Computational Complexity in Architectural Design: The Case of New Dynamic Criteria in Daylight

Transcript

1 Computational Complexity in Architectural Design: The Case of New Dynamic Criteria in Daylight Α. Τσαγκρασούλης Τµ. Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

2 'Ancient Lights' signs below windows in Clerkenwell, London. Taken from the Grand Priory Church of the Order of St John, St. John's Square, on 16th September 2006 by Mike Newman.

3 1900

4 Αποδοτικό σύστηµα φωτισµού Mικρά καθαρά ύψη Ανοικτή κάτοψη 1952

5 ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΙΣΟΡΡΟΠΗΜΕΝΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΛΑΜΠΡΟΤΗΤΩΝ ΘΑΜΒΩΣΗ ΘΕΑ ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΚΕΡΔΩΝ ΕΚΘΕΣΗ ΣΕ ΦΩΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΠΑΡΚΕΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ

6 Μ. Κostantoglou, A. Kontadakis, A. Tsangrassoulis, Counterbalancing daylighting, glare and view out: the role of an external shading system control strategy, CLIMA 2013 Congress, Prague, 15-18/6/2013. ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Primary energy csonsumption (kwh/m2)

7 Ο τρόπος που αντιµετωπίζεται ο φυσικός φωτισµός στους κτηριοδοµικούς κανονισµούς είναι σχετικά απλός Η βασική απαίτηση είναι το ποσοστό του ανοίγµατος σε σχέση µε το δάπεδο είτε σε σχέση µε την πρόσοψη. Σε µερικές περιπτώσεις απαιτείται και κάποιος υπολογισµός.

8 Οι πηγές φυσικού φωτισµού είναι µεταβλητές και αυτό δηµιουργεί πρόβληµα στους υπολογισµούς. Ετσι οι πρωτες προσπάθειες βασίζονται σε γεωµετρικά κριτήρια τα οποία χρησιµοποιούνται µέχρι και σήµερα.

9 ΝO-SKY LINE TOMH KATOΨΗ

10 ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΖΩΝΗ Energy code & standard. CIBSE LG-10 Daylight area depth calculation. D room /W room + D room /H window head height 2/(1 R mean ) EN D daylit = 2.5 (H window head height H task area height ) CA Title-24 (Primary) D daylit, primary sidelit = 1.0 H window head height (Secondary) D daylit, secondary sidelit = 2.0 H window head height ASHRAE 90.1 D daylit = 1.0 H window head height ASHRAE (South) D daylit = 1.5 H window head height (North) D daylit = 1.75 H window head height IECC m R mean :: the average reflectance of surfaces in the rear half of the room; H window head height :: The height from floor to window lintel; H task area height :: The height of the reference plane. A. Kontadakis, A.Tsangrassoulis, and A. Roetzel, Defining the Boundaries of Daylight Penetration. The use of dynamic and static daylight methods to predict the daylit zone within sidelit spaces, a comparison., BalkanLight 2015

11 ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΗ ΖΩΝΗ Min. 2.5 m Max. 5.4 m Min. 2.5 m Max. 5.8 m Min. 2.5 m Max. 5.8 m A. Kontadakis, A.Tsangrassoulis, and A. Roetzel, Defining the Boundaries of Daylight Penetration. The use of dynamic and static daylight methods to predict the daylit zone within sidelit spaces, a comparison., BalkanLight 2015

12 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ Οµοιόµορφη κατανοµή Νεφοσκεπής κατα CIE κατανοµή (Type 16)

13 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ E ext E int E int DF= % E ext

14 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΓΡΑΦΟΕΙΚΟΚΟΝΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Χρησιµοποιείται στην τοµή Χρησιµοποιείται στην κάτοψη H omoi;omor( katanomh mas bolevei gia4 oi ypologismoi einai eykoloi Na valo Ο foto υπολογισµός apo grafoeikoniko ergaleio αφορά ένα σηµείο

15 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ (DF) BS :2008 Lighting for buildings Part 2: Code of practice for daylighting

16 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ 8:00-17: lux % χρόνου E hor = E in *100 f*df % Ηµέρα Οριζόντιος διάχυτος φωτισµός (lux)

17 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ South orientation A.Tsangrassoulis, L. Doulos, F. Topalis, A. Roetzel, Comparison of lighting energy savings methodologies due to daylight with EN 15193, Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment, 3 rd Int. Conference, 2010

18 ΣΤΑΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΩΤΙΣΜΟΥ South orientation A.Tsangrassoulis, L. Doulos, F. Topalis, A. Roetzel, Comparison of lighting energy savings methodologies due to daylight with EN 15193, Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment, 3 rd Int. Conference, 2010

19 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Tµήµα ουρανού ΔΩ N Σ i=1 E= dc i *L i *ΔΩ i P.R. Tregenza, Ι.Μ. Waters, Daylight Coefficients, Lighting Research and Technology vol. 15, 1983

20 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ DAYSIM / Radiance three phase method

21 country=grc/cname=greece KΛΙΜΑΤΙΚΑ ΑΡΧΕΙΑ Θεσσαλονίκη Ανδραβίδα Αθήνα

22 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: ΑΥΤΟΝΟΜΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ (DA, Daylight Autonomy) DA = 48% To όριο αυτό µπορεί να τροποποιηθεί π.χ. 300 lux To ποσοστό εξαρτάται απο το ωράριο λειοτυργίας π.χ. 8:00-18:00 Mια παραλλαγή είναι η cda (continuous DA)

23 Education Funding Agency daylight design guide, Departmental advice Version 2: January 2014 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χρησιµος Φωτισµός (UDI, Useful Daylight Illuminance) Υπάρχει συζήτηση για το άνω όριο (p.x lux) Σε µερικές περιπτώσεις το κατώτερο όριο µπορεί να αυξηθεί (π.χ. σχολεία σε 300 lux)

24 ΠΩΣ ΕΡΜΗΝΕΥΟΝΤΑΙ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ; 27%> 500 lux 61%> 500 lux 82%> 500 lux

25 ΠΩΣ ΕΡΜΗΝΕΥΟΝΤΑΙ ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ; % O χρόνος υπολογισµού έχει µειωθεί Υπολoγίζεται η έκταση του χώρου στην οποία τα σηµεία έχουν DA > 50%

26 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sda), Ετήσιος ηλιασµός (ASE) sda, spatial Daylight Autonomy 300 lux Ποσοστό χρόνου 8:00-18:00 Ποσοστό χώρου (απαιτήσεις LEED v.4) sda 300, 50% > 55% ή >75% ASE, Annual Sunlight Exposure ΑSE 1000, 250 <10% 1000 lux µόνο απο ήλιο Ώρες /έτος Aπαιτήσεις LEED v.4) LM 83-12: Approved Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sda) and Annual Sunlight Exposure (ASE)

27 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sda), Ετήσιος ηλιασµός (ASE) TΡΟΠΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Καθορισµός γεωµετρίας Καθορισµός πλέγµατος υπολογισµού Προσοµοίωση µόνο µε άµεσο ηλιακό φωτισµό (χωρίς ουρανό) Υπολογισμός των ωρών που η σκίαση ενεργοποιείται (>2% των σημείων υπολογισμού με άμεσο ηλ. φωτισμό >1000 lux) Προσοµοίωση ΧΩΡΙΣ εσωτερική σκίαση Προσοµοίωση ΜΕ εσωτερική σκίαση Υπολογισµός sda Υπολογισµός ASE

28 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Χωρική Αυτονοµία Φωτισµού (sda), Ετήσιος ηλιασµός (ASE) 250 Ειναι > 55% του χώρου; Ειναι < 10% του χώρου; sda ΑSE

29 DAYLIGHT METRICS vs ENERGY DEMAND Reference case: Unshaded Office Room (w. 3.4m, l. 5.4m, h. 2.7m) Roller case: Unshaded Office Room + {movable Roller (according to LM-83)}. Daylight Metrics (sda-ase-df, %) SOUTH ORIENTATION ref. case Ligh4ng Hea4ng Cooling rlr. case Ligh4ng Hea4ng Cooling Window to Wall Ratio (WWR, %) sda 300lx, 50%hrs ASE 1000lx, 250hrs DF avg Energy Demand (kwh/m 2 )

30 DAYLIGHT METRICS vs ENERGY DEMAND Reference case: Shaded Office Room (w. 3.4m, l. 5.4m, h. 2.7m, Overhang l. 0.5m) Roller case: Shaded Office Room + {movable Roller (according to LM-83)}. Daylight Metrics (sda-ase-df, %) SOUTH ORIENTATION ref. case Ligh4ng Hea4ng Cooling rlr. case Ligh4ng Hea4ng Cooling Window to Wall Ratio (WWR, %) sda 300lx, 50%hrs ASE 1000lx, 250hrs DF avg Energy Demand (kwh/m 2 )

31 pren DAYLIGHT: 2015 Επιτρέπει τον υπολογισµό είτε µε ωριαία προσοµοίωση είτε µε την χρήση του ΠΦΦ Ταξινοµεί σε τρείς κατηγορίες το εσωτερικό περιβάλλον(σε σχέση µε τον φυσικό φωτισµό) Ελάχιστες απαιτήσεις για Αθήνα Φωτισµός απο πρόσοψη Πρέπει να επιτυγχάνονται 300 lux στο 50% του χώρου για το 50% των ωρών ΚΑΙ 100 lux στο 100% του χώρου για το 50% των ωρών Οι ΠΦΦ > 1.5% στο 50% του χωρου ΚΑΙ Οι ΠΦΦ > 0.5% στο 100% του χώρου

32 pren DAYLIGHT: 2015 Nότιος προσανατολισµός-ελάχιστες απαιτήσεις Χωρίς σκίαση Με σκίαση (πρόβολος) 100% 100% >50% >50% 300 lux 100 lux 300 lux 100 lux 10% WFR

33 pren DAYLIGHT: 2015 Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για θέα Απόσταση (>6 µ) Oυρανός Αστικό τοπίο Δρόµος Eλάχιστη απαίτηση για το άνοιγµα θέας Διαστάσεις 1x 1.25 m Γωνιακή ορίζοντια έκταση ανοίγµατος > 14 0 (στο 75% του χώρου που χρησιµοποιείται)

34 pren DAYLIGHT: 2015 Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για έκθεση στον ήλιο Eλάχιστη απαίτηση : 1.5 ώρες ( 21/5)

35 pren DAYLIGHT: 2015 Εισάγει ελάχιστες απαιτήσεις για θάµβωση (Daylight Glare Probability) Στις ελάχιστες απαιτήσεις πρέπει τιµή του DGP t < Οι ωριαίες τιµές του DGP στο ωράριο λειτουργίας δεν πρέπει να είναι µεγαλύτερς απο την DGP t περισσότερο απο 5%

36 ΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Η επαλήθευση µε µετρήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολη (ετήσια κατανοµή) Απαιτητικοί υπολογιστικά Χρειάζεται περισσότερη ανάλυση σε σχέση µε τα ηλιακά κέρδη Πως αποφασίζεται µια ρεαλιστική προσέγγιση για τη λειτουργία της σκίασης Επίδραση σε επίπεδο µορφολογίας πρόσοψης

37 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ