følge anbefalingerne i manualerne ved indstillingen af 89

94 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger parametrene for at opnå en tilfredsstillende nøjagtighed på resultatet. Mere information om de enkelte analyseparametres betydning og indflydelse på resultatet kan også findes i [Larson] samt [Dubios1]. Det er nemt at ændre på alle indstillinger ved at duplikere en tidligere simulering, hvorefter de ønskede rettelser kan foretages og en ny simulering påbegyndes Vurdering af programmet Der er ingen tvivl om at Desktop Radiance er brugbart værktøj til analyse og visualisering af dagslysforholdene i bygninger. Det kan give nogle beskrivende billeder af lysforholdene på givne tidspunkter og mange muligheder for vurdering af belysnings- og luminansforhold. Den lage simuleringstid og lidt komplicerede måde at håndtere visse former for solafskærmninger er dog nogle negative ting ved programmet. Dertil kommer at Desktop Radiance udelukkende er et lysteknisk værktøj, der må bruges i sammenhæng med termiske simuleringsprogrammer, hvis der skal opnås en integreret analyse af dagslysforholdene. Men det kan til gengæld også være et udmærket supplement til disse termiske simuleringsprogrammer som fx Bsim2002, hvis der med Desktop Radiance foretages mere præcise dagslyssimuleringer til vurdering og visualisering af lysforholdene i bygningen. Det er en fordel for brugeren at have forkundskaber inden for AutoCAD, da dette letter opbygningen af modellen væsentligt. Til gengæld kan der, hvis der allerede findes en AutoCAD-model, forholdsvist nemt bygges videre på denne, så den kan bruges til simuleringer i Desktop Radiance. Mangler og usikkerheder Det er med et godt kendskab til AutoCAD forholdsvist nemt at komme i gang med at bruge programmet ud fra vejledningerne i [DR Manual], [DR Overview] og startintroen på hjemmesiden. Herved kan opbygges en model, og derefter beregnes belysningsstyrker og luminanser uden at angive andre simuleringsparametre end tid, sted og himmeltype. Hvis det ønskes at optimere beregningerne og implementere solafskærmninger bliver det straks lidt mere kompliceret, idet der kun findes en begrænset vejledning og blot henvises til programmet Radiance. Det ville gøre Desktop Radiance mere lettilgængeligt, hvis der forelå en mere uddybende forklaring af de avancerede simuleringsparametre og deres indflydelse på nøjagtigheden af beregningerne og beregningstiden. Der findes i bl.a. [Larson] en mere uddybende forklaring vedrørende programmet Radiance, og det ville være en god ide at ind arbejde disse informationer i manualerne til Desktop Radiance. Såfremt programmet Desktop Radiance skal vinde indpas hos rådgivende ingeniører, arkitekter og andre til brug i projekteringen af bygninger vil det hjælpe meget med en udvidelse af Desktop Radiance, således at det bliver muligt direkte i programmet at modellere solafskærmninger, ligesom det vil være nødvendigt med mere udførlig og opdateret dokumentation. Det ville fx være en fordel hvis forskellige faciliteter, som findes i Radiance blev implementeret i Desktop Radiance. Det drejer sig specielt om genblinds, der kan bruges til definition af persienner, og muligheden for at definere trans material, der er diffust transmitterende materialer fx til brug ved modellering af en screen. 90

95 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold 5.10 ADELINE ADELINE 53 er en integreret programpakke til design og analyse på årsbasis af lysforhold (kunstigbelysning og dagslys) i bygninger. ADELINE er udviklet i et internationalt forskersamarbejde under Det Internationale Energiagentur (IEA) Solar Heating and Cooling-program Task 21 (omtales senere i afsnit ). Det er siden blevet videreudviklet med nye udgaver, hvor version 3.0 fra 1999 er den nyeste. Programpakken kan købes gennem Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) i Stutgard for 500, og her afholdes ligeledes seminarer om brugen af ADELINE. Programpakken kobler eksisterende selvstændige programmer sammen og indeholder bl.a. et CADtegneprogram, Scribe Modeller, samt to dagslyssimuleringsprogrammer, Superlite og Radiance. Desuden indeholder pakken to programmer, Superlink and Radlink, hvis formål er at efterbehandle dagslyssimuleringerne i hhv. Superlite og Radiance til estimering af potentielle energibesparelser på kunstlyset som følge af øget dagslysudnyttelse, samt en fil med de interne varmebelastninger til brug som input til energisimuleringsprogram (if. tsbi5, SUNCODE, DOE2 eller TRNSYS). [Adeline] ADELINE kan gennem simuleringer i programmerne producere forskellige resultater grafisk og i talform. ADELINE s struktur kan ses på Figur 38. De forskellige programmer benyttes efter ønske og åbnes fra ADELINE s hovedprogramflade. Programmerne har individuelle programflader, dog er den fælles for Superlite/Superlink hhv. Radiance/Radlink. Figur 38: Diagramoversigt for programpakken ADELINE [Adeline ] Den geometriske model opbygges i Scribe Modeller eller importeres fra CAD-programmer som AutoCAD. Herefter importeres modellen i et af dagslysprogrammerne, Radiance eller Superlite, vha. konservationsprogrammet PLINK, der har til formål at tilknytte materialer og generer input filer til programmerne. Materialefilen er delt op på de forskellige tegnelagskoder, og indeholder mere end 200 materialer. Den er dog meget primitiv uden illustrationer og kun meget simple beskrivelser, hvorfor man er nødt til at sidde med en oversigt med forklaringer (findes i manualen) ved siden af. Det er muligt at se modellen i 3D samt ændre på kameravinklen i Radiance Scene Editor. 53 Advanced Daylight and Electric Lighting Integrated New Environment 91

96 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Efter import af modellen og tilknytning alle materialer skal de nødvendige simulationsparametre angives. Angivelse af simulationsparametrene er dog ret besværlig og uoverskuelig især de første par gange. I dagslysprogrammerne kan modellen kontrolleres og vurderes ved grafiske illustrationsværktøjer, og der kan køres dagslyssimuleringer (dagslysfaktorer, belysningsniveauer, blændingskildeidentifikation) for et ønsket tidspunkt på året med en valgt standard himmeltype (CIEmodeller). Superlite er et noget simplere beregningsprogram med flere begrænsninger (max antal linjer, flader og vinduer) end Radiance men også nemmere at bruge. I Radiance er det endvidere muligt at indsætte møbler og mønstre på overfladerne i rummet. Superlink og Radlink kan der efter bruges til simulering af mængden af kunstlys, det er nødvendigt at supplere med på årsbasis for at opnå acceptabelt belysningsniveau i modellen. Simuleringen kan ske med hensyn til forskellige kontrolstrategier, lampetyper, ønsket belysningsstyrke på arbejdsplanet, brugermønster, styring af solafskærmning og på baggrund af the sunshine probability 54. Timeværdier for de interne varmebelastninger og energibesparelser fra kunstlyset kan gemmes i en fil til brug for termiske og energimæssige beregninger i et energisimuleringsprogram. Det er dog lidt uklart hvorvidt dette også gælder den interne varmelast fra solstrålingen, idet der står anført noget forskelligt forskellige steder i de til programpakken medfølgende manualer. Men det er dog ikke muligt at opnå en interaktion mellem de lystekniske og termiske simuleringer, hvorfor solafskærmningen fx ikke kan styres efter overtemperaturer i rummet. Omkring 7 (nogle delvist) af de 10 krav til det ideelle designværktøj, der blev stillet i afsnit 5.2, er opfyldt for ADELINE s vedkomne. Desværre fungerer programpakken ikke så optimalt som beskrevet i manualer og salgsfolder. Programmet var oprindeligt DOS-baseret og bærer stadig præg af den tidligere opbygning i form af nogle kedelige interfaces, se Figur 39, og begrænsninger når filer skal gemmes og hentes ind i programmet. Der var desuden flere problemer ved installationen og samkørslen mellem programmerne er også noget tvivlsom. Kjeld Johnsen 55 fra By og Byg, der var med i dele af IEA Task 21 -arbejdet, har ytret misbilligelse til denne måde at bygge simuleringsprogrammer op. Det sætter store krav til dataoverførslen at bruge den samme model opbygget i et separat program til simuleringer i de forskellige andre programmer. Han fraråder direkte brugen af Adeline, da beregningsmetoderne ikke er overbevisende og han er usikker på at der regnes rigtigt i Superlink/Radlink. Han mener heller ikke at IBP har tilstrækkeligt gode værktøjer selv til at udvikle det de gerne vil med Adeline. I stedet er han tilhænger af en samlet programstruktur som By og Byg s eget BSim2002, hvor den samme datamodel benyttes i forskellige programmer. 54 Sunshine probability (SSP) er enten forholdet mellem tiden med solskin på timebasis, fra solopgang til solnedgang, og den maksimalt mulige tidsperiode med solskin i samme periode. Eller SSP kan bestemmes udfra skydækkets omfang. [Superlink/Radlink] 55 Seniorforsker samt projektleder på flere af By og Bygs forskningsprojekter inden for dagslys 92

97 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 39: Radiance/Radlink's interface På baggrund af disse udtalelser og en vurdering af programmets struktur, alder og udviklingspotentialer, er der ikke gennemført en fuldstændig evaluering og gennemprøvning af Adeline i dette projekt, ligesom det heller ikke anbefales at bruge programpakken i projekteringsøjemed. I stedet følger en kort beskrivelse af programmets opbygning og muligheder samt de positive og negative sider det har Geometrisk model En geometrisk model af den givne bygning eller det enkelte rum bygges op i programmet 3-D i Scribe Modeller eller kan importeres som.dxf-fil fra AutoCAD (op til AutoCAD udgave 14 ifølge ADELINE s hjemmeside 56 ) og konverters vha. dxf-konverteren til Scribe Modeller eller direkte til Radiance. I Scribe Modeller kan tegnes alle geometriske figurer, der kan opbygges af linjer og planer. Men programmet er DOS-baseret og ret forældet og kompliceret at bruge bl.a. fordi der ikke er nogen mus, Figur 40. Desuden defineres et arbejdsplan til brug ved senere vurdering af dagslysniveauet og behovet for supplering med kunstlys

98 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 40: Screen dump af Scribe Modeler's interface Modellen importeres i Superlite og Radiance gennem PLINK, hvor der tilknyttes en materialedatafil med materialer fra database biblioteker over møbler, materialer og belysningsarmaturer. Hver komponent i modellen skal tilknyttes materialeegenskaber som farve, lysabsorption og lysreflektion. Materialedatabasen indeholder mere end 200 materialer som fx beton, mursten, træ, malinger og transparente eller translucente materialer som glas og plastic Dagslyssimuleringer Stationære dagslyssimuleringer og visualisering af lysforholdene for et givet tidspunkt på dagen og året med standard himmeltyper kan foretages enten i Superlite eller Radiance. Superlite er et simplere men hurtigere beregningsværktøj, der gør brug af Radiosity-metoden og derfor regner alle refleksioner som diffuse. Der er en række begrænsninger på rudetyper, antallet samt formen af flader og vinduer, og billeder kan kun fås i gråtoner. Der kan fås resultater som belysningsniveau og dagslysfaktorer på arbejdsplanet afbilledet i 2- og 3-D iso-luxkurver for enten dags- eller kunstlys, se Figur 41. Figur 41: Iso-lux plot i plan og snit samt 3D af beregnede belysningsstyrkerne i Superlite for model med et vindue 94

99 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Radiance er mere detaljeret og benytter, udover Radiosity, Ray-tracing til beregning af lysets fordeling i rummet, til gengæld er beregningerne meget mere tidskrævende. Der er ingen begrænsninger for den geometriske model. Radiance kan som Superlite simulere dagslysfaktorer og belysningsniveauer, men derudover kan der genereres 3-D farveillustrationer af luminansfordelingen samt iso-luxkurver og farvetoningsdiagrammer for belysningsstyrken i rummet som i Desktop Radiance, se Figur 42. Mulige blændingskilder kan ifølge [Adeline] identificeres af Radiance og markeres med cirkler ligesom der kan beregnes blændingsindekser. Figur 42: Resultater opnået i Radiance. Til venstre fotorealistisk illustration af lysforholdene (copyright)[larson]. Til højre farvetoningsdiagram samt iso-luxkurver Generering af billeder af belysningsstyrken og farvetoningsdiagrammer tager kun nogle minutter, mens et billede af luminansfordelingen i høj kvalitet tage omkring 2 timer for et mindre kontor med få møbler og 4 timer, hvis der er implementeret mønstrede overflader som fx trægulv. Hvis der er tale om store modeller med mange lyskilder (lamper elle vinduer) som fx atrium kan det tage op mod 20 timer at få genereret et billede Termiske og energimæssige simuleringer ADELINE kan vha. programmerne SUPERLINK og RADLINK ifølge hjemmesiden lave simuleringer over interaktionerne mellem dagslys, kunstlys og bygningens dynamiske energiforhold, for de to dagslysprogrammer Superlite og Radiance hhv. I praksis er disse beregninger dog ikke så lovende. SUPERLINK og RADLINK producerer timeværdier for behovet for kunstig belysning til supplering af dagslyset for at opnå det angivne tilfredsstillende belysningsniveau i en bygning med en given geografisk lokalitet. Der tages i simuleringerne hensyn til forskellige lysstyringsstrategier, forskellige belysningsarmatureffekter og luminanseffektiviteter, ønsket belysningsniveau på arbejdsplanet, brugerprofiler samt en timebaseret solskinssandsynlighed. Hovedformålet med Superlink og Radlink er at mikse CIE-standardhimmeltyperne til simulering af virkelige vejrforhold og beregning belysningsstyrkedata på arbejdsplanet. Til simulering af virkelige vejrdata benyttes sunshine probability (bestemt på baggrund af virkelige vejrdata fra DRY og baseret enten på direkte stråling eller skydækkeandel) til vægtning standardforholdene, hvorved der kan beregnes timebaseret arbejdsplansbelysningsstyrker opnået med dagslys. Definition af lyssystemet, solafskærmningen samt det ønskede belysningsniveau på arbejdsplanet sker i samme dialogboks. Her indtastes ønskede designbelysningsstyrke på arbejdsplanet, der kun kan angives ved én værdi for hele modellen. Belysningsstyrken på arbejdsplanet simuleres af dagslysprogrammet ud fra gennemsnit af angivne referencepunkter på arbejdsplanet, der af programmet automatisk er delt op i et netværk på 5x5 punkter. Referencepunkterne skal vælges manuelt af brugeren ved angivelse af knudenummer ud fra en vurdering af hvor en repræsentativ belysningsstyrke vil optræde. Da der ikke er 95

100 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger nogen grafisk brugerflade til rådighed for valget af punkter kan det være svært at foretage et rimeligt valg. Styringen af kunstlyset kan vælges ud fra forskellige lysstyringsstrategier: on/off (1,2,3 eller 4-trins) og kontinuerlig lysdæmpning, der alle styret efter sandsynlighedsalgoritmer, se Figur 43. Hvis kontinuert lysdæmpning vælges, benyttes automatisk et gennemsnit for alle 25 referencepunkter til vurdering af dagslysniveauet (Superlink/Radlink). Figur 43: Øverst illustration af princippet bag de forskellige lysstyringsstrategier i Superlink/Radlink: on/off, 2- trins on/off og kontinuerlig lysdæmpning. Nederst graf over sandsynlighedsalgoritme for om brugerne vil slukke lyset manuelt. [Superlink/Radlink] Solafskærmninger defineres ved én afskærmningsfaktor 57, gældende for hele året indtastet af brugeren. Desuden angives om afskærmningen er fast eller regulerbar. Hvis afskærmningen er regulerbar, er det kun muligt at styre den efter designlysstyrken og ud fra den strategi, at den er præcis så lukket, som det er nødvendigt for at opretholde dette lysniveau.[superlink/radlink]. Denne styring betyder at afskærmningerne aktiveres så snart lysniveauet når over den angivne designlysstyrke. Dette er en urealistisk styring, da gener ved for høje lysstyrker først opstår ved noget højere lysniveauer end lux, som designlysstyrken oftest vil være. Da kunstlyset ikke vil være tændt samtidig med afskærmningen aktiveres, er det dog kun afskærmningen for solvarme, der vurderes forkert og vil resulterer i, at størrelsen af den interne varmelast fra solindfaldet vil blive undervurderet. En mere realistisk styring kunne have været lavet ved en kombination af lysniveauet på arbejdsplanet (dog med en højere grænse en designlysstyrken) og solbestrålingsstyrken på fx vinduet. En anden faktor, der giver urealistiske simuleringer, er det faktum, at det i Superlink og Radlink ikke er muligt at angive placeringen af afskærmningen (indv., udv. eller mellem glassene). Brugeren skal altså selv tillægge placeringens betydning ved indtastning af afskærmningsfaktor, men da den indtastede faktor sandsynligvis skal dække over afskærmning for både lys og varme samlet, er det meget svært (eller umuligt) at angive en realistisk værdi. Desuden må afskærmningerne ikke være inkluderet fysisk i modellen, (som det ville være ønskeligt ved generering af billeder) medmindre det er faste afskærmninger, i hvilket tilfælde de så ikke skal defineres i Superlink/Radlink. Det er muligt i Superlink/Radlink at definere brugermønsteret for kunstlyset i modellen ved angivelse af arbejdstider, weekender og ferier. Superlink/Radlink bestemmer energibehovet til kunstlys ud fra den indtastede karakteristik af belysningssystemet og en sammenligning mellem den simulerede belysningsstyrken på arbejdsplanet opnået med dagslys og den ønskede designbelysningsstyrke [Superlink/Radlink]. 57 Det fremgår ikke af [Superlink/Radlink] hvorvidt det er afskærmningsfaktoren for varme eller lys. 96

101 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Resultaterne, der direkte kan beregnes i Superlink og Radlink, er grafer over saved electrical energy (sparet elektrisk energi) eller consumed energy (elforbruget) begge dele for den kunstige belysning i forhold til hvis lyset var tændt hele brugstiden, se Figur 44. Det er muligt at få forskellige filer optegnet samtidig så der er muligt at sammenligne fx forskellige kontrolstrategier for lysstyringen eller vinduesudformninger. Desuden gives en summering over året af hhv. den sparede energi, antallet af timer med tændt lys og hvor stor en %-del af tiden lyset var tændt. Figur 44: Resultat af Superlinksimulering Resultaterne fra SUPERLINK og RADLINK beregningerne gemmes i to forskellige filer: *.sum-fil, der indeholder værdier for de potentielle energibesparelser til kunstlys og *.hea-fil, der indeholder gennemsnits timeværdier for den interne varmebelastning fra kunstlyset og solindstrålingen. [Superlink/Radlink] Disse filer kan så bruges i et af energisimuleringsprogrammerne: tsbi5, SUNCODE, DOE2 eller TRNSYS 58, som fx lysstyringsprofil for den kunstige belysning til beregning af elforbruget og varmelasten for den kunstige belysning. Det er dog kun tsbi5 (del af BSim2002), der ifølge Kjeld Johnsen fra By og Byg regner nøjagtigt nok til at resultaterne er brugbare [Johnsen1]. Vejledningen i [Adeline User s Manual] omkring overførsel af Superlink/Radlink s outputfil til tsbi5 er ikke særlig udførlig, og det er lidt uklart om det kun er elforbruget til belysning eller også varmelasten fra solindstrålingen, der kan benyttes i tsbi5. Under telefonsamtalen med Kjeld Johnsen blev dette ikke afklaret nærmere, da han ikke havde forsøgt at foretage denne samkørsel af programmerne, men han mente dog at det kunne løses. Derimod ville han ikke anbefale at bruge resultaterne fra Superlink/Radlink, da han har mistanke til, at programmet regner forkert. Der er derfor ikke foretaget denne kobling til tsbi5 eller andre af energisimuleringsprogrammerne i dette projekt, fordi der er sat så store spørgsmål til programmets beregningsnøjagtighed og opbygning fra Kjeld Johnsens side. 58 ifølge IBP s hjemmeside 97

102 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Vurdering af programmet Princippet med en integreret behandling af lysforhold og el-forbruget til kunstlys samt interne varmebelastninger er det der efterlyses i denne rapport, men Adeline-programpakken er usikker, ustabilt og besværligt til at bruge. Det er en gammeldags og usikker opbygning af programstrukturen, og der opstod mange problemer med installationen og forskellige beregninger bl.a. pga., at programmet er tidligere DOS-baseret og stadig indeholder begrænsninger fra de tidligere kørselsmetoder. At Adeline er stykket sammen af forskellige programmer gør også, at der medfølger mange manualer, der gør kørslen og mulighederne uoverskuelige. Beregningsmetoderne i Superlink/Radlink er lidt tillempede og Kjeld Johnsen har belæg for sin tvivl omkring brugbarheden af resultaterne. Ligeledes er det heller ikke lykkedes på en smart og effektiv måde at opnå koblingen til energisimuleringsprogrammet, og hvis det er muligt, vil der ikke være mulighed for en interaktion mellem det to programmer til fx regulering af solafskærmningen efter overtemperaturer i bygningen. Derfor vurderes programpakken til ikke at være en bedre løsning end Bsim2002 suppleret med Desktop Radiance. Det er derfor valgt at anbefale et andet værktøj end Adeline i denne rapport, hvilket er en samkørsel mellem ESP-r og Radiance, se beskrivelse i afsnit Det er dog en god ide at have en hurtigere, mindre detaljeret dagslysberegning til brug tidligt i projekteringsprocessen (som det er tiltænkt med Superlite), hvor mange parametre ønskes vurderet, og en mere præcis og tidskrævende simulering til senere, når detaljerne skal vurderes (Radiance). Det er dog ikke så smart, hvis det som med Superlite er besværligt at opbygge en model, der ikke let kan importeres vha. CAD-tegninger. ADELINE har dog den fordel at den gør det muligt at bruge Radiance på PC ere med Windowsstyresystem. Endvidere indeholder biblioteket gode tegninger af møbler, der evt. kan bruges i andre sammenhænge, hvis programmet vel og mærke er til rådighed DAYSIM Følgende beskrivelse af simuleringsmetoden DAYSIM er skrevet på engelsk, da materialet forelå på engelsk. Der er dog ikke tale om en direkte kopiering af materialen, men i stedet en genskrivelse. DAYSIM is a RADIANCE-based dynamic daylight simulation method to calculate the short-time-step development of indoor illuminances in buildings based on hourly mean direct and diffuse irradiance values. DAYSIM can simulate the annual daylight availability and electric lighting energy demand in a building either during the initial design phase or later [DAYSIM1]. DAYSIM uses the RADIANCE simulation environment to provide indoor illuminances under multiple instead of single sky conditions. Similar to the ESP-r/RADIANCE link 59 DAYSIM is based on the concept of daylight coefficients according to Tregenza and the underlying sky model is the Perez model [DAYSIM1]. The method is especially suitable for individuals who already have experience with RADIANCE as DAYSIM uses the same input files and simulation parameters. DAYSIM runs on UNI and Linux operating systems and have so far been tested on SUSE PC Linux 6.4, RedHat 7.2, Debian 3.0 stable, CRAY/SGI Origin 2000/108 [DAYSIM2]. The DAYSIM software can be used an installed for free by downloading the DAYSIM source code from the DAYSIM homepage and the RADIANCE source code from version 3R4 or 3R1P20 (depending on which version you usually use) [DAYSIM2]. As of yet, most available daylight simulation methods are merely based on 1-hour means of irradiance data and neglect the short-term dynamics of daylight [DAYSIM2]. But as daylight cannot be stored, the 59 See following section 5.13 and [Janak] 98

103 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold usage of 1-hour irradiance data in dynamic daylight simulations may thus lead to considerable errors in the prediction of the annual daylight availability. In a study, the dependence of the annual daylight availability on the underlying simulation time step interval was quantified. Assuming two different automated daylight-dependent artificial lighting strategies, the predicted annual artificial lighting demand was found systematically underestimated by up to 27% on the simulations based on 1-hour means instead of 1-min means of measured beam and diffuse irradiances [DAYSIM2]. The utilization of modeled 1-min means of irradiance data reduces the above described systematic simulation errors to below 8% for both automated lighting strategies. [DAYSIM2] It is possible to calculate the annual illuminance profiles for up to 10 settings of the shading devise, which can be considered simultaneously [Reinhart]. DAYSIM have a manual lighting and blind control model that determines the annual electric lighting demand for different manually and automatically controlled lighting and blind systems [Reinhart]. It is also possible to make your own control algorithms by using the calculated annual illuminance profiles. Since DAYSIM is based on RADIANCE, the limitations of modeling shading devices are equal to the ones in RADIANCE [Reinhart]. Practically this means, that it is possible to model light shelves and Venetian blind systems with partly specular surfaces [Reinhart]. RADIANCE - in its current version - gets into trouble when trying to model mirror blinds 60 [Reinhart]. The electric lighting system can be characterized through the installed electric lighting power in W/m 2 as well as the minimum illuminance threshold. And it is possible to create a user profile by specifying the arrival and departure times on weekdays of the user. The daylight autonomy calculation is based on the minimum illuminances threshold and the specified occupancy profile. It is defined as percentage of occupied hours during the year when the minimum illuminance levels are provided at a sensor by daylight alone. [DAYSIM1] The program has some limitations compared with RADIANCE: all materials need to be gray for the command rtrace_dc to work properly and only the following materials are presently supported: light, glow, plastic, metal, mirror, trans and glass [DAYSIM1]. It is not great limitations but it will affect the reflectance of the surfaces of the model. DAYSIM has been validated by Faunhofer Institute for Solar Energy Systems in Germany. Measured and simulated illuminances were compared under 10,097 sky conditions in a full-scale test office with double-glazing and external Venetian blinds. It was found that the treatment of direct sunlight strongly influences the accuracy of the daylight coefficient method. The simulation results proved that indoor illuminances can be modeled with comparable accuracy for various blind settings under arbitrary sky conditions. Daylight autonomies were predicted with accuracy below two percentage points where simulation errors stem with roughly equal parts from the ray tracing and the sky model. [DAYSIM3] DAYSIM has not been tested during this project and all information is found on the homepage 61, where more information and a user manual are to be found. The program have two big limitations: it only runs under UNI or Linux operating systems and the user has to already have experience with RADIANCE as DAYSIM uses the same input files and simulation parameters. Furthermore DAYSIM cannot make any thermal simulations. The short-time-step calculations of the indoor illuminances based on hourly mean direct and diffuse irradiance values are an advantage of the program, and reduce the systematic simulation errors to below 8% [DAYSIM3]. But using weather data based on hourly mean irradiance are not as suitable for evaluation of the dynamic response on the control of the light and shades as real weather data based on e.g. 5-minute basis is [Janak et al.]. Therefore an improvement 60 Roland Schregle from the Fraunhofer ISE in Freiburg, Germany, is working on a forward ray tracer in RADIANCE to overcome this limitation [Reinhart]

104 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger of the method would be to make it able to work with 5-minut based weather data instead of hourly mean data. The output of the program can be used to determine the shading device s effect on the daylight availability in a building and the annual electric lighting energy demand, but not the shading device s effect on the thermal balance Implementering af DAYSIM i simuleringsprogrammer DAYSIM bliver muligvis implementeret i andre programmer som ADELINE til brug ved beregninger med korte tidsskridt. En sådan implementering er blevet diskuteret med Erhorn (udvikler af ADELINE) og der er en vis interesse, men der er endnu ikke fundet tid til at gøre det. Christoph Reinhart diskuterer også en implementering af DAYSIM s manuelle lys- og afskærmningsstyringsmodel (kaldet Lightswitch) i ESP-r og evt. DOE2 62. Hvis diskussionerne falder ud positivt vil implementeringen starte til efteråret. [Reinhart] Der er ind til videre kun ét program, som har DAYSIM indbygget, og det er Lightswitch Wizard, der er gratis tilgængelige på nettet, og er udviklet af National Research Council Canada og Natural Resources Canada. Programmet er ret simpelt og kan beregne dagslysfaktorfordelingen i rummet og det årlige forbrugt til elektrisk lys i kwh/ft 2 år (ft = feet, amerikansk længdeenhed som bruges gennem hele programmet). Desuden kan beregnes en daylight autonomy i et punkt, hvilket er defineret som %-delen af brugstiden pr år, hvor minimumsbelysningsniveauet kan opnås ved dagslys alene. Programmet kan kun regne på simple rumgeometrier for et enkeltmandskontor kvadratisk rum med ét vindue i to højder og i hele rummets bredde. Desuden er persienner den eneste afskærmningsmulighed. Til gengæld kan der vælges mellem 5 rudetyper med forskellig transmittans eller delfiners en manuelt ud fra transmittansen, og der kan angives en vinduesramme %-del samt vælges reflektanser af rumoverfladerne. Der indtil videre kun vejrdata fra USA og Canada tilgængelig i programmet, men det er meget sandsynligt at databasen bliver udvidet med europæiske lokaliteter i fremtiden. Det er også muligt at angive bygningens orientering (nord, syd, øst og vest). Der findes mange styrefunktioner på afskærmning og kunstlys. Afskærmningen kan styres manuelt eller automatisk ud fra indstrålingen på arbejdsplanet og kunstlyset kan være styret automatisk med og uden lysdæmpning ved bevægelsessensorer eller fotoceller (der måler lysniveauet i rummet) og kan sammenlignes med en standard manuel on/off-kontaktstyring. Det er også muligt at angive en forsinkelsestid på aktivering af den automatiske styring i forhold til målingerne med fotocelle og bevægelsessensor. De manuelle styringer simuleres ud fra algoritmer defineret gennem grundige undersøgelser og kombinationer af forskellige brugerprofiler. Resultaterne er en kombination af et farvetoningsdiagram af dagslysfaktorfordelingen, daylight autonomy -fordelingen og en forudsagt værdi for det årlige el-forbrug til kunstlys for de angivne styringsstrategier, se Figur 45. Desuden gives en tekstbeskrivelse af kontoret, den geografiske placering, brugerprofilen og styringsstrategierne for persienner og kunstlyset samt en illustration af facadeudformningen, se eksempel på inputdialogboksen og en simulationsrapport fra Lightswitch Wizard i bilag Thermal simulation program. 100

105 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Figur 45: Resultatet af beregninger med Lightswitch Wizard: Dagslysfaktorfordelingen for rummet, hvor den sorte firkant angiver placeringen af brugeren (bruges til styring af kunstlyset og afskærmningen) Programmet kan bruges til at sammenligne forskellige styringsstrategier for afskærmningen og kunstlyset samt vurdere effekten af de to facadeudformninger, rumdybden og placeringen af brugeren i rummet. Sammenligningen af styringsstrategierne skal dog bruges med lidt forbehold idet vejrdataerne ikke er baseret på 5-minuters målinger men på en interpolation over timebaserede vejrdata og derfor ikke beskriver skiftene i forholdene så præcist som virkeligheden. Sammenligningen er lettet ved, at der kan køres to scenarier samtidig og resultaterne afbildes side om side. Desuden er hele resultatopstillingen med beskrivelse af forudsætningerne for simuleringen meget udførlig og kan principielt bruges direkte som dokumentation for analysen. Programmet er dog stærkt begrænset af sin enkle rumgeometri og at det kun er muligt at vælge persienner som afskærmningsform. Det vil også være nødvendigt med implementering af danske vejrdata og meget gerne baseret på målte 5-minutersværdier i stedet for timedata. Hvis disse begrænsninger og mangler i programmet imidlertid bliver udvidet og tilføjet kunne programmet pga. sin brugervenlighed og simple opbygning være brugbart til evaluering af dagslyspotentialerne i et kontorlokale tidligt i projekteringsfasen. Til afdækning af de termiske forhold i kontoret ville fx være muligt at lave tilsvarende simuleringer i ParaSol Mulighed for samkørsel og supplering af programmer Ønsket om at finde et enkeltstående program, der kan opfylde alle kravene til en integreret analyse af dagslysforholdene, termisk komfort og energiforhold i projektering af kontorbygninger kunne ikke opfyldes gennem undersøgelserne i dette projekt. Som det ses af gennemgangen af programmerne, er der desværre en meget stærk opdeling mellem termiske og lystekniske simuleringsprogrammer. Der er kun BSim2002 og ADELINE, der kan håndtere både de termiske og lystekniske forhold. Det er også de eneste programmer, hvor det er muligt at inddrage de energimæssige forhold mht. el-forbruget til kunstlys og køling. Desværre er beregningsmetoderne i disse programmer simplificerede eller direkte upålidelige. Det har dog vist sig, at nogle af de enkeltstående programmer har gode muligheder for at opfylde nogle af de fastsatte minimumskrav til hvad et godt designværktøj skal kunne. Som det har været foreslået i beskrivelserne af programmerne, er der en mulighed for at supplere de termiske simuleringer i BSim2002 med lystekniske analyser samt visualiseringer af dagslysforholdene og solafskærmningen i Desktop Radiance. Det vil være en fordel, hvis den geometriske model kan 101

106 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger eksporteres til Desktop Radiance, men det er ikke i dette projekt blevet undersøgt, hvor stort omfang af arbejde der er forbundet med dette. For simple rumgeometrier eller overslagsmæssige sammenligninger af solafskærmningers termiske egenskaber og forskellige styringsstrategier for kunstlys og afskærmning kan ParaSol s termiske simuleringer af indeklimaet følges op af med simuleringer i Lightswitch Wizard. Det vil dog først være et brugbart værktøj, når Lightswitch Wizard er blevet udbygget med danske forhold samt gerne mulighed for brug af 5-minutters værdier i stedet for integration over timeværdierne samt flere afskærmningsmuligheder udover persienner. Der er dog stadig behov for et mere præcist simuleringsværktøj, der formår at lave en integreret behandling af analyse af dagslysforholdene sener i projekteringsfasen, således at gode dagslysforhold med høj dagslysudnyttelse og få gener fra overophedning kan dokumenteres inden byggeriet opføres. Derfor har det i stedet været nødvendigt at kigge på mulighederne for samkørsel af forskellige programmer, hvor deres stærke sider udnyttes. Til dette formål er en samkørsel mellem bygningsenergisimuleringsprogrammet ESP-r og det lystekniske Radiance en mulig løsning, der vil blive beskrevet i næste afsnit ESP-r i samkørsel med Radiance Ved at samkøre ESP-r og Radiance opnås en kobling mellem den indendørs kunstlysfordeling, varmebelastningen fra belysningsarmaturerne, varmebelastningen fra sollyset, dagslysfordelingen og -forholdene samt de implementerede styringsfunktioner for kunstlys og solafskærmning aktiveret af fotoceller og temperaturmålere. Begge programmer er veldokumenterede og multifunktionelle simuleringsværktøjer, der kan køre med UNI TM eller Linux-styresystemer. Både Radiance og ESP-r kan hentes gratis ned fra Internettet, og der er mulighed for at deltage i kurser (mod betaling) i brugen af ESP-r Kort om ESP-r ESP-r (Environmental Systems Performance; r for "research") er et dynamisk energisimuleringsprogram, der er udviklet på University of Strathclyde i Glasgow siden Programmet kan behandle mange forskellige problemstillinger som varme-, luft- og fugtstrømme i bygninger, væskestrømme i VVS-systemer, energi- og elektricitetsforbrug samt indeklimaemner som skimmelsvampe. Programmet er meget omfattende med mange muligheder, men derfor også forholdsvis tidskrævende at sætte sig ind i. Det har i løbet af dette projekt ikke været muligt at nå at lære at bruge programmet, men i stedet har Per Haugaard i løbet af udarbejdelsen af [Haugaard] givet introduktion og guidning omkring programmet samt svaret på spørgsmål. Beskrivelserne af programmet og brugen af det er derfor baseret på literaturstudie i begrænset omfang og hovedsageligt vejledning fra Per Haugaard. Fra den centrale brugerflade, Project Manager, er der forbindelse til supportdatabaser (vejrdata, materialedata osv.), en simulator, vurderingsværktøjer og rapportering af simuleringen. Desuden er der fra Project Manager mulighed for at eksportere og importere bygningsgeometrier til/fra CADtegneprogrammer og data til og fra andre specialiserede simuleringsværktøjer som Radiance til gennemførsel af lyssimuleringer [Clark2]. Regulerbare solafskærmninger bliver ikke opbygget fysisk i ESP-r, i stedet behandles vinduessystemet som en samlet enhed, hvor hhv. transmittansen, reflektansen og absorptansen er ens over hele fladearealet. Hvis man ønsker en simulering med et halvt nedrullet rullegardin er det derfor nødvendigt at opdele vinduet i 2 dele: én med kun vindue og én med vindue og rullegardin som samlet system. Ved 102

107 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold definitionen af de forskellige indstillinger samt vinduet er det nødvendigt at kende vinduessystemets samlede direkte transmittans for både sollys og -stråling samt absorptansen ved 5 forskellige givne vinkler af solstrålingen, for de enkelte indstillinger. Disse input kan beregnes i andre programmer som WIS eller måles med et goniospektrometer. Der er ifølge udviklerne af programmet planer om i fremtiden at kunne overføre beregnede data for vinduessystemet i WIS via en tekstfil til import i ESP-r, men dette bliver ikke aktuelt før den nuværende omstrukturering af WIS-programmet er tilendebragt. Der er i ESP-r mulighed for at definere en styring af solafskærmningen samt af den kunstige belysning. Solafskærmningen kan styres efter indfalden solstråling, udvendig eller indvendig lufttemperatur, belysningsniveauet indenfor eller tid. De forskellige styringsparametre kan vælges registreret af placerede sensorer eller for en flade i modellen. Det er dog kun muligt at foretage en styring mellem 2 af de prædefinerede vinduessystemer med den ønskede indstilling af solafskærmningen, eller fx uden afskærmning. Der kan således ikke vælges mellem flere forskellige indstillinger af solafskærmningen til brug ved skiftende behov ved forskellige solstrålingsmængder eller termiske indeklimaforhold. Der er også mulighed for at definere faste solafskærmninger som vandrette udhæng eller vandrette og lodrette lameller under menuen solar obstructions. Det er dog ikke muligt at anvende transparente materialer i de faste afskærmninger idet transmittansen for afskærmningen er sat til nul af programmet, mens det er muligt at angive absorptans, reflektans og emmisiviteten af materialet. Udviklerne af programmet på University of Strathclyde er dog klar over problematikken og ønsker at finde en løsning engang i fremtiden. Kunstlyset kan styres efter tid, belysningsstyrke indenfor eller udenfor i et eller flere punkter, minimums elforbrug eller dagslysfaktoren i zonen. Sensorerne til styringen kan placeres frit i rummet [Janak]. Der kan desuden stilles kriterier som; minimumstidsperiode mellem tænd og sluk samt en forsinkelse på hvornår lyset afbrydes efter setpunktet for minimumslysniveau er overskredet [Clark1]. Der kan vælges mellem styringstyperne: altid tændt, altid slukket, on/off ud fra angivet setpunkt, trinvisstyring (for 100 %, 50 % eller 0 % af maksimumeffekten) samt fire lysdæmpningsstrategier (ideal, integral reset, closed loop eller probab, se [Haugaard] for nærmere beskrivelse) [Clark et al. 1]. Det er endvidere muligt at opdele kunstlyset i zoner, således at det styres efter behovet i den enkelte zone. Programmet kan benyttes til at finde svar på spørgsmål som: hvad er bidraget (i form af energibesparelser og termisk komfort) fra en række passive vinduessystemer (hvis funktion er opvarmning eller afskærmning)? eller hvad er effekten af designændringer som anden vinduesstørrelse eller -form, ændring af glastypen, anvendelse af solafskærmning? [ESP-r] Kort om Radiance Radiance er en avanceret lyssimulerings og -illustrations programpakke, der beregner spektrale indstrålingsværdier (belysningsstyrke og farve) og udstrålingsværdier (luminans og farve) både indendørs og udendørs [Radiance]. Der tages hensyn til elektrisk lys, dagslys og interrefleksioner. Det er tænkt som et værktøj for arkitekter og projekterende til at forudsige belysningsstyrker, opfattelsen af lysfordeling, den visuelle kvalitet og komfort i et rum samt til at evaluere nye vinduessystemer [Radiance]. Se endvidere beskrivelse af Desktop Radiance i afsnit 5.9, der er en pc-udgave af Radiance og kører gennem AutoCAD. I dette projekt opfattes både ESP-r og Radiance s beregningsmetoder som pålidelige og korrekte. Radiance er som visualiseringsværktøj blevet indgående evalueret og vurderet af flere forskere og dets nøjagtighed i praktiske beregninger er blevet eftervist. ESP-r er blevet evalueret af flere organisationer 103

108 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger og er vurderet til at stemme godt overens med kendte analytiske løsninger og målte data. En opsummering af evalueringer af ESP-r kan ses i [Strachan] Samkørslen ESP-r og Radiance kan bruges sammen til at udføre simuleringer, der er virkelighedsrelaterede fx varierende himmelluminanser, direkte sollys og regulering af solafskærmning efter realistisk lysniveau eller indetemperaturer. Det er nemlig muligt at samkøre ESP-r med Radiance i samme tidsskridtniveau samt med 5-minutersværdier for vejrdata, så der samtidig kan opnås både termiske og lystekniske analyser af en ønsket model. Radiance åbnes gennem ESP-r, der forsyner Radiance med den overordnede styring i simuleringerne, og modellen skal derfor defineres 100 % i ESP-r. [Clark2] Der er udviklet to metoder for samkørslen. I den første bruges Radiance til at simulere den tidsvarierende indendørs belysningsstyrkefordeling, der benyttes som input (via sensorerne) til styringen af kunstlyset samt til en visuel beskrivelse af lysforholdene og en vurdering af den visuelle komfort i form af fotorealistiske billeder og angivelse af mulige blændingskilder. Og den anden metode er baseret på beregning af dagslyskoefficienter. Ved den første metode er det ESP-r, der styrer simuleringsgangen og sender, indhenter og integrer data til/fra Radiance i samkørslen mellem de to programmer. For hvert simuleringstidsskridt iværksætter ESP-r s lysstyringsalgoritme dagslyssimuleringer gennem Radiance. Dette sker ved overførsel af informationer om solposition, direkte og diffus bestråling, zone- og solafskærmningskarakteristikker fra ESP-r til Radiance. Beregningerne i ESP-r stopper mens de overførte informationer bruges i Radiance til simulering af indvendige belysningsstyrker for de definerede sensorplaceringer og gemmes i en midlertidig dataoverføringsfil. Simuleringerne i ESP-r vil automatisk blive genstartet når simuleringerne i Radiance er afsluttet og ESP-r vil indlæse de beregnede belysningsstyrker fra den midlertidige dataoverføringsfil og benytte dem i lysstyringsalgoritme i programmet. Herefter bliver perioden med tændt lys bestemt og den tilsvarende termiske belastning og elforbrug beregnes [Janak]. Se Figur 46. Tidsforbruget til simuleringerne kan afhængig af modellens kompleksitet variere fra minutter til et uacceptabelt tidsforbrug for årssimuleringer. Figur 46: Diagram over ESP-r og Radiance samkørsel [Clark et al. 1] Det er den på Figur 46 illustrerede konstante interaktion mellem de to programmer der meget tidskrævende. Der er derfor udviklet en anden metode til nedbringelse af simuleringstiden, så den sammenlagte simuleringstid for beregninger over længere perioder nedbringes, og det er nemmere at udføre årssimuleringer samt rutineberegninger, hvor der kun er få ændringer i simuleringerne fx ved undersøgelse af effekten af forskellig indstilling af solafskærmningen [Janak]. 104

109 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Ideen bag den anden metode er at basere beregningerne af den indendørs belysningsstyrke på for - beregning af dagslyskoefficienter, vha. den såkaldte dagslyskoefficientmetode, der bygger på Tregenzafordelingen for himmelhvælvingen, se omtale i afsnit I metoden deles himmelhvælvingen op i 145 elementer, og der beregnes en dagslyskoefficient for hvert punkt i rummet svarende til bidraget fra et tregenza-element på himmelhvælvingen. Dagslyskoefficienterne for hver lyszone 63 beregnes vha. Radiance forud for energisimuleringerne i ESP-r, hvorefter den komplekse indendørs belysningsfordeling kan bestemmes ved simple multiplikationer og additioner [Janak et al.]. Perez himmelluminansdistributionsmodel bruges til at omsætte de direkte vinkelrette og diffuse horisontale solstrålingsdata fra den anvendte vejrdatamodel til dagslysindfald på vilkårlige fladehældninger [Janak et. al]. Beregningstiden for denne metode er et par timer pr. Radiance for -simulering. Det er nødvendigt med en Radiance-simulering for hver lyszone samt for hver af de forskellige indstillinger af solafskærmningen ifølge udsagn fra Per Haugaard. Det er ikke muligt at få genereret et fotorealistiskbillede i Radiance ud fra denne simuleringsmetodes beregninger. Hvis der ønskes en illustration af lysforholdene for et givet tidspunkt, det er nødvendigt at køre en selvstændig simulering. Ved simuleringer med styring af kunstlyset i forhold til fx lysniveauet på arbejdsplanet er nødvendigt at have vejrdata for mindre intervaller end timeværdier, hvis der ønskes en realistisk vurdering af elforbruget (og det i øvrigt accepteres at lyset tændes og slukkes i kortere intervaller). Der findes flere vejralgoritmer og -registreringer, hvorfra kortere intervaller fx 5-minuttersdata kan opnås, eller algoritmer der kan generer høj frekvens af bestrålingsdata ud fra timeværdier [Janak et al.]. Det danske referenceår DRY indeholder blandt andet solstrålingsdata på 5-minuttersbasis. Det tager dog ca. 12 gange længere at køre simuleringer med 5-minutters vejrdataværdier end timeværdier [ifølge udsagn fra Per Haugaard]. Samkørslen mellem Radiance og ESP-r er endnu ikke fuldt dokumenteret og der er ikke så mange personer, der har gjort brug af denne mulighed for at kombinere dagslysberegninger af høj nøjagtighed med energisimuleringer med høj detaljeringsgrad og mange muligheder for styringsstrategier. Der vi dog ikke i denne rapport kommes nærmere ind på de tekniske detaljer for samkørslen og energisimuleringerne i ESP-r, i stedet henvises til ESP-r manualen i [Haugaard]. Der er dog mange muligheder og potentiale for detaljeret og integreret analyse af dagslysforholdene, og samkørslen mellem de to programmer tyder på et godt designværktøj til en vurdering af dagslyskvaliteten, vurdering af den øgede dagslysudnyttelse og afskærmningernes indflydelse på det termiske indeklima, samt en analyse af mulige el-besparelser til kunstlys og køling. På grund af programmernes kompleksitet og detaljeringsgrad vil værktøjet dog nok være mest brugbart sidst i projekteringsfasen, hvor den endelige vurdering af forholdene foreligger Resultater Der er ifølge [Janak] mulighed for at resultatet af simuleringen kan vurderes i en integreret resultatoptegnelse over bygningens ydeevne, Integrated Performance View (IPV), som vist på Figur 47. Resultatoptegnelsen kan bl.a. indeholde diagrammer over termisk og visuel komfort, dagslysfaktorvariationen som funktion af afstanden til vinduet, energiforbruget til opvarmning og belysning i løbet af året og en visualisering af luminanserne i et udsnit af kontoret med angivelse af blændingskilder. IPV en kræver dog mange input data for at kunne oprettes, og det er i løbet af dette projekt ikke lykkedes at få en IPV over resultaterne. Det vil dog helt sikker være et brugbart værktøj til dokumentation af simuleringerne overfor bygherre samt andre parter i byggeprojektet. 63 En lyszone kan være defineret som et rum eller en zone i et rum, hvor der tilknyttes en speciel lysstyringsalgoritme og sensor til registrering af lysforholdene. 105

110 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 47: Den integrerede resultatoptegnelse [Janak et al.] Vurdering af ESP-r/Radiance-samkørslen Som nævnt er potentialerne for samkørslen meget lovende, idet det er muligt at lave en integreret analyse af dagslysforholdene. Den største ulempe ved samkørslen af ESP-r og Radiance er, at begge programmer er meget avancerede og ESP-r kræver mange detaljerede inputdata. Dog er et grundigt kendskab til Radiance ikke så nødvendigt idet simuleringerne foregår gennem ESP-r. Denne ulempe er det svært at gøre andet ved end at uddanne folk bl.a. på universiteterne i brugen af programmerne. Selv om samkørslen benytter sig af for -beregnede dagslyskoefficienter er tidsforbruget ved simuleringerne stadig meget lange især dagslyskoefficient beregningerne. Det er desuden ikke helt tilfredsstillende, at der i en styring af solafskærmningen kun kan vælges én indstilling af afskærmningen. Der kan dog være mulighed for at dette kan ændres i kommende udgaver af programmet, hvis udviklerne af programmet finder det muligt og efterspørgslen er stor nok Dagslysprojekter REVIS REVIS-projektet med undertitlen Daylighting products with redirecting visual properties er blevet til i perioden oktober 1998 til december 2000 under ledelse af Dick van Dijk, TNO Building and Construction Research med støtte fra den Europæiske Kommission under JOULE-programmet. Projektet blev udført som et samarbejdet mellem producenter, rådgivere og forskere således at informationen blev mere brugbar. Dansk deltagelse var repræsenteret ved Esbensen Rådgivende Ingeniører. 106

111 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Formålet med projektet var at udvikle et værktøj, i form af detaljeret vinduessystemproduktinformation, til brug for ensartede europæiske retningslinjer for sammenligninger og valg af nye produkter. Ved brug og analyse af de nye produkter er det muligt at forbedre dagslysmængde, -kvalitet samt at kontrollere solenergitransmittansen. Sammenligningen skal ske med respekt for systemernes effekt mht. den visuelle komfort i (kontor-)lokaler og at bevare udsynet. Projektet bestod af 3 delprojekter: 1. At fremstille måledata for et repræsentativt udvalg af nye dagslysprodukter mht. fordelingen af solstrålingen (transmitteret og reflekteret for alle vinkler (bi-directional)) gennem produktet vha. goniospektrometerudstyr. 2. At lave et kvalitetsindekstal for glas og solafskærmningsprodukter som beskriver deres evne til at modvirke blænding, omdirigere lyset og bevare udsynet, hvilket kan være brugbart som basis for fremtidige europæiske standarder. 3. Udarbejdelse af beregningsmodeller for omdirigeringsforholdene for dagslysprodukter, der fx kan bruges i WIS og andre beregningsprogrammer. Udover den endelige rapport over REVIS-programmet er der lavet 23 final Documents, der mere specifikt beskriver forskellige behandlede emner. Der er i løbet af projektet arbejdet på at udvikle et simuleringsværktøj, der kan regne på de dagslysmængder, der fra himlens 145 Tregenza-koordinater kommer gennem et vinduessystem og rammer i et bestemt punkt. Altså hvad transmissionen af lys fra forskellige retninger er gennem vinduessystemet. Det er dog lidt usikkert, hvorvidt der er udviklet et selvstændigt program eller et programmodul til implementering i eksisterende simuleringsprogrammer, men det er formentlig programmoduler. Det har gennem arbejdet med dette projekt ikke været muligt at finde et selvstændigt program med disse egenskaber eller undersøgelser af implementeringer af programmoduler i eksisterende programmer. I løbet af projektet er udviklet følgende programmer/programmoduler: BTDF: til beregning af den fulde vinkelfordeling af sol-/lysstrålingen transmitteret gennem og reflekteret i vinduessystemer. Måles af goniospektrometer og analyseres i dataprogrammet BTDF. Programmet kan udrede de 6-8 dele denne sol-/lysstrålingen består af og give resultaterne som tal eller afbilde dem grafisk i 3D-kurver. REVIS: til analyse af vinduessystemer mht. opdeling af solstrålingen, der rammer systemet i spektralrefleksion og spektraltransmission. Resultater vises i grafform for forskellige værdier af ϕ. Nye produkter kan defineres, hvis dets egenskaber er eksperimentelt defineret med fx goniospektrometermålinger. Visual Comfort / view through: indeks til karakteristik af vinduessystemers evne til at skabe visuel komfort og udsyn i et referencelokale med 3 forskellige placeringer af brugerne. REVISCOM: Vurdering og sammenligning af vinduessystemers visuelle komfort i reference kontor for forskellige vejrtyper eller en uge af vejrdataprofil. Sammenholdes med elforbruget til kunstlys. Benytter kriterier for visuel komfort. 107

112 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger IEA Task 21 IEA, International Energy Agency 64, har siden 1977, kørt Solar Heating & Cooling Programme, SHC, hvis formål er at fremme aktiv og passiv solteknologi samt deres implementering i byggeriet. Det er siden oprettelsen blevet til 30 projekter, hvoraf 21 er afsluttet. I 2000 afsluttedes IEA s Task 21 arbejde med udgivelsen af rapporten Daylight in Buildings a source book on daylighting systems and components. Arbejdet blev gennemført som et samarbejde mellem deltagere fra en række europæiske lande samt USA, Australien, Canada og New Zealand. Task 21 blev sat i gang på baggrund af et behov i bygningsindustrien for en uafhængig beskrivelse af innovative teknologier for udnyttelse af dagslys i bygninger og vurdering af disse systemers virkemåde. Målet var at samle den nyeste tilgængelige information om brugen og evaluering af avancerede dagslyssystemer til øget dagslysudnyttelse i kommercielle byggerier. Systemerne behandles og evalueres ud fra deres energibesparelsespotentiale, visuel karakteristik og styring af solstråling. Arbejdet blev udført inden for 3 områder: 1) vurdering af ydeevnen for dagslyssystemerne og lysstyringsstrategier, 2) udvikling af integrerede designværktøjer, og 3) undersøgelse af opnået dagslysudnyttelse i virkelige bygninger. Hovedvægten i rapporten ligger på beskrivelse og undersøgelse af avancerede dagslyssystemer, herunder hvordan de kan integreres i projekteringsprocessen. Men der behandles også andre emner som kan anvendes mere generelt: En generel beskrivelse af forhold der har indflydelse på projektering med hensynstagen til øget dagslysudnyttelse. Karakterisering af parametre til vurdering af dagslyssystemernes ydeevne som fx mængden af lys, lysfordelingen, blænding, udgifter og energiforbrug. Integration af dagslys og kunstlys samt anvendelse af styringssystemer til solafskærmninger og kunstlys sammen med dagslyssystemer herunder fordelene ved styring af kunstlyset og dagslyset. En opsummering af tilgængelige dagslysdesignværktøjer med hovedvægt på værktøjer, der kan behandle avancerede dagslyssystemer Udover hovedrapporten har arbejdet i IEA Task 21 også resulteret i en anvendelsesguide til styringssystemer for kunstlys, undersøgelse af simple designværktøjer, udvikling af computerprogrammet ADELINE 3.0, programmet LESO-DAIL et simpelt designværktøj for arkitekter først i projekteringsprocessen og en rapport over 15 case studies af dagslys i bygninger over hele verden. Gennem forsøg i testlokale og fuldskalaforsøg i bygninger blev det vist at størstedelen af systemerne, der blev testet, kan levere potentielle energibesparelser når de bruges i de rigtige klimaer og ved korrekt orientering af bygningen. Rapporten er informativ, men ikke særlig konkret i sine anbefalinger, hvorfor brugbarheden er lidt begrænset. Afsnittet om avancerede dagslyssystemer er dog ret omfattende og godt hvis der søges information om systemernes opbygning og virkemåde. Endnu et projekt, der omhandler dagslys i bygninger er under SHC er under udarbejdelse: Task 31 Daylighting in Buildings in the 21st Century. Arbejdet er startet i 2001 og ventes afsluttet i august Arbejdet sigter mod en øget brug af dagslys i bygningsprojektering gennem integration af 64 IEA blev etableret i 1974 som et uafhængigt agentur under OECD med det formål at implementere et internationalt energiprogram. Målet er at skabe samarbejde mellem 25 af det 29 OECD-lande og EU, der vil øge energisikkerheden og reducere drivhuseffekten. IEA s sponsorer forskning og udvikling indenfor en række områder med relation til energi heriblandt forskellige aktiviteter for at opnå en mere præcis forudsigelse af energiforbruget i bygninger. [IEA] 108

113 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold brugerreferencer med anvendelsen af dagslyssystemer og kontrolstrategier for solafskærmninger og kunstlys for opnåelse af energibesparelser. Med projektet ønskes at: Beskrive brugernes opfattelse og respons overfor øget dagslysudnyttelse og kontrolstrategier, Give retningslinjer til projekterende omkring brug af dagslys i projekteringen samt kontrolstrategier, der tager hensyn til brugernes reaktionsmønster, Udvikling og dokumentation af brugervenlige designværktøjer (herunder udgivelse af ADELINE 4.0), Retningslinjer for optimeret brug af designværktøjer samt overførsel af resultaterne af projektet til de projekterende og producenter Arbejdet er stadig i opstartsfasen men kan følges på hjemmesiden Samlet vurdering af designværktøjer De beskrevne designværktøjer er af meget varierende karakter både hvad metode, analyseparametre og tidsforbrug angår. Der er som nævnt ingen programmer, der kan leve op til alle de 10 krav opstillet i afsnit 5.2. De eneste programmer, der ikke er begrænset til enten at behandle de termiske eller lystekniske forhold er BSim2002 og ESP-r i samkørsel med Radiance. Førstnævnte er desværre begrænset mht. de lystekniske beregninger. Samkørslen mellem ESP-r og Radiance kræver derimod meget forkundskab til de især det avancerede ESP-r og kørslerne er ret tidskrævende. ESP-r i samkørsel med Radiance er det eneste af designværktøjerne, der opfylder de 3 minimums krav fastsat i afsnit 5.2 for hvad et godt værktøj skal kunne præstere. Men som sagt er programmet meget detaljeret og mest egnet til den sidste del af projekteringsfasen. Hvis der allerede tidligt i projekteringsfasen er opbygget en model i ESP-r, er det dog muligt at anvende værktøjet tidligere og fx foretage simuleringer af dagslysfaktorer og generer illustrationer af lysforholdene. Tidligere i projekteringen vil værktøjer som BSim2002 suppleret med selvstændige dagslyssimuleringer og illustration af dagslysforholdene i Desktop Radiance være brugbare. Til vurdering af forskellige afskærmningers termiske effektivitet og påvirkning af indeklimaet vil ParaSol være et muligt værktøj, mens Lightswitch Wizard kan bidrage med simpel vurdering af facadegeometri og rumdybders indflydelse på dagslysfaktoren (begrænset til programmets udvalgte rum- og facadegeometrier) samt mulighederne for at udnytte dagslyset uden brug af kunstlys ved forskellige styringsstrategier. For simple rumgeometrier, der kan genfindes i de to programmer er der er mulighed for at disse to værktøjer kan bruges til en hurtig vurdering af om bygherrens krav, opstillet i kravspecifikationen i programfasen, er opfyldt. I næste afsnit følger beskrivelse og eksempler på brugen af de i dette kapitel beskrevne værktøjer gennem projekteringsprocessen. For en mere overskuelig karakterisering af de forskellige designværktøjer er de indsat i et skema med angivelse af deres systemkrav, analyseparametre, metoder, muligheder, begrænsninger, brugervenlighed, resultater samt hvordan de kan bruges i projekteringsprocessen. 109

114 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 5.16 Programoversigtsskema Systemkrav Analyseparametre Metoder Muligheder Håndberegningsmetode Styresystem Anbefalet processorstørrelse Dagslysfaktorer Direkte solstråling Solafskærmn. egenskaber Belysningsniveauer Luminanser Termisk indeklima El-besparelser til kunstlys Varme-/kølebehov Dagslysfaktorbaseret Solafskærmninger Radiosity Årssimuleringer Udvendige skyggegivere Kunstlys Møbler Styring af solafskærmning Styring af kunstlys By og Byg/BRE Skabelon-metoden ingen By og Byg BSim x.x MS-Windows 98/NT eller nyere 500MHz/ 64MB RAM/ 40MB fri diskplads x (termisk) x (tilnærmet) Afskærmningsfaktor (lignende) Lunds Tekniska Högskola Parasol 2 MS-Windows 95/98/NT/2000/P 400MHz/ 64MB RAM/ 20MB fri diskplads (termisk) (termisk) vælges Begrænsninger Rumform Kvadratisk Konkav Kvadratiske Brugervenlighed Resultater Brug i projekteringsprocessen God brugervejledning Skabeloner Automatisk layout CAD brugerflade Inputkendskab Kompleksitet Beregningsnøjagtighed Beregningstid Anskaffelsespris Tabeller Grafer Iso-luxkurver Visuelle illustrationer i 3D Andet Placering af bygning Facadeudformning Design af vinduessystemer Dokum. af dagslystilgang Dokum. af visuelkomfort lav medium Lav ½ time 190 DKR Dagslysfaktor Middel Medium Medium < 5 min. Kommercielt pr år Uddannelse pr år x x Lav Lav Medium < 5 min. Gratis τ- og g-værdier Hvilke af de 10 krav stillet i afsnit 5.2 værktøjet opfylder ingen (1), 4,5,6,(7),(8),9,(10) 4, 5, (7),8,10 x = delvist opfyldt = helt opfyldt () = delvist opfyldt 110

115 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold Systemkrav Styresystem Anbefalet processorstørrelse Lawrence Berkeley Lab. Desktop Radiance 2.0 Beta MS-Windows 95/98/NT/ AutoCAD R14/ 2000 nødvendigt Pentium 90/ 32MB RAM/ 100MB fri diskplads IEA ADELINE 3.0 MS-Windows 95/NT Pentium I/ 32MB RAM/ 50MB fri disk. National Research Council Canada, Christoph Reinhart DAYSIM 1.3/ Lightswitch Wizard Linux 6.4, RedHat 7.2, Debian 3.0 stable, CRAY/SGI Origin 2000/108? University of Strathclyde/ LBL ESP-r/ Radiance Unix og Linux 128MB RAM/ MB fri diskplads Analyseparametre Dagslysfaktorer Direkte sollys Solafskærmn.egenskaber Belysningsniveauer Luminanser Termisk indeklima Blændingsgener El-besparelser til kunstlys x x x (usikkert) (?) Metoder Solafskærmninger Radiosity Ray-tracing Modelleres Modelleres Kun persienne Defineres Muligheder Årssimuleringer Udvendige skyggegivere Kunstlys Møbler Styring af solafskærmning Styring af kunstlys (kun to indstillinger) Begrænsninger Rumform Vilkårlig Vilkårlig Vilkårlig Vilkårlig Brugervenlighed middelmådig Omfangsrig Endnu utilstrækkelig Resultater Brug i projekteringsprocessen Brugervejledning Automatisk layout CAD brugerflade Inputkendskab Kompleksitet Beregningsnøjagtighed Beregningstid Anskaffelsespris Tabeller Grafer Iso-luxkurver Farve output Visuelle illustrationer i 3D Placering af bygning Facadeudformning Design af vinduessystemer Dokum. af dagslystilgang Dokum. af visuelkomfort Hvilke af de 10 krav stillet i afsnit 5.2 værktøjet opfylder Medium Medium Høj Op til et par timer Gratis x (dårlig) Tvivlsom/høj Op til adskillige timer 500 euro God lav lav Høj < 5 min Gratis Høj Høj Høj Dagslyskoef: ½ dag Andre: ½ time Gratis x x 1,2,3,9,(10) 1,2,3,(4),(6),7,9 (4),6,(7),10 1(?),2,3,4,5,6,7,(8), 9 x x = delvist opfyldt = helt opfyldt () = delvist opfyldt 111

116 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 112

117 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen 6 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Gennemgang af et dispositionsforslag for den nye IT-Højskoles glaspartier mht. brugen af designværktøjer i løbet af projekteringsprocessen. En mere håndfast beskrivelse -> hvordan og hvornår bruges værktøjerne i praksis, og hvad kan de give af resultater. Under planlægningen af et byggeri, hvor der lægges vægt på øget dagslysudnyttelse, vil der opstå behov for beregning og vurdering af dagslysforholdene samt det termiske indeklima og energiforholdene i bygningen. Behovene vil opstå på forskellige niveauer, når forskellige løsninger bliver diskuteret og ønskes vurderet på forskellige tidspunkter i løbet af projekteringsprocessen. Gennemgang af dispositionsforslaget for IT-Højskolen skal ses som et pædagogisk eksempel og anbefaling til, hvordan og hvornår de forskellige designværktøjer kan bruges i projekteringsprocessen til vurdering af de forskellige løsninger samt af det færdige projektforslag mht. dagslysforholdene og visuel komfort, det termiske indeklima og energiforbruget til kunstlys og køling. I det følgende gives først en kort beskrivelse af behovene for designværktøjer i skitserings- og forslagsfasen. I afsnit 6.2 gives beskrivelse og konkrete eksempler på brug af designværktøjerne BSim2002 og ESP-r i projekteringsprocessen med IT-Højskolen som eksempel. IT-Højskolen er valgt som eksempel, da det er fundet repræsentativt for en integreret analyse af dagslys, samt fordi der allerede fandtes en opbygget model af det udvalgte kontor både i BSim2002 (udarbejdet i forbindelse med [BSim2]) samt ESP-r (udarbejdet i forbindelse med [Haugaard]), hvilket lettede forarbejdet for simuleringerne. 6.1 Skitserings- og forslagsfasen Skitserings- og forslagsfasen er som beskrevet i afsnit 4.3 præget af mere ukonkrete behov for kvalitative beskrivelser end en direkte kvantitativ vurdering, der kan løses med detaljerede computersimuleringer. Da der alligevel på dette tidlige tidspunkt uundgåeligt tages beslutninger om bygningens form, opbygning, orientering og materialer, er det allerede her ønskeligt at inddrage en form for overslagsmæssig integreret analyse af dagslysforholdene for de forskellige valgmuligheder, så det bliver muligt at træffe de bedste valg i forhold til kravspecifikationen. Det er dog meget simple vejledninger eller værktøjer, der vil være behov for, da grundlaget for mere tidskrævende detaljerede beregninger ikke er lagt fastlagt endnu. I afsnit 4.1 er angivet nogle af SBI/By og Byg s tommelfingerregler til vejledning for bl.a. rumdybder og overfladereflektanser, som tidligt i bygningsplanlægning kan give et praj om, hvordan gode dagslysforhold opnås. Hvis disse tommelfingerregler blev udbygget og revideret, så de var helt tidssvarende til den nuværende byggestil, kunne de muligvis udgøre en form for vejledning i de tidlige planlægningsfaser. Derudover kan en udvikling af forslagene til værktøjer nævnt i afsnit også være brugbar til vurderinger tidligt i processen. I løbet af dette projekt er skabelonmetoden beskrevet i afsnit 5.4 det eneste simple beregningsværktøj, der er undersøgt, men det blev fundet for besværligt og utilstrækkeligt til at brugen af dette anbefales i denne rapport. Der er ikke i løbet af dette projektarbejde fundet andre oplagte simple værktøjer til vurdering af dagslysforholdene for forskellige forslag, der ønskes vurderet tidligt i planlægningen. 113

118 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Det ville være nyttigt med et program, der hurtigt og overslagsmæssigt kunne give en (evt. delvis) integreret vurdering af dagslysforholdene i en bygning til brug i forslagsfasen eller meget tidligt i projekteringsprocessen. Der kunne fx ligge muligheder i at undersøge en mulig kobling mellem dagslyskoefficientberegninger og et simpelt energisimuleringsprogram som BuildingCalc. BuildingCalc er et simpelt og hurtigt program udviklet på DTU til vurdering af årssimuleringer af energiforbrug og termisk indeklima med mulighed for regulering af opvarmningen, køling, mekanisk og naturlig ventilation (defineret ved luftstrømme) samt solafskærmninger (ideelt reguleret efter indetemperaturen). Der er derimod ingen mulighed for regulering af kunstlysforbruget efter dagslysmængderne i rummet. Det var evt. en mulighed at benytte Radiance eller Desktop Radiance til simulering af lysniveauet i udvalgte punkter i rummet (ud fra dagslyskoefficientmetoden) som kunstlyset kunne styres efter. Desværre skyldes en del af BuildingCalc s simple opbygning og brugervenlighed, at der ikke skal defineres nogen geometri for rummet, kun for vinduet (nødvendigt med input for orientering og udformning til simuleringerne). Hvis dagslyskoefficienterne skal beregnes i Radiance/Desktop Radiance forud for simuleringerne i BuldingCalc, er det derimod nødvendigt at definere en geometri for rummet også, så bl.a. de interne refleksioner kan beregnes. Derved gøres den simple beregningsform i BuldingCalc noget mere besværlig og kompliceret, idet der først skal opbygges en model samt udføres tidskrævende simuleringer i Radiance eller Desktop Radiance. Det kunne dog evt. være muligt at overføre denne model til BuldingCalc, så den ikke skulle defineres i begge programmer. Hvorvidt der er udviklet et beregningsmodul til Desktop Radiance til beregning af dagslyskoefficienter og hvordan samkørslen mere praktisk kunne forløbe har der desværre ikke været tid til at undersøge nærmere i dette projekt. Men det er vurderet at et sådan værktøj til brug tidligt i bygningsplanlægningen ville være brugbart, hvis beregningstiden og tidsforbruget til opbygning af modellen kan holdes på et rimeligt niveau. 6.2 Projekteringsfasen I projekteringsfasen, efter byggeprogrammet er fastlagt og mere eller mindre udarbejdede forslag er udvalgt, opstår der andre mere konkrete behov og problemstillinger, som her vil blive illustreret ved gennemgangen af et dispositionsforslag for IT-Højskolen Som udgangspunkt for gennemgangen vælges SimLight i BSim2002, hvor der sidst i forslagsfasen måske allerede er opbygget en model af projektet i forbindelse med undersøgelse af bygningens energiforhold. Der kan så efterfølgende være behov for nogle mere specifikke og avancerede undersøgelser, hvorfor man senere i projektet kan inddrage Desktop Radiance (dog uden energiberegninger), og hvis dagslysforholdene skal være rigtigt grundigt analyseret, ESP-r og Radiance. I dette afsnit beskrives, hvordan disse udvalgte designværktøjer bruges i praksis med IT-Højskolen som eksempel. Disse to værktøjer er udvalgt, da de i undersøgelsen i kapitel 5 var de eneste, der kunne foretage en tilfredsstillende integreret behandling og analyse af dagslys Præsentation af IT-Højskolen IT-Højskolen er under opførelse i den nordøstligste del af Ørestaden i København, mellem Københavns Universitet og det kommende DR-byggeri. Byggeriet opføres over flere etaper og i første omgang opføres ca m 2, der skal stå klar til indflytning sommeren Højskolen skal indeholde undervisningslokaler, forskerkontorer og senere udbygges med en forskerpark. Bygningen har form som et stort H. To parallelle bygningskroppe på 6 etagers højde omslutter et atriumlignende rum. De to bygningskroppe er hhv. ca. 100 og 135 meter lange, og har en dybde på ca. 14 meter. Atriet mellem de to bygningskroppe er ca. 19 meter bredt med en frihøjde på ca. 24 meter, se Figur

119 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Figur 48: Plan tegning af IT-Højskolen [BSim2] I dette eksempel fokuseres kun på området af bygningen markeret med en cirkel på Figur 48. De fire øverste etager i dette område er i princippet identiske og skal hovedsageligt anvendes til forskerkontorer og indrettes med cellekontorer i øst- og vestfacaden. Forskerkontorerne indrettes som hhv. enkelt- og dobbeltmandskontorer, se Figur 49 og Figur 50. Der er i [BSim2] udpeget to vestvendte enkeltmandskontorer på 3. etage som worst-case -område, idet det vurderes, at varmebelastningen her vil være størst, dels på grund af stort vinduesareal og dels på grund af orientering. De udvalgte kontorer er fremhævet med en ring og vist med snittegning på Figur 49. I selve modellen benyttes dog kun kontoret 3.44 G som ses til højre på Figur 49. Beregningsforudsætninger for konstruktionerne er vist i Bilag 8. Figur 49: Udsnit af del af plantegning markeret med ring på Figur 48, med angivelse af worst-case område samt snittegning af kontoret (tegningerne er ikke målefaste) [BSim2] 115

120 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 50: Computertegninger af IT-Højskolen. Til venstre ses facaden på fløjen med de udvalgte kontorer og til højre ses et dobbeltkontor indefra på en solskinsdag (vindueskonstruktionen er dog ikke helt svarende til den endelige udformning). Tegningerne er lavet med et almindeligt 3D CAD-tegneprogram [IT-Højskolen] BSim2002-simuleringer Tidligt i selve projekteringsfasen vil det være fordelagtigt at vurdere de udvalgte forslags dagslysforhold ved simuleringer i Bsim2002, se beskrivelse i afsnit 5.6. I SimLight kan minimumsforholdene til dagslysmængden på overskyede dage og fordelingen af dagslyset i rummet vurderes. Med Sun kan det direkte sollys, der kommer ind gennem vinduet visualiseres på en simpel måde. I tsbi5 er det muligt, at vurdere energiforbruget til kunstlys, opvarmning og evt. køling samt det termiske indeklima og fordelingen mellem kunstlys og dagslys. Til illustration af programmets anvendelighed laves et tænkt eksempel, hvor de projekterende udover den valgte løsning beskrevet i bilag 8, overvejer en løsning med et lodret glasbånd i hele kontorets højde men samme bredde som i den valgte løsning. For at lette beregningerne udføres dette glasbånd af samme konstruktion som de oprindelige vinduer, hvor det øverste er afskærmet, mens en del af det nederste kan oplukkes og give samme udluftning som den valgte løsning. I det følgende vil den alternative løsning, med det lodrette vinduesbånd blive omtalt som løsning 1 og den valgte løsning løsning 2, se Figur 51 Figur 51: Illustration af løsning 1 for kontoret til venstre og løsning 2 i kontoret til højre 116

121 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen SimLight-simuleringer Som referencepunkt for SimLight-simuleringerne er valgt et punkt, der ligger ca. midt i rummet: 2 m fra ydersiden af facaden og 1,5 m fra indervæggen og i 12,92 m s højde over jorden svarende til 0,85 m over gulvhøjden på 4. sal, se Figur 52. Det er ikke så repræsentativt for en arbejdspladsplacering, men kan i stedet give et godt overblik over rummets lysforhold som helhed, hvilket er mere anvendeligt tidligt i projekteringsfasen, hvor der stadig er mulighed for ændringer af forskellig art. Figur 52: Placering af referencepunktet, markeret med, for SimLight-simuleringerne Dagslysfaktorerne er fastsat ved SimLight-simuleringerne til værdierne anført i Tabel 8: Tabel 8: Dagslysfaktorer beregnet med SimLight Dagslysfaktor Løsning 1 7,52 % Løsning 2 3,52 % Det lodrette vinduesbånd i løsning 1 giver altså en noget højere dagslysfaktor og der kan ifølge tabel 1 regnes med at lysniveauet er tilstrækkeligt uden supplering af kunstlys, men løsning 2 er stadig noget større end arbejdstilsynets minimumsværdi på 2 % og inden for 2-5 %, der ifølge tabel 1 vurderes som godt. Simuleres for et netværk af punkter 65, er det nemmere at få et helhedsindtryk af rummets dagslysforhold for de to løsninger. Resultaterne kan både fås som grafer eller som talværdier i tabeller. Graferne giver et godt helhedsindtryk til fx vurdering af mulig placering af arbejdspladsen i rummet, mens tabelværdierne (vedlagt som bilag 9, for løsning 2) er bedst til vurdering af, hvor minimumsværdien for dagslysfaktoren på 2 % ikke optræder. På Figur 53 ses den grafiske illustration af dagslysfaktorfordelingen for de to løsninger med en udvendig belysningsstyrke på vandret på lux. Det ses ved at sammenholde skalaerne over billedet, at dagslysmængderne i løsning 1 er væsentlig større end løsning 2 for hele lokalet. Mens dagslysfaktoren i løsning 1 aldrig kommer under 2 %, er minimumsværdien af dagslysfaktoren kun opfyldt i 2/3 dele af kontorets længde for løsning placeret i et vandret plan med en udstrækning på 2 m til facaden og bagvæggen samt 1,5 m til indervæggene fra referencepunktet 117

122 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Figur 53: Grafisk illustration af dagslysfaktorfordelingen for løsning 1 til venstre og løsning 2 til højre. - og Y- akserne viser rummets koordinater, mens skalaen foroven angiver dagslysfaktoren. Det er også muligt at få grafer over belysningsstyrkerne fra dagslyset for overskyede dage med en udvendigbelysningsstyrke på vandret på lux, se Figur 54. Graferne på Figur 53 og Figur 54 er principielt de samme bort set fra skalaen. Figur 54: Grafisk illustration af belysningsstyrken i kontoret, løsning 1 til venstre og løsning 2 til højre.. - og Y- akserne viser rummets koordinater, mens skalaen foroven angiver belysningsstyrken. Af Figur 54 ses, at belysningsniveauet er noget større for løsning 1 end 2, men at der stadig kan opnås tilfredsstillende belysningsstyrker på 200 lux i den forreste 2/3 af rummet for løsning Til gengæld er belysningsstyrkerne meget høje for løsning 1. Det skulle altså for løsning 2 være muligt at arbejde uden behov for at tænde almenbelysningen (men med mulighed for at supplere med arbejdslampe) i hele den forreste halvdel af rummet på overskyede dage med en udendørs belysningsstyrke på vandret på minimum lux Kunne også udledes af graferne over dagslysfaktoren på Figur 53 og definitionen på dagslysfaktoren lux er standardværdi SimLight bruger for belysningsstyrken på vandret ved beregning af dagslysfaktoren. 118

123 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Ved simuleringen vises også grafer for det direkte og eksternt reflekterede bidrag til belysningsstyrken samt internt reflekterede bidrag i rummet, vedlagt for løsning 2 som bilag 9. Af talværdierne fra tabellerne ses mere præcist, at minimumsniveauet for løsning 2 ikke er overholdt ved væggene (hvor et skrivebord ofte vil være placeret) i den del af kontoret, der ligger længere end 2,5 m fra facaden, samt at dagslysfaktoren midt for vinduet falder under minimumsværdien 3 m fra facaden, hvor DF = 1,75 %. Da den bageste del af kontoret nok sjældent vil blive brugt som arbejdsplads, må det konkluderes, at dagslysforholdene er tilfredsstillende for begge løsninger, men at der må forventes et større el-forbrug til kunstlys for løsning 2 samt formentlig større gener fra for høje lysstyrker for løsning 1. Det er ikke muligt at undersøge solafskærmningernes påvirkning af lysniveauet, idet SimLight ikke behandler direkte sollys i simuleringerne. Samtidig med dagslysfaktorberegningerne beregnes også sollysfaktorerne for hvert af vinduerne i SimLight begge uden afskærmning. De beregnede sollysfaktorer overføres fra SimLight til vinduerne i kontoret til brug ved simuleringer med tsbi5 og har følgende værdier: Tabel 9: Sollysfaktorer for vinduerne uden afskærmning beregnet med SimLight Løsning 1 Løsning 2 Oplukkeligt vindue Solafskærmet vindue Oplukkeligt vindue Solafskærmet vindue SF 1 3,1 % 3,8 % 1,6 % 1,6 % SF 2 1,0 % 9,7 % 1,3 % 5,6 % SF 3 4,6 % 0 % 0,4 % 0 % Værdierne af sollysfaktorerne er forskellige for de to vinduer, fordi de beregnes individuelt for hvert af vinduerne, og da vinduerne er placeret forskelligt i forhold til referencepunktet bliver værdierne forskellige [Johnsen1]. Tsbi5-simuleringer I tsbi5 er det muligt at foretage forskellige termiske og energimæssige simuleringer af forholdene i kontoret. I bilag 10 er angivet en tabel over nogle parametre, der vil være interessante at analysere i forbindelse med projektering med øget dagslysudnyttelse for øje. Af termiske parametre er det mest interessant at undersøge om anbefalingerne i DS 474, mht. at indetemperaturen bør ligge indenfor intervallet C størstedelen af arbejdstiden, samt at max antallet af timer over 26 C (100 timer) og 27 C (25 timer) i arbejdstiden, er opfyldt. Ud fra simuleringsresultaterne kan der med en funktion i tsbi5 laves en graf over den operative indetemperatur (Top), optegnet som antallet af timer over en given temperatur, se Figur 55. Figur 55: Graf over den operative indetemperatur i kontoret i arbejdstiden, angivet for antallet af timer over en given temperatur. Løsning 1 til venstre og løsning 2 til højre 119

124 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger For en mere præcis undersøgelse er det dog bedre at analysere talværdierne opgivet i tabeller 68. De fundne værdier for andel af brugstiden med det anbefalede temperaturinterval på C samt antallet af timer med lufttemperatur i kontoret over hhv. 26 C og 27 C er listet i Tabel 2. Tabel 10: Resultater fra tsbi5 simuleringer af temperaturforholdene i kontoret for løsning 1 og 2 Andel af brugstiden med temperatur mellem C Timer med lufttemperatur over 26 C Timer med lufttemperatur over 27 C Løsning 1 72 % 137 timer 93 timer Løsning 2 80 % 75 timer 29 timer DS 474 Størstedelen af arbejdstiden < 100 timer < 25 timer Det termiske indeklima er altså noget bedre for løsning 2 end 1, når det sættes i forhold til de anbefalede værdier. For løsning 2 er anbefalingerne i DS474 overholdt for de 26 C og næsten overholdt for 27 C. Løsning 1 ligger derimod et stykke over det anbefalede antal timer for begge temperaturer samtidig med, at temperaturen kun ligger inden for det anbefalede interval i 72 % af brugstiden. Der vil derfor formentlig være behov for en eller anden form for køling i sommermånederne, idet en termisk mere effektiv solafskærmning ville være nødsaget til også at dække for det oplukkelige vindue og dermed ofte hindre muligheden for at lufte ud når afskærmningen er aktiveret. For en analyse af potentialet for udnyttelse af dagslyset kan der fx laves en graf over belysningsstyrkerne fra dagslys, for kunstlys og begge samlet i referencepunktet som akkumulerede %- satser med en given belysningsstyrke, se Figur 56. Af denne graf kan ses, at dagslyset for begge løsninger er tilstrækkeligt til opnåelse af den ønsket almenbelysningsstyrke på 200 lux størstedelen af året for den valgte styreform (trinløs dæmpning). Mere præcist ses det, at den ønskede almene belysningsstyrke opnås uden brug af kunstig belysning i ca. 75 % af arbejdstiden for løsning 1 og 64 % af arbejdstiden for løsning 2. Da beregningerne af dagslysniveauet er tilnærmede, bør resultaterne bruges med samme forbehold. Det kan groft vurderes, om et evt. krav fremsat i byggeprogrammet kan overholdes med det aktuelle forslag til udformning af bygning og facade. Af samme graf kan også ses, at lysstyrken i referencepunktet når op på et noget højere niveau for løsning 1 end løsning 2, hvilket indikerer at der vil være behov for en noget mere effektiv solafskærmning til afskærmning af sollyset for løsning 1. Figur 56: Grafer over de akkumulerede belysningsstyrke fra dagslys (DayIllum), el-belysningen (ElecLight) og samlet belysningsstyrke fra dags- og kunstlys (TotIllum) i referencepunktet, løsning 1 til venstre og løsning 2 til højre. Enheden for y-aksen er lux 68 For at beregne antallet af timer for den korrekte temperatur er det dog nødvendigt at lave interpolation mellem simulerede værdier idet tabelværdierne angives for skæve temperaturværdier som fx. 26,86 C 120

125 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Valget af den bedste løsning vil afhænge af kravene stillet i byggeprogrammet, men generelt kan siges, at lysforholdene i begge forslag var mere end tilfredsstillende, og minimumskravet om en dagslysfaktor på 2 % på arbejdsplanet var overholdt dog kunne der for løsning 1 arbejdes uden brug af kunstlys en større del af arbejdstiden. Til gengæld er der øget risiko for blænding og overophedning for løsning 1. Det kunne derfor tænkes, at man i en projekteringssituation ville vælge løsning 2 (som det er sket for IT-Højskolen), idet det ekstra vinduesareal ikke giver tilsvarende positive effekter for en samlet vurdering af dagslysforholdene, det termiske indeklima og energiforholdene. Det er også muligt med tsbi5 at få energi-forbruget til opvarmning og køling, og vurdere forskellige løsningsmuligheder på baggrund af disse parametre. Eller der kan benyttes andre af de i bilag 10 angivne simuleringsparametre, der er tilgængelige i tsbi5. Sun-simuleringer Med Sun kan solens bevægelse og det direkte sollys i kontoret i løbet af dagen analyseres, dog kun uden hensyn til solafskærmning. Simuleringerne i Sun kan bruges til at analysere, hvilke tidspunkter på året, der er behov for solafskærmning, samt i hvilke områder og vinkel solens direkte stråler falder ind i bygningen for forskellige udformninger af facaden og orienteringer af bygningen. Men det er ikke muligt at vurdere belysningsstyrken af det indfaldne direkte sollys, kun på hvilke flader den rammer. Ved fx at betragte tidspunkter inden for arbejdstiden for solhverv (21. juni og 21. december) samt jævndøgn (21. marts) fås et repræsentativt indblik i mulige gener fra direkte sollys. Der er kun udført simuleringer for løsning 2, da de to løsninger er meget ens mht. solindfaldet og det er nemt at overføre disse resultater til en vurdering af løsning 1, idet områderne med direkte sollys her vil være større, svarende til de højere vinduer. Det kan af simuleringerne konstateres, at der ikke vil forekomme direkte sollys i kontoret på noget tidspunkt af året før efter kl. 13. For tidspunkter efter kl. 13 ses et repræsentativt udvalg af tidspunkter på Figur dec. kl marts kl marts kl juni kl juni kl Figur 57: Visualisering af den direkte solstråling i kontoret i Sun For 21. december er der kun direkte solstråling i kontoret mellem , og problemet med direkte sollys i kontoret opstår mest om sommeren og i den venstre del af kontoret (set udefra) i forårsmånederne. Overordnet set vil det direkte sollys i arbejdstiden kun falde ind i rummets forreste halvdel og aldrig på indervæggen til højre for vinduet (set udefra). Hvis arbejdspladsen blev placeret ved denne væg ville generne fra den direkte sol være mindst, og solafskærmningen kunne dermed vælges ud fra større hensyn til de termiske egenskaber og udsynspotentialet i stedet for evnen til at afskærme effektivt for det direkte sollys. Som det ses på Figur 57 er det det øverste vindue, der giver størst gener mht. direkte sollys længere inde i kontoret samt på indervæggen til venstre for vinduet, mens det nederste vindue hverken tilfører direkte sol særligt højt op på væggen eller langt ind i rummet. Den disponering, der er gjort i dette forslag mht. at lave solafskærmning på det øverste vindue og lade det nederste fungere som oplukkeligt 121

126 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger vindue, vil derfor formentlig ikke give nogle større problemer, hvis det termiske indeklima viser sig at være tilfredsstillende. Kommentarer til BSim2002-simuleringerne Det er med eksemplet vist, at det er muligt i BSim2002 at undersøge om minimumskravene til dagslys er overholdt, samt overslagsmæssigt at vurdere parametre som el-forbruget til belysning og avancerede styringsstrategier for både solafskærmning og kunstlys. Men da BSim s beregningsmetoder er ikke særlig gennemskuelige i det tilgængelige materiale, er det desværre lidt svært at vurdere baggrunden og dermed rigtigheden af de resultater programmet kan levere. Det anbefales derfor at bruge resultaterne med lidt forsigtighed, og huske på at der anvendes en forenklet behandling af dagslyset og solafskærmninger Supplering med Desktop Radiance Der er mulighed for at supplere simuleringerne i BSim2002 med illustrationer af lysforholdene i bygningens forskellige rum, genereret i dagslyssimuleringsprogrammet Desktop Radiance. På denne måde er det muligt at vurdere forholdene med direkte solindfald og anvendelse af forskellige solafskærmninger. Som nævnt i beskrivelsen af Desktop Radiance i afsnit 5.9 kan der kun laves lystekniske simuleringer under stationære forhold og med standard himmeltyper. Der skal derfor genereres et billede for hvert tidspunkt, hvor forholdene ønskes vurderet samt vælges en ønsket himmelmodel. Det skulle være muligt at eksportere den geometriske model fra BSim2002 til Desktop Radiance 69 eller bruge en almindelig AutoCAD-tegning af bygningen, da Desktop Radiance har AutoCAD 70 som brugerflade. Ved at lave simuleringer af belysningsstyrken og luminansen i forskellige netværk af punkter, fx som angivet i bilag 5 er det også muligt at vurdere dagslyskvaliteten ud fra de forskellige kriterier angivet i afsnit Der er ikke foretaget simuleringer i Desktop Radiance for dette eksempel. Men i næste afsnit er det, i forbindelse med ESP-r/Radiance-simuleringerne, muligt på Figur 58 og Figur 59 at se et eksempel på, hvilke illustrationer, der kan opnås med simuleringer i Desktop Radiance, idet Desktop Radiance er en PC baseret og lidt begrænset udgave af Radiance (Desktop Radiance kan fx ikke identificere blændingskilderne som på Figur 60) ESP-r/Radiance-simuleringer Hvis der ønskes en mere detaljeret vurdering af bygningens visuelle, termiske eller energimæssige forhold, kan der gøres brug af en samkørsel mellem bygningsenergisimuleringsprogrammet ESP-r og det lystekniske simuleringsprogram Radiance, beskrevet i afsnit For at begrænse tidsforbruget for simuleringerne anbefales det at vælge den metode for samkørslen mellem de to programmer, der er baseret på for -beregning af dagslyskoefficienter. Beskrivelserne i dette afsnit er baseret på undersøgelse af brugerfladen for ESP-r, drøftelser med Per Haugaard samt mundtlig information om værktøjet fra programudviklerne i Skotland på University of Strathclyde. Det formodes at beskrivelserne givet i dette afsnit kan kontrolleres ved at søge oplysninger på hjemmesiden med publikationer med dokumentation af ESP-r, men det kan være overskueligt at navigere rundt blandt disse. Samkørslen mellem ESP-r og Radiance er heller ikke særligt udførligt beskrevet. 69 Er desværre ikke lykkes i dette projekt, men ifølge Karl Grau fra By og Byg, der er udvikler på BSim2002, skulle det være muligt, se evt. forklaring i afsnit Dog kun udvalgte udgaver af programmet, se evt. afsnit

127 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen Definitionen og beregningen af både de termiske og lystekniske forhold omkring solafskærmningen er mere detaljeret end afskærmningsfaktoren, som solafskærmningen defineres ud fra i BSim2002. Det skyldes, at det er muligt vha. WIS at definere vinduessystemet ud fra forskrifterne i CEN-standarden [pren ] for 5 forskellige indfaldsvinkler for solstrålingen. Herved tages hensyn til afskærmningens placering, ventilering mellem lagene i vinduessystemet samt ændring af solhøjderne. Det kræver dog også mere forarbejde at finde disse inputdata. Det giver ligeledes større præcision, at alle de lystekniske beregninger af lysstyrkerne i modellen foretages af Radiance, hvilket bruges til styring af kunstlyset samt evt. solafskærmningen. Da opbygningen af bygningsmodellen i ESP-r med definition af alle systemer og styringsstrategier er forholdsvis omfattende, kan det dog ikke anbefales at bruge dette designværktøj alene til en integreret analyse af dagslysforholdene, med mindre der er tale om et meget stærkt ønske om dokumentation af forholdene med præcise simuleringer eller undersøgelse af komplicerede modeller, der kræver en mere realistisk analyse end den BSim2002 kan levere, fx avancerede vinduessystemer 71 som dem angivet i bilag 2. Er der udelukkende behov for en analyse af dagslysforholdene omkring el-forbrug til belysning samt visualisering af forholdene og identifikation af blændingskilder, er det dog ikke nødvendigt at definere alle systemerne for at kunne starte en simulering, det er nok at definere den geometriske model med materialer samt kunstlyset og styringsstrategien for dette. Grundet tidsforbruget og den begrænsede erfaring med brugen af ESP-r er der kun foretaget simuleringer til illustration af de visuelle forhold for kontormodellen af IT-Højskolen, mens mulighederne for simulering og analyse af de andre termiske og energimæssige forhold kun er beskrevet med ord. Simulering af visuelle forhold Samkørslen mellem de to programmer kan ligesom BSim2002 bruges til beregning af dagslysfaktorer i modellen for en given dato/tidspunkt med en valgt himmeltype 72 i et netværk af punkter placeret parallelt med en given flade i modellen 73. Derudover er det muligt, i modsætning til i BSim2002, at vurdere de visuelle forhold med direkte sollys, samt at få identificeret blændingskilder automatisk i programmet ved generering af billeder af kontoret i Radiance gennem ESP-r. Dette kan gøres for forskellige synsvinkler, himmeltyper og udvalgte repræsentative dage på året fx solhverv (21. juni og 21. december) og jævndøgn 21. marts med sol og overskyet. Det vil også være godt at se på forskellige tidspunkter på dagen, men i dette eksempel er kun simuleret for kl , hvor der er mulighed for direkte sollys i rummet for alle tre datoer. Illustrationerne af lysforholdene genereres ikke automatisk for energisimuleringerne, men skal simuleres separat for de udvalgte tidspunkter på året og ønskede himmeltyper. Det er muligt at ændre på simuleringsparametrene for Radiance, men der er også givet en standardindstilling i ESP-r. Det var under simuleringerne til dette eksempel lidt usikkert, hvorvidt der er tale om illustrationer af belysningsstyrkerne eller luminansen i rummet 74. Derimod er der sikkerhed omkring, at illustrationerne med identifikation af blændingskilder angiver luminansfordelingen for rummet. Det er også lidt usikkert, om programmet selv aktiverer solafskærmningen, hvis betingelserne for styringen er opfyldt. Illustrationerne med angivelse af blændingskilderne tyder dog på at dette ikke er 71 Det er lidt usikkert hvorvidt der allerede er implementeret en funktion i ESP-r, der kan håndtere BRTDF-data, som de avancerede vinduessystemer, som foreslået i REVIS-projektet, kan defineres ved. Det er i [Janak et al.] i 1999 anført som et fremtidigt udviklingsområde for samkørslen mellem ESP-r og Radiance. 72 Pga. definitionen af dagslysfaktoren giver det dog kun mening at vælge en overskyet himmeltype 73 Evt. oprettes en virtuel flade, hvis der ikke findes en flade med den ønskede hældning i modellen i forvejen 74 Det er dog muligt at fine ud af ved at tage kontakt til udviklerne af ESP-r. 123

128 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger tilfældet, hvorfor programmet formentlig anvender standardvinduet, der er defineret for modellen, ved generering af billeder. Det er dog forholdsvist nemt at definere det solafskærmede vindue som standard og dermed få genereret billeder af forholdene med solafskærmningen aktiveret, men det er formentlig ikke muligt at få et billede, som viser forholdenes afhængighed af den definerede styring af afskærmningen 75. Illustrationerne i dette eksempel er lavet uden solafskærmning. På Figur 58 er lysforholdene i kontoret illustreret for en CIE overskyet himmeltype. Der er ikke meget forskel på de tre billeder, hvilket egentlig heller ikke er så overraskende, da luminanserne for en overskyet himmel ikke varierer særligt meget i løbet af året. 21. marts overskyet 21. juni overskyet 21. december overskyet Figur 58: Illustration af lysforholdene i kontoret for jævndøgn og solhverv med CIE overskyet himmel. Den gullige kant på det nederste vindue er jorden uden for vinduet På Figur 59 ses lysforholdene i kontoret for en CIE skyfri himmel. Det direkte sollys er aftegnet på væggen, og det kan fornemmes, at kontrasterne i rummet er meget større end for den overskyede himmel. Da eksponeringen af billederne er indstillet automatisk af programmet, kan rummet godt virke mørkere end for en dag med overskyet himmel, men det er kun fordi der er så lyse områder omkring vinduet (årsagen til den forskellige eksponering for disse simuleringer kendes dog ikke). 21. marts skyfri 21. juni skyfri 21. december skyfri Figur 59: Illustration af lysforholdene i kontoret for jævndøgn og solhverv med CIE skyfri himmel Illustrationerne i Figur 58 og Figur 59, er også mulige at simulere og generer i Desktop Radiance. Derimod er det i ESP-r også muligt at få angivet mulige blændingskilder på illustrationer af kontoret, som det ses på Figur 60. Et område identificeres som mulig blændingskilde og mærkes med en cirkel samt angivelse af luminansen, hvis luminansen af området er mere end syv gange større end det 75 Er også lidt irrelevant så længe der kun kan opnås styring mellem to indstillinger af afskærmningen. 124

129 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen gennemsnitlige luminansniveau i kontoret [Radiance Manual]. Som det ses af Figur 60 er der identificeret flere mulige blændingskilder om sommeren og vinteren end om foråret. Dette skyldes sandsynligvis den højere lysstyrke fra solen om sommeren samt solens lave position på himlen om vinteren. Illustrationerne kan give et praj, om at behovet for solafskærmning er stort både om vinteren og om sommeren, hvis brugerne af kontoret placeres med synsretning mod vinduet eller væggen til højre for vinduet. Det er desuden muligt at vælge en anden billedvinkel for illustrationen. 21. marts skyfri 21. juni skyfri 21. december skyfri Figur 60: Identifikation af mulige blændingskilder i kontoret Det er lidt utilfredsstillende at solafskærmningerne ikke kan modelleres fysisk i ESP-r og dermed ikke kan medtages i vurderingen af udsynsmulighederne og identifikationen af blændingsgenerne. Det er dog muligt at illustrere forholdene ved anvendelse af persienner, hvis de defineres som en fast afskærmning 76 i ESP-r. Men det vil stadig være et konstrueret billede, der ikke illustrerer den valgte styrings indstilling af afskærmningen i den valgte situation. Det er også muligt at inkludere møbler på billederne, men da fremgangsmåden for dette af tidsårsager ikke er undersøgt, er disse ikke inkluderet på illustrationerne. Da ESP-r benytter belysningsstyrker beregnet i Radiance til regulering af kunstlyset, må man gå ud fra, at disse beregninger findes i programmet. Det har dog ikke for dette eksempel været muligt at finde en funktion i ESP-r, der har kunnet vise disse værdier, men hvis der er et ønske fra flere sider, er det sandsynligt, at udviklerne af programmet kan overtales til at implementere denne funktion. Med værdierne for belysningsstyrkerne vil det være muligt at lave en mere detaljeret analyse af lysforholdene og -fordelingen Simulering af termiske forhold Termisk set er der som minimum de samme muligheder i ESP-r som i BSim2002. I ESP-r er der desuden mulighed for at få endnu mere detaljerede simuleringer ved mere avanceret definition af parametre for anlæggene (køling, opvarmning og ventilation). Resultatformen er den samme med grafer og tabelværdier for forskellige tidsperioder og zoner. Der er endvidere mulighed for mere realistisk interaktion mellem zonerne i ESP-r mht. luftstrømme, lys og solstråling, hvorved det er muligt at analysere forholdene omkring dobbelte glasfacader. Som nævnt i afsnit 5.13 er det i den nuværende udgave af programmet kun muligt at vælge en styring af solafskærmningen mellem to definerede vinduessystemer, hvoraf den ene som regel vil være uden afskærmning. Dette er ikke så fleksibelt som det kunne ønskes, men der er som tidligere nævnt 76 Der er dog ikke mulighed for anvendelse af transparente materialer for lamellerne. 125

130 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger mulighed for, at udviklerne kan ændre i programkoderne, så det blev muligt at styre mellem flere indstillinger. Simulering af energiforhold Det er muligt at få resultater ud for energiforbruget til kunstlys og derved vurdere potentialet for dagslysudnyttelse for forskellige solafskærmninger og forskellige lysstyringsstrategier. En fordel ved ESP-r er, at det er muligt at dele et kunstlysanlæg op i zoner, og dermed styre kunstlyset forskellige afhængigt af dagslysmængden i de forskellige zoner, se evt. afsnit En sådan opdeling kan ifølge [BPS 132] give besparelser i el-forbruget, idet dagslyset ofte har svært ved at nå ind bagest i lokalet. Med en zoneopdeling af kunstlysanlægget er muligt at begrænse suppleringen med kunstlys, der hvor behovet opstår. Det er altså med dette designværktøj muligt at vurdere effekten af en zoneopdelt styring af kunstlyset. Desuden kan energiforbruget for de forskellige anlæg, der er defineret i modellen, også analyseres fx mht. solindfaldets påvirkning på køle- og opvarmningsbehovet. IPV Som beskrevet i afsnit og vist på Figur 47 er der i ESP-r ifølge [Janak et al.] og ESP-r s brugerflade mulighed for at præsentere resultaterne af simuleringerne i en integreret resultatoptegnelse (IPV = Integrated Performance View). Da undersøgelse af IPV har ligget uden for eksamensprojektet [Haugaard] kendes desværre ikke til den praktiske opbygning af denne resultatoptegnelse, samt hvorvidt det er nødvendigt at inddrage andre programmer som fx regneark. Det vides dog, at der på University of Strathclyde i Skotland, hvor ESP-r udvikles, afholdes kurser i mulighederne for opbygningen af disse IPV er. 6.3 Sammenfatning på simuleringer Som det ses af beskrivelsen af Bsim2002 og ESP-r, er der tale om to værktøjer, der på mange punkter ligner hinanden. Den store forskel på de to værktøjer er, udover detaljeringsgraden for modelopbygningen i ESP-r, at der i samkørslen mellem ESP-r og Radiance opnås en mere realistisk behandling af dagslys i henhold til definition af vinduessystemerne i ESP-r, beregning af direkte, diffust og interreflekteret dagslys i Radiance samt styringen af kunstlyset og solafskærmningen efter mere realistisk beregnede lysforhold indenfor. Der er dog nogle uafklarede forhold for dette værktøj omkring simuleringerne og resultatbehandlingen samt nogle ønsker til forbedringer som fx flere indstillinger af solafskærmningen af styre mellem. Samtidig er samkørslen mellem ESP-r og Radiance noget mere omfattende og kompliceret værktøj, og det kræver derfor gode forhåndskundskaber. BSim2002 er noget lettere at gå til og tidsforbruget til simuleringerne er en del kortere. BSim2002 er et udmærket designværktøj til brug tidligt i projekteringsfasen til at foretage en tilnærmet integreret analyse af dagslysforholdene for forskellige løsningsforslag. Da behandlingen af dagslys især det direkte dagslys er simplificeret i programmet, skal resultaterne vurderes derefter. Det er dog et udmærket og let tilgængeligt værktøj til vurdering af minimumsforholdene for dagslyset, hvorimod det er nødvendigt at inddrage Desktop Radiance, hvis der ønskes en vurdering af forholdene omkring direkte sollys og dagslyskvaliteten. Der kunne dog godt ønskes lidt mere åbenhed og dokumentation for de anvendte beregningsmetoder fra By og Byg s side. Ligeledes er en mere detaljeret beskrivelse af vinduessystemet fx med data beregnet i WIS en ønskelig forbedring af programmet. Samkørslen mellem ESP-r og Radiance er noget mere kompliceret at anvende, men det giver også en mere realistisk behandling af dagslyset inde i bygningen. Dette værktøj forudsætter en detaljeret bygningsmodel opbygget i ESP-r og anbefales til anvendelse sidst i projekteringsfasen, hvis der ønskes en detaljeret vurdering og dokumentation af forholdene omkring dagslysudnyttelsen, -kvaliteten og 126

131 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen forskellige styringsstrategier for afskærmning og kunstlys fx opdelt i zoner. På grund af de på nuværende tidspunkt begrænsede styringsmuligheder for solafskærmningen 77 i værktøjet, men dog med en god mulighed for definition af fast afskærmning 78, vil programmet være særligt velegnet til vurdering af forholdene for denne type solafskærmning både termisk, energimæssigt og udsynsmæssigt. Desuden er det muligt at simulere forholdene omkring dagslys, de termiske forhold samt luftstrømme i en dobbelt glasfacade. 77 Det er kun muligt at foretage en styring mellem to prædefinerede vinduessystemer, dvs. fx uden afskærmning og med afskærmningen i en bestemt position. 78 Faste afskærmninger kan defineres som vandrette udhæng eller lodrette og vandrette lameller udfra deres geometriske udformning (dog kun plane flader) samt materialets absorbtans, emisivitet og reflektans. 127

132 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 128

133 Konklusion 7 Konklusion Arbejdet bag denne rapport har været baseret på en undersøgelse af mulighederne for at foretage en integreret behandling og analyse af dagslys i henhold til termisk indeklima, lysforhold og energiforbrug i projekteringen af kontorbygninger og andre offentlige bygninger. Gennem arbejdet med projektet og især i udarbejdelsen af de 3 indledende kapitler om dagslysudnyttelse, vinduessystemer og mulige kommende myndighedskrav, er det blevet bekræftet, at der er et behov for at inddrage og regne på en integreret behandling af dagslys i projekteringen af bygninger, hvis der skal sikres bedre termisk indeklima, lysforhold og energibesparelser i nybyggeri. Hvis de foreslåede myndighedskrav om en ramme for den samlede energimæssig ydeevne for bygninger træder i kraft, ser det også ud til at behovet for sådanne vurderinger blandt projekterende vil øges. Af hensyn til kompleksiteten omkring dagslys, og de mange parametre en øget dagslysudnyttelse influerer på, anbefales det at lave en integreret behandling af dagslys gennem hele bygningsplanlægningen. Tidligt under programmeringen og skitsefasen stilles derved flere nye krav til samarbejdet mellem ingeniør og arkitekt samt ikke mindst identifikation af bygherrens krav og ønsker for projektet. Der er dog ikke fundet nogle velegnede, tilgængelige værktøjer til brug tidligt i bygningsprojekteringen, men der er givet forslag til videreudvikling af to kendte værktøjer. Senere i bygningsplanlægningen, under forslags- og projekteringsfaserne, er det vurderet nødvendigt at benytte designværktøjer, der kan vurdere og simulere dagslysets og bygningernes komplekse og dynamiske opførsel under realistiske forhold. Til vurdering af de forskellige tilgængelige værktøjer er der opstillet 10 krav til, hvad det ideelle designværktøj skal kunne. Da ingen af de 6 undersøgte designværktøjer 79 kunne opfylde alle 10 krav, idet mange begrænser sig til analyse af enten de lystekniske eller termiske forhold omkring dagslys, var det nødvendigt at fastsætte følgende minimumskrav til, hvad et godt designværktøj skal kunne beregne: Belysningsstyrken fra dagslys Hvor meget energi til belysning kan spares -> årssimuleringer nødvendigt Vurdering af blænding: kontrast vurdering eller visualisering der fx viser solpletter Der blev fundet to værktøjer, der opfyldte minimumskravene: 1) Til brug først i projekteringsprocessen til en mindre detaljeret, integreret behandling og analyse af dagslys, anbefales det at benytte bygningsenergisimuleringsprogrammet BSim2002 med programmet SimLight, kombineret med visualiseringer og behandling af direkte sollys i dagslyssimuleringsprogrammet Desktop Radiance. BSim2002 er vurderet som et udmærket designværktøj til brug tidligt i projekteringsfasen til at foretage en tilnærmet integreret analyse af dagslysforholdene for forskellige løsningsforslag. Da behandlingen af dagslys især det direkte dagslys er simplificeret i programmet skal resultaterne vurderes derefter. Det er dog et udmærket og let tilgængeligt værktøj til vurdering af minimumsforholdene for dagslyset, hvorimod det er nødvendigt at inddrage Desktop Radiance, hvis der ønskes en vurdering af forholdene omkring direkte sollys og dagslyskvaliteten. Det anbefales at der implementeres en mere detaljeret beskrivelse af vinduessystemet fx med data beregnet i WIS. 79 Skabelonmetode fra By og Byg, BSim2002/Simlight, ParaSol, Desktop Radiance, Adeline, Daysim, ESP-r i samkørsel med Radiance 129

134 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 2) Sidst i projekteringsfasen, hvor der fx er behov for en dokumentation af, om den øgede dagslysudnyttelse giver gode belysningsforhold, tilfredsstillende energibesparelser, samt ikke giver anledning til overophedningsproblemer, anbefales det at benytte ESP-r i en samkørsel med Radiance. Samkørslen mellem ESP-r og Radiance er forholdsvis kompliceret at anvende, da det forudsætter en detaljeret bygningsmodel opbygget i ESP-r, men det giver dog en mere realistisk behandling af dagslyset inde i bygningen. Med værktøjet er der desuden mulighed for en mere realistisk behandling af forholdene omkring vinduessystemer samt opdeling af lyststyringen i zoner. Desværre er der på nuværende tidspunkt kun begrænsede styringsmuligheder for solafskærmningen 80 i værktøjet. Desuden er det muligt at simulere forholdene omkring dagslys, de termiske forhold samt luftstrømme i en dobbelt glasfacade. Undersøgelsen af dette designværktøj har dog nogle uafklarede forhold omkring simuleringerne og resultatbehandlingen Perspektivering Hvis der i fremtiden skal være håb om øget anvendelse af en integreret analyse og behandling af dagslys i projekteringen af bygninger, vil det kræve ændringer og forbedringer på en række områder: - Det skal være nemmere for både bygherre og rådgivere at inddrage hensynet til dagslys tidligt i bygningsplanlægningen fx ved brug af hjælpeværktøjer til illustration og vurdering af forskellige løsningsmuligheder eller meget simple men brugbare beregningsværktøjer. - De lettere tilgængelige designværktøjer bør udvides til at medtage en mere realistisk behandling af dagslyset. Desuden ville det være ønskeligt med flere tilgængelige tekniske data for solafskærmningerne. - Der bør arbejdes på at opnå en mere realistisk modellering og styring af solafskærmningerne samt behandling af direkte sollys gennem disse i designværktøjerne. - Det ville formentlig kunne øge brugen af avancerede designværktøjer, hvis fx studerende under uddannelsen stiftede bekendtskab med brugen af værktøjerne, så der ikke er behov at afsætte penge i virksomheden til dette. - Flere undersøgelser af regnerigtigheden for designværktøjerne samt dokumentation for de regnemetoder, der anvendes i programmerne. - Det kræver desuden nok en generel holdningsændring i branchen, evt. i form af skærpede myndighedskrav eller stærkere ønsker fra bygherres side til gode dagslys, indeklima og energimæssige forhold i byggeriet. Det kunne fx være en ide at lave dokumentation af effekterne ved inddragelse af en integreret behandling af dagslys i planlægningsprocessen. 80 Det er kun muligt at foretage en styring mellem to prædefinerede vinduessystemer, dvs. fx uden afskærmning og med afskærmningen i en bestemt position. 130

135 Kildeangivelse Kildeangivelse [Adeline] [Adeline User s Manual] [At-meddelelse nr ] [At-meddelelse nr ] [At-bekendtgørelse 96] [Blendex] [BSim1] [Bsim2] [BPS 120] [BPS 131] [BPS 132] [BR95] Adeline User s Manual, Adeline 3, Advanced Daylighting and Electric Lighting Integrated New Environment, 2000 International Energy Agency Arbejdsrum på faste arbejdssteder, At-meddelelse nr , 1996 Arbejdstilsynet, København Kan findes på Temperaturer i arbejdsrum på faste arbejdssteder, At-meddelelse nr , 1995 Arbejdstilsynet, København Kan findes på Bekendtgørelse om faste arbejdssteders indretning, Bekendtgørelse nr. 96 af 13. februar 2001 Arbejdstilsynet, København Kan findes på BSim Brugervejledning, version , november 2002 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark Kan hentes på Madsen, J. et al., Tutorial for BSim2000 Opbygning af kontormodul for IT-Højskolen, 2001 Eksamensprojekt på Byg-DTU, Danmark BPS-publikation 120: Bygningsintegreret solenergi, 1996 Byggecentrum, Danmark BPS-publikation 131: Fem Glasfacader optimering af energi- og komfortforhold, 2000 Byggecentrum, Danmark BPS-publikation 132: Lysstyring, 2000 Byggecentrum, Danmark Bygningsreglement 1995, 1995 Boligministeriet, København 131

136 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger [BR2005] [By&Byg 013] [By&Byg 035] [By&Byg 203] [CIE] [Clark1] [Clark2] [Clark et al. 1] [Clark et al. 2] [Daymedia] [DAYSIM1] [DAYSIM2] Notat om Oplæg til energibestemmelser i Bygningsreglementet år 2005 og skitse til bestemmelser i år 2012, 2001 By og Byg, Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark By og Byg Resultater 013: Arkitektur, energi og dagslys undersøgelse af 7 bygninger, 2002 By og Byg, Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark By og Byg Dokumentation 035: Brugerundersøgelse af avanceret energiteknik i kontorbygninger, 2002 By og Byg, Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark By og Byg Anvisning 203: Beregning af dagslys i bygninger, 2002 By og Byg, Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark Spatial Distribution of Daylight Luminance Distributions of Various Skies CIR , 1994 Commission Internationale de l Eclairage CIE, No. 110 Clark, J. A., Prospects for Truly Integrated Building Performance Simulation, 1999 Energy Systems Research Unit, University of Strathclyde, Scotland Clark, J. A., Energy Simulation in Building Design, Second edition, 2001 Butterworth-Heinemann, Oxford, England Clark, J. A., Janak, M, Simulating the Thermal Effects of Daylightcontrolled Lighting, 1998 Energy Systems Research Unit, Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde, Scotland Clark, J. A., Hensen, J., Janak, M., Integrated Building Simulation: State-of-the-Art, 1998 Energy Systems Research Unit, University of Strathclyde, Scotland sky/sky_stand.html Reinhart, C., DAYSIM version 1.3 patch 1, RADIANCE-based dynamic daylight simulations Users manual, 2002 Canada Kan fås tilsendt ved kontakt til mailadressen [email protected] Walkenhorst, O. et al., Dynamic Annual Daylight Simulations based on One-hour and One-minute Means of Irradiance Data, 2002 Kan hentes på hjemmesiden: 132

137 Kildeangivelse [DAYSIM3] [Derob] [Dreyer] [DR Overview] [DR Manual] [DS 700] [DS 2336] [Dubois1] [Dubois2] [ESP-r] [FRI] [Haugaard] Reinhart, C., Walkenhorst, O., Validation of dynamic RADIANCEbased daylight simulations for a test office with external blinds, 2001 Energy and Buildings 33 (2001) Dreyer, V., Ovesen, I., Lyset og synet Lys og belysning 1 + 2, 1967 Redaktion af Lysteknisk Selskab, Aschehoug Dansk forlag, Danmark Mistrick, R., Desktop Radiance Overview, 2000 The Pennsylvania State University, USA Kan findes på Users Manual, Desktop Radiance 2.0 Beta, 2000 Lawrence Berkeley National Laboratory, Environmental Energy Technologies Division, Building Technologies Department, Californien, USA Kunstig belysning i arbejdslokaler, DS 700, 5. udgave 1997 Dansk Standard, København Solvarmeteknik Terminologi, DS 2336, 1987 Dansk Standardiseringsråd, København Dubois, M., Impact of Shading Devices on Daylight Quality in Offices, Simulations with Radiance, 2001 Department of Construction and Architecture, Lund University, Lund Institute of Technology, Sverige Dubois, M., Solar Shading for Low Energy Use and Daylight Quality in Offices - Simulations, Measurements and Design Tools, 2001 Department of Construction and Architecture, Lund University, Lund Institute of Technology, Sverige ESP-r Training Course, 2002 ESRU, University of Strathclyde, Scotland findes på: -> Courseware -> selfstudy, ESP-r Ydelsesbeskrivelser for byggeri og planlægning, 2002 Praktiserende Arkitekters Råd (PAR) og Foreningen af Rådgivende Ingeniører (F.R.I.), København, Danmark Haugaard, P., Investigation and implementation of building simulation programs especially ESP-r, 2003 Eksamensprojekt udført på DTU, Danmark 133

138 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger [Hornuff] [IEA B&C] [IEA 21] [ISO/DIS 15099] [IT-Højskolen] [Janak] [Janak et. al] [Johnsen1] [Johnsen 2] [Larson] [Lysteknisk Selskab] Hornuff, M., Rasmussen, H., Analyse af solafskærmninger mht. termiske og visuelle egenskaber samt udsyn, 2003 Eksamensprojekt udført på DTU, Danmark Building Envelopes in a Holistic Perspective, 2000 International Energy Agency (IEA) & Energy conservations in Buildings and Community Systems (B&C), Annex 32 Task A, Netherlands Daylight in Buildings A Source Book On Daylighting Systems And Components, A report of IEA SHC Task 21, 2000 Lawrence Berkeley National Laboratory, California, US Kan down loades gratis fra siden: under outcome. Draft International Standard ISO/DIS 15099, r?now= Hjemmeside med projektbeskrivelse og visualiseringer (lavet med alm. 3D CAD-tegneprogram) af IT- Højskolen. Janak, M., Coupling Building Energy And Lighting Simulation, 1997 Energy Systems Research Unit, Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde, Scotland Janak, M., Macdonald, I., Current State-of-the-art Of Integrated Thermal And Lighting Simulation And Future Issues, 1999 Energy Systems Research Unit, Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde, Scotland Telefonsamtale med Kjeld Johnsen om Adeline-programpakken især mht. programopbygningen og samkørslen mellem Adeline og termiske simuleringsprogrammer. korrespondance med Kjeld Johnsen og Karl Grau gennem Bsim2002-debatforum om SimLight, sun og eksport af model til Radiance. s er vedlagt i bilag 3. Larson, W., Shakespeare, R., Rendering with Radiance, 1998 Morgan Kaufmann Publishers, Inc., Californien, USA Beregning af indendørs almenbelysning Belysningsstyrkeberegning efter NBmetoden, Blændingsberegning efter URG-metoden, 2000 Lysteknisk Selskab, Danmark 134

139 Kildeangivelse [Perez et al.] [pren ] [Radiance] [Radiance manual] [Reinhart] [Revis] [Superlink/Radlink] [Svendsen] [SBI 196] [SBI 200] [SBI 230] [SBI 277] [SBI 318] [Strachan] Perez, R. et al., Modeling Daylight Availability and irradiance Components from Direct and Global Irradiance, 1990 Solar Energy Vol. 44 No. 5 s , Pergamon Press Solar protection devices combined with glazing - Calculation of solar and light transmittance - Part 2: reference Method, CEN/TC 89/prEN :2002. Draft CEN for enquiry, 2002 European Committee for Standardisation Radiance Reference Manual, Adeline 3, Advanced Daylighting and Electric Lighting Integrated New Environment, 2000 International Energy Agency korrespondance med Christoph Reinhart vedlagt som bilag 6 Dijk, D., Daylighting Products with Redirecting Visual Properties (The project REVIS), 2001 Euro Commision, JOULE Programme. SUPERLINK/RADLINK User s Manual, Adeline 3, Advanced Daylighting and Electric Lighting Integrated New Environment, 2000 International Energy Agency Svendsen, S, Solstråling Undervisningsnotat U-032, 1998 Institut for Bygninger og Energi, DTU, Danmark SBI-Anvisning 196: Indeklimahåndbogen, 2. udgave 2000 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark SBI-Rapport 200: Kontormiljø og skærmarbejde, 1990 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark SBI-Rapport 230: Indeklimaets påvirkninger, 1993 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark SBI-Rapport 277: Beregningsværktøjer til analyse af dagslysforhold i bygninger, 1999 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark SBI-Rapport 318: Vinduer og dagslys en feltundersøgelse i kontorbygninger, 1999 Statens Byggeforskningsinstitut, Danmark Strachan, P., ESP-r: Summary of Validation Studies, 2000 Energy Systems Research Unit, University of Stratchlyde, Schotland ftp://ftp.strath.ac.uk/esru_public/documents/validation.pdf 135

140 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger [Versluis] [Vindues kompendium 1] [Wall1] [Wall2] [Wallentén1] [Wallentén2] Versluis, R; Powles, R.; Yazdanian, M; Rubin, M., International Glazing Database: Data Submission Procedure and Reference Manual, Version 1.3, 2002 Lawrence Berkeley National Laboratory, Californien, USA Ruder og vinduers energimæssige egenskaber Kompendium 1: Grundlæggende energimæssige egenskaber, U-001, version BYG-DTU, Danmark Wall, M. og Fredlund, B. Solskydd i bygnader, verksamhet Report TABK-99/3057, 1999 Dept. of Construction and Architecture, Lund Institute of Technology, Lund Universitet, Sverige Wall, M. og Bülow-Hübe, M., Solar Protection in Buildings Part 2: , 2003 Dept. of Construction and Architecture, Lund Institute of Technology, Lund Universitet, Sverige Wallentén, P., Kvist, H. og Dubois, M., Parasol-LTH: A Userfriendly Computer Tool to Predict the Energy Performance of Shading Devices, 2000 Dept. of Building Science, Lund Institute of Technology, Lund Universitet, Sverige Wallentén, P, Wall, M., Performance of shading devices in buildings A collaboration between Lund University and Nordic Manufactures, 2000 Dept. of Building Science, Lund Institute of Technology, Lund Universitet, Sverige 136

141 Bilag Bilag Bilag 1: Tabel med afskærmningsfaktorer for udvalgte solafskærmninger Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Bilag 4: Referat af telefonsamtale med Kjeld Johnsen 7/ Bilag 5: Forslag til netværk af beregningspunkter for dagslyssimuleringer i Desktop Radiance fra [Dubois1] Bilag 6: korrespondance med Christoph Reinhart Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel Bilag 10: tsbi5simuleringsparametre

142 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 138

143 Bilag 1: Tabel med afskærmningsfaktorer for udvalgte solafskærmninger Bilag 1: Tabel med afskærmningsfaktorer for udvalgte solafskærmninger Tabellen stammer fra [SBI 196] Afskærmning Afskærmnings- Afskærmnings faktor for solvarme 1 faktor for dagslys 2 Ingen solafskærmning, to lag glas 1,00 1,00 Solafskærmning udvendig foran to lag glas Persienner, lyse lameller, 45 0,22 0,18 Persienner, mørke. 45 0,12 0,01 Netrullegardiner 0,20 0,15 Markise 0,25-0,50 Afhænger af farve og udformning Solafskærmning mellem to lag glas Gardiner, lyse og delvis gennemskinnelige 0,30 0,40 Gardiner. mørke og uigennemskinnelige 0,45 - Persienner, lyse, 45 0,35 0,25 Solafskærmning indvendig bag to lag glas Gardiner, lyse og delvis gennemskinnelige 0,50 0,40 Gardiner, mørke og uigennemskinnelige 0,80 - Persienner, lyse, 45 0,55 0,25 Persienner, mørke lameller 0,80 0,03 Behandlede ruder Absorberende glas i den yderste rude. almindeligt glas i den inderste rude Reflekterende glas i den yderste rude, almindeligt glas i den inderste rude 0,65-0,75 0,50-0,70 0,18-0,40 0,10-0,35 Lavemissionsglas Energiglas typer 0,55-0,80 0,80-0,95 1 Den del af solvarmen, som trænger gennem et afskærmet vindue i forhold til uafskærmet med 2 lag glas 2 Den de af dagslyset, som trænger gennem at afskærmet vindue i forhold til uafskærmet med 2 lag glas 139

144 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 140

145 Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task 21 Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task 21 For nærmere gennemgang se [IEA 21] kapitel 4 samt kort opsummering i konklusionen, kapitel 7. Dagslyssystemer med afskærmende effekt, der primært udnytter den diffuse himmelstråling 141

146 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Dagslyssystemer med afskærmende effekt, der primært udnytter det direkte sollys (dirigeres til loftet eller arealer over øjenhøjde) 142

147 Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task 21 Dagslyssystemer uden afskærmende effekt, der primært dirigerer den diffuse himmelstråling (2A), og det direkte sollys (dirigeres til loftet eller arealer over øjenhøjde) (2B) 143

148 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Dagslyssystemer uden afskærmende effekt, der primært dirigerer det direkte sollys (2B), spreder lyset samt lystransporterende systemer (2D) 144

149 Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Første mail sendt med spørgsmål til SimLight samt eksport til Desktop Radiance: -----Oprindelig meddelelse----- Fra: vegne af Stine Bjødstrup Jensen Sendt: 19. maj :30 Til: Building Simulation Hej Jeg har siddet med nogle beregninger af dagslyset i SimLight og har et par spørgsmål angående behandlingen af forskellige parametre som jeg håber nogle kan hjælpe mig med: Jeg har forgæves forsøgt at finde en forklaring på forskellen mellem de 3 beregningsnøjagtigheder. I brugervejledningen er tilknyttet nogle fejlprocenter til de forskellige nøjagtigheder, men hvad selve beregningsmetoden angår, står der ingenting. Den forskel jeg har bemærket er at værdierne af dagslysfaktoren falder i takt med stigende nøjagtighed. Hvilke reflektanser på indvendige overflader i rummet regner SimLight med standardindstillingerne som er beskrevet i brugervejledningen eller de af brugeren definerede overfladereflektanser? Da jeg kan se en ændring i værdien af SF1 når de indvendige overflader tillægges en anden reflektans/maling må programmet tage et vist hensyn til de brugerdefinerede overfladereflektanser. På den anden side er det kun værdien af SF1, men ikke SF2 og SF3, der ændres når overfladematerialet ændres. Hvordan hænger det sammen? Er der nogen, der har erfaringer med hvordan SF4 (sollysfaktoren for lyset gennem solafskærmningen) bedst bestemmes/vælges? Ved beregning af sollysfaktorer til overførsel til vinduerne skal der vælges et referencepunkt. Hvilket punkt i rummet (arbejdsplads, midtpunkt i rummet eller andet) anbefales som referencepunkt og hvad har det egentlig indflydelse på? Jeg kan se, at de beregnede værdier af sollysfaktorerne ændres ved ændret referencepunkt, men i brugervejledningen Hvordan beregnes de forskellige bidrag til sollysfaktorerne? Ved de middelværdisformler, der er angivet i brugervejledningen og/eller ud fra BRSskableoner? Mht. resultatbehandlingen af sollysfaktorerne er der i SimLight- dialogboksen mulighed for at få den totale sollysfaktor for et plan præsenteret i grafisk eller i tabelform. Grafen er dog helt sort og alle værdier i tabellen er nul uanset placering af referencepunkt eller højden på planet hvad skylles dette? Er funktionen ikke indbygget i programstrukturen endnu? I det hele taget virker dagslysfaktorerne der bliver overført til vinduerne mistænkeligt lave (0,001-0,022 for 20m2 rum med to vinduer og et samlet glasareal på 3m2). Jeg kunne også godt tænke mig at udvide mine dagslysberegninger til Radiance (den udgave der er tilgængelig igennem Adeline- programpakken) eller Desktop Radiance. Jeg kan dog kun eksportere modellen som en *.rad-fil, hvilket jeg hverken kan indlæses Desktop Radiance (kræver *.dxf-filer) eller Radiance (kræver *.rif-filer). Er der nogen hvilket det er lykkes for at eksporterer en bygningsmodel til Radiance eller Desktop Radiance? Eller nogen der har gode forslag til det? Venlig hilsen Stine Bjødstrup Jensen 145

150 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Første svar fra Kjeld Johnsen, By og Byg: Hej Stine, Undskyld der gik en dags tid, inden jeg svarede... Et langt spørgsmål afføder somme tider et langt svar! Ved beregning af dagslysforhold med SimLight opdeles alle overflader i små trekanter i forbindelse med beregning af, hvor de enkelte flader bliver ramt af direkte og reflekteret lys. Beregningsnøjagtigheden i de tre tilfælde er simpelt hen et spørgsmål om fininddelingen af det netværk, som fladerne opdeles i. Den detaljerede forklaring (på engelsk) vil blive integreret i en ny version af vejledningen, som vil blive lagt ud på nettet sidst på dagen i dag. Men for at du ikke skal vente yderligere, får du sidst i den mail et kort! uddrag om beregningen af det interreflekterede lys - undskyld til resten af listen!!: SimLight benytter de af brugeren definerede værdier for indvendige overfladereflektanser, og SF1, SF2 samt SF3 burde ændre sig med nye reflektanser. Som du ser, er værdierne ofte meget små, og derfor er ændringerne ikke altid synlige. Værdierne beregnes ud fra formlerne i brugervejledningen, ikke BRS-skabeloner. Jeg har ikke nogen særlige erfaringer med værdien af SF4, men den er ikke så kritisk. Det vigtigste er, at der bliver indlæst en værdi, idet værdien 0 vil betyde, at lyset altid tændes, når afskærmningen er aktiveret. Når jeg siger at værdien ikke er så kritisk, er det fordi, at brug af solafskærmningen normalt vil betyde, at der er rigeligt med dagslys. Placeringen af referencepunktet bør principielt vælges i nærheden af den position, hvor arbejdspladsen (eller arbejdspladserne) befinder sig. Jeg må dog indrømme, at jeg selv ofte vælger rummets "midterpunkt", der så samtidig er udgangspunktet for min beregning af dagslys på hele det vandrette arbejdplan. Tanken om at udskrive sollysfaktorer, grafisk og i tabel, i et netværk har ikke så megen mening, og ville tage en helt ukristelig lang beregningstid. Husk at der findes tre faktorer for hvert vindue, og læg mærke til hvor lang tid, det tager blot at beregne disse for ét punkt! I modsætning til Dagslysfaktoren, benyttes SF'er jo desuden for alle himmeltyper, og opdeles på strålingstyper. Desværre har vi (endnu) ikke fået slettet denne option fra SimLight dialogen... Dit spørgsmål vedr. Radiance videregiver jeg til Karl Grau. Med venlig hilsen Kjeld Johnsen Statens Byggeforskningsinstitut *** Her er uddraget fra SimLight beskrivelsen, som integreres i brugervejledningen: Calculation of the internally reflected illumination The calculation of the internally reflected illumination is the crucial part of the calculation process seen from a computational point of view. Calculation of this component requires knowledge about the luminance at every point on the interior surfaces of the space. The luminance is determined by the illu-mination on the interior surfaces. This illumination is also composed of di-rect, externally reflected and internally reflected illumination. The first step of the calculation of the internally reflected illumination at the reference point is therefore to calculate the illumination at all points on the interior surfaces and the inter-reflection between each one of these points. These calcula-tions comprise the most time consuming steps of the entire process. SimLight applies an FEM approach to model the inter-reflection in a space. First, all interior surfaces in the space are subdivided with triangular ele- 146

151 Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim ments. Then, the direct and externally reflected illumination falling upon all surface elements are calculated and the shape-factors between all elements which see each other are calculated. The reflectance of the surfaces, the illumination and the shape-factors are then utilised to set up a daylighting balance in the space. Once this balance has been determined, the internally reflected illumination at the reference point is calculated. A step-by-step description of the processes is found below. Two steps in particular requires considerable computational time: (Repeated) subdivision of the interior surfaces and calculation of initial illumination. Calculation of shape-factors between all triangular elements on the inte-rior surfaces. In order to reduce the computational time required, the critical steps of the calculation process have been handled in the following manner. Surface subdivision The subdivision of the interior surfaces is carried out in almost the same manner as in the case of the subdivision of the windows. However, as the subdivision is very dependent on the location of the reference point, it is necessary to generate a new mesh on the interior surfaces every time the location of the reference point is changed, in order to obtain correct results. Every time a mesh is generated, it is necessary to re-compute the illumina-tion on the interior surfaces. In the case of a multiple-point calculation, the repeated mesh generation and re-computation of the illumination requires an excessive amount of computational time. It would therefore be convenient if as many of the triangular elements as possible could be used and reused in consecutive calculations. This has been achieved by implementing a dy-namical mesh generation procedure. When a mesh is generated, a basic mesh is initially generated. The idea of the basic mesh is that it should form the basis of all meshes used in con-secutive calculations (i.e. in a multiple point calculation process). Therefore, the direct and externally reflected illuminations in all centre-points of the triangular elements are calculated. Then, a finer mesh based on the location and orientation of the reference point is generated in the same way as de-scribed in Calculation of the direct illumination, except that the limits in the area sphere relation are now 1/40, 1/64 and 1/88, for the three precision s respectively. The values are again experimentally determined. This finer mesh is generated such that the elements in the basic mesh form the basis of the generation of the finer mesh. Only in the case where the basic-mesh elements do not satisfy the apparent area sphere relation, is further subdi-vision carried out. The direct and externally reflected illuminations in all new elements are then calculated. In the case of a multiple-point calculation pro-cess, the finer mesh is deleted after each calculation for a reference point is completed. However, the basic mesh still exists and again forms the basis of further subdivisions, which depend on the location, and orientation of the new reference point. As a large part of the basic mesh is very often reus-able, this approach saves much computational time. It may be argued that an easier approach would be to make the basic mesh sufficiently fine in the first place, thus eliminating the repeated elimination regeneration proc-esses. However, a sufficiently fine mesh must consist of very small elements if correct results for illumination at points close to a bounding surface are to be obtained. A large number of elements hugely diminishes the efficiency of the calculation, as will be obvious in the following two sections

152 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Første svar fra Karl Grau, By og Byg: Hej Stine, Når en model exporteres til Radiance genereres både en rad- og rif-fil, hvor rif-filen afspejler den aktuelle visning i 3D i SimView. Rif-filen kan indlæses direkte i Adeline. Modellen kan også anvendes indirekte med Desktop Radiance, men kun fra en DOS-shell med kommandoen: rad model.rif, skal der være en rad-fil og af hvilken filtype? Det er der nemlig ikke hos mig!! hvor model er det aktuelle navn for modellen. Det forudsætter dog at stien til radiance programmerne findes i systemets Path. Hvordan ser man det???? Med venlig hilsen Karl Grau Statens Byggeforskningsinstitut 148

153 Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Anden mail sendt til Kjeld Johnsen med uddybende spørgsmål til SimLight samt sun: -----Oprindelig meddelelse----- Fra: Stine Bjødstrup Jensen Sendt: 21. maj :38 Til: Emne: Re: SV: SimLight Hej Kjeld Tak for dit hurtige svar! Jeg har dog endnu et par afklarede spørgsmål og ønske om et par uddybninger. Da jeg er usikker på hvor meget dette vedkommer de andre brugere på listen sender jeg mailen direkte til dig, hvilket jeg håber er OK - ellers må du melde andet tilbage, så kan jeg sende mailen ud til hele gruppen. Jeg har forsøgt at finde beskrivelsen af beregningerne i SimLight i brugervejledningen men kan ikke se du har sat dem ind. Kigger jeg et forkert sted (under "Algoritmer til beregning af solstråling og dagslys") eller er de bare ikke kommet så langt endnu? Mht. beskrivelsen af beregningen af det interreflekterede bidrag til sollysfaktorerne: - Hvordan beregnes det direkte bidrag til belysningsstyrken i referencepunktet fra himlen og eksterne refleksioner? - Gælder metoden også for SF1i? Du skriver i din mail: "Værdierne beregnes ud fra formlerne i brugervejledningen, ikke BRS-skabeloner.", jeg opfatter dette som en kommentar til hvordan SF1-3 beregnes men det stemmer ikke helt overens med den engelske beskrivelse i samme mail!? eller har jeg helt misforstået noget. Jeg forstår i øvrigt ikke helt hvad metoderne (formler og grafer) til beregning af bidragene til sollysfaktoren, der er beskrevet i brugervejledningen og By og Byg anvisning 203 bruges til? er det hvis brugeren selv vil bestemme værdierne af SF1-3? Det virker ærligt talt en smule forvirrende som læser. Et helt andet spørgsmål til Sun: - tages der i beregningerne i Sun hensyn til evt. definerede solafskærmninger? - hvad menes med følgende citat omkring Sun fra brugervejledningen: "Hvis der opbygges en model, som giver mulighed for at sende solen fra et rum ind i et naborum, gennem dette og tilbage til det oprindelige rum, vil der opstå en uendelig løkke. Dette specialtilfælde findes og fejlen forhindres ved at afskære solen fra at passerer naborummet og tilbage til det oprindelige rum. Herved opstår en fejl i beregningerne." Kan man i så fald ikke stole på beregningsresultaterne eller er det bare en opfordring til ikke at have åbninger mellem naborum i Sun- beregninger. Det blev desværre til endnu en lang mail som jeg dog alligevel håber du vil tage dig tid til at besvare. Venlig hilsen Stine Bj. Jensen 149

154 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Andet svar fra Kjeld Johnsen, By og Byg: Hej Stine, Beskrivelsen af SimLight-beregningerne ligger (i hvert fald indtil videre) under "Det matematiske grundlag". Jeg håber den beskrivelse besvarer nogle af dine spørgsmål, især vedr. direkte himmelstråling i referencepunktet. SimLight tager ikke hensyn til reflektioner fra andre bygninger, men antager at der er flad mark foran vinduerne, som der regnes på. SF1i beregnes i princippet ud fra kurverne i vejledningen, der dog er tilnærmet ved et enkelt (fælles) 3. grads polynomium. Bemærk at kurverne principielt gælder i et vandret plan og i punkter på en ret linie ud for midten af vinduet (vinduerne), hvorfor tilnærmelsen kan blive ganske grov ved mange vinduer og ved valg af referencepunkt langt fra denne (disse) linie(r). SF2d og SF3d beregnes ud fra de beregnede belysningsstyrker i referencepunktet, som igen er beregnet ud fra vinkelforholdstal fra referencepunkter til små segmenter af himmelhvælvingen, henholdvis jorden. De to tilhørende interreflekterede bidrag SF2i og SF3i beregnes ved vinkelstrålingstal mellem overfladernes (trekant-)segmenter, som vi talte om sidst. Graferne i vejledningen er medtaget for at brugeren bedre selv kan bestemme SFværdier i tilfælde hvor tilnærmelserne bliver for grove. Sun tager hensyn til udvendige obstruktioner, fx andre bygninger, og tsbi5 beregner, om eventuelle afskærmningerne skal aktiveres. Den kryptiske sætning beskriver en situation, som kan opstå, hvis et rum ligger delvist inde i et andet (U-formet rum, men da kan Sun ikke anvendes alligevel, så jeg tror du skal se bort fra dette meget specielle tilfælde... Med venlig hilsen Kjeld 150

155 Bilag 3: korrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim Anden mail sendt med uddybende spørgsmål til Karl Grau omkring eksport til Desktop Radiance: Hej Karl Grau Tak for dit svar mht. eksport af BSim-model til Radiance/Dekstop Radiance. Jeg har dog haft lidt problemer med at følge din vejledning og håber derfor du kan være behjælpelig med at forklare det lidt mere udførligt da mine forhåndskundskaber inden for filoverførsler er begrænsede. Jeg har forsøgt at åbne rif-filen i Radiance (fra ADELINE-pakken), hvilket lod sig gøre da gemte den under en meget simpel sti (C:\tmp\testroom.rif). Men når jeg prøver at starte Radiance giver den bare et helt hvidt billede. Det er som om der mangler noget data (?) Hvad sker der i øvrigt mht. overfladematerialer? Bliver der eksporteret noget med til Radiance fra BSim eller skal der oprettes en materialeoversigt og i så fald hvordan karakteriseres de forskellige flader fra BSim i Adeline dvs. hvilke koder får de forskellige flader? Mht. at importere BSim-modellen i Desktop Radiance har jeg ikke kunne forstå din forklaring: rad model.rif skal der være en rad-fil i Desktop Radiance mappen og af hvilken filtype? Det er der nemlig ikke hos mig!! Vi har forsøgt at angive den rigtige sti til Desktop Radiance i Dos-shell en men den meldte tilbage at den ikke kendte kommandoen rad. Hvordan kontrollere man i øvrigt at stien til Radiance programmerne findes i systemets Path? Denne mail kom der desværre aldrig svar på! 151

156 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 152

157 Bilag 4: Referat af telefonsamtale med Kjeld Johnsen 7/ Bilag 4: Referat af telefonsamtale med Kjeld Johnsen 7/ Om Adeline Kjeld Johnsen fraråder brugen af Adeline fordi han er usikker på at det regner rigtigt, da det ikke er en overbevisende beregningsmetode. By og Byg trak sig ud af udviklingsarbejdet, fordi de ikke tror på den måde at bygge et program op som er benyttet i Adeline, hvor forskellige delprogrammer skal bruge samme model opbygget i et separat program. I stedet tror de på Bsim2002-strukturen, hvor der køres en samlet programstruktur. Udviklerne i Stuttgart har ikke selv avancerede nok værktøjer til at udvikle det de gerne vil med programmet. DOE2 og TRNSYS er ikke gode nok værktøjer til at foretage en brugbar samkørsel med Adeline. Det er muligvis muligt at overføre SuperLink datafilen over brugsprofiler for kunstlyset til tsbi3 eller tsbi5, men det vil ikke føre til meget, da det kun er det ekstra elforbrug til kunstlys, der medtages i de termiske beregninger. Om solafskærmninger i Bsim2002 BSim kan kun behandle solafskærmninger ud fra en opgivet afskærmningsfaktor, men placeringen kan ikke angives (indvendig/udvendig), hvorfor effekten af placeringen af afskærmningen skal medtages i afskærmningsfaktoren. Afskærmningen kan reguleres så den kun er trukket så meget for, som det er nødvendigt for at opretholde de indtastede styringsparametre. By og Byg arbejder dog på at forbedre behandlingen af solafskærmningerne i programmet men dette arbejde ligger ude i fremtiden. BSim kan ikke takle blændingsproblemer dvs. situationer med for meget dagslys, men i stedet vurdere om der er dagslys nok i rummet og derefter regulere kunstlyset så de ønskede lysforhold opnås. 153

158 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 154

159 Bilag 5: Forslag til netværk af beregningspunkter for dagslyssimuleringer i Desktop Radiance fra [Dubois1] Bilag 5: Forslag til netværk af beregningspunkter for dagslyssimuleringer i Desktop Radiance fra [Dubois1] Syd facade Øst facade Luminans Belysningsstyrke Vest facade Nord facade Forslag til netværk af beregningspunkter på lodrette vægflader (luminansberegninger) og arbejdsplanet (belysningsstyrkeberegninger) for dagslysberegninger i Desktop Radiance [Dubois1] 155

160 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 156

161 Bilag 6: korrespondance med Christoph Reinhart Bilag 6: korrespondance med Christoph Reinhart Første mail sendt til Christoph Reinhart To Christoph Reinhart I have read about DAYSIM from the information on the homepage I have a few questions that I hope you will take your time to answer: 1) Is there any limitations in the using/modelling of shading devices? 2) Is it possible to use a control of the shading device between the different settings of the shading according to the illuminance level in the same simulation? 3) Is there any plans for integrating the DAYSIM calculations in a thermal simulation program? 4) Has DAYSIM been integrated in other programs? I'm looking forward to hear from you. Stine Jensen, student at The Technical University of Denmark Svar på første mail: Hi Stine, 1) is there any limitations in the using/modelling of shading devices? Since DAYSIM is based on RADIANCE, the limitations of modeling shading devices are equal to the ones in RADIANCE. Practically this means, that it is possible to model light shelves and Venetian blind systems with partly specular surfaces. RADIANCE -in its current version- gets into trouble when trying to model mirror blinds. Roland Schregle from the Fraunhofer ISE in Freiburg, Germany, is working on a forward raytracer in RADIANCE to overcome this limitation. Another shortcoming of DAYSIM in its current version is that *.cal files cannot be modeled. But that will hopefully be tackled in the near future. I did a validation study with DAYSIM using measurements in a full scale office with Venetian blinds. I attached the Energy and Buildings paper. 2) Is it possible to use a control of the shading device between the different settings of the shading according to the illuminance level in the same simulation? Yes. You can tell DAYSIM up to 10 different setting for your shading device and it will create annual illuminance files for each setting specified. (An annual illuminance files has the following format for each time step: month day hour. minute illuminance_at_sensor_1 illuminance_at_sensor_2... illuminance_at_sensor_n You can choose a time step from 60 minutes down to 1 minutes based on 1 hour input irradiance data.) In the new version of DAYSIM, which is expected to be out in a few weeks, I have added a manual lighting and blind control model that determines the annual electric lighting demand for different manually and automatically controlled lighting and blind systems. Of course, using the annual illuminance profiles, you can make up your own control algorithms. 3) Is there any plans for integrating the DAYSIM calculations in a thermal simulation program? Yes, I am presently discussing to implement our manual lighting and blind control model (which we call Lightswitch) into ESP-r and possibly DOE2. If 157

162 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger these discussions are successfully, we would start implementing this fall. 4) Has DAYSIM been integrated in other programs? Yes, we have a non-expert online daylight simulation tool at The tool will give you a flavor of the new DAYSIM. If you have a few minutes to try the tool, let me know what you think about it (are curently in the testing phase). The difference between the tool and DAYSIM is, that in DAYSIM you can choose arbitrary geometries whereas the online tool is reliant upon a data base of pre-calculated daylight coefficients. I hope that helps, Christoph Anden mail sendt til Christoph Reinhart: Hi Christoph I just need one more confirmation about DAYSIM: Isn't possible to model other daylight systems/shadings than blinds and light shelves? E.g. sun screens (partly transparent), vertical overhangs etc. Aren t there any plans for implementing parts of DAYSIM into ADELINE? Stine Andet svar fra Christoph Reinhart: Hi Stine, I just need one more confirmation about DAYSIM: Isn't possible to model other daylight systems/shadings than blinds and light shelves? e.g. sun screens (partly transparent), vertical overhangs etc. Sunscreens, vertical overhangs etc. are -of course- not a problem at all. Isn't there any plans for implementing parts of DAYSIM into ADELINE? Stine I have been talking a few times with Hans Erhorn and they seem to be principally interested. I guess that they have not found the time to do it. Why don't you ask him? If several users bug him, he might feel more inclined to speed up the process:) Maybe you are interested in doing it? Christoph 158

163 Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard 159

164 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 160

165 Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard 161

166 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 162

167 Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole Beskrivelse stammer fra [BSim2] idet modellen er taget derfra. Konstruktioner Indervægge Indervæggene opbygges som en dobbelt gipsvæg, med to lag gips på hver side og 50mm isolering. Der medregnes ikke bidrag fra rigler. Ydervægge Ydervæggene regnes opbygget som en 80mm betonfacade med 125mm isolering udvendigt. Uden på isoleringen monteres efterfølgende en facadebeklædning, der ikke medregnes her. Figur 61: Opbygning af indervæg Figur 62: Opbygning af ydervæg Etageadskillelse Etageadskillelserne regnes opbygget af 340mm huldæk. Der lægges 2mm linoleum direkte på betonen som gulvbelægning, der etableres nedhængte lofter. Lysåbningen af de nedhængte lofter er min. 80 %, hvorfor der forventes fuld opblanding mellem rummet over loftspladen og kontoret. Figur 63: Opbygning af etageadskillelse 163

168 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Vinduesparti Vinduespartiet i kontormodul 3.44G består af et oplukkeligt vinduesfelt, samt et fast vinduesfelt, hvorpå der etableres solafskærmning. Vinduespartiets opbygning og mål fremgår af nedenstående figur. Figur 64: Opstalter af vinduesparti. I nedenstående tabel fremgår vinduespartiets egenskaber: Tabel 11: Vinduespartiets egenskaber. Det forudsættes at de oplukkelige vinduer åbnes i arbejdstiden ved temperaturer over 23 C i kontormodulerne. Solafskærmning ud for vinduesparti: Som solafskærmning monteres natureloxeret aluminiumspersienner i det faste vinduesfelt med en afskærmningsfaktor på 0,30. Solafskærmningen regnes aktiveret, når den operative komforttemperatur er over 24 C, samt det totale solindfald gennem det klare glas er over 180W/m 2 glasareal. Anbefalingsvis deaktiveres afskærmningen ved højere vindhastigheder end 10 m/s. [BSim2] Sollysfaktoren SF 4 sættes til 0,05, aflæst på graf [SBI 203] for vindues-%=15 (kun et vindue der er afskærmet) til ca. 4%, men da det er alulameller kaster de lyset længere ind i rummet. Sollysfaktoren SF4 for afskærmet vindue er defineret for et 'vindue' med transmittansen 1, idet reduktionen i lystransmittansen for rude og solafskærmning er indeholdt i data for henholdsvis rude og afskærmning. [BSim1]. Reguleringen vælges som Continuous for at få så meget lys som muligt. Intern varmebelastning: Kontoret indrettes til en person og den interne varmebelastning fra personer, udstyr og belysning er: Personlast: 1 person á 100 W = 100 W Edb-udstyr: 100 W pr. person = 100 W Loftsbelysning: 8 W/m2 gulvareal = 96 W Særbelysning: 1 stk. asym. arkitektlampe type lavenergi = 18 W I alt: = 314 W Kontoret er således påvirket af en total intern varmebelastning på ca. 26 W/m 2 gulvareal, hvilket er et normalt niveau for et moderne cellekontor. Varmebelastningerne for personaktivitet og udstyr optræder på hverdage i tidsrummet kl

169 Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole Infiltration: 0,3 h -1 hidrørende fra bygningens utætheder. Opvarmning: På grund af IT-Højskolens centrale placering regnes det for naturligt, at denne er fjernvarmeforsynet. Styringstemperaturen for varmeanlægget fastsættes til 20 C i opvarmningssæsonen. Effekten af radiatoren på kontoret skønnes til 0,5 kw. Der etableres ingen form for differentieret styring af varmeanlægget hele opvarmningssæsonen (alle ugens syv dage) er setpunktet for varmeanlægget 20 C. Mekanisk ventilation: Ventilationsanlægget er opbygget som et VAV-anlæg. En rumføler tænkes placeret i kontoret, således at anlægget styres efter denne. Setpunktet for rumføleren sættes til 21 C og den mindste tilladte indblæsningstemperatur er 16 C. Ventilationssystemet kan maksimalt give de enkelte kontorer et luftskifte på 6 h-1. Ved dette flow er tryktabene i indblæsnings- og udsugningsdelen skønsmæssigt beregnet til 1200 Pa og 600 Pa. Der regnes med varmegenvinding ( =0,7) uden overførsel af fugt. Der findes kun varmeflade (max. 10 kw) i ventilationsaggregatet. Ventilationssystemet tænkes kun i drift i bygningens brugstid. Kunstlys: I kontoret tænkes placeret 1 stk. arkitektlampe (særbelysning) type lavenergi med effektafgivelsen 0,018 kw. Almenbelysningen anslås til 8 W/m 2, og da kontoret er ca. 12 m 2 bruges værdien 0,096 kw. Kunstlyset reguleres efter belysningsniveauet fra dagslyset og det ønskede lysniveau fastsættes til 200 lux. Såfremt dagslyset og arbejdspladsbelysningen ikke kan opretholde det ønskede lysniveau (200 lux) i referencepunktet fra SimLight tændes loftbelysningen. Som styringsformen vælges trinløs dæmpning (continuous). Øvrige beregningsforudsætninger Bygningen er orienteret 9 mod øst i forhold til sand nord. Der er ikke regnet med skyggevirkning fra nabobygninger og beplantning. De er ikke ændret på Bsim2002s standardværdier for overfladereflektanser. 165

170 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 166

171 Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel 6 Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel 6 Tabelværdier og grafer fra SimLight-simuleringer for kontor G 3.44 på IT-Højskolen. Simuleringerne er foretaget for et netværk af punkter fordelt over et vandret plan med målene 3,25 x 2,5 m 2 med centrum 2 m fra ydersiden af facaden og 1.5 m fra indervæggene (grid point (5,14) markeret med fed) og en afstand på 0,15 m til facade, 0,5 m til bagvæg samt 0,25 m til indervæggene. Afstanden mellem punkterne er 0,25 m. Tabelværdier: Det direkte bidrag Grid points Syd-østlige bygningskrop/kontor 3.44G Normal [0; 0; 0.85] RefPoint [2; 1.5; 12.75] Dist [1.75; 1.25] Det indirekte bidrag Grid points Syd-østlige bygningskrop/kontor 3.44G Normal [0; 0; 0.85] RefPoint [2; 1.5; 12.75] Dist [1.75; 1.25] Det eksternt reflekterede bidrag Grid points Syd-østlige bygningskrop/kontor 3.44G 167

172 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Total daylightfactor Grid points Syd-østlige bygningskrop/kontor 3.44G Normal [0; 0; 0.85] RefPoint [2; 1.5; 12.75] Dist [1.75; 1.25] Total illumination Grid points Syd-østlige bygningskrop/kontor 3.44G Normal [0; 0; 0.85] RefPoint [2; 1.5; 12.75] Dist [1.75; 1.25] 168

173 Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel 6 Grafiske illustrationer af ovenstående tabelværdier: Det direkte bidrag Det eksternt reflekterede bidrag Det internt reflekterede bidrag Den samlede dagslysfaktor 169

174 Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 170

175 Bilag 10: tsbi5simuleringsparametre Bilag 10: tsbi5simuleringsparametre Tabel over parametre, der vil være interessante at analysere efter en tsbi5 simulering i forbindelse med projektering med øget dagslysudnyttelse for øje Tabel 12: tsbi5-simuleringsparametre Parametre i gruppen NetSun Solstråling transmitteret gennem WinDoor, kw WinDoors GrossSun Solstråling på WinDoors yderside, kw ShadFrac Andel af WinDoor, der er skygget af udhæng, sidefinner og eksterne skygger, -. SolarShd Solafskærmningsfaktor, - (1=fuld skygge, 0=fuld sol). WinIllum Belysningsstyrke i referencepunktet på grund af dagslys gennem det aktuelle WinDoor, lux. Parametre for qcooling Energi afsat til køling (negativ) i den termiske zone, kwh. energibalancen i en termisk qheating Energi afsat til opvarmning i varmeanlæg i den termiske zone,kwh. zone qlighting Energi afsat til kunstig belysning i den termiske zone, kwh. Energy Balance qsunrad Energi afsat fra sol gennem WinDoors i den termiske zone, kwh. Indeklimaparametre for Co2 CO2 indholdet i indeluften, ppm (parts per million). termiske zoner PAQ Oplevet luftkvalitet af indeluften, DayIllum Belysningsstyrke fra dagslys i et referencepunkt i en given plan, lux. ElecLight Belysningsstyrke fra elbelysningen i referencepunktet i en given plan, lux. TotIllum Total Belysningsstyrke fra dags- og kunstlys i et valgt referencepunkt i en plan, lux. GrossSun Total solindfald gennem alle WinDoors i den termisk zone, kw Top Operativ (oplevet) indetemperatur ved udgangen af timen, C. Rigtigheden af beregningerne af værdierne for de opgivne parametre er ikke evalueret i denne rapport. 171