Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger

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

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 118 2800 Kgs. Lyngby Danmark

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

Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 2

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

Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 4

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

Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 6

Indholdsfortegnelse Indholdsfortegnelse Forord...1 Resumé... 3 Abstract... 5 Indholdsfortegnelse... 7 Indledning... 11 1 Generelt om dagslysudnyttelse...13 1.1 Udnyttelse af dagslys... 13 1.2 Termer og begreber for dagslys... 13 1.2.1 Belysningsterminologi... 13 1.2.2 Solstrålingsterminologi... 14 1.2.3 Dagslysfaktoren, DF... 15 1.2.4 Sollysfaktor... 16 1.3 Solstråling og dagslys gennem vinduessystemer... 16 1.3.1 Standard himmeltyper... 17 1.3.2 Dagslysets variation i Danmark... 18 1.3.3 Anbefaling og påvirkning af belysningsforhold... 19 1.3.4 Solstråling gennem vinduessystemer... 19 1.4 Vurdering af dagslyskvalitet... 21 1.4.1 Blænding... 22 1.4.2 Luminansfordeling og kontraster... 22 2 Typer af vinduessystemer...25 2.1 Solafskærmningens funktion og egenskaber... 25 2.1.1 Termiske egenskaber... 25 2.1.2 Visuelle egenskaber... 26 2.1.3 Styringsmuligheder... 28 2.1.4 Andre forhold... 28 2.2 Eksempler på traditionelle vinduessystemer... 28 2.3 Standarder til karakterisering af vinduessystemer... 30 2.4 Andre dagslyssystemer... 32 3 Myndighedskrav...33 3.1 Gældende danske myndighedskrav... 33 3.1.1 Kommentar til myndighedskrav... 34 3.2 EU-direktiv... 34 3.3 BR2005... 35 3.3.1 Kommentarer til BR2005... 36 7

Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger 4 Bygningsplanlægning med inddragelse af dagslys...39 4.1 Valgkriterier og parametre med indflydelse på dagslysudnyttelsen... 39 4.1.1 Bygningens placering og orientering... 39 4.1.2 Rumdybder og -udformninger... 41 4.1.3 Vinduets udformning og placering... 42 4.1.4 Indretning af arbejdspladsen... 43 4.1.5 Kunstlys... 43 4.1.6 Automatisk styring og hensynet til brugerne... 44 4.2 Eksisterende vejledninger... 45 4.3 Planlægningsprocessen med fokus på dagslysforhold... 47 4.3.1 De implicerede parters rolle... 49 4.3.2 Forslag til nye værktøjer til brug tidligt i bygningsplanlægningen... 49 4.4 Afrunding... 51 5 Designværktøjer til beregning og vurdering af dagslysforhold...53 5.1 Hvorfor bruge designværktøjer?... 53 5.2 Valg af/krav til programmer... 54 5.2.1 Behandling af dagslys og solafskærmninger... 55 5.2.2 Simuleringsperioder og vejrdata... 57 5.2.3 Kontrolsystemer... 57 5.2.4 Tidsskridt... 57 5.2.5 Brugervenlighed og tidsforbrug... 58 5.2.6 Resultater og resultatformidling... 59 5.3 Simple beregningsmetoder... 59 5.4 Skabelonmetoden fra By og Byg... 59 5.4.1 Principperne bag skabelonerne... 60 5.4.2 Skabelonmetoden for sidebelyste rum... 60 5.4.3 Vurdering af skabelonmetoden... 61 5.5 Simuleringsprogrammer... 62 5.6 BSim2002 og SimLight... 63 5.6.1 Dagslysberegninger med SimLight... 64 5.6.2 Begrænsninger... 69 5.6.3 Solafskærmninger... 70 5.6.4 Sollys og skygger... 71 5.6.5 Definition og styring af den kunstige belysning... 71 5.6.6 Beregning af termisk varmebelastning og energiforbrug... 72 5.6.7 Import af CAD-tegninger... 72 5.6.8 Links til andre programmer... 72 5.6.9 Eksport af data og visualisering af dagslysforhold i Desktop Radiance... 72 5.6.10 Vurdering af BSim2002... 73 5.7 Andre beregningsprogrammer... 74 5.8 ParaSol... 74 5.8.1 Derob-LTH... 74 5.8.2 Inputdata til ParaSol... 75 5.8.3 Simulering... 77 5.8.4 Resultater... 78 5.8.5 Programmets anvendelighed... 80 8

Indholdsfortegnelse 5.9 Desktop Radiance... 80 5.9.1 Dagslysberegninger med Desktop Radiance... 81 5.9.2 Opbygning af model... 82 5.9.3 Solafskærmning... 85 5.9.4 Valg af simuleringsparametre... 86 5.9.5 Vurdering af programmet... 90 5.10 ADELINE... 91 5.10.1 Geometrisk model... 93 5.10.2 Dagslyssimuleringer... 94 5.10.3 Termiske og energimæssige simuleringer... 95 5.10.4 Vurdering af programmet... 98 5.11 DAYSIM... 98 5.11.1 Implementering af DAYSIM i simuleringsprogrammer... 100 5.12 Mulighed for samkørsel og supplering af programmer... 101 5.13 ESP-r i samkørsel med Radiance... 102 5.13.1 Kort om ESP-r... 102 5.13.2 Kort om Radiance... 103 5.13.3 Samkørslen... 104 5.13.4 Resultater... 105 5.13.5 Vurdering af ESP-r/Radiance-samkørslen... 106 5.14 Dagslysprojekter... 106 5.14.1 REVIS... 106 5.14.2 IEA Task 21... 108 5.15 Samlet vurdering af designværktøjer... 109 5.16 Programoversigtsskema... 110 6 Eksempel på brug af designværktøjer i projekteringen... 113 6.1 Skitserings- og forslagsfasen... 113 6.2 Projekteringsfasen... 114 6.2.1 Præsentation af IT-Højskolen... 114 6.2.2 BSim2002-simuleringer... 116 6.2.3 Supplering med Desktop Radiance... 122 6.2.4 ESP-r/Radiance-simuleringer... 122 6.3 Sammenfatning på simuleringer... 126 7 Konklusion... 129 7.1.1 Perspektivering... 130 Kildeangivelse... 131 Bilag... 137 Bilag 1: Tabel med afskærmningsfaktorer for udvalgte solafskærmninger... 139 Bilag 2: Oversigt over avancerede dagslyssystemer fra IEA Task 21... 141 Bilag 3: E-mailkorrespondance med BSim2002 Debatforum om BSim... 145 Bilag 4: Referat af telefonsamtale med Kjeld Johnsen 7/5 2003... 153 Bilag 5: Forslag til netværk af beregningspunkter for dagslyssimuleringer i Desktop Radiance fra [Dubois1]... 155 9

Beregning og vurdering af dagslysforhold i projekteringen af bygninger Bilag 6: E-mailkorrespondance med Christoph Reinhart... 157 Bilag 7: Inputdialogboks og simulationsrapport fra Lightswitch Wizard... 159 Bilag 8: Modelbeskrivelser for IT-højskole... 163 Bilag 9: Resultater fra SimLight-simuleringer i kapitel 6... 167 Bilag 10: tsbi5simuleringsparametre... 171 10

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

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

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 1.2.1 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

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] 1.2.2 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

Generelt om dagslysudnyttelse 1.2.3 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 10.000 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 1.3.1 15

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] 1.2.4 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 5.6.1 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 3.000 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. 400-760 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